Почему электронный микроскоп может обеспечить более высокое разрешение чем оптический микроскоп

Обновлено: 04.07.2024

Электронный микроскоп использует пучок электронов в своей микроскопической процедуре, в то время как световой микроскоп использует свет.

Сравнительная таблица

Электронный микроскоп	Оптический микроскоп
Размер	большой	Маленький и легкий
Расходы	Более дорогой	Дешевле
Тип излучения	Луч электронов	Свет
разрешение	Больше возможностей разрешения	Меньшая мощность разрешения
Увеличение	Более высокое увеличение	Меньшее увеличение
Риск	Риск утечки радиации	Нет риска утечки радиации
Формирование имиджа	Из-за рассеяния электронов	Из-за поглощения световых волн
Цвет изображения	Черное и белое	Красочный
Типы	Просвечивающий электронный микроскоп, растровый электронный микроскоп	Составной микроскоп и стереомикроскоп
Использовать	Исследования и исследования	Исследования и исследования

Что такое электронный микроскоп?

Макс Кнолль и Эрнст Руска использовали и изобрели электронный микроскоп в 1931 году. Электронный микроскоп — это очень сложный микроскоп, для работы которого требуется высокий уровень технических навыков. Электронный микроскоп использует пучок электронов, который приблизительно эквивалентен длине волны 1 нм. Формированием изображения можно управлять, сфокусировавшись на электромагнитах из-за отрицательного заряда электронов. Подготовка образцов обычно связана с более жесткими процедурами с использованием коррозионных химикатов, поэтому для подготовки образцов требуется больше навыков. Существует два наиболее распространенных типа электронных микроскопов: сканирующий электронный микроскоп (SEM) и просвечивающий электронный микроскоп (TEM). В просвечивающем электронном микроскопе электронный луч пропускается через очень тонкий срез образца, и получается двумерное поперечное сечение образца, в то время как в случае сканирующего электронного микроскопа визуализируется структура поверхности образца, что дает трехмерный оттиск. Электронный микроскоп формирует изображения в оттенках серого. Однако электронные микрофотографии в искусственных цветах обычны и красивы. Этот микроскоп не может рассматривать живые образцы, потому что электронный микроскоп использует вакуум в трубке, чтобы электроны не поглощались молекулами воздуха.

Что такое световой микроскоп?

Голландский производитель очков Ханс Янсон и его сын Захариас изобрели первый световой микроскоп в конце 16- го века. век. Световой микроскоп также называют оптическим микроскопом. Световой микроскоп использует свет почти от 400 до 700 нм. Для работы с оптическим микроскопом используются простые методы, и готовятся только простые слайды образцов. Для световой микроскопии подготовка образца обычно занимает от нескольких минут до нескольких часов, но вид поверхности в световой микроскоп оставляет желать лучшего. Формированием изображения можно управлять, пропуская свет через стеклянные линзы. Этот микроскоп делает изображение, включающее диапазон длин волн, который обеспечивает источник света, и цвета часто обусловлены пятнами, а не фактическими цветами, присутствующими в природе. Есть два распространенных типа световых микроскопов, составных микроскопов и стереомикроскопов. Стереомикроскоп также известен как рассекающий микроскоп. Стереомикроскоп часто используется для визуализации больших, непрозрачные образцы и предметы. Обычно они не увеличивают так сильно, как составной микроскоп (40–70 раз), но дают действительно стереоскопическое изображение. Это потому, что изображение, формируемое для каждого глаза, немного отличается. Стереомикроскоп не требует сложной пробоподготовки. Составной микроскоп увеличивает примерно до 1000X. Образец должен быть достаточно ярким и тонким, чтобы сквозь него мог проходить свет микроскопа. Образец фиксируется на предметном стекле. Составной микроскоп не может создать трехмерное изображение, даже если у него два окуляра. Это потому, что каждый глаз получает одно и то же изображение от объектива. Луч света делится на две части. Это связано с тем, что изображение, формируемое для каждого глаза, немного отличается. Стереомикроскоп не требует сложной пробоподготовки. Составной микроскоп увеличивает примерно до 1000X. Образец должен быть достаточно ярким и тонким, чтобы сквозь него мог проходить свет микроскопа. Образец закрепляют на предметном стекле. Составной микроскоп не может создать трехмерное изображение, даже если у него два окуляра. Это потому, что каждый глаз получает одно и то же изображение от объектива. Луч света делится на две части. Это связано с тем, что изображение, формируемое для каждого глаза, немного отличается. Стереомикроскоп не требует сложной пробоподготовки. Составной микроскоп увеличивает примерно до 1000 раз. Образец должен быть достаточно ярким и тонким, чтобы сквозь него мог проходить свет микроскопа. Образец закрепляют на предметном стекле. Составной микроскоп не может создать трехмерное изображение, даже если у него два окуляра. Это потому, что каждый глаз получает одно и то же изображение от объектива. Луч света делится на две части. Составной микроскоп не может создать трехмерное изображение, даже если у него два окуляра. Это потому, что каждый глаз получает одно и то же изображение от объектива. Луч света делится на две части. Составной микроскоп не может создать трехмерное изображение, даже если у него два окуляра. Это потому, что каждый глаз получает одно и то же изображение от объектива. Луч света делится на две части.

