Berapakah jangkauan pengamatan mikroskop optik dan mikroskop elektron
Komposisi dan struktur mikroskop optik Mikroskop optik umumnya terdiri dari panggung, sistem lampu sorot, lensa objektif, lensa okuler, dan mekanisme pemfokusan. Panggung digunakan untuk menampung objek yang akan diamati. Mekanisme pemfokusan dapat digerakkan oleh kenop pemfokusan untuk membuat panggung bergerak naik turun untuk penyesuaian kasar dan penyesuaian halus, sehingga objek yang diamati dapat difokuskan dan dicitrakan dengan jelas.
Lapisan atasnya dapat bergerak dan berputar dengan tepat pada bidang horizontal, dan umumnya menyesuaikan bagian yang diamati ke tengah bidang pandang. Sistem pencahayaan spot terdiri dari sumber cahaya dan kondensor. Fungsi kondensor adalah memusatkan lebih banyak energi cahaya ke bagian yang diamati. Karakteristik spektral lampu penerangan harus sesuai dengan pita kerja penerima mikroskop.
Lensa objektif terletak di dekat objek yang akan diamati, dan lensa itulah yang menyadari tingkat perbesaran pertama. Beberapa lensa objektif dengan perbesaran berbeda dipasang pada konverter lensa objektif pada saat yang sama, dan lensa objektif dengan perbesaran berbeda dapat memasuki jalur optik yang berfungsi dengan memutar konverter. Perbesaran lensa objektif biasanya 5 sampai 100 kali. Lensa objektif adalah elemen optik yang memainkan peran menentukan dalam kualitas gambar di mikroskop.
Yang umum digunakan adalah lensa objektif akromatik yang dapat mengoreksi aberasi kromatik untuk dua warna cahaya; lensa objektif apokromatik berkualitas lebih tinggi yang dapat mengoreksi aberasi kromatik untuk tiga jenis cahaya warna; dapat memastikan bahwa seluruh bidang gambar lensa objektif datar untuk meningkatkan bidang pandang Tujuan bidang datar dengan kualitas gambar marginal. Obyektif perendaman cair sering digunakan pada objektif perbesaran tinggi, yaitu indeks bias adalah 1 antara permukaan bawah lensa objektif dan permukaan atas lembaran spesimen.
5 cair, secara signifikan dapat meningkatkan resolusi pengamatan mikroskopis. Lensa mata adalah lensa yang terletak di dekat mata manusia untuk mencapai pembesaran tingkat kedua, dan pembesaran lensa biasanya 5 sampai 20 kali lipat. Menurut ukuran bidang pandang yang dapat dilihat, lensa mata dapat dibagi menjadi dua jenis: lensa mata biasa dengan bidang pandang yang lebih kecil dan lensa mata bidang besar (atau lensa mata sudut lebar) dengan bidang pandang yang lebih besar.
Panggung dan lensa objektif harus dapat bergerak relatif satu sama lain di sepanjang sumbu optik lensa objektif untuk mencapai penyesuaian fokus dan mendapatkan gambar yang jelas. Saat bekerja dengan lensa objektif pembesaran tinggi, rentang pemfokusan yang diperbolehkan seringkali lebih kecil dari mikron, sehingga mikroskop harus memiliki mekanisme pemfokusan mikro yang sangat presisi. Batas perbesaran mikroskop adalah perbesaran efektif, dan resolusi mikroskop mengacu pada jarak minimum antara dua titik objek yang dapat dibedakan dengan jelas oleh mikroskop.
Resolusi dan pembesaran adalah dua konsep yang berbeda tetapi terkait. Ketika bukaan numerik lensa objektif yang dipilih tidak cukup besar, yaitu resolusinya tidak cukup tinggi, mikroskop tidak dapat membedakan struktur halus objek. Saat ini, meskipun perbesarannya dinaikkan secara berlebihan, gambar yang diperoleh hanya berupa gambar dengan garis luar yang besar tetapi detail yang tidak jelas. , disebut perbesaran tidak valid.
Sebaliknya, jika resolusi memenuhi persyaratan tetapi perbesarannya tidak mencukupi, mikroskop memiliki kemampuan untuk menyelesaikan, tetapi bayangannya masih terlalu kecil untuk dapat dilihat dengan jelas oleh mata manusia. Oleh karena itu, untuk memberikan permainan penuh pada kekuatan resolusi mikroskop, bukaan numerik harus disesuaikan secara wajar dengan perbesaran total mikroskop. Sistem pencahayaan lampu sorot berdampak besar pada kinerja pencitraan mikroskop, tetapi merupakan tautan yang mudah diabaikan oleh pengguna.
