顯微鏡為什么能明顯提高放大功能?
顯微鏡為什么能明顯提高放大功能？
顯微鏡是高級(jí)放大鏡，但是放大鏡的放大倍數(shù)比較小。顯微鏡的放大倍數(shù)主要是通過(guò)物鏡放大的。物鏡放大倍數(shù)為4X 10X 40X 100X，目鏡再次放大，放大倍數(shù)可達(dá)1000倍以上。放大鏡沒(méi)有那么大的放大倍數(shù)，所以有很大的放大功能。
為什么電子顯微鏡能把物像放大百萬(wàn)倍甚至更大？
把一只瓢蟲(chóng)放在放大鏡下，然后把放大鏡移動(dòng)到適當(dāng)?shù)木嚯x，就會(huì)看到一只比原來(lái)大幾倍的浮游昆蟲(chóng)。實(shí)際上，這是一個(gè)放大的瓢蟲(chóng)圖像。
如果有兩個(gè)放大鏡，把它們上下折疊，調(diào)整到合適的位置觀察瓢蟲(chóng)，瓢蟲(chóng)的圖像會(huì)變大。
生物實(shí)驗(yàn)室中使用的光學(xué)顯微鏡就是利用這一原理制成的。在光學(xué)顯微鏡中，有一個(gè)不太長(zhǎng)的管子，叫做鏡筒。放大鏡是在兩端和內(nèi)部安裝幾個(gè)玻璃透鏡制成的。一般來(lái)說(shuō)，鏡頭越多，鏡筒越長(zhǎng)，放大倍數(shù)越大。那么有沒(méi)有可能無(wú)限增加玻璃鏡片的數(shù)量來(lái)增加放大倍數(shù)呢？雖然增加鏡頭數(shù)量可以提高放大倍數(shù)。
但由于鏡頭數(shù)量的增加，成像質(zhì)量會(huì)下降，即放大后的圖像會(huì)變得模糊，無(wú)法分辨其真實(shí)形狀。為了增加顯微鏡的放大倍數(shù)，人們對(duì)透鏡結(jié)構(gòu)和玻璃研磨技術(shù)做了大量的研究。當(dāng)放大倍數(shù)達(dá)到2500倍左右時(shí)，顯微鏡的放大倍數(shù)就不能再提高了。這是因?yàn)楣鈱W(xué)顯微鏡通過(guò)可見(jiàn)光反射物體的圖像。如果被觀察的物體與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相近，那么光投射到物體上時(shí)會(huì)繞過(guò)去，無(wú)法獲得反射光形成的圖像，所以我們可以 我看不到這個(gè)物體的形狀。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，人們發(fā)現(xiàn)了電子波。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電荷，被高壓電吸引產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，就有了光的波動(dòng)。正電壓越高，電子移動(dòng)越快，其波長(zhǎng)越短。當(dāng)正電壓為五萬(wàn)伏時(shí)，電子波的波長(zhǎng)只有可見(jiàn)光波長(zhǎng)的十八萬(wàn)分之一到十萬(wàn)分之一。所以用電子波做的顯微鏡，分辨率比光學(xué)顯微鏡高很多，放大倍數(shù)可以提高到幾千倍甚至上百萬(wàn)倍。
這種顯微鏡叫做電子顯微鏡。最簡(jiǎn)單的電子顯微鏡由電子槍、物鏡、投影鏡和熒光屏組成。電子槍由一個(gè)V形燈絲和一個(gè)中心有小孔的金屬板(陽(yáng)極)組成。
當(dāng)燈絲通電加熱時(shí)，它會(huì)發(fā)射電子，電子被陽(yáng)極的正電壓吸引，并加速其運(yùn)動(dòng)。一些高速電子沖過(guò)陽(yáng)極金屬片中心的小孔，形成電子束，這種電子束類似于光學(xué)顯微鏡的光源，因?yàn)樗哂须娮硬ǖ男再|(zhì)。有了光源，還需要有放大功能的鏡頭。電子顯微鏡中的透鏡是電磁透鏡，由兩塊帶有同心孔、磁極不同的鐵板組成。它的磁性是由一個(gè)有DC電流的線圈產(chǎn)生的，所以它被稱為電磁透鏡。針孔內(nèi)的磁場(chǎng)可以使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，類似于光通過(guò)玻璃透鏡折射的現(xiàn)象，所以類似于玻璃透鏡，也可以起到放大的作用。
當(dāng)電子束通過(guò)待觀察的樣品時(shí)，被物鏡和投影鏡放大，最后投射到熒光屏上顯示出物體圖像。電磁透鏡的放大倍數(shù)非常大。一個(gè)電磁透鏡的放大倍數(shù)可以達(dá)到上百倍，三個(gè)電磁透鏡可以把一個(gè)物體圖像放大20萬(wàn)倍到上百萬(wàn)倍。電子顯微鏡以其超強(qiáng)的放大能力和快速分析能力，廣泛應(yīng)用于冶金、生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
為什么顯微鏡能把物體放大
電子顯微鏡是以電子束為照明光源，通過(guò)電子流的透射或反射以及電磁透鏡的多級(jí)放大，在熒光屏上成像的大型儀器
電子顯微鏡的照明源是電子槍發(fā)射的電子流，而光鏡的照明源是可見(jiàn)光(太陽(yáng)光或光)。由于電子流的波長(zhǎng)比光波的波長(zhǎng)短得多，所以電子顯微鏡的放大倍數(shù)和分辨率明顯高于光鏡。
鏡片不同。電子顯微鏡中的物鏡是電磁透鏡(在中心部分可以產(chǎn)生磁場(chǎng)的環(huán)形電磁線圈)，而光學(xué)鏡的物鏡是玻璃制成的光學(xué)透鏡。電子顯微鏡中有三組電磁透鏡，相當(dāng)于光鏡中的聚光鏡、物鏡和目鏡的作用。成像原理不同。
在電子顯微鏡中，作用在被測(cè)樣品上的電子束被電磁透鏡放大后打在熒光屏上成像或作用在感光膠片上成像。電子密度不同的機(jī)理是，當(dāng)電子束作用于樣品時(shí)，入射電子與物質(zhì)的原子碰撞發(fā)生散射。因?yàn)闃悠返牟煌糠謱?duì)電子的散射程度不同，所以樣品的電子像以密度出現(xiàn)。而樣品在光鏡中的物像呈現(xiàn)出亮度差異，這是由被測(cè)樣品不同結(jié)構(gòu)吸收的光量不同造成的。
標(biāo)本制備方法不同，用于電鏡觀察的組織和細(xì)胞標(biāo)本制備程序復(fù)雜，技術(shù)難度和成本較高。取材、固定、脫水、包埋都需要特殊的試劑和操作，最后需要將包埋的組織塊放入超薄切片機(jī)中，切成厚度為50-100納米的超薄標(biāo)本切片。光鏡觀察的標(biāo)本一般放在載玻片上，如普通組織切片標(biāo)本、細(xì)胞涂片標(biāo)本、組織壓片標(biāo)本和細(xì)胞滴片標(biāo)本。
