ما هو نطاق المراقبة للميكروسكوب البصري والميكروسكوب الإلكتروني
تكوين المجهر الضوئي وهيكله يتكون المجهر الضوئي عمومًا من مرحلة ونظام إضاءة كشاف وعدسة موضوعية وعينية وآلية تركيز. يتم استخدام المرحلة لعقد الكائن المراد ملاحظته. يمكن تشغيل آلية التركيز بواسطة مقبض التركيز لجعل المرحلة تتحرك لأعلى ولأسفل من أجل الضبط التقريبي والتعديل الدقيق ، بحيث يمكن تركيز الكائن المرصود وتصويره بوضوح.
يمكن للطبقة العلوية أن تتحرك وتدور بدقة في المستوى الأفقي ، وتقوم بشكل عام بضبط الجزء المرصود إلى مركز مجال الرؤية. يتكون نظام الإضاءة الموضعية من مصدر ضوء ومكثف. تتمثل وظيفة المكثف في تركيز المزيد من الطاقة الضوئية على الجزء المرصود. يجب أن تكون الخصائص الطيفية للمصباح المضيء متوافقة مع نطاق عمل جهاز استقبال المجهر.
تقع العدسة الموضوعية بالقرب من الكائن المراد ملاحظته ، وهي العدسة التي تدرك المستوى الأول من التكبير. يتم تثبيت عدة عدسات موضوعية بتكبيرات مختلفة على محول العدسة الشيئية في نفس الوقت ، ويمكن أن تدخل العدسات الموضوعية ذات التكبيرات المختلفة إلى مسار العمل البصري عن طريق تدوير المحول. عادة ما يكون تكبير العدسة الشيئية من 5 إلى 100 مرة. العدسة الموضوعية هي العنصر البصري الذي يلعب دورًا حاسمًا في جودة الصورة في المجهر.
يشيع استخدام العدسات الموضوعية اللونية التي يمكنها تصحيح الانحراف اللوني للونين من الضوء ؛ عدسات موضوعية عديمة اللون عالية الجودة يمكنها تصحيح الانحراف اللوني لثلاثة أنواع من الضوء الملون ؛ يمكن أن تضمن أن مستوى الصورة بالكامل للعدسة الموضوعية مسطح لتحسين مجال الرؤية لأهداف المجال المسطح بجودة صورة هامشية. غالبًا ما تُستخدم أهداف الغمر السائل في أهداف التكبير العالي ، أي أن معامل الانكسار هو 1 بين السطح السفلي للعدسة الموضوعية والسطح العلوي لورقة العينة.
5 سائل ، يمكن أن يحسن بشكل كبير من دقة الملاحظة المجهرية. العدسة هي عدسة تقع بالقرب من عين الإنسان لتحقيق المستوى الثاني من التكبير ، وعادة ما يكون تكبير العدسة من 5 إلى 20 مرة. وفقًا لحجم مجال الرؤية الذي يمكن رؤيته ، يمكن تقسيم العدسات إلى نوعين: عدسات عادية ذات مجال رؤية أصغر وعدسات ذات مجال كبير (أو عدسات ذات زاوية واسعة) مع مجال رؤية أكبر.
يجب أن يكون كل من المرحلة والعدسة الموضوعية قادرين على التحرك بالنسبة لبعضهما البعض على طول المحور البصري للعدسة الموضوعية لتحقيق ضبط التركيز والحصول على صورة واضحة. عند العمل باستخدام عدسة موضوعية عالية التكبير ، غالبًا ما يكون نطاق التركيز المسموح به أصغر من الميكرونات ، لذلك يجب أن يحتوي المجهر على آلية تركيز دقيق للغاية. حد تكبير المجهر هو التكبير الفعال ، ودقة المجهر تشير إلى أدنى مسافة بين نقطتي جسم يمكن تمييزهما بوضوح بواسطة المجهر.
الدقة والتكبير مفهومان مختلفان ولكنهما مرتبطان. عندما لا تكون الفتحة العددية للعدسة الموضوعية المحددة كبيرة بما يكفي ، أي أن الدقة ليست عالية بما يكفي ، لا يستطيع المجهر تمييز البنية الدقيقة للكائن. في هذا الوقت ، حتى إذا تم زيادة التكبير بشكل مفرط ، يمكن أن تكون الصورة التي تم الحصول عليها مجرد صورة ذات مخطط تفصيلي كبير ولكن تفاصيل غير واضحة. يسمى التكبير غير الصحيح.
