Curs 3
Fizica sem. 2
Tipuri de microscoape
• Instrument pentru obtinerea unor imagini marite cu o mare rezolutie a detaliilor.
• Microscoapele optice si electronice sunt cele mai utilizate
• Microscoape: acustice - utilizeaza ultrasunete de inalta frecventa
• Microscoapele cu efect tunel
• Microscoapele de forta, care formeaza imagini dupa felul probei de a resimti bombardamentele cu particule. Acestea pot mari de milioane de ori, pentru a reda un singur atom.
Clasificare in functie de tipul
iluminarii• microscop cu lumină artificială:
– microscop cu lumină polarizată
– microscop fluorescent
– microscop cu contrast de fază
– microscop de contrast prin interferenţă
– microscop cu lumină catodică
– microscop confocal cu laser (CLSM - Confocal Laser Scanning Microscope)
– microscop de contrast şi reflexie
– microscop cu imersie
• microscop-roentgen
• microscop electronic:
• microscop cu neutroni
• microscop cu unde ultrascurte
Microscopul simplu
Microscop bazat pe principiul lupei
ce foloseste o lentila cu convergenta
mare si distanta focala foarte mica
Primul microscop
Microscop cu structura
de baza din lemn
Microscop cu montura din metal si
fildes
Microscop construit
in intregime din
lemn
Microscop cu reglare a claritatii prin fir metalic
Microscop portabil cu montura metalica si
caseta de transport
Microscopul
compus
Sistem optic centrat format din obiectiv si ocular
Primul microscop alcatuit
din mai multe lentile
Microscop din
lemn cu suport
tripod metalic
Microscop cu corpul
din lemn
Microscop cu suport din
metale pretioase
Microscop cu structura
apropiata de cele moderne
Microscop portabil cu caseta de transport din lemn
Microscop modern
Euglena verde
Ameoba
Parameciul
Diatomee
Foita de ceapa
Alcatuirea microscopului
• Mărirea transversală a unui aparat optic este dată de raportul:
unde it este mărimea imaginii în direcţia perpendiculară pe axa optică, iar ot este mărimea
obiectului în aceeaşi direcţie.
• Mărirea longitudinală sau axială este dată de raportul dintre mărimea imaginii şi obiectului
în direcţia axei optice:
Caracteristicile optice ale aparatelor optice
o
i=m
t
t
o
i=m
l
l
Caracteristicile optice ale aparatelor optice
Puterea de mărire este raportul:
unde este unghiul sub care se vede prin aparatul optic un
obiect, iar ot este mărimea obiectului în direcţie
perpendiculară pe axa optică.
Pentru unghiuri mici, relaţia precedentă se poate scrie şi sub
forma:
Grosismentul sau mărirea unghiulară este raportul:
unde α2 este unghiul sub care se vede un obiect prin aparat,
iar α1 este unghiul sub care se vede obiectul când este privit
direct cu ochiul.
o
tg=P
t
2
2
op
t
2
1
2
tg
tg=G
Caracteristicile optice ale aparatelor optice
Pentru unghiuri mici se poate scrie:
1
2G
Dacă δ este distanţa de vedere optimă, la
care este privit obiectul direct cu ochiul,
atunci:
1
to=
Combinând relaţiile anterioare rezultă:
P=G
Rezumat
Puterea separatoare se referă la posibilitatea de a vedea
prin instrument, ca distincte, două puncte obiect.
Ea poate fi determinată fie prin inversul distanţei minime
dintre două puncte obiect care mai dau imagini diferite,
numită putere separatoare liniară (Sl), fie prin inversul
unghiului minim dintre razele care vin de la două puncte
obiect care se văd distinct, numită putere separatoare
unghiulară (Su) sau putere de rezoluţie (A).
Câmpul optic al unui aparat este regiunea din spaţiu în care
sunt conţinute puncte care pot fi văzute pentru o poziţie
oarecare a aparatului. Există un câmp în adâncime şi un
câmp în lărgime.