Как и многие другие технологические устройства, микроскопы имеют очень долгую историю. Самые ранние микроскопы содержали простое увеличительное стекло с малой мощностью (до 10 раз). Их использовали для наблюдения за маленькими насекомыми, такими как блохи.

Ранние версии оптических микроскопов были разработаны в конце 15 века. Хотя изобретатель неизвестен, за эти годы было сделано несколько заявлений. Использование микроскопов для исследования органических тканей появилось только в 1644 году.

Сегодня у нас есть микроскопы, которые могут обеспечить разрешение в 50 пикометров с увеличением до 50 миллионов раз, что достаточно для наблюдения ультраструктуры различных неорганических и биологических образцов.

Современные микроскопы можно классифицировать по-разному. Один из способов сгруппировать их - это способ их взаимодействия с образцами для создания изображений. Основываясь на том же факторе, мы перечислили 5 основных типов микроскопов и их использование.

1. Оптические микроскопы

Оптические микроскопы являются наиболее распространенными микроскопами, которые используют свет, чтобы пройти через образец для генерации изображений. Они могут иметь очень простую конструкцию, хотя сложные оптические микроскопы направлены на повышение разрешения и контрастности образца.

В дальнейшем их можно подразделить на два типа: простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп использует одну линзу (например, увеличительное стекло) для увеличения, в то время как сложные микроскопы используют несколько линз для увеличения образца.

Они часто оснащены цифровой камерой, поэтому образец можно наблюдать с помощью компьютера. Это позволяет провести глубокий анализ микроскопического изображения.

Оптические микроскопы могут обеспечивать увеличение до 1250 раз с теоретическим пределом разрешения 0,250 микрометров. Тем не менее развитие сверхразрешенной флуоресцентной микроскопии в последнее десятилетие привело оптическую микроскопию в наноразмерность.

Варианты оптического микроскопа

Стереомикроскоп: предназначен для наблюдения образцов в 3D при небольшом увеличении.
Сравнительный микроскоп: используется для исследования бок о бок образцов.
Поляризационный микроскоп: используется в оптической минералогии и петрологии для выявления минералов и горных пород в тонких срезах.
Двухфотонный микроскоп: позволяет получать изображения живых тканей глубиной до 1 мм.
Инвертированный микроскоп: исследует образец снизу; обычно используется для металлографии и клеточных культур в жидкости.
Эпифлуоресцентный микроскоп: разработан для анализа образцов, содержащих флуорофоры.

Применение

Основные оптические микроскопы часто встречаются в классах и дома. Сложные широко используются в фармацевтических исследованиях, микробиологии, микроэлектронике, нанофизике и минералогии.

Они часто используются для исследования тканей с целью изучения проявлений заболеваний. В клинической медицине исследование биопсии или хирургического образца относится к гистопатологии.