على العكس من ذلك ، إذا كانت الدقة تفي بالمتطلبات ولكن التكبير غير كافٍ ، فإن المجهر لديه القدرة على التحليل ، لكن الصورة لا تزال صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بوضوح بالعين البشرية. لذلك ، من أجل إفساح المجال كاملاً لقوة حل المجهر ، يجب أن تتوافق الفتحة العددية بشكل معقول مع التكبير الكلي للمجهر. نظام إضاءة الكشاف له تأثير كبير على أداء التصوير بالمجهر ، لكنه رابط يسهل على المستخدمين التغاضي عنه.
وتتمثل وظيفتها في توفير إضاءة كافية وموحدة لسطح الجسم. يجب أن يضمن شعاع الضوء الذي يرسله المكثف أنه يملأ زاوية فتحة العدسة الشيئية ، وإلا فإن أعلى دقة يمكن أن تحققها العدسة الشيئية لا يمكن استخدامها بالكامل. لهذا الغرض ، تم تجهيز المكثف بفتحة متغيرة الحجاب الحاجز مماثلة لتلك الموجودة في عدسة التصوير الشيئية ، والتي يمكن ضبط حجم الفتحة ، وتستخدم لضبط فتحة شعاع الإضاءة لتتناسب مع زاوية فتحة العدسة للهدف عدسة.
من خلال تغيير طريقة الإضاءة ، يمكن الحصول على طرق مختلفة للمراقبة مثل نقاط الكائن المظلمة على خلفية ساطعة (تسمى إضاءة المجال الساطع) أو نقاط الكائن الساطعة على خلفية داكنة (تسمى إضاءة المجال المظلم) ، وذلك لاكتشاف ومراقبة بشكل أفضل المجهرية. المجهر الإلكتروني هو أداة تستخدم الحزم الإلكترونية وعدسات الإلكترون بدلاً من أشعة الضوء والعدسات البصرية لتصوير الهياكل الدقيقة للمواد بتكبيرات عالية جدًا بناءً على مبدأ بصريات الإلكترون.
يتم تمثيل قوة حل المجهر الإلكتروني عن طريق الحد الأدنى للمسافة بين نقطتين متجاورتين يمكنه حلها. في 197 0 ، كانت دقة المجهر الإلكتروني النافذ حوالي 0. 3 نانومتر (كانت قوة التحليل للعين البشرية حوالي 0.1 مم). الآن يتجاوز الحد الأقصى لتكبير المجهر الإلكتروني 3 ملايين مرة ، بينما يبلغ الحد الأقصى للتكبير للمجهر الضوئي حوالي 2000 مرة ، لذلك يمكن ملاحظة ذرات بعض المعادن الثقيلة والشبكات الذرية المرتبة بدقة في البلورة مباشرة من خلال المجهر الإلكتروني .
في عام 1931 ، قام Knorr-Bremse و Ruska من ألمانيا بإعادة تجهيز راسم الذبذبات عالي الجهد بمصدر إلكترون لتفريغ الكاثود البارد وثلاث عدسات إلكترونية ، وحصلا على صورة مكبرة أكثر من عشر مرات ، مما أكد إمكانية التصوير المكبر بالمجهر الإلكتروني. في عام 1932 ، بعد تحسين روسكا ، وصلت قوة التحليل للميكروسكوب الإلكتروني إلى 50 نانومترًا ، أي حوالي عشرة أضعاف قوة التحليل للميكروسكوب البصري في ذلك الوقت ، لذلك بدأ المجهر الإلكتروني في جذب انتباه الناس.
في عام 194 0 ، استخدم هيل في الولايات المتحدة أداة الاستجماتيزر لتعويض عدم تناسق الدوران لعدسة الإلكترون ، مما أدى إلى اختراق جديد في القدرة التحليلية للميكروسكوب الإلكتروني ووصل تدريجيًا إلى المستوى الحديث. في الصين ، تم تطوير مجهر إلكتروني ناقل بنجاح في عام 1958 بدقة 3 نانومتر ، وفي عام 1979 تم تصنيعه بدقة 0.
3 نانومتر مجهر الكتروني كبير. على الرغم من أن القوة التحليلية للمجهر الإلكتروني أفضل بكثير من تلك الموجودة في المجهر الضوئي ، إلا أنه من الصعب مراقبة الكائنات الحية لأن المجهر الإلكتروني يحتاج إلى العمل في ظل ظروف الفراغ ، كما أن تشعيع الحزمة الإلكترونية سيؤدي أيضًا إلى جعل العينات البيولوجية تتضرر من الإشعاع. هناك قضايا أخرى ، مثل تحسين سطوع مسدس الإلكترون وجودة عدسة الإلكترون ، تحتاج أيضًا إلى مزيد من الدراسة.
تعتبر قوة التحليل مؤشرًا مهمًا للفحص المجهري الإلكتروني ، والذي يرتبط بزاوية المخروط الساقط والطول الموجي لشعاع الإلكترون الذي يمر عبر العينة. يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي {{0} نانومتر ، بينما الطول الموجي لحزم الإلكترون مرتبط بجهد التسارع. عندما يكون الجهد المتسارع 50-100 كيلو فولت ، يكون الطول الموجي لحزمة الإلكترون حوالي 0.
0 053 إلى 0.0037 نانومتر. نظرًا لأن الطول الموجي لشعاع الإلكترون أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي ، حتى لو كانت زاوية مخروط شعاع الإلكترون 1 في المائة فقط من تلك الخاصة بالمجهر الضوئي ، فإن قوة التحليل للميكروسكوب الإلكتروني لا تزال أعلى بكثير من ذلك من المجهر الضوئي. يتكون المجهر الإلكتروني من ثلاثة أجزاء: أسطوانة العدسة ، ونظام فراغ ، وخزانة إمداد الطاقة.
يشتمل برميل العدسة بشكل أساسي على مسدسات إلكترونية وعدسات إلكترونية وحاملات عينات وشاشات فلورية وآليات الكاميرا. عادة ما يتم تجميع هذه المكونات في عمود من أعلى إلى أسفل ؛ يتكون نظام التفريغ من مضخات تفريغ ميكانيكية ومضخات نشر وصمامات تفريغ. خط أنابيب الغاز متصل ببرميل العدسة ؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد عالي الجهد ومثبت تيار الإثارة ووحدات تحكم ضبط متنوعة.
تعد عدسة الإلكترون أهم جزء في برميل عدسة المجهر الإلكتروني. يستخدم مجالًا كهربائيًا فضائيًا أو مجالًا مغناطيسيًا متماثلًا مع محور أسطوانة العدسة لثني مسار الإلكترون إلى المحور لتشكيل التركيز. تشبه وظيفتها وظيفة العدسة الزجاجية المحدبة لتركيز الحزمة ، لذلك يطلق عليها الإلكترون. عدسة. تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية ، والتي تركز الإلكترونات من خلال مجال مغناطيسي قوي يولده تيار إثارة مستقر للغاية يمر عبر ملف مزود بحذاء قطب.
مدفع الإلكترون هو مكون يتكون من كاثود ساخن من خيوط التنجستن وشبكة وكاثود. يمكن أن ينبعث ويشكل حزمة إلكترونية بسرعة موحدة ، لذلك يجب ألا يقل استقرار الجهد المتسارع عن واحد على عشرة آلاف. يمكن تقسيم المجاهر الإلكترونية إلى مجاهر إلكترونية للإرسال ، ومجاهر مسح إلكترونية ، ومجاهر إلكترونية عاكسة ، ومجاهر إلكترونية للانبعاثات وفقًا لهياكلها واستخداماتها.
غالبًا ما تستخدم مجاهر الإرسال الإلكترونية لمراقبة الهياكل المادية الدقيقة التي لا يمكن حلها بواسطة المجاهر العادية ؛ تُستخدم مجاهر المسح الإلكتروني بشكل أساسي لمراقبة شكل الأسطح الصلبة ، ويمكن أيضًا دمجها مع مقاييس حيود الأشعة السينية أو مطياف طاقة الإلكترون لتشكيل ميكروبولوجيا إلكترونية لتحليل تكوين المواد ؛ المجهر الإلكتروني المنبعث لدراسة أسطح الإلكترون ذاتية الانبعاث.
