Увеличение и разрешающая способность светового микроскопа
Микроскоп – сложная оптическая система, позволяющая увеличивать изображение исследуемого объекта с десятки и сотни раз. У всех них есть принцип действия, а также характеристики, от которых зависит сфера работы каждого увеличительного прибора.
Увеличение микроскопа
Работа со световым микроскопом проводится для получения изображения под увеличением. Различают несколько его типов: объектив, окуляр, а также диапазон увеличения. Также у современного оборудования есть и цифровое.
Во сколько раз увеличивает световой микроскоп?
В обычном устройстве установлены две линзы, которые являются короткофокусными. Это окуляр и объектив.
Окуляр – это часть увеличительного прибора, устанавливаемая в окулярный узел, куда непосредственно смотрит исследователь. Его кратность в среднем составляет 10-20, величина этого параметра зависит от марки и вида прибора. Эти элементы могут быть съемные, а могут и быть установлены стационарно.
Как определить увеличение светового микроскопа?
Увеличение изображения, обеспечиваемое световым микроскопом, соответствуют произведению усиления окуляра и объектива. То есть изображение, которое мы видим при увеличении объекта, является совместной работой одного и второго элемента.
Объективы же – это элементы, которые также имеют в совеем составе увеличительные линзы. Данная конструкция закреплена на револьверном блоке, на котором может быть несколько объективов.
Например, если окуляр имеет значение кратности 10, а объектив – 20, то общее увеличение составляет 200 крат. Чтобы добиться необходимого размера, стоит поставить лишь подходящие оптические элементы. Однако, есть и ограничения в этом показателе.
Во сколько раз он увеличивает изображение максимально?
Даже самые современнее и мощные микроскопы не смогут увеличить объект свыше 2000 крат, так как изображение будет просто нечетким, и его визуализация будет невозможна.
Цифровое увеличение же зависит от возможности камеры, а также параметров экрана, на который будет выводиться изображение.
Поле зрения микроскопа
Поле зрения является параметром, характеризующий предельно максимальный диаметром области, который может быть визуализирован человеческим глазом при исследовании через окуляр. Зависит поле зрения от:
- Характеристик окуляра;
- Особенностей объектива;
- Диаметра тубуса.
Данную величину можно рассчитать в миллиметрах, если исследовать миллиметровую шкалу линейки через микроскоп, при этом поле зрения не зависит от кратности увеличения окуляра.
Диаметр выходного зрачка микроскопа
Для того, чтобы определить такой показатель, как диаметр выходного зрачка, необходимо применение динаметра Рамсдена. Также для измерения такой величины может использоваться диоптрийная трубка со стеклянной шкалой. В фокальной плоскости анной лупы расположена сетка, цена деления которой составляет 0,1 миллиметр.
Разрешающая способность
Важными параметрами для увеличительного оборудования является и разрешающая способность светового микроскопа.
Смыслом определения разрешающая способность светового микроскопа, является возможность оптической системы четко различать две рядом расположенные точки. Это минимальное расстояние, расположенное между двумя точками, различающимися отдельно друг от друга.
Есть пределы разрешения светового микроскопа.
Максимальная разрешающая способность равна 0,25 мкм, это предел разрешающей способности светового микроскопа.
Если не достигнут предел разрешения светового микроскопа, то ее можно увеличить. Это возможно путем увеличения апертуры объектива или уменьшением длины волны света.
Полезное увеличение
Это показатель, который определяет увеличение, способное увидеть глазом исследователя, равное разрешающей способности прибора.
Это означает, что разрешающая способность человеческого глаза равна такому же показателю увелиивающего устройства. Для того, чтобы определить максимальную разрешающую способность объектива, необходимо подобрать от 500 до 1000 крат.
Минимальное полезное увеличение – это числовая апертура, помноженная на 500.
Соответственно, максимальное увеличение – это числовая апертура, умноженная на 1000. Использование значений, менее минимальных, не даст возможности использовать разрешающую способность в полном объеме, а работа на больших параметрах не дать более четкого изображения изучаемого объекта.
Какие органоиды можно увидеть в световой микроскоп?
При помощи него можно довольно детально изучить структуру и строение клетки и ее органелл. В стандартный световой микроскоп можно увидеть рибосомы, комплекс Гольджи, который был открыт именно при помощи данного оборудования Камилло Гольджи, ядро, вакуоли, митохондрии, хлоропласт. Также прекрасно визуализируется клеточная стенка.