2. Электронные микроскопы

Электронный микроскоп использует пучок ускоренных электронов для получения изображения образца. Точно так же, как оптические микроскопы используют стеклянные линзы, электронные микроскопы используют фасонные магнитные поля для создания систем электронно-оптических линз.

Поскольку длина волны электрона может быть намного короче, чем у фотонов, электронные микроскопы имеют более высокую разрешающую способность и увеличение, чем обычные оптические микроскопы. Они могут выявить структуры объектов размером с пикометр.

Первый электронный микроскоп, который превысил разрешение, достигнутое с помощью оптического микроскопа, был разработан немецким физиком Эрнстом Руской в 1933 году. С тех пор были сделаны многочисленные улучшения для дальнейшего улучшения увеличения и разрешения микроскопа.

Современные электронные микроскопы способны увеличивать образцы до 2000000 раз, однако они все еще полагаются на прототип Руска (разработанный в 1931 году) и его связь между разрешением и длиной волны.

Электронные микроскопы имеют некоторые ограничения: они дороги в изготовлении, обслуживании и должны быть размещены в стабильных средах, таких как системы подавления магнитного поля. Также объекты должны просматриваться в вакууме.

Современный просвечивающий электронный микроскоп | Предоставлено: Дэвид Морган из Кембриджа, Великобритания.

Два основных типа электронного микроскопа

1. Просвечивающий электронный микроскоп: используется для наблюдения за тонкими образцами, через которые могут проходить электроны, создавая проекционное изображение. Он может захватывать мелкие детали размером с колонку атомов.

В этом случае образец обычно представляет собой очень тонкий срез (

Современный сканирующий зондовый микроскоп

Распространенные типы сканирующих зондовых микроскопов

А) Атомно-силовой микроскоп: имеет разрешение порядка долей нанометра, что позволяет получать изображения практически любого типа поверхности, включая стекло, полимеры и биологические образцы.

B) Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля: может достигать производительности пространственного разрешения сверх классического дифракционного предела. Он может быть использован для изучения всех проводящих, непроводящих и прозрачных образцов.

C) Сканирующие туннельные микроскопы: могут достигать бокового разрешения 0,1 нм и глубины 0,01 нм. Образцы могут быть отображены в экстремальных условиях, при температурах от почти абсолютного нуля до более 1000 ° C.

Кроме того, сканирующий туннельный микроскоп был первым микроскопом, который использовал квантовые концепции , которые проложили путь к развитию квантового микроскопа запутывания и фотоионизационного микроскопа.

Применение

Сканирующие зондовые микроскопы используются в широком спектре естественных наук, включая медицину, клеточную и молекулярную биологию, физику твердого тела, химию полимеров и полупроводниковую науку и технику.

Например, в молекулярной биологии этот метод микроскопии используется для анализа структуры и механических характеристик белковых комплексов и сборок. В клеточной биологии он используется для определения взаимодействия между определенными клетками и различения нормальных клеток и раковых клеток на основе твердости клеток.

В физике твердого тела он используется для изучения взаимодействия между соседними атомами и изменений в расположении атомов посредством атомных манипуляций.

4. Сканирующие акустические микроскопы

Сканирующий акустический микроскоп измеряет изменения акустического импеданса с помощью звуковых волн. Он в основном используется для неразрушающей оценки, анализа отказов и выявления дефектов в недрах материалов, в том числе обнаруженных в интегральных микросхемах.

Этот тип микроскопа был впервые разработан в 1974 году в микроволновой лаборатории Стэнфордского университета. С тех пор были сделаны многочисленные улучшения для повышения его точности и разрешения.

Микроскоп непосредственно фокусирует звук от датчика в маленькой точке на образце. Звук, падающий на объекты, либо поглощается, либо рассеивается под разными углами. Эти рассеянные импульсы, распространяющиеся в определенном направлении, дают полезную информацию об образце.

Разрешение образца изображения либо ограничено шириной звукового луча (зависит от частоты звука), либо физическим разрешением сканирования.

В отличие от обычных оптических микроскопов, которые позволяют наблюдать поверхность образца, акустические микроскопы фокусируются на определенной точке и получают изображения из более глубоких слоев. Кроме того, они обеспечивают более точные результаты и увеличивают объём данных, сохраняя при этом целостность образца.