Aparatul fotografic
Aparatul fotografic are ca parte principală un sistem optic numit obiectiv
fotografic care este un sistem de lentile, optic convergent, care formează imagini
reale pe placa sau filmul aparatului fotografic (Fig.1).
Să presupunem că pe obiectivul unui aparat de fotografiat cade o undă plană,
provenită de la un izvor îndepărtat. Difracţia produsă de diafragmă va face ca la
un punct obiect să corespundă inele circulare întunecate şi luminoase care
înconjoară o pată luminoasă centrală (Fig.2).
Deschiderea maximă a diafragmei este egală cu diametrul obiectivului.
Fig1
Fig 2
Raza primului inel întunecat corespunde unghiului φ dat
de relaţia:
unde D este diametrul obiectivului iar λ lungimea de
undă a sursei
sin 1 22 = , D
Aparatul fotografic
Dacă r este raza primului inel întunecat atunci:
tgf=r
unde f este distanţa focală a obiectivului.
Datorită faptului că φ este mic se poate scrie:
1 22f
r = , D
Aparatul fotografic
Rayleigh a propus drept limită a rezolvării, acea situaţie pentru care
primul inel întunecat al unei imagini de difracţie i1 trece prin centrul
luminos al celeilalte imagini de difracţie (Fig. 2). In această situaţie
avem:sin sin 1 22= i = = ,
D
Deoarece α şi φ sunt mici, putem scrie 1 22= = , D
Puterea separatoare unghiulară (sau de rezoluţie) este cu atât
mai mare cu cât diametrul obiectivului este mai mare şi λ mai
mic.
1 1
1 22n
D= A= = S
,
Microscopy Techniques• Electron in, Electron out:
• Brief discussion of Transmission/Reflection Electron Microscopy
(TEM/REM)
• Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Scanning Probe Microscopy:
• Scanning Tunneling Microscopy (STM)
• Atomic Force Microscopy (AFM)
Electron Microscopy: Non-scanning TEM, REMREMReflection EM
• Sample is located BEFORE the magnetic lens, allowing the entire image to be collected at one time.
Electron Gun
Electron GunTEM
Transmission
Electron
Microscopy
Electron Microscopy: Scanning
SEM, STEM
• Sample is located AFTER the magnetic lens and the beam is scanned to obtain an image.
Electron Gun Electron Gun
SEMScanning Electron Microscopy
STEMScanning Transmission EM
Scanning Electron Microscope• Examples of SEM images
• SEM Optics: Gun, Lenses, Apertures, Scan
Generator, Detector
• Electron Interactions: Secondary and
Backscattered Electrons
semguy.com/gfx/bobz1.jpg
Mr. BUG!
SEM Images: Improved Depth of Focus
• Secondary electrons of SEM provide higher depth of
focus compared to optical microscopy.
Optical Image SEM Image
screw
cells
From Brundle
From Flegler
Phys 661 - Baski Microscopy Techniques Page 7
• Electron gun produces beam of
monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam
and limits current ("coarse knob").
– Condenser aperture eliminates
high-angle electrons.
• Second condenser lens forms
thinner, coherent beam ("fine
knob" ).
– Objective aperture further
eliminates high-angle electrons
from beam.
SEM: Optics #1
Phys 661 - Baski Microscopy Techniques Page 8
• Beam "scanned" by deflection coils
to form image.
• Final objective lens focuses beam
onto specimen.
• Beam interacts with sample and
outgoing electrons are detected.
• Detector counts electrons at given
location and displays intensity.
• Process repeated until scan is
finished (usu. 30 frames/sec).
SEM: Optics #2
http://www.unl.edu/CMRAcfem/semoptic.htm
Bibliografie
• http://microscopy.fsu.edu
• www.hometrainingtools.com
• www.personal.psu.edu
• www.microscopy.uk.org
• www.micro.magnet.psu.edu
• www.oberlink.k12.oh.us
• http://a-s.clayton.edu
Top Related