При выборе такой аппаратуры очень важно понимать ее сферу применения, так как для школьной лаборатории вполне достаточными параметрами обладает обычный световой микроскоп, а для научно-исследовательской, медицинской лаборатории, его мощности будет недостаточно для достижения всех поставленных целей. Среди такой техники можно выделить оптические, электронные, рентгеновские микроскопы, сканирующие оптические микроскопы ближнего поля и другие.
Физики довели разрешение электронного микроскопа до 0,04 нанометра
Американские физики разработали новую методику просвечивающей электронной микроскопии и довели максимальное разрешение получаемых изображений до 0,039 нанометра. Для этого был использован метод птихографии, который позволяет восстановить изображение из большого числа дифракционных спектров, полученных при различных условиях. Для реализации такого подхода ученые уменьшили энергию электронного пучка и создали специальный детектор для улавливания небольшого числа рассеянных электронов. Максимальное разрешение полученных изображений примерно в 2–2,5 раза выше, чем удавалось получить с помощью электронной микроскопии раньше, пишут ученые в Nature.
Современные методы микроскопии позволяют получать изображения поверхности кристаллов, на которых легко можно разглядеть отдельные атомы. Добиться атомарного разрешения удается, например, в атомно-силовых микроскопах, в которых благодаря использованию сканирующих иголок с острием толщиной в один атом, можно не только получать изображения отдельных молекул, но и двигать эти молекулы или отдельные атомы в пространстве.
Другой подход для получения самых подробных изображений поверхности кристалла — просвечивающая электронная микроскопия. Современная электронная оптика позволяет избавиться от влияния аберрационных искажений и получать изображения с разрешением до десятой доли нанометра (это в десять миллиардов раз меньше метра).
Группа американских физиков под руководством Дэвида Муллера (David A. Muller) из Корнеллского университета смогла повысить разрешение просвечивающего электронного микроскопа еще примерно в два раза. Сделать это удалось с помощью техники птихографии, которая основана на восстановлении общего изображения из огромного числа дифракционных спектров, полученных при различных параметрах съемки. При получении различных спектров меняют в первую очередь размер диафрагмы электронной линзы (которая определят ширину электронного пучка), и энергию электронов, которыми облучают образец. Аналогичный подход используется для получения изображений с помощью рентгеновской и ультрафиолетовой оптики, однако реализовать его в таком качестве для электронного микроскопа раньше не удавалось.
Авторы работы отмечают, что поскольку для получения изображений таким способом необходимо получить очень много дифракционных спектров, то, чтобы не разрушить образец, нужно использовать электронные пучки с относительно низкой энергией. Например, в данной работе использовались электроны с энергией до 80 килоэлектронвольт (в современных просвечивающих микроскопах энергия электронного пучка достигает и 300 килоэлектронвольт). Особые требования предъявляются и к детектору, который должен очень быстро зафиксировать попадание на него рассеянных электронов в очень широком диапазоне интенсивностей. В результате дифракционные спектры приходится записывать за очень короткое время, а регистрируемый при этом ток иногда не превосходит 0,3 пикоампер на один пиксель.
Для работы в таком диапазоне условий ученые разработали специальный детектор, который позволяет улавливать электроны с квантовой эффективностью до 96 процентов. Возможность использовать предложенный подход физики проверили на двумерном кристалле дисульфида молибдена с необычной искривленной структурой.
В процессе анализа за одну секунду с образца снимались около тысячи различных дифракционных спектров, которые затем анализировались и преобразовывались в реальное изображение. Максимальное полученное разрешение составило около 0,039 нанометра — примерно в 2–2,5 раза лучше, чем удавалось получить до этого.
Похожий метод недавно использовали немецкие ученые для получения с помощью просвечивающего электронного микроскопа голограмм. Тогда восстановить изображение кристаллической структуры другого двумерного кристалла — диселенида вольфрама — ученым также удалось из записи фазы сигнала, но разрешение полученного изображение было ниже.
Стоит отметить, что современные методы просвечивающей электронной микроскопии позволяют не только получать изображение с разрешением менее одного ангстрема, но и записывать трехмерные и видеоизображения. Благодаря таким микроскопам ученые могут исследовать процессы движения и роста дефектов в кристаллах, колебания электромагнитных полей или диффузии броуновских наночастиц.
Александр Дубов
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Электронные микроскопы | Музей естественной истории Оксфордского университета
Микроскоп, описанный в Что такое микроскоп? использует свет для увеличения изображения объекта, на который мы смотрим. С помощью световых микроскопов мы можем видеть такие вещи, как клетки, паразиты и некоторые бактерии. Чтобы увидеть гораздо более мелкие объекты, включая вирусы и структуры внутри клеток, такие как ДНК, нам нужен более мощный микроскоп.