Сканирующий акустический микроскоп Sonix HS 1000

Применение

Многие компании используют этот тип микроскопии в аналитических лабораториях для определения качества своих электронных компонентов. Производители также используют его для контроля качества, квалификации поставщиков, тестирования надежности продукции, а также для исследований и разработок.

В биологии эти микроскопы предоставляют полезные данные о физических силах, удерживающих структуры в определенных формах, таких как эластичность клеток и тканей. Это чрезвычайно полезно при изучении процесса подвижности клеток (способность организма самостоятельно передвигаться, используя метаболическую энергию).

5. Рентгеновский микроскоп

Рентгеновские микроскопы генерируют увеличенные изображения объектов, используя электромагнитное излучение в мягком луче. Они способны выдавать 3D-изображение компьютерной томографии относительно больших образцов с высоким разрешением.

Для идентификации рентгеновских лучей, проходящих через образец, используется детектор с зарядовой связью. Поскольку рентгеновские лучи легко проникают сквозь вещество, микроскопы этого типа могут отображать внутреннюю часть образцов, непрозрачных для видимого света.

Современные рентгеновские микроскопы позволяют наблюдать различные образцы, в том числе те, которые имеют низкий контраст поглощения и более плотный материал, например керамические композиты. Чтобы достичь этого, микроскоп изменяет длину волны рентгеновского излучения, что увеличивает контраст или проникновение.

Его разрешение лежит между оптической микроскопией и электронной микроскопией. В отличие от традиционных электронных микроскопов, рентгеновские микроскопы могут отображать толстые биологические материалы в их естественном состоянии.

Рентгеновский микроскоп ZEISS Xradia 510 Versa

Применение

Рентгеновская микроскопия оказалась чрезвычайно полезной в области медицины и материаловедения. Он был использован для анализа структуры различных тканей и образцов биопсии.

В области материаловедения рентгеновские микроскопы могут определять структуру кристалла вплоть до размещения отдельных атомов внутри его молекул. Он также обеспечивает неразрушающий, неинвазивный метод поиска дефектов в трех измерениях.

Практически каждый хоть однажды сталкивался с микроскопом. Кто-то в школьные годы на уроках биологии изучал строение клеток лука, листья растений. У кого-то микроскоп был дома с детства.

Микроскоп полезен в любом возрасте как с познавательной точки зрения, так и с научной. Он поможет исследовать интересное насекомое, изучить структуру обычных вещей и предметов. Также он незаменим при выполнении точных работ.

Друзья, этой статьей мы продолжаем тематику FAQ по реализуемому нашей компанией оборудованию. В этот раз мы посвящаем статью микроскопам.

Время чтения: 17 минут

Общие вопросы о микроскопах

Для чего нужен микроскоп?

Микроскоп будет полезен ребенку для развития познавательных способностей и изучения мира. Школьнику и студенту он поможет в реализации научных проектов по биологии, зоологии, химии, физике и технике. Взрослым микроскоп часто пригодится для точных работ: ремонт электроники, ювелирное дело, изготовление микроминиатюр, реставрация и других. Микроскопы нужны в научных исследованиях, изучении структуры поверхности натуральных и искусственных материалов.

Какой микроскоп лучше: цифровой или учебный (биологический)?

Что лучше оптическое или цифровое увеличение?

Для достижения максимального качества изображения – нужно ориентироваться на оптическое увеличение. Чем оно выше у микроскопа – тем четче будет получаемое изображение.

Глаз насекомого под микроскопом: оптический зум (слева) и цифровой зум (справа).

Если оптическое увеличение лучше цифрового, то для чего цифровые микроскопы?

Цифровые микроскопы применяются там, где не нужно большое увеличение, например, в ювелирной промышленности и при производстве ремонтных и ревизионных работ.

Чем цифровой микроскоп лучше оптического микроскопа?