Fungsinya untuk memberikan pencahayaan yang cukup dan merata pada permukaan objek. Berkas cahaya yang dikirim oleh kondensor harus memastikan bahwa itu memenuhi sudut bukaan lensa objektif, jika tidak, resolusi tertinggi yang dapat dicapai lensa objektif tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Untuk tujuan ini, kondensor dilengkapi dengan diafragma apertur variabel yang mirip dengan lensa objektif fotografi, yang dapat menyesuaikan ukuran apertur, dan digunakan untuk menyesuaikan apertur sinar iluminasi agar sesuai dengan sudut apertur lensa objektif. lensa.
Dengan mengubah metode pencahayaan, metode pengamatan yang berbeda seperti titik objek gelap pada latar belakang terang (disebut iluminasi medan terang) atau titik objek terang pada latar belakang gelap (disebut iluminasi medan gelap) dapat diperoleh, sehingga dapat menemukan dan mengamati objek dengan lebih baik. struktur mikro. Mikroskop elektron adalah instrumen yang menggunakan berkas elektron dan lensa elektron sebagai pengganti berkas cahaya dan lensa optik untuk mencitrakan struktur halus zat pada perbesaran sangat tinggi berdasarkan prinsip optik elektron.
Resolving power dari mikroskop elektron diwakili oleh jarak minimum antara dua titik yang berdekatan yang dapat diselesaikan. Pada tahun 1970, resolusi mikroskop elektron transmisi adalah sekitar 0,3 nanometer (kekuatan resolusi mata manusia sekitar 0,1 mm). Sekarang perbesaran maksimum mikroskop elektron melebihi 3 juta kali, sedangkan perbesaran maksimum mikroskop optik adalah sekitar 2000 kali, sehingga atom-atom dari beberapa logam berat dan kisi-kisi atom yang tersusun rapi dalam kristal dapat langsung diamati melalui mikroskop elektron. .
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska dari Jerman memasang kembali osiloskop tegangan tinggi dengan sumber elektron pelepasan katoda dingin dan tiga lensa elektron, dan memperoleh gambar yang diperbesar lebih dari sepuluh kali, yang mengkonfirmasi kemungkinan pencitraan mikroskop elektron yang diperbesar. Pada tahun 1932, setelah perbaikan Ruska, kekuatan resolusi mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, sekitar sepuluh kali kekuatan resolusi mikroskop optik pada waktu itu, sehingga mikroskop elektron mulai mendapat perhatian orang.
Pada tahun 1940s, Hill di Amerika Serikat menggunakan astigmatizer untuk mengkompensasi asimetri rotasional lensa elektron, yang membuat terobosan baru dalam daya resolusi mikroskop elektron dan secara bertahap mencapai tingkat modern. Di Cina, mikroskop elektron transmisi berhasil dikembangkan pada tahun 1958 dengan resolusi 3 nanometer, dan pada tahun 1979 diproduksi dengan resolusi 0.
Mikroskop elektron besar 3nm. Meskipun kekuatan penyelesaian mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sulit untuk mengamati organisme hidup karena mikroskop elektron perlu bekerja dalam kondisi vakum, dan penyinaran berkas elektron juga akan menyebabkan sampel biologis menjadi akan rusak oleh radiasi. Masalah lain, seperti peningkatan kecerahan senjata elektron dan kualitas lensa elektron, juga perlu dipelajari lebih lanjut.
Resolving power adalah indikator penting dari mikroskop elektron, yang terkait dengan sudut datang kerucut dan panjang gelombang berkas elektron yang melewati sampel. Panjang gelombang cahaya tampak sekitar {{0}} nanometer, sedangkan panjang gelombang berkas elektron terkait dengan tegangan percepatan. Ketika tegangan percepatan adalah 50-100 kV, panjang gelombang berkas elektron sekitar 0.
0053 hingga 0,0037 nm. Karena panjang gelombang berkas elektron jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak, bahkan jika sudut kerucut berkas elektron hanya 1 persen dari mikroskop optik, daya pisah mikroskop elektron masih jauh lebih tinggi dari itu. dari mikroskop optik. Mikroskop elektron terdiri dari tiga bagian: laras lensa, sistem vakum, dan kabinet catu daya.
Laras lensa terutama mencakup senjata elektron, lensa elektron, pemegang sampel, layar neon, dan mekanisme kamera. Komponen-komponen ini biasanya dirangkai menjadi kolom dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri dari pompa vakum mekanis, pompa difusi, dan katup vakum. Pipa gas dihubungkan dengan laras lensa; kabinet daya terdiri dari generator tegangan tinggi, penstabil arus eksitasi, dan berbagai unit kontrol penyesuaian.
Lensa elektron adalah bagian terpenting dari laras lensa mikroskop elektron. Ini menggunakan medan listrik ruang atau medan magnet yang simetris dengan sumbu laras lensa untuk membengkokkan jalur elektron ke sumbu untuk membentuk fokus. Fungsinya mirip dengan lensa kaca cembung untuk memfokuskan berkas, sehingga disebut elektron. lensa. Sebagian besar mikroskop elektron modern menggunakan lensa elektromagnetik, yang memfokuskan elektron melalui medan magnet kuat yang dihasilkan oleh arus eksitasi DC yang sangat stabil yang melewati koil dengan sepatu kutub.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri dari katoda panas filamen tungsten, kisi-kisi dan katoda. Itu dapat memancarkan dan membentuk berkas elektron dengan kecepatan yang seragam, sehingga stabilitas tegangan percepatan harus tidak kurang dari sepersepuluh ribu. Mikroskop elektron dapat dibagi menjadi mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron pemindaian, mikroskop elektron refleksi, dan mikroskop elektron emisi sesuai dengan struktur dan kegunaannya.
Mikroskop elektron transmisi sering digunakan untuk mengamati struktur material halus yang tidak dapat diselesaikan dengan mikroskop biasa; pemindaian mikroskop elektron terutama digunakan untuk mengamati morfologi permukaan padat, dan juga dapat dikombinasikan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer energi elektron untuk membentuk Mikroprobe elektronik untuk analisis komposisi bahan; mikroskop elektron emisi untuk mempelajari permukaan elektron yang memancarkan sendiri.
Mikroskop elektron transmisi dinamai setelah berkas elektron menembus sampel dan kemudian memperbesar gambar dengan lensa elektron. Jalur optiknya mirip dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron jenis ini, kontras dalam detail gambar dibuat oleh hamburan berkas elektron oleh atom-atom sampel. Bagian sampel yang lebih tipis atau dengan kepadatan lebih rendah memiliki lebih sedikit hamburan berkas elektron, sehingga lebih banyak elektron yang melewati diafragma objektif dan berpartisipasi dalam pencitraan, dan tampak lebih terang pada gambar.
Sebaliknya, bagian sampel yang lebih tebal atau padat tampak lebih gelap pada gambar. Jika sampel terlalu tebal atau terlalu padat, kontras gambar akan menurun, atau bahkan rusak atau hancur karena menyerap energi berkas elektron. Bagian atas laras lensa mikroskop elektron transmisi adalah senjata elektron. Elektron dipancarkan oleh katoda panas tungsten, dan berkas elektron difokuskan oleh kondensor pertama dan kedua.
Setelah melewati sampel, berkas elektron dicitrakan pada cermin perantara oleh lensa objektif, dan kemudian diperbesar secara bertahap melalui cermin antara dan cermin proyeksi, dan kemudian dicitrakan pada layar fluoresen atau pelat fotokoheren. Pembesaran cermin perantara dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali terutama melalui penyesuaian arus eksitasi; dengan mengubah panjang fokus cermin perantara, gambar mikroskopis elektron dan gambar difraksi elektron dapat diperoleh pada bagian kecil dari sampel yang sama .
Untuk mempelajari sampel irisan logam yang lebih tebal, Laboratorium Optik Elektron Dulos Prancis mengembangkan mikroskop elektron tegangan ultra tinggi dengan tegangan percepatan 3500 kV. Berkas elektron dari mikroskop elektron pemindaian tidak melewati sampel, tetapi hanya memindai dan membangkitkan elektron sekunder pada permukaan sampel. Kristal kilau yang ditempatkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini, memperkuat dan memodulasi intensitas berkas elektron dari tabung gambar, sehingga mengubah kecerahan layar tabung gambar.
Kumparan defleksi tabung gambar menjaga pemindaian sinkron dengan berkas elektron pada permukaan sampel, sehingga layar neon tabung gambar menampilkan gambar topografi permukaan sampel, yang mirip dengan prinsip kerja TV industri. . Resolusi mikroskop elektron pemindaian terutama ditentukan oleh diameter berkas elektron pada permukaan sampel.
Pembesaran adalah rasio amplitudo pemindaian pada tabung gambar dengan amplitudo pemindaian pada sampel, yang dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali. Mikroskop elektron pemindaian tidak memerlukan sampel yang sangat tipis; gambar memiliki efek tiga dimensi yang kuat; itu dapat menggunakan informasi seperti elektron sekunder, elektron yang diserap, dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron dan zat untuk menganalisis komposisi zat.
Pistol elektron dan lensa kondensor dari mikroskop elektron pemindaian kira-kira sama dengan mikroskop elektron transmisi, tetapi untuk membuat berkas elektron lebih tipis, lensa objektif dan astigmatizer ditambahkan di bawah lensa kondensor, dan dua set lensa kondensor. balok pemindaian yang saling tegak lurus dipasang di dalam lensa objektif. gulungan. Ruang sampel di bawah lensa objektif dilengkapi dengan tahap sampel yang dapat bergerak, berputar, dan miring.