Электронные микроскопы используют субатомные частицы, называемые электронами, для увеличения объектов. Электроны выстреливают в образец очень быстро. Когда электроны движутся со скоростью, они ведут себя немного как свет, поэтому мы можем использовать их для создания изображения. Но поскольку электроны имеют меньшую длину волны, чем видимый свет, они могут выявить очень мелкие детали.
Это делает электронные микроскопы более мощными, чем световые микроскопы.
Световой микроскоп может увеличивать объекты до 2000 раз, а электронный микроскоп может увеличить от 1 до 50 миллионов раз в зависимости от того, какой тип вы используете! Чтобы увидеть результаты, посмотрите на изображение ниже.
Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) могут увеличивать трехмерные объекты — например, постельного клопа или косточку фрукта! Сканируется внешняя поверхность объекта, отсюда и название сканирующего электронного микроскопа.
Электроны направляются к образцу. Электроны движутся очень быстро, и когда они ударяются об образец, они отскакивают от его внешней поверхности. Отскочившие электроны обнаруживаются экраном, который затем создает изображение, которое мы можем увидеть на компьютере.
СЭМ может увеличить образец не более чем в миллион раз (1 000 000x). Поскольку образец можно использовать в его естественном состоянии, СЭМ является самым простым в использовании электронным микроскопом.
Окончательное изображение выглядит трехмерным и показывает внешний вид образца.
Теперь вы знаете, как работает СЭМ, посмотрите, сможете ли вы идентифицировать некоторые образцы, увеличенные СЭМ, в тесте ниже.
Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) немного отличаются от РЭМ. Чтобы рассмотреть что-то с помощью ПЭМ, образец должен быть нарезан на очень тонкий срез и специально подготовлен. Электроны проходят или передаются через тонкий срез образца, отсюда и название трансмиссионного электронного микроскопа.
Электроны очень быстро устремляются к образцу, как в РЭМ. Поскольку образец настолько тонкий, когда электроны сталкиваются с образцом, они проходят сквозь него! Пройдя через образец, электроны достигают экрана, на котором появляется изображение. Изображение можно увидеть как на самом экране, так и на экране компьютера.
ПЭМ может увеличить образец до 50 миллионов раз (50 000 000x).
Это намного больше, чем SEM! Однако подготовка образца для ПЭМ занимает много времени, что затрудняет использование ПЭМ. Окончательное изображение, которое вы видите с помощью ПЭМ, выглядит двумерным — оно показывает тонкий срез вашего образца.
Что такое электронные микроскопы?
Что такое электронные микроскопы?Что такое электронные микроскопы?
- Электронные микроскопы — это научные приборы, в которых используется пучок высокоэнергетических электронов для исследования объектов на очень тонкая шкала. Это обследование может дать следующую информацию:
- Топография
- Поверхностные характеристики объекта или «то, как он выглядит», его текстура; прямая связь между этими характеристиками и материалами свойства (твердость, отражательная способность… и т.д.)
- Морфология
- Форма и размер частиц, составляющих объект; прямая связь между этими структурами и свойствами материалов (пластичность, прочность, реактивность.
.. и т.д.) - Состав
- Элементы и соединения, из которых состоит объект и относительное их количество; прямая связь между состав и свойства материалов (температура плавления, реакционная способность, твердость… и т.д.)
- Кристаллографическая информация
- Как расположены атомы в объекте; прямое отношение между этими схемами и свойствами материалов (проводимость, электрические свойства, прочность и т. д.)
.. и т.д.)Откуда появились электронные микроскопы?
- Электронные микроскопы
- были разработаны из-за ограничений световых микроскопов, которые ограничены физикой света до 500-кратного или 1000-кратного увеличения и разрешения 0,2 микрометра. В начале 1930-х годов этот теоретический предел был достигнут и было научное желание увидеть мелкие детали интерьера структуры органических клеток (ядра, митохондрии и т.д.). Этот требовалось увеличение в 10 000 раз плюс, что было просто невозможно с помощью световых микроскопов.
Трансмиссионный электронный микроскоп (ПЭМ) был первым типом электронного микроскопа, который будет разработан и точно смоделирован на светопропускающем микроскопе, за исключением того, что сфокусированный луч электронов используется вместо света, чтобы «видеть сквозь» образец. Он был разработан Максом Кноллем и Эрнстом Руска в Германия в 1931 году.
Как работают электронные микроскопы?
- Электронные микроскопы (ЭМ) функционируют точно так же, как их оптические аналоги, за исключением того, что они используют сфокусированный пучок электронов вместо света для «изображения» образца и получения информации по своему строению и составу.