Цифровые микроскопы имеют некоторые преимущества, в первую очередь это:

плавный зум (оптические микроскопы имеют конкретные увеличения 100х, 400х, 800х и т.д.)
настройка фокусного расстояния в широком диапазоне (у оптических МС фокусное расстояние зависит от объектива);
встроенная камера для захвата фото и видео изображения;
карта памяти для сохранения фото и видео;
дополнительные выходы: HDMI, AV (для некоторых моделей);
встроенный монитор (для некоторых моделей);
пуль дистанционного управления микроскопом (для некоторых моделей).

Чем оптический микроскоп лучше цифрового микроскопа?

Учебные и биологические микроскопы, использующие оптическое увеличение, подходят для научных и исследовательских работ. Их преимущества:

высокое оптическое увеличение – до 2000Х;
оптика, выполненная из оптического стекла. Это позволяет уменьшить оптические искажения;
возможность улучшения микроскопа путём замены объективов и окуляров;
возможность установки в окуляр камеры или переходника к телефону для получения цифровых фото и видео снимков;
возможность исследования методами темнопольной и фазово-контрастной микроскопии.

Для чего нужны промышленные микроскопы?

отдельная камера с высоким разрешением;
возможность замены и модернизации камеры, объектива и предметного стола;
наличие монитора (для некоторых моделей);
наличие видеовыходов, карты памяти, пульта управления камерой (для некоторых моделей).

Какой микроскоп выбрать: монокулярный, бинокулярный или тринокулярный?

Монокулярные микроскопы имеют невысокую цену и используются реже других микроскопов, как правило, в учебных целях.

Бинокулярные микроскопы позволяют смотреть двумя глазами, что снижает нагрузку на глаза. Кроме того, два окуляра дают возможность производить стереоскопические микроскопы.

Тринокулярные микроскопы хороши тем, что позволяют одновременно использовать преимущества бинокулярного зрения и при этом вести фото и видео съемку через третий окуляр.

Вопросы об объективах

Что означают цифры и буквы на объективе микроскопа?

На корпусе объектива указываются его закодированные характеристики и область применения. Краткие обозначения идентифицируют объектив, описывают назначение и особенности его использования.

Как обозначается увеличение в микроскопах?

Что означают цветные полосы на объективе микроскопа?

Цветовая маркировка указывает на увеличение объектива. Такое обозначение полезно, если основные надписи стерты или не видны из-за других объективов, размещенных на револьверной головке.

Далее в таблице приведена расшифровка цветовых колов.

Черный или без цветовой маркировки

У отдельных производителей могут отсутствовать объективы некоторых кратностей увеличения.

У иммерсионных объективов выполнена двойная цветовая маркировка. Второе цветное кольцо обозначает вид иммерсионной среды.

У разных производителей оттенки цветов могут существенно отличатся друг от друга.

Что означает буквенная маркировка на объективе микроскопа?

На объективе указываются закодированные: метод исследования, вид оптической коррекции, вид иммерсионной среды и другие характеристики.

Как и в цветовой маркировке, краткие сокращения упрощают его идентификацию.

В таблице ниже приводится расшифровка некоторых сокращений.

Металлографический объектив (для использования без покровного стекла).

Для использования без покровного стекла.

Для исследования в светлом и темном поле.

PH, Phase, PHACO, PC

Для фазово-контрастного исследования.

Для исследований в поляризованном свете.

Для флуоресцентного (люминесцентного) метода исследования.

Для исследований в косом свете и EPI-освещении.

Для исследования методом дифференциального контраста.

Для исследования методом интерференционного контраста.

Для исследования в проходящем свете.

Для исследования в темном поле.

Для исследования в светлом поле.

Для инфракрасной микроскопии.

ACH, AHRO, Achro, Achromat

Ахроматический объектив с высокой кривизной поля зрения (до 35%).

Полупланарный объектив со средней кривизной поля зрения (до 20%).

Планарный объектив с минимальной кривизной поля зрения (до 5%).

ЦВЕТОВАЯ КОРРЕКЦИЯ (ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ)

Апохроматический объектив. Исправлены хроматические аберрации для трех цветов: красный, зеленый и синий.

Суперапохроматический объектив. Исправлены хроматические аберрации в видимой части спектра и ближних областях УФ и ИК.