تم تسمية المجهر الإلكتروني النافذ على اسم شعاع الإلكترون الذي يخترق العينة ثم يكبر الصورة بعدسة الإلكترون. يشبه مساره البصري مسار المجهر الضوئي. في هذا النوع من المجهر الإلكتروني ، يتم إنشاء التباين في تفاصيل الصورة عن طريق تشتت شعاع الإلكترون بواسطة ذرات العينة. يحتوي الجزء الأرق أو الأقل كثافة من العينة على تشتت أقل لحزمة الإلكترون ، بحيث تمر المزيد من الإلكترونات عبر الحجاب الحاجز الموضوعي وتشارك في التصوير ، وتبدو أكثر إشراقًا في الصورة.
على العكس من ذلك ، تظهر الأجزاء السميكة أو الأكثر كثافة من العينة أغمق في الصورة. إذا كانت العينة سميكة جدًا أو كثيفة جدًا ، فسوف يتدهور تباين الصورة ، أو حتى يتلف أو يتلف عن طريق امتصاص طاقة شعاع الإلكترون. الجزء العلوي من ماسورة عدسة المجهر الإلكتروني للإرسال عبارة عن مسدس إلكتروني. تنبعث الإلكترونات من كاثود التنجستن الساخن ، ويتم تركيز حزم الإلكترون بواسطة المكثفات الأولى والثانية.
بعد المرور عبر العينة ، يتم تصوير شعاع الإلكترون على المرآة الوسيطة بواسطة العدسة الموضوعية ، ثم يتم تكبيره خطوة بخطوة عبر المرآة الوسيطة ومرآة الإسقاط ، ثم يتم تصويره على شاشة الفلورسنت أو اللوحة المتماسكة الضوئية. يمكن تغيير تكبير المرآة الوسيطة باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات بشكل أساسي من خلال تعديل تيار الإثارة ؛ من خلال تغيير البعد البؤري للمرآة الوسيطة ، يمكن الحصول على صور مجهرية إلكترونية وصور حيود الإلكترون على الأجزاء الصغيرة من نفس العينة.
من أجل دراسة عينات الشرائح المعدنية السميكة ، طور مختبر Dulos Electron Optics الفرنسي مجهرًا إلكترونيًا عالي الجهد بجهد متسارع يبلغ 3500 كيلو فولت. لا يمر شعاع الإلكترون الخاص بالمجهر الإلكتروني الماسح عبر العينة ، ولكنه يمسح ويثير الإلكترونات الثانوية فقط على سطح العينة. تستقبل بلورة التلألؤ الموضوعة بجوار العينة هذه الإلكترونات الثانوية ، وتضخم وتعدل شدة شعاع الإلكترون لأنبوب الصورة ، وبالتالي تغير السطوع على شاشة أنبوب الصورة.
يحافظ ملف الانحراف لأنبوب الصورة على المسح المتزامن مع شعاع الإلكترون على سطح العينة ، بحيث تعرض الشاشة الفلورية لأنبوب الصورة الصورة الطبوغرافية لسطح العينة ، والتي تشبه مبدأ العمل للتلفزيون الصناعي . يتم تحديد دقة المجهر الإلكتروني الماسح بشكل أساسي من خلال قطر شعاع الإلكترون على سطح العينة.
التكبير هو نسبة سعة المسح على أنبوب الصورة إلى سعة المسح على العينة ، والتي يمكن تغييرها باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات. لا يتطلب المجهر الإلكتروني الماسح عينة رفيعة جدًا ؛ الصورة لها تأثير قوي ثلاثي الأبعاد ؛ يمكنه استخدام معلومات مثل الإلكترونات الثانوية والإلكترونات الممتصة والأشعة السينية الناتجة عن التفاعل بين حزمة الإلكترون والمادة لتحليل تكوين المادة.
إن مسدس الإلكترون وعدسة المكثف لمجهر إلكتروني الماسح هي تقريبًا نفس تلك الموجودة في المجهر الإلكتروني للإرسال ، ولكن من أجل جعل شعاع الإلكترون أرق ، تتم إضافة عدسة موضوعية واستجماتيزر تحت العدسة المكثفة ، ومجموعتين من يتم تثبيت أشعة مسح متعامدة بشكل متبادل داخل العدسة الشيئية. لفه. تم تجهيز حجرة العينة الموجودة أسفل العدسة الشيئية بمرحلة عينة يمكنها التحرك والتدوير والإمالة.