電子顯微鏡為什么能把物體放大幾十萬(wàn)倍？
電子顯微鏡的放大
大率是由透鏡決定的，在電子顯微鏡中，透鏡是由看不見(jiàn)的電磁場(chǎng)構(gòu)成的，稱為電磁透鏡，簡(jiǎn)稱磁透鏡。由電子槍發(fā)射出的電子流可以通過(guò)磁透鏡的磁場(chǎng)吸引發(fā)生偏折而放大物體，這與光學(xué)顯微鏡的光線通過(guò)玻璃透鏡發(fā)生折射而放大物體的情況一樣，但它不同于光學(xué)顯微鏡的是可利用多個(gè)磁透鏡的組合而得到逐級(jí)放大的電子像，所以現(xiàn)代電子顯微鏡的成像系統(tǒng)由多個(gè)電磁透鏡組成。
而光學(xué)顯微鏡由于玻璃透鏡本身存在有相差的缺陷，其放大率不能通過(guò)增加透鏡的數(shù)目來(lái)無(wú)止境地提高。
顯微鏡是怎么實(shí)現(xiàn)放大2000倍的
普通光學(xué)顯微鏡通過(guò)提高和改善透鏡的性能，使放大率達(dá)到1000—1500倍左右，但一直末超過(guò)2000倍。這是由于普通光學(xué)顯微鏡的放大能力受光的波長(zhǎng)的限制。
光學(xué)顯微鏡是利用光線來(lái)看物體，為了看到物體，物體的尺寸就必須大于光的波長(zhǎng)，否則光就會(huì) “繞”過(guò)去。
理論研究結(jié)果表明，普通光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)不超過(guò)0。02微米，有人采用波長(zhǎng)比可見(jiàn)光更短的紫外線，放大能力也不過(guò)再提高一倍左右。 %D%A電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點(diǎn)的最小間距來(lái)表示。20世紀(jì)70年代，透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨本領(lǐng)約為0.1毫米)。
現(xiàn)在電子顯微鏡最大放大倍率超過(guò)300萬(wàn)倍，而光學(xué)顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，所以通過(guò)電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點(diǎn)陣。
顯微鏡的放大原理是什么
這是簡(jiǎn)易顯微鏡：通過(guò)物鏡的放大在目鏡的前方成像，由目鏡在放大物鏡所成像！在顯微鏡上物鏡的放大倍數(shù)與他的長(zhǎng)度成正比，目鏡的放大倍數(shù)與他的長(zhǎng)度成反比！這是光學(xué)顯微鏡：光學(xué)顯微鏡是利用光學(xué)原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細(xì)結(jié)構(gòu)信息的光學(xué)儀器。早在公元前一世紀(jì)，人們就已發(fā)現(xiàn)通過(guò)球形透明物體去觀察微小物體時(shí)，可以使其放大成像。
后來(lái)逐漸對(duì)球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認(rèn)識(shí)。
1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器。1610年前后，意大利的伽利略和德國(guó)的開(kāi)普勒在研究望遠(yuǎn)鏡的同時(shí)，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)的光學(xué)工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進(jìn)。17世紀(jì)中葉，英國(guó)的胡克和荷蘭的列文胡克，都對(duì)顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻(xiàn)。1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動(dòng)和微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)、照明系統(tǒng)和承載標(biāo)本片的工作臺(tái)。
這些部件經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。1673～1677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九臺(tái)保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡，在動(dòng)、植物機(jī)體微觀結(jié)構(gòu)的研究方面取得了杰出的成就。
19世紀(jì)，高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)，使顯微鏡觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)的能力大為提高。1827年阿米奇第一個(gè)采用了浸液物鏡。19世紀(jì)70年代，德國(guó)人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。
這些都促進(jìn)了顯微鏡制造和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展，并為19世紀(jì)后半葉包括科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和微生物提供了有力的工具。在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時(shí)，顯微觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新：1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù);1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù);1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù)，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。古典的光學(xué)顯微鏡只是光學(xué)元件和精密機(jī)械元件的組合，它以人眼作為接收器來(lái)觀察放大的像。
后來(lái)在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲(chǔ)的接收器。現(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝象管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計(jì)算機(jī)后構(gòu)成完整的圖象信息采集和處理系統(tǒng)。表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像，光學(xué)顯微鏡就是利用這一原理把微小物體放大到人眼足以觀察的尺寸。近代的光學(xué)顯微鏡通常采用兩級(jí)放大，分別由物鏡和目鏡完成。
被觀察物**于物鏡的前方，被物鏡作第一級(jí)放大后成一倒立的實(shí)象，然后此實(shí)像再被目鏡作第二級(jí)放大，成一虛象，人眼看到的就是虛像。而顯微鏡的總放大倍率就是物鏡放大倍率和目鏡放大倍率的乘積。放大倍率是指直線尺寸的放大比，而不是面積比。光學(xué)顯微鏡的組成結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡一般由載物臺(tái)、聚光照明系統(tǒng)、物鏡，目鏡和調(diào)焦機(jī)構(gòu)組成。
載物臺(tái)用于承放被觀察的物體。利用調(diào)焦旋鈕可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，使載物臺(tái)作粗調(diào)和微調(diào)的升降運(yùn)動(dòng)，使被觀察物體調(diào)焦清晰成象。它的上層可以在水平面內(nèi)沿作精密移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，一般都把被觀察的部位調(diào)放到視場(chǎng)中心。聚光照明系統(tǒng)由燈源和聚光鏡構(gòu)成，聚光鏡的功能是使更多的光能集中到被觀察的部位。
照明燈的光譜特性必須與顯微鏡的接收器的工作波段相適應(yīng)。物鏡位于被觀察物體附近，是實(shí)現(xiàn)第一級(jí)放大的鏡頭。在物鏡轉(zhuǎn)換器上同時(shí)裝著幾個(gè)不同放大倍率的物鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進(jìn)入工作光路，物鏡的放大倍率通常為5～100倍。
物鏡是顯微鏡中對(duì)成象質(zhì)量?jī)?yōu)劣起決定性作用的光學(xué)元件。常用的有能對(duì)兩種顏色的光線校正色差的消色差物鏡;質(zhì)量更高的還有能對(duì)三種色光校正色差的復(fù)消色差物鏡;能保證物鏡的整個(gè)像面為平面，以提高視場(chǎng)邊緣成像質(zhì)量的平像場(chǎng)物鏡。高倍物鏡中多采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標(biāo)本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體，它能顯著的提高顯微觀察的分辨率。
目鏡是位于人眼附近實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大的鏡頭，鏡放大倍率通常為5～20倍。按照所能看到的視場(chǎng)大小，目鏡可分為視場(chǎng)較小的普通目鏡，和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。載物臺(tái)和物鏡兩者必須能沿物鏡光軸方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時(shí)，容許的調(diào)焦范圍往往小于微米，所以顯微鏡必須具備極為精密的微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。
顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率，顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的最小間距。分辨率和放大倍率是兩個(gè)不同的但又互有聯(lián)系的概念。當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時(shí)，顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，此時(shí)即使過(guò)度地增大放大倍率，得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像，稱為無(wú)效放大倍率。
反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見(jiàn)。所以為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力，應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。聚光照明系統(tǒng)是對(duì)顯微鏡成像性能有較大影響，但又是易于被使用者忽視的環(huán)節(jié)。它的功能是提供亮度足夠且均勻的物面照明。
聚光鏡發(fā)來(lái)的光束應(yīng)能保證充滿物鏡孔徑角，否則就不能充分利用物鏡所能達(dá)到的最高分辨率。為此目的，在聚光鏡中設(shè)有類似照相物鏡中的 ，可以調(diào)節(jié)開(kāi)孔大小的可變孔徑光闌，用來(lái)調(diào)節(jié)照明光束孔徑，以與物鏡孔徑角匹配。改變照明方式，可以獲得亮背景上的暗物點(diǎn)(稱亮視場(chǎng)照明)或暗背景上的亮物點(diǎn)(稱暗視場(chǎng)照明)等不同的觀察方式，以便在不同情況下更好地發(fā)現(xiàn)和觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)。