F, Fluor, Fl, Fluar, Neofluar, Fluotar

Флюоритовый или полуапохроматический объектив. Исправлены хроматические аберрации для двух цветов: красный и синий.

Длинное рабочее расстояние.

Для использования с универсальным предметным столиком.

Погружаемый в воду (при обозначении иммерсионной среды) или рабочее расстояние.

W, Water, WI, Wasser

Любая другая или более чем одна иммерсионная среда.

Однородная (гомогенная) иммерсионная среда.

Стандарт объектива (Deutsches Institut für Normung – Немецкий институт по стандартизации). Длина тубуса – 160 мм, парфокальная высота – 45 мм.

Стандарт объектива (Japan Industrial Standard – Японский промышленный стандарт). Длина тубуса – 170 мм, парфокальная высота – 36 мм.

Стандарт резьбы объектива (Royal Microscopical Society – Королевское Микроскопическое Общество).

Метрический стандарт резьбы объектива 25 мм.

Метрический стандарт резьбы объектива 32 мм.

Что такое числовая апертура объектива?

Числовая апертура (NA) отражает светосилу, разрешающую способность и глубину резкости объектива. Она определяется через величину угла (q) конуса собираемого объективом света и показатель преломления среды (n). Величина угла конуса света зависит от диаметра входной линзы (D) и фокусного расстояния (f) объектива.

Что такое иммерсия и иммерсионная среда?

Иммерсия (погружение) – метод исследования в микроскопии, при котором между линзой объектива и покровным стеклом размещается иммерсионная жидкость.

Иммерсионный метод позволяет увеличивает разрешение и числовую апертуру оптической системы.

Коэффициент преломления света иммерсионной жидкости должен быть близким к коэффициенту преломления света оптического стекла, используемому в объективе. Фактически она имитирует стекло и уменьшает рассеивание света, проходящего от препарата к линзе на границе раздела сред.

В идеале коэффициенты преломления иммерсионной жидкости и стекол должны минимально различаться. Ниже приводятся коэффициенты преломления различных веществ:

воздух – 1;
вода – 1,33;
глицерин – 1,47;
масло синтетическое и кедровое – 1,51.
оптическое стекло – 1,49…1,51.

Для чего указывается длина тубуса на объективе и что означает коррекция на бесконечность?

Для чего указывается толщина покровного стекла на объективе?

Как рассчитать увеличение микроскопа?

Для оптических микроскопов: детских, учебных, биологических (бинокулярных и тринокулярных) увеличение определяется перемножением кратностей увеличения окуляра и объектива.

Например: кратность увеличения объектива – 60Х, кратность увеличения окуляра – 20Х.

В этом случае общее увеличение составит: 60 x 20 = 1200 крат.

Также дополнительно на окуляр (для детских и учебных микроскопов) или объектив (для стереоскопических микроскопов) может устанавливаться увеличивающая или уменьшающая линза – линза Барлоу. Обычно её кратность составляет от 0,25X до 2X.

При расчете общего увеличения необходимо до множить общее увеличение на увеличение линзы.

Для цифровых микроскопов расчет несколько сложнее.

Во-первых, у них часто нет окуляра, а есть только объектив.

Во-вторых, здесь присутствует два вида цифрового зума: аппаратный – увеличение камерой и программный – увеличение на мониторе. Как раз их определение и вызывает сложности.

Если все три увеличения известны, они перемножаются и дают общее увеличение цифрового микроскопа.

Вопросы о характеристиках и конструкции микроскопов

Что такое рабочее расстояние микроскопа?

Рабочее расстояние – это промежуток от передней линзы объектива до поверхности покровного стекла, когда препарат находится в фокусе.

Обычно производители указывают только максимальное рабочее расстояние, так как минимальное зависит от фокусного расстояния объектива.

Что такое парфокальное расстояние микроскопа?

Расстояние от посадочного места объектива до покровного стекла или препарата (если объектив предназначен для работы без покровного стекла).

Какое стекло используется для линз микроскопа?

Качество линз отражается на получаемом микроскопом изображении. Линзы микроскопов могут изготавливаться из оптического пластика или оптического стекла.

Оптический пластик нередко встречается в дешевых учебных микроскопах.

Оптический пластик не позволяет получать эффективное увеличение на больших кратностях из-за оптических аберраций. Кроме этого, он легко царапается и может со временем терять прозрачность.

Оптическое стекло также может иметь дефекты. В стекле низкого качества могут обнаруживаться непрозрачные включения (камни), пузырьки воздуха (пузыри, мошка) и другие. Для каждого вида микроскопа требования к качеству стекла различаются. В микроскопах, работающих с малыми увеличениями мелкие дефекты стекла незаметны. Но для научного оборудования требования к качеству очень высокое. И тем оно выше – чем больше увеличение микроскопа.

Все микроскопы, реализуемые нашей компанией, имеют высококачественное оптическое стекло.

Смотрим в микроскоп

Что можно увидеть в цифровой USB микроскоп?

Оптическое увеличение цифровых и промышленных микроскопов обычно не превышает 50. 100 крат. За счет цифрового увеличения достигается высокое значение общего увеличения микроскопа.

Поэтому их основной областью применения являются:

контроль качества различных материалов;
визуальный контроль выполнения точных работ;
металлография и материаловедение и прочее.

В качестве учебного микроскопа цифровые можно использовать при изучении насекомых, структуры растений и осадочных пород.

Для изучения срезов растений и клеток увеличения этих микроскопов будет недостаточно.

Что можно увидеть в биологический микроскоп?

Увеличение учебных, детских и биологических микроскопов достигает 2000 крат. Поэтому они позволяют изучать даже клеточные микропрепараты.

На оптических увеличениях в 1600…2000 крат можно изучать структуру растений и их клеток.

Однако вирусы и микробы увидеть все же не получится. Для них используют более серьёзные методы микроскопии.

Что можно увидеть в стереоскопический микроскоп?

Стереоскопические микроскопы, как и цифровые, имеют не высокое оптическое увеличение – до 50-150 крат. Однако они уже относятся к профессиональным микроскопам.

Область их применения схожа с промышленными микроскопами.

Однако наличие оптики более высокого качества и стереоскопический эффект расширяют область применения до биологических исследований, криминалистики и иных научных исследований.

Почему я не вижу в микроскоп объекты в объеме? Я же смотрю двумя глазами.

Почему я не вижу объекты в микроскоп на большую глубину при больших увеличениях?

Причиной этому уменьшение фокусного расстояния объектива с ростом увеличения. Глубина резкости связана с фокусным расстоянием, а оно, в свою очередь, связано с размером передней линзы и апертурой объектива.

Меняя объектив 20X на 60X мы получаем от 2 до 5 кратную потерю глубины резкости.

Друзья, в этой статье мы постарались раскрыть ответы на самые интересные и часто задаваемые вопросы по микроскопам.

По мере появления от вас новых вопросов мы будем добавлять ответы на них в эту статью.

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.

Схема получения двумерных дифракционных картин при облучении исследуемого кристалла электронным пучком

Y. Jiang et al./ Nature, 2018

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.

Когда речь идет о поле зрения что выбрать?

Поле зрения - количество миллиметров, которое вы будете видеть в ширину видимой части изображения при взгляде в окуляр традиционного оптического микроскопа или при взгляде на монитор цифрового микроскопа (Рисунок 1).

Рисунок 1.

При одинаковой кратности увеличения объекта, на цифровом и на оптическом микроскопе, используя цифровой микроскоп Вы сможете увидеть большую площадь исследуемого объекта из-за соотношения сторон широкоэкранной камеры 16:9 с цифровым микроскопом.

Кратность увеличения на цифровом микроскопе - выражение того, во сколько раз исследуемый образец, воспроизводимый на мониторе больше реального образца. Чем больше кратность увеличения вы выберете, тем меньше будет поле зрения, и чем ниже кратность увеличения, тем больше будет поле зрения.

При работе с цифровым микроскопом и 22-дюймовым монитором Вы получите большую область обзора, чем при использовании оптического микроскопа с той же кратностью увеличения.

Приведем пример фактического уровня поля зрения на микроскопе, во всем диапазоне цифровых микроскопов TAGARNO поле зрения варьируется от 409,0 мм до 0,8 мм. В оптическом микроскопе степень увеличения определяется путем умножения увеличения объектива на увеличение окуляра. Поскольку цифровой микроскоп не имеет окуляра, степень увеличения определяется по тому, во сколько раз исследуемый образец увеличивается при воспроизведении на мониторе.

Кратность увеличения цифрового микроскопа против кратности увеличения оптического микроскопа, что лучше?

Стандартный оптический микроскоп имеет окуляр, эквивалентный монитору размером 10 дюймов, тогда как цифровые микроскопы часто используют 22-дюймовый монитор в качестве стандарта и совместимы с еще большими мониторами, телевизорами и даже проекторами.

Если рассматривать только поле зрения кратность увеличения на цифровом микроскопе, будет примерно на 100% выше, чем кратность увеличения при использовании оптического микроскопа.

Как показано на Рисунке 2, увеличение 40x на цифровом микроскопе цифровой системы будет соответствовать 20x на оптической системе - как правило, в зависимости от марки микроскопа могут возникать незначительные различия.

Рисунок 2.

Размер поля зрения можно использовать в качестве ориентира для визуализации различий.

Если вы привыкли работать при определенном уровне поля зрения на оптическом микроскопе и хотите работать на том же уровне на цифровом микроскопе, например, из-за проблем с валидацией, соответствие очень легко обеспечить. Поле зрения можно определить, поместив метрическую линейку под микроскоп, увеличив масштаб до желаемой степени увеличения и посчитав, сколько миллиметров вы видите слева направо. Как только вы узнаете размер желаемого поля зрения, поместите линейку под цифровой микроскоп, увеличивайте масштаб (при необходимости смените линзы) до тех пор, пока не достигнете того же поля зрения.

Что влияет на кратность увеличения?

Чтобы рассчитать кратность увеличения, вам нужно знать:

Размер используемого монитора
Минимальное и максимальное поле зрения (в направлении X) на этом мониторе

Используемый монитор очень важен, потому что размер монитора будет определять, как сильно Вы можете увеличивать и уменьшать масштаб. Иными словами Вы можете достичь более низкого и более высокого уровня увеличения при использовании 27-дюймового монитора, чем при применении 24-дюймового монитора.

Пример: TAGARNO FHD Prestige с объективом +10 (ахроматическим) может увеличить объект в 129 раз на 24-дюймовом мониторе. Но он может увеличить 145 раз на 27-дюймовом мониторе и 116 раз на 22-дюймовом мониторе.

Как рассчитать кратность увеличения для цифрового микроскопа?

Формула довольно проста: просто разделите ширину монитора с минимальным FOV (угловое пространство, которое видит человеческий глаз при неподвижной голове и зафиксированном взгляде), чтобы найти минимально возможный уровень увеличения. Затем разделите ширину монитора с максимальным FOV, чтобы найти максимально возможный уровень увеличения.

Пример: TAGARNO PRESTIGE с объективом +10 (ахроматическим) и 24-дюймовым монитором.

Чтобы найти минимально возможный уровень увеличения, необходимо 531 мм (ширина монитора) разделить на 125,1 (минимальный FOV), что составляет примерно 4,2 x. Чтобы найти максимально возможный уровень увеличения, вы делите 531 мм (ширина монитора) на 4,1 (максимальный FOV), что примерно равно 129x.

Это означает, что исследуемый объект может быть увеличен от 4,2 до 129 раз при использовании FHD Prestige с объективом +10 (ахроматическим) на 24-дюймовом мониторе.

Ниже приведена таблица с уровнями увеличения для каждого из объективов, которые предлагает компания TAGARNO с применением 24-дюймового монитора. В таблице показано, как каждый объектив имеет различные диапазоны уровней увеличения. Какой микроскоп и какую линзу вы должны выбрать, зависит от вашего объекта исследования и от того, какая кратность увеличения вам нужна.

Читайте также: