显微镜基本原理

显微镜基本原理
显微镜基本原理

第一章:显微镜简史

随着科学技术的进步,人们越来越需要观察微观世界,显微镜正是这样的设备,它突破了人类的视觉极限,使之延伸到肉眼无法看清的细微结构。

显微镜是从十五世纪开始发展起来。从简单的放大镜的基础上设计出来的单透镜显微镜,到1847年德国蔡司研制的结构复杂的复式显微镜,以及相差,荧光,偏光,显微观察方式的出现,使之更广范地应用于金属材料,生物学,化工等领域。

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第二章显微镜的基本光学原理

一.折射和折射率

光线在均匀的各向同性介质中,两点之间以直线传播,当通过不同密度介质的透明物体时,则发生折射现像,这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时,光线在其介面改变了方向,并和法线构成折射角。

二.透镜的性能

透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件,物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同,可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。

当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点,这个点称“焦点”,通过交点并垂直光轴的平面,称“焦平面”。焦点有两个,在物方空间的焦点,称“物方焦点”,该处的焦平面,称“物方焦平面”;反之,在像方空间的焦点,称“像方焦点”,该处的焦平面,称“像方焦平面”。

光线通过凹透镜后,成正立虚像,而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来,而虚像不能。

三.影响成像的关键因素—像差

由于客观条件,任何光学系统都不能生成理论上理想的像,各种像差的存在影响了成像质量。下面分别简要介绍各种像差。

1.色差(Chromatic aberration)

色差是透镜成像的一个严重缺陷,发生在多色光为光源的情况下,单色光不产生色差。白光由红橙黄绿青蓝紫七种组成,各种光的波长不同,所以在通过透镜时的折射率也不同,这样物方一个点,在像方则可能形成一个色斑。光学系统最主要的功能就是消色差。

色差一般有位置色差,放大率色差。位置色差使像在任何位置观察都带有色斑或晕环,使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。

2.球差(Spherical aberration)

球差是轴上点的单色相差,是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是,一个点成像后,不在是个亮点,而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑,从而影响成像质量。

球差的矫正常利用透镜组合来消除,由于凸、凹透镜的球差是相反的,可选配不同材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号显微镜,物镜的球差没有完全矫正,应与相应的补偿目镜配合,才能达到纠正效果。一般新型显微镜的球差完全由物镜消除。

3.慧差(Coma)

慧差属轴外点的单色像差。轴外物点以大孔径光束成像时,发出的光束通过透镜后,不再相交一点,则一光点的像便会得到一逗点状,型如慧星,故称“慧差”。

4.像散(Astigmatism)

像散也是影响清晰度的轴外点单色像差。当视场很大时,边缘上的物点离光轴远,光束倾斜大,经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直的短线,在理想像平面上综合后,形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消除。

5.场曲(Curvature of field)

场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时,整个光束的交点不与理想像点重合,虽然在每个特定点都能得到清晰的像点,但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个像面,给观察和照相造成困难。因此研究用显微镜的物镜一般都是平场物镜,这种物镜已经矫正了场曲。

6.畸变(Distortion)

前面所说各种像差除场曲外,都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的像差,光束的同心性不受到破坏。因此,不影响像的清晰度,但使像与原物体比,在形状上造成失真。

四. 显微镜的成像(几何成像)原理

显微镜之所以能将被检物体进行放大,是通过透镜来实现的。单透镜成像具有像差,严重影响成像质量。因此显微镜的主要光学部件都由透镜组合而成。从透镜的性能可知,只有凸透镜才能起放大作用,而凹透镜不行。显微镜的物镜与目镜虽都由透镜组合而成,但相当于一个凸透镜。为便于了解显微镜的放大原理,简要说明一下凸透镜的5种成像规律:

(1)当物体位于透镜物方二倍焦距以外时,则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩

小的倒立实像;

(2)当物体位于透镜物方二倍焦距上时,则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像;

(3)当物体位于透镜物方二倍焦距以内,焦点以外时,则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像;

(4)当物体位于透镜物方焦点上时,则像方不能成像;

(5)当物体位于透镜物方焦点以内时,则像方也无像的形成,而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。

显微镜的成像原理就是利用上述(3)和(5)的规律把物体放大的。当物体处在物镜前F-2F(F为物方焦距)之间,则在物镜像方的二倍焦距以外形成放大的倒立实像。在显微镜的设计上,将此像落在目镜的一倍焦距F1之内,使物镜所放大的第一次像(中间像),又被目镜再一次放大,最终在目镜的物方(中间像的同侧)、人眼的明视距离(250mm)处形成放大的直立(相对中间像而言)虚像。因此,当我们在镜检时,通过目镜(不另加转换棱镜)看到的像于原物体的像,方向相反。

五.显微镜光学系统简介

显微镜光学系统的设计有三种光学系统。

1 . 长筒光学系统

2 . 万能无限远校正光学系统:是较先进的光路设计,它体现了无限远校正方式的优越性。光线通过物镜后成为平行光束通过镜筒,并在结像透镜处折射或完成无像差的中间像。物镜与观察筒内结像透镜之间可添加光学附件,而不影响总放大倍数。另外这种光学系统不需要安装附加校正透镜,都能得到最佳的显微图像。

3. 万能无限远双重色差校正光学系统:是目前最先进的光路设计,不但能矫正位置色差,同时还能矫正倍率色差可提高水平分辨率12%,提供最高反差、最高衬度、最高分辨率的最锐利图象。

第三章显微镜的重要光学技术参数

在镜检时,人们总是希望能得到清晰而明亮的理想图像,这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准,并且要求在使用时,必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样,才能充分发挥显微镜应有的性能,得到满意的镜检效果。

显微镜的光学技术参数包括:数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好,它们之间是相互联系又相互制约的,在使用时,应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系。

一.数值孔径

数值孔径简写NA(蔡司公司的数值孔径简写CF),数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数,是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低(即消位置色差的能力,蔡司公司的数值孔是代表消位置色差和倍率色差的能力),的重要标志。其数值的大小,分别标科在物镜和聚光镜的外壳上。

数值孔径(NA)是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(η)和孔径角(u)半数的正玄之乘积。用公式表示如下:NA=ηsinu/2 孔径角又称“镜口角”,是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大,进入物镜的光通亮就越大,它与物镜的有效直径成正比,与焦点的距离成反比。

显微镜观察时,若想增大NA值,孔径角是无法增大的,唯一的办法是增大介质的折射率η值。基于这一原理,就产生了水浸系物镜和油浸物镜,因介质的折射率η值大于一,N A值就能大于一。数值孔径最大值为1.4,这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前,有用折射率高的溴萘作介质,溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。这里必须指出,为了充分发挥物镜数值孔径的作用,在观察时,聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA 值,数值孔径与其它技术参数有着密切的关系,它几乎决定和影响着其它各项技术参数。它与分辨率成正比,与放大率成正比,与焦深成反比,NA值增大,视场宽度与工作距离都会相应地变小。

二.分辨率

分辨率又称“鉴别率”,“解像力”。是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。显微镜的分辨率用公式表示为:d=0.61λ/NA 式中d为最小分辨距离;λ为光线的波长;NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大,照明光线波长越短,则d值越小,分辨率就越高。

1. 要提高分辨率,即减小d值,可采取以下措施。降低波长λ值,使用短波长光源。

2.曾大介质η值和提高NA值(NA=ηsinu/2)。

3.消色差。

4.增加明暗反差。

三.放大率

放大率就是放大倍数,是指被检验物体经物镜放大再经目镜放大后,人眼所看到的最终

图像的大小对原物体大小的比值,是物镜和目镜放大倍数的乘积。放大率也是显微镜的重要参数,但也不能盲目相信放大率越高越好,在选择时应首先考虑物镜的数值孔径。

四.焦深

焦深为焦点深度的简称,即在使用显微镜时,当焦点对准某一物体时,不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度内,也能看得清楚,这个清楚部分的厚度就是焦深。焦深大, 可以看到被检物体的全层,而焦深小,则只能看到被检物体的一薄层,焦深与其它技术参数有以下关系:

1.焦深与总放大倍数及物镜的数值孔镜成反比。

2.焦深大,分辨率降低。

由于低倍物镜的景深较大,所以在低倍物镜照相时造成困难。在显微照相时将详细介绍。

五.视场直径(Field of view)

观察显微镜时,所看到的明亮的原形范围叫视场,它的大小,是由目镜里的视场光阑决定的。视场直径也称视场宽度,是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径23最为科学,大视场容易引起场曲。F=FN/Mob F: 视场直径,FN:视场数,Mob:物镜放大率。视场数(Field Number, 简写为FN),标刻在目镜的镜筒外侧。

由公式可看出:

1.视场直径与视场数成正比。

2.增大物镜的倍数,则视场直径减小。因此,若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌,而换成高倍物镜,就只能看到被检物体的很小一部份。

六.覆盖差

显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准,光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变,从而产生了像差,这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成像质量。国际上规定,盖玻片的标准厚度为0.17mm, 许可范围在0.16—0.18mm.,在物镜的制造上已将此厚度范围的像差计算在内。物镜外壳上标记0.17,即表明该物镜要求盖玻片的厚度。

七.工作距离

工作距离也叫物距,即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时,被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此,它与焦距是两个概念,平时习惯所说的调焦,实际上是调节工作距离。在物镜数值孔径一定的情况下,工作距离短孔径角则大。数值孔径大

的高倍物镜,其工作距离小。

第四章显微镜的光学附件

显微镜的光学部件包括物镜,目镜,聚光镜及照明装置几个部分。各光学部件都直接决定和影响光学性能的优劣,现分述如下:

一.物镜

物镜是显微镜最重要的光学部件,利用光线使被检物体第一次成像,因而直接关系和影响成像的质量和各项光学技术参数,是衡量一台显微镜质量的首要标准。国际物镜的检测标准是以蔡司物镜为基准的。物镜的结构复杂,制作精密,由于对像差的校正,金属的物镜筒内由相隔一定距离并被固定的透镜组组合而成。物镜有许多具体的要求,如合轴,齐焦。齐焦既是在镜检时,当用某一倍率的物镜观察图像清晰后,在转换另一倍率的物镜时,其成像亦应基本清晰,而且像的中心偏离也应该在一定的范围内,也就是合轴程度。齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志,它是与物镜的本身质量和物镜转换器的精度有关。

传统物镜的种类很多,可从不同的角度分类,现分类介绍。

根据物镜位置色差校正的程度进行分类,可分为:

1.消色差物镜(Achromatic objective): 这是常见的物镜,外壳上常有“Ach”字样。这类物镜仅能校正轴上点的位置色差(红,蓝二色)和球差(黄绿光)以及消除近轴点慧差。不能校正其它色光的色差和球差,且场曲很大。最早的消色差物镜是由蔡司制造的。

2.复消色差物镜(Apochromatic objective):复消色差物镜的结构复杂,透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成,物镜的外壳上标有“Apo” 字样,这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差,同时能校正红,蓝二色光的球差。由于对各种像差的校正极为完善,比响应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径,这样不仅分辨率高,像质量优而且也有更高的有效放大率。因此,复消色差物镜的性能很高,适用于高级研究镜检和显微照相. 完善的复消色差物镜由蔡司制造的. 2004年蔡司推出了研究级ICCS物镜是在传统的平场复消色差物镜的基础上进一步校正倍率色差和无应变,增强短波长的透过率,并且增强反差,明显提高分辨率。

3.半复消色差物镜(Semi apochromatic objedtive):半复消色差物镜又称氟石物镜,物镜的外壳上标有“FL”字样,在结构上透镜的数目比消色差物镜多,比复消色差物镜少,成像质量上,远较消色差物镜为好,接近于复消色差物镜。平场物镜是在物镜的透镜系统中增加一快半月形的厚透镜,以达到校正场曲的缺陷。平场物镜的视场平坦,更适用于镜检和显微照相。

4.特种物镜:所谓“特种物镜”是在上述物镜的基础上,专门为达到某些特定的观察效果而设计制造的。主要有以下几种:

(1)带校正环物镜(Correction collar objective):

在物镜的中部装有环装的调节环,当转动调节环时,可调节物镜内透镜组之间的距离,从而校正由盖玻片厚度不标准引起的覆盖差。调节环上的刻度可从0 .11--.023,在物镜的外壳上也标有此数字,表明可校正盖玻片从0.11—0.23mm厚度之间的误差。

(2)带虹彩光阑的物镜(Iris diaphragm objective ):

在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑,外方也可以旋转的调节环,转动时可调节光阑孔径的大小,这种结构的物镜是高级的油浸物镜,它的作用是在暗视场镜检时,往往由于某些原因而使照明光线进入物镜,使视场背景不够黑暗,造成镜检质量的下降。这时调节光阑的大小,使背景变黑,使被检物体更明亮,增强镜检效果。

(3)相衬物镜(Phase contrast objective ):

这种物镜是由于相衬镜检术的专用物镜,其特点是在物镜的后焦平面处装有相板。

(4)无罩物镜(No cover objective ):有些被检物体,如涂抹制片等,上面不能加用盖玻片,这样在镜检时应使用无罩物镜,否则图像质量将明显下降,特别是在高倍镜检时更为明显。这种物镜的外壳上常标刻NC,同时在盖玻片厚度的位置上没有0.17的字样,而标刻着“0”。

(5)长工作距离物镜:这种物镜的焦距大于普通物镜,它是为了满足液态材料(高温金相)、液晶、组织培养、悬浮液等材料的镜检而设计。

二.目镜

目镜的作用是把物镜放大的实像(中间像)再放大一便,并把物像映入观察者的眼中,实质上目镜就是一个放大镜。已知显微镜的分辨率能力是由物镜的数值孔径所决定的,而目镜只是起放大作用。因此,对于物镜不能分辨出的结构,目镜放的再大,也仍然不能分辨出。由于不同系列目镜光学设计不同,所以不能混用。

三.聚光镜

聚光镜又名聚光器,装在载物台的下方。小型的显微镜往往无聚光镜,在使用数值孔径0.40以上的物镜时,则必须具有聚光镜。聚光镜不仅可以弥补光量的不足和适当改变从光源射来的光的性质,而且将光线聚焦于被检物体上,以得到最好的照明效果。

聚光镜的的结构有多种,同时根据物镜数值孔径的大小,相应地对聚光镜的要求也不同。

1.阿贝聚光镜(Abbe condenser)

这是由德国光学大学大师恩斯特。阿贝.(Ernst Abbe 蔡司公司的创始人之一)设计。阿贝聚光镜由两片透镜组成,有较好的聚光能力,但是在物镜数值孔径高于0.60时,则色差,球差就显示出来。因此,多用于普通显微镜上。

2.消色差聚光镜(Achromatic aplanatic condenser )

这种聚光镜又名“消色差消球差聚光镜”和“齐明聚光镜”它由一系列透镜组成,它对色差球差的校正程度很高,能得到理想的图像,是明场镜检中质量最高的一种聚光镜,其NA值达1.4 。因此,在高级研究显微镜常配有此种聚光镜。它不适用于4 X以下的低倍物镜,否则照明光源不能充满整个视场。

3.摇出式聚光镜(Swing out condenser)

在使用低倍物镜时(如4X),由于视场大,光源所形成的光锥不能充满真整个视场,造成视场边缘部分黑暗,只中央部分被照亮。要使视场充满照明,就需将聚光镜的上透镜从光路中摇出。

4.其它聚光镜:

聚光镜除上述明场使用的类型外,还有作特殊用途的聚光镜。如暗视野聚光镜,相衬聚光镜,偏光聚光镜,微分干涉聚光镜等,以上聚光镜分别适用于相应的观察方式。

四.显微镜的照明装置

显微镜的照明方法按其照明光束的形成,可分为“透射式照明”,和“落射式照明”两大类。前者适用于透明或半透明的被检物体,绝大数生物显微镜属于此类照明法;后者则适用于非透明的被检物体,光源来自上方,又称“反射式或落射式照明”。主要应用与金相显微镜或荧光镜检法。

1.透射式照明

透射式照明法分中心照明和斜射照明两种形式:

(1)中心照明:这是最常用的透射式照明法,其特点是照明光束的中轴与显微镜的光轴同在一条直线上。它又分为“临界照明”和“柯勒照明”两种。

A.临界照明(Critical illumination):这是普通的照明法。这种照明的特点是光源经聚光镜后成像在被检物体上,光束狭而强,这是它的优点。但是光源的灯丝像与被检物体的平面重合,这样就造成被检物体的照明呈现出不均匀性,在有灯丝的部分则明亮;无灯丝的部分则暗淡,不仅影响成像的质量,更不适合显微照相,这是临界照明的主要缺陷。其补救的

方法是在光源的前方放置乳白和吸热滤色片,使照明变得较为均匀和避免光源的长时间的照射而损伤被检物体。

B.柯勒照明:柯勒是十九世纪末蔡司厂的工程师,为了纪念他在光学领域的突出贡献,后人把他发明的二次成像叫做柯勒照明. 柯勒照明克服了临界照明的缺点,是研究用显微镜中的理想照明法。这中照明法不仅观察效果佳,而且是成功地进行显微照相所必须的一种照明法。光源的灯丝经聚光镜及可变视场光阑后,灯丝像第一次落在聚光镜孔径的平面处,聚光镜又将该处的后焦点平面处形成第二次的灯丝像。这样在被检物体的平面处没有灯丝像的形成,不影响观察。此外照明变得均匀。观察时,可改变聚光镜孔径光阑的大小,使光源充满不同物镜的入射光瞳,而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同时聚光镜又将视场光阑成像在被检物体的平面处,改变视场光阑的大小可控制照明范围。此外,这种照明的热焦点不在被检物体的平面处,即使长时间的照明,也不致损伤被检物体。2004年蔡司公司又在传统柯勒式照明基础上推出了带有反光碗的全系统复消色差照明技术,消除照明色差,增强光的还原性,进而提高分辨率,同时照明均匀而光效高。

(2)斜射照明:这种照明光束的中轴与显微镜的光轴不在一直线上,而是与光轴形成一定的角度斜照在物体上,因此成斜射照明。相衬显微术和暗视野显微术就是斜射照明。

2.反射式照明

这种照明的光束来自物体的上方通过物镜后射到被检物体上,这样物镜又起着聚光镜的作用。这种照明法是适用于非透明物体,如金属,矿物等。

五.显微镜的光轴调节

在显微镜的光学系统中,光源、聚光镜、物镜和目镜的光轴以及光阑的中心必须与显微镜的光轴同在一直线上,所以在镜检前必须进行显微镜光轴的调节,否则不能达到最佳观察效果。

1.光源灯丝调节:旧式显微镜需要调节灯泡的位置。目前的新型显微镜的光源已经进行了预定心设置,所以不需要调整。

2.聚光镜的中心调整:实际上显微镜光轴调整的重点即是聚光镜的位置调整。

首先将视场光阑缩小,用10X物镜观察,在视场内可见到视场光阑的轮廓,如果不在中央,则利用聚光镜外侧的两个调整螺钉将其调至中央部分,当缓慢地增大视场光阑时,能看到光束向视场周缘均匀展开直至视场光阑的轮廓像完全与视场边缘内接,说明已经和轴。和轴后再略为增大视场光阑,使轮廓像刚好处于视场外切或略大。

3.孔径光阑的调节:孔径光阑安装在聚光镜内,研究用显微镜的聚光镜的外侧边缘上都有刻度数及定位记号,这样便于调节聚光镜与物镜的数值孔径相匹配,原则上说更换物镜时需调整聚光镜的数值孔径,一般物镜的数值孔径乘0.6或0.8就是聚光镜的数值孔径。

第五章各种显微镜检术介绍

第一节金相显微镜

前面讲述了显微镜的光学原理以及附件,下面将分类介绍一下各类研究用镜检术。在材料研究领域,反射式明场显微镜得到广泛应用,在此基础上各种特殊的镜检方法也得到应用,如暗场,偏光,相衬,干涉,荧光,这些镜检方法在高档显微镜上均能同时实现。

一.明视野观察(Bright field)

明视野镜检是大家比较熟悉的一种镜检方式,广泛应用于病理、检验,用于观察被染色的切片,所有显微镜均能完成此功能。在此不再赘述。

二.暗视野观察(Dark field)

暗视野实际是暗场照明。它的特点和明视野不同,不直接观察到照明的光线,而观察到的是被检物体反射或衍射的光线。因此,视场成为黑暗的背景,而被检物体则呈现明亮的像。暗视野的原理是根据光学上的丁道尔现像,微尘在强光直射通过的情况下,人眼不能观察,这是因为强光绕射造成的。若把光线斜射它,由于光的反射,微粒似乎增大了体积,为人眼可见。暗视野观察所需要的特殊附件是暗视野聚光镜。它的特点是不让光束由下至上的通过被检物体,而是将光线改变途径,使其斜射向被检物体,使照明光线不直接进入物镜,利用被检物体表面反射或衍射的光形成明亮图像。暗视野观察的分辨率远高于明视野观察,最高达0.02—0.004mm。

三.相衬镜检法(Phase contrast)

在光学显微镜的发展过程中,相衬镜检术的发明成功,是近代显微镜技术中的重要成就。我们知道,人眼只能区分光波的波长(颜色)和振幅(亮度),对于无色通明的生物标本,当光线通过时,波长和振幅变化不大,在明场观察时很难观察到标本。

相衬显微镜利用被检物体的光程之差进行镜检,也就是有效地利用光的干涉现像,将人眼不可分辨的相位差变为可分辨的振幅差,即使是无色透明的物质也可成为清晰可见。这大大便利了活体细胞的观察,因此相衬镜检法广泛应用于倒置显微镜。

1. 相衬镜检法在装置上与明场不同,有一些特殊要求:

( 1 ).环状光阑(Ring slit):装在聚光镜的下方,而与聚光镜组合为一体——相衬聚光镜。它是由大小不同的环形光阑装在一圆盘内,外面标有10X、20X、40X、100X等字样,与相对应倍数的物镜配合使用。

( 2 ).相板(Phase plate):装在物镜的后焦平面处,它分为两部分,一是通过直

射光的部分,为半透明的环状,叫共轭面;另一是通过衍射光的部分,叫“补偿面”。有相板的物镜称“相衬物镜”,外壳上常有“Ph”字样。

2. 相衬镜检法是一种比较复杂的镜检方法,想要得到好的观察效果,显微镜的调试非常重要。除此之外还应注意以下几个方面。

( 1 ).光源要强,全部开启孔径光阑;

( 2 ).使用滤色片,使光波近于单色;

四.微分干涉相衬镜检术(Differential interference contrast DIC)

微分干涉相衬镜检术出现于60年代,它不仅能观察无色透明的物体,而且图像呈现出浮雕壮的立体感,并具有相衬镜检术所不能达到的某些优点,观察效果更为逼真。

1.原理

微分干涉相衬镜检术是利用特制的渥拉斯顿棱镜来分解光束。分裂出来的光束的振动方向相互垂直且强度相等,光束分别在距离很近的两点上通过被检物体,在相位上略有差别。由于两光束的裂距极小,而不出现重影现像,使图像呈现出立体的三维感觉。

2.微分干涉相衬镜检术所需的特殊部件:

(1)起偏镜

(2)检偏镜

(3)渥拉斯顿棱镜2 块

3.微分干涉镜检时的注意事项

(1)因微分干涉相衬灵敏度高,制片表面不能有污物和灰尘。

(2)具有双折射性的物质,不能达到微分干涉相衬镜检的效果。

(3)倒置显微镜应用微分干涉相衬时,不能用塑料培养皿。

五 . 荧光镜检术

荧光镜检术是用短波长的光线照射用荧光素染色过的被检物体,使之受激发后而产生长波长的荧光,然后观察。荧光镜检术广泛应用于生物,医学等领域。

1.荧光镜检术一般分为透射和落射式两种类型。

(1)透射式:激发光来自被检物体的下方,聚光镜为暗视野聚光镜,使激发光不进入物镜,而使荧光进入物镜。它在低倍情况下明亮,而高倍则暗,在油浸物镜下较难操作,尤以低倍的照明范围难于确定,但能得到很暗的视野背景。透射式不适用于非透明的被检物体。

(2)落射式:透射式目前几乎被淘汰,新型的荧光显微镜多为落射式,光源来自被检物体的上方,在光路中具有分光镜,所以对透明和不透明的被检物体都适用。由于物镜起了聚光镜的作用,不仅便于操作,而且从低倍到高倍,可以实现整个视场的均匀照明。

2.荧光镜检术的注意事项

(1)激发光长时间的照射,会发生荧光的衰减和淬灭现像,因此尽可能缩短观察时间,暂时不观察时,应用挡板遮盖激发光。

(2)作油镜观察时,应用“无荧光油”。

(3)荧光几乎都较弱,应在较暗的室内进行。

(4)电源最好装稳压器,否则电压不稳不仅会降低汞灯的寿命,也会影响镜检的效果。

目前许多新兴生物研究领域应用到荧光显微镜,如基因原位杂交(FISH)等等。

第二节偏光显微镜(Polarizing microscope )

一.偏光显微镜的特点

偏光显微镜是鉴定物质细微结构光学性质的一种显微镜。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨清楚,当然这些物质也可用染色发来进行观察,但有些则不可能,而必须利用偏光显微镜。偏光显微镜的特点,就是将普通光改变为偏光进行镜检的方法,以鉴别某一物质是单折射(各向同行)或双折射性(各向异性)。双折射性是晶体的基本特性。因此,偏光显微镜被广泛地应用在矿物,化学等领域。在生物学和植物学也有应用。

二.偏光显微镜的基本原理

偏光显微镜的原理比较复杂,在此不作过多介绍,偏光显微镜必须具备以下附件(a)起偏镜(b)检偏镜(c)专用无应力物镜(d)旋转载物台。

三.偏光镜检术的方式

(一)正相镜检(Orthscope):又称无畸变镜检,其特点是使用低倍物镜,不用伯特

兰透镜(Bertrand Lens),同时为使照明孔径变小,推开聚光镜的上透镜。正相镜检用于检查物体的双折射性。

(二)锥光镜检(Conoscope):又称干涉镜检,这种方法用于观察物体的单轴或双轴性。

四.偏光显微镜在装置上的要求

(一)光源:最好采用单色光,因为光的速度,折射率,和干涉现像因波长的不同而有差异。一般镜检可使用普通光。

(二)目镜:要带有十字线的目镜。

(三)聚光镜:为了取得平行偏光,应使用能推出上透镜的摇出式聚光镜。

(四)伯特兰透镜:这是把物体所有造成的初级相放大为次级相的辅助透镜。

五.偏光镜检术的要求

(一)载物台的中心与光轴同轴。

(二)起偏镜和检偏镜应处于正交位置。

(三)制片不宜过薄。

第三节体视显微镜(Stereo microscope)

体视显微镜又称“实体显微镜”或“解剖镜”,是一种具有正像立体感地目视仪器,被广泛地应用于生物学、医学、农林、工业及海洋生物各部门。它具有如下地特点:

1.双目镜筒中的左右两光束不是平行,而是具有一定的夹角——体视角(一般为12度---15度),因此成像具有三维立体感;

2.像是直立的,便于操作和解剖,这是由于在目镜下方的棱镜把像倒转过来的缘故;

3.虽然放大率不如常规显微镜,但其工作距离很长

4.焦深大,便于观察被检物体的全层。

5.视场直径大。

目前体视镜的光学结构是:由一个共用的初级物镜,对物体成像后的两光束被两组中间物镜——变焦镜分开,并成一体视角再经各自的目镜成像,它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得的,因此又称为“连续变倍体视显微镜”(Zoom—stereo microscope)。随着应用的要求,目前体视镜可选配丰富的选购附件,如荧光,照相,摄像,冷光源等等。

原子力显微镜的原理及使用

原子力显微镜的原理及使用 通过近代物理实验课的学习,了解了许多仪器的工作原理以及使用方法,对今后的科研学习有很大的 帮助。其中原子力显微镜就是其中之一,对于做材料方面的专业来说,原子力显微镜在表征物质的表面结 构及性质起着重要的作用。前段时间我们利用AFM对用RF磁控溅射制备的PZT薄膜进行了表征,通过对AFM的使用并查找相关文献,使我对原子力显微镜有了更加深刻的认识。 原子力显微镜,英文:Atomic Force Microscope ,简写: AFM。是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观 形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操 控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样 品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描 样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品 表面的形貌或原子成分。 它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运 动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控 制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电 流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测,当针 尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时,检测该斥力可获得表面原子级分辨图像,一般情况下分 辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求,可测量固体表面、吸附体系等。 一、仪器结构: 在原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)的系统中,可分成三个部分:力检测部分、位置 检测部分、反馈系统。 1、力检测部分 在原子力显微镜(AFM)的系统中,所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是 使用微小悬臂(cantilever)来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖,用来检测样品-针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格,例如:长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状,而这些规格的选择是依照样品 的特性,以及操作模式的不同,而选择不同类型的探针。 2、位置检测部分 在原子力显微镜(AFM)的系统中,当针尖与样品之间有了交互作用之后,会使得悬臂cantilever摆动,所以当激光照射在微悬臂的末端时,其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变,这就造成偏移量 的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号,以供SPM控制器作 信号处理。 3、反馈系统 在原子力显微镜(AFM)的系统中,将信号经由激光检测器取入之后,在反馈系统中会将此信号当作 反馈信号,作为内部的调整信号,并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动,以保持样品与针 尖保持一定的作用力。 AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料, 当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时,压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与 所加的电压的大小成线性关系。也就是说,可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分 别代表X,Y,Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状,通过控制X,Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面 扫描的目的;通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。 原子力显微镜(AFM)便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的:在原子力显微镜(AFM)的系统中,使用微小悬臂(cantilever)来感测针尖与样品之间的相互作用,这作用力会使微悬臂摆动, 再利用激光将光照射在悬臂的末端,当摆动形成时,会使反射光的位置改变而造成偏移量,此时激光检测 器会记录此偏移量,也会把此时的信号给反馈系统,以利于系统做适当的调整,最后再将样品的表面特性 以影像的方式给呈现出来。 二、工作原理: 将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于 针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬 臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法

《练习使用显微镜》习题精选及参考答案

《练习使用显微镜》习题精选及参考答案 1.在用显微镜观察时,视野中有一污点,移动装片和擦目镜镜头,污点都没被移去,那么污点肯定是在( ) A.目镜上 B.在装片上 C.在反光镜上 D.在物镜上 2.用显微镜观察时,显微镜在实验台上的位置一般应该是: ( ) A.正中央 B.略偏右 C.略偏左 D.以上三种都可以 3.取显微镜的正确方法是: ( ) A.一手握住镜臂,一手托住镜座 B.左右任一只手握住镜臂 C.右手握镜筒,左手托镜座 D.双手托住镜座 4.用低倍物镜观察印有“F”字样的薄纸片,视野中的字样是( ) 5.使用显微镜对光的程序是: ( ) ①选遮光器上适宜的光圈对准通光孔 ②转动转换器,使低倍物镜对准通光孔 ③左眼注视目镜(右眼睁开) ④转动反光镜调节出一个白亮的视野 A.①─②─③─④ B.②─①─③─④ C.③─④─②─① D.③─②─①─④ 6.显微镜对光时应该( ) A.选择最大光圈 B.选择高倍物镜 C.物镜要与目镜在一条线上 D.反光镜调到水平 7.对光以后,从目镜中看到的视野应该是 ( ) A.白亮的 B.有直射阳光的 C.暗灰的 D.黑暗的 8.用显微镜观察洋葱表皮细胞,第一次使用的目镜为10×,物镜为10×;第二次使用的目镜为5×,物镜为10×。第二次在视野中看到的物象与第一次看到的物象相比 ( ) A.是原来的一半,细胞个数增多 B.是原来的2倍,细胞个数增多

C.是原来的一半,细胞个数减少 D.是原来的2倍,细胞个数减少 9.显微镜对光时,应转动转换器,使低倍镜对准( ) A.载物台 B.反光镜 C.装片 D.通光孔 10.实验室内光线不强时,对光时,应选择较大的______和____面反光镜。 11.显微镜目镜上刻有“15x”字样,表示__ ___。若使用这一目镜,同时使用10倍物镜。则被观察物体被放大______倍。 12.观察目标在视野的左上方,要将观察目标移到视野的正中央,应该向______方向移动玻片;若目标在视野右下方时则需向______方向移动玻片。 13.显微镜镜头上沾有灰尘时,可以用_______来擦。擦拭载玻片时应用_______。 14.显微镜的物镜安装在____上。目镜直接安装在_____上。 15.显微镜观察的材料必须要_____,使光线能够______。 16.下面1—3都是制作临时装片的错误操作,简要写出由此新制得的装片,在显微镜下看到的现象。 ①载玻片上的番茄果肉,没有加水滴就盖上盖玻片 ②番茄果肉没有用解剖针分散开 ③用手拿盖玻片,盖在载玻片的番茄果肉上 参考答案: 1.D 2.C 3.A 4.B 5.B 6.C 7.A 8.A 9.D 10.光圈凹 11.放大倍数为15倍 150 12.左上方右下方 13.镜头纸纱布 14.转换器镜筒 15.薄透过 16.①细胞皱缩 ②看不到一个个分散的果肉细胞,只能看到一团团不透明的物象 ③装片内有大小不一的气泡很多

电子显微技术在纳米科学研究中的作用

电子显微技术在纳米科学研究中的作用 摘要:本文概述了电子显徽技术在纳米科学研究中的应用特点和适用范围,介绍了透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等电子显微技术在纳米材料中的新应用和新方法。 关键字:电子显微技术纳米科学 纳米科学技术是在0.1nm~100nm尺度空间内,研究电子,原子和分子运动规律与特性的高技术学科。纳米科学技术涵盖纳米物理学,纳米电子学,纳米材料学,纳米机械学,纳米制造学,纳米显微学,纳米计量学,纳米化学,纳米生物学,纳米医学。纳米科学技术是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的,是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。纳米科学和技术是在纳米尺度上研究物质的特性及其相互作用,并且对这些特性加以利用的多学科的高科技。纳米科技是未来高科技的基础,适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。 电子显微技术是以电子束为光源,用一定形状的静电场或磁场聚焦成像的分析技术,比普通光学显微镜具有更高的分辨率。根据其所检测信号的不同,电子显微技术主要包括透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、扫描透射电镜(STEM)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、电子探针(EPM)、俄歇电子能谱(AES)、场发射显微镜(FEM)和场离子显微镜(FIM)等。 目前,电子显微技术已广泛应用于纳米科学研究的各个领域。使用电子显微技术可以获取高质量的图片,从而帮助我们理解纳米结构,以达到改进合成方法和提高性能的目的。将它与最新发展起来的测控技术相结合,实行原位纳米器件的加工、制造和性能表征,如纳米晶体化学组分的表征[1]。总之纳米技术的飞速发展使得电子显微技术成为了纳米科学研究不可缺少的有力的工具。 1 扫描电镜技术 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope),简称SEM,是一种大型的分析仪器,是3 0 年代中期发展起来的一种新型电镜,是一种多功能的电子显微分析仪器,主要功能是对固态物质的形貌显微分析和对常规成分的微区分析,广泛应用于化工、材料、医药、生物、矿产、司法等领域。SEM一般只能提供微米或亚微米的形貌信息,与TEM相比,其分辨率较低,因而表征结果不如透射电镜准确,但目前的SEM都配有x射线能谱仪装置,可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析,是当今普遍使用的科学研究仪器。李东等[2]

光学显微镜的发展历史

光学显微镜的发展历史、现状与趋势 杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所,江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处,经物镜成放大、倒立的实像A'B',它位于目镜前焦面或稍后处,经目镜成放大的虚像,该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式: f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离,x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为: '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '1f

'2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 '2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离,则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离,且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束,而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜,镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜,孔阑在物镜的象方焦面上,构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小,而且要求象面上有均匀的照度,故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像,为获得大孔径并保证轴上点成像质量,显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求: 1'120202β?=≤f y

光学显微镜的原理及构造

光学显微镜的原理及构造显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具,是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史了,其间随着科学技术不断发展,显微镜的品种不断增加,结构和性能逐步得到完善和提高。 根据不同的使用用途,光学显微镜可分为普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前,世界上许多国家都可以生产光学显微镜,牌名、种类繁杂,其中德国、日本等国制造的显微镜品质、数量占优势,但价格昂贵。 对于现代的光学显微镜,包括各种简单的常规检验用显微镜、万能研究以及万能照相显微镜等,首先要认识其构造及各部件的功能,同时要掌握正确的调试、使用和保养方法,才能在实际应用中面对各种要求时以不同的显微镜检方法,充分发挥显微镜应有的功能,提高常规检验工作效率. 光学显微镜的原理和构造 随着科学技术的发展,显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法;荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发,使荧光效率大为提高;微分干涉相衬方法基于偏光方法,而巧妙地利用了微分干涉棱镜,使之能应用于医学与生物学的样品,又能应用于金相样品的分析与检验。 下面以德国ZEISS公司生产的Axioplan万能研究用显微镜,简单介绍万能显微镜的基本组成部件。 1. 显微镜主机体(stand) 显微镜的主机体设计成金字塔形,而底座的截面呈T字形,使显微镜的整体相当稳固。显微镜的光学部件和机构调节部件、光源的灯室、显微照相装置、电源变压稳压器等,都可安装在主机体上或主机体内。 2. 显微镜的底座(base) 底座和主机体通常组成一个稳固的整体。底座内通常装有透射光照明光路系统(聚光、集光和反光)部件,光源的滤光片组,粗/微调焦机构,光源的视场光阑也安装在底座上。 3. 透射光光源(tranilluminator) 透射光光源由灯室(lamp housing)、灯座(lamp socket)、卤素灯(halogen lamp)、集光与聚光系统(lamp collector and lamp condenser)及其调整装置组成。 4. 透射光光源与反射光光源的转换开关(toggle switch) 这是新一代AXIO系列显微镜特有的装置,透射光和反射光可通用。当具有透/反两用的配置时,利用这一转换开关能方便而又迅速的使透射光 和反射光互相转换。在纯透射光的配置中,这一开关就改为电源开关。

显微镜的原理和

显微镜的原理和使用方法

显微镜的原理和使用方法-装片的制作 显微镜的结构和使用 (2)显微镜的成像 ①光源(天然光或人工光源)→反光镜→光圈→物体→物镜(凸透镜)→在镜筒内形成物体放大的实像→目镜→把经物镜形成放大的实像进一步放大 ②显微镜放大倍数=物镜放大倍数×目镜放大倍数 (3)高倍显微镜的使用 ①用低倍显微镜观察 取镜与安放: a. 右手握镜臂,左手托镜座。

b. 显微镜放在实验台的前方稍偏左。 对光: a. 转动转换器,使低倍物镜对准通光孔。 b. 选一较大的光圈对准通光孔,左眼注视目境,转动反光镜,使光线通过通光孔反射到镜筒内,通过目镜,可能看到自亮的视野。 低倍镜观察: a. 把所要观察的玻片标本放在载物台上,用压片夹压住,标本要正对通光孔的中心。 b. 转动粗准焦螺旋,使镜筒缓缓下降,直到物镜接近玻片标本为止(此时实验者的眼睛应当看物镜镜头与标本之间,以免物镜与标本相撞)。

c. 左眼看目镜内,同时反向缓缓转动粗准焦螺旋,使镜筒上升,直到看到物像为止,再稍稍转动细准焦螺旋,使看到的物像更加清晰。 ②高倍镜观察 a. 移动装片,在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。 b. 转动转换器,移走低倍物镜,转换为高倍物镜。 c. 调节光圈,使视野亮度适宜。 d. 缓缓调节细准焦螺旋,使物像清晰 ③注意事项 a. 使用显微镜一定要严格按照取镜→安放→对光→压片→观察的程序进行。 b. 下降镜筒时,一定要用双眼从侧面注视物镜,使之接近装片,但又要防止镜头触及装片。否则会压碎装片和损坏物镜(l0x物镜的工作距离为0. 5-1 cm)。 c. 有必要使用高倍物镜时,必须先在低倍物镜下将目标移到视野的中心,然后换用高倍物镜。因为在低倍物镜下看到的物像放大倍数小,但看到的标本实际面积大,容易找到目标;与低倍物镜相比,高倍物镜下看到的物像人,同样的视野面积看到的标本的实际面积小,在装片不动的情况下,高倍物镜看到的只是低倍物镜视野的中心部分。

典型光学仪器的基本原理

1、光学仪器在国民生产和生活中各个领域广泛应用,绝大多数光学仪器可归纳为望远镜系统、显微镜系统和照明系统三类。 2、人眼构造:人眼本身就相当于一个摄影系统,外表大体呈球形,直径约为25mm,由角膜、瞳孔、房水、睫状体、晶状体和玻璃体等组成的屈光系统相当于成像系统的镜头,起聚焦成像作用。眼睛内的视网膜和大脑的使神经中枢等相当于成像系统的感光底片和控制系统,能够接收外界信号并成像。 3、视度调节:眼睛通过睫状肌的伸缩本能地改变水晶体光焦度的大小以实现对任意距离的物体自动调焦的过程称作眼睛的视度调节。 4、视觉调节:人眼除了随着物体距离的改变而调节晶状体曲率外,还可以在不同的明暗条件下工作,人眼能感受非常大范围的光亮度变化,即眼睛对不同的亮度条件下具有适应的调节能力,这种能力称为眼睛的视觉调节。 5、放大镜定义:放大镜(英文名称:magnifier):用来观察物体细节的简单目视光学器件,是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的角(视角)。 6、视角愈大,像也愈大,愈能分辨物的细节。移近物体可增大视角,但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜,令其紧靠眼睛,并把物放在它的焦点以内,成一正立虚像。放大镜的作用是放大视角。 7、显微镜:显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜:光学显微

镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达0.1微米,国内显微镜机械筒长度一般是160mm。 8、光学显微镜由目镜,物镜,粗准焦螺旋,细准焦螺旋,压片夹,通光孔,遮光器,转换器,反光镜,载物台,镜臂,镜筒,镜座,聚光器,光阑组成。 9、显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜。 10、光学显微镜:通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无

教科版六年级科学下 5.用显微镜观察身边的生命世界(一)同步练习(含答案)

5.用显微镜观察身边的生命世界(一) 1.填空题。 (1)拿显微镜时,一只手握住,另一只手托着,将显微镜向 着光摆放在平坦的桌面上。 (2)在显微镜下观察物体时,必须把物体制成。 (3)使用显微镜时,我们一般用眼进行观察。 (4)在使用显微镜时,慢慢地移动载玻片,观察标本的各个部分,注意移动的方向 和从目镜里看到的方向正好。 2.填图题。 标出显微镜各个部分的名称并回答问题。 3.排序题。 请将正确使用显微镜的方法和步骤进行排序。 ( )上片:将标本的载玻片放在载物台上。 ( )安放:将显微镜向着光摆放在桌面上。 ( )观察:慢慢移动载玻片,观察标本的各个位置。 ( )调焦:调节准焦螺旋,将镜筒慢慢地抬升到标本出现在视野里为止。 ( )对光:调节载物台下的反光镜,从目镜往下看,能看到一个亮的光圈。4.判断题。 (1)要想观察植物的细胞结构,可以直接将植物放在显微镜下进行观察。 ( ) (2)使用显微镜观察植物细胞装片时,如果将低倍物镜转换成高倍物镜,看到的情 况是视野范围变大,细胞变小。 ( ) (3)在显微镜下看到的洋葱表皮细胞中的小黑点是细胞核。 ( )

5.选择题。 (1)1663年,( )用自制的复合显微镜观察一块软木薄片结构,他将观察到的“小房间”命名为细胞。 A.詹森父子 B.伽利略 C.罗伯特·胡克 (2)下列说法中不正确的是( )。 A.细胞学说的建立是19世纪自然科学的重大发现之一 B.植物体是由细胞构成的,但是动物体不具有细胞结构 C.橡树树皮的细胞是长方形的 (3)在显微镜下观察到的洋葱表皮细胞是近似( )的。 A.圆形 B.正方形 C.长方形 6.连线题。 请将制作洋葱表皮切片装置的工具与其用途进行连线。 镊子盛放多余的洋葱片 滴管夹取实验材料 载玻片吸取少量液体 培养皿放置切片标本 烧杯吸取多余的水分 裁纸刀盛放液体 吸水纸切割洋葱 7.画图题。 画出在显微镜下观察到的洋葱表皮结构,并说说与肉眼观察到的洋葱表皮结构有什么不同。 不同点:

(完整版)金相显微镜的基本原理、构造及使用

5.2 金相显微镜的基本原理、构造及使用 金相显微镜可用来鉴别和分析各种金属和合金的组织结构,广泛应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定、原材料的检验或对材料处理后金相组织的研究分析等工作。还可用于半导体检测、电路封装、精密模具、生物材料等检验与测量。 【实验目的】 1.了解金相显微镜的基本原理、基本结构和使用方法。 2.掌握仔细阅读显微镜使用说明书并进行正确操作的方法。 【实验原理】 显微镜的基本放大作用由焦距很短的物镜和焦距较大的目镜来完成的,物体位于物镜的前焦点外但很靠近焦点位置,物体经过物镜形成倒立的放大实像,这个像位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点位置,作为目镜的物体,目镜将物镜放大的实像再放大成虚像,位于观察者的明视距离(距人眼250mm)处,供眼睛观察。光路图见“2.4光学基本仪器”中的图2-? 为了减少球面像差、色像差和像域弯曲等像差,金相显微镜的物镜和目镜都是由透镜组构成的复杂光学系统。显微镜的成像质量在很大程度上取决于物镜的质量,因此物镜的构造尤为复杂,根据对各种像差的校正程度不同,物镜可分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜等三大类。近年来,由于采用计算机技术,物镜的设计和制造都有了很大改进。 实际上,一方面,金相显微镜所观察的显微组织,往往几何尺寸很小,小至可与光波波长相比较,此时不能再近似地把光线看成直线传播,而要考虑衍射的影响。另一方面,显微镜中的光线总是部分相干的,因此显微镜的成像过程是个比较复杂的衍射相干过程。此外,由于衍射等因素的影响,显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制,目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是0.2μm左右,有效放大倍数最大为1500~1600倍。 金相显微镜总的放大倍数为物镜与目镜放大倍数的乘积。放大倍数用符号“Х”表示,例如物镜放大倍数为20Х,目镜放大倍数为10Х,则显微镜的放大倍数为200Х。通常物镜、目镜的放大倍数都刻在镜体上,在使用显微镜观察试样时,应根据其组织的粗细情况,选择适当的放大倍数,以细节部分能观察得清晰为准。 金相显微镜最常见的有正置、倒置和卧式三大类。本实验使用的是正置金相显微镜为例,光学系统结构图如图5-2-1所示。

中药粉末显微鉴别技术

中药粉末显微鉴别技术 第一 取样、制片、染色 节 一、取样 取样的代表性直接影响到结果的判断准确,因此必须重视取样的各个环节。 (一) 对照品 对照品粉末是检定供试品的参照物,其制备是显微鉴别的先决条件。有经验者,可自取标本,鉴定后制作,或购买药材经品种基原鉴定。还应注意有些药材的显微特征受生长年限及环境的影响,会产生一定的波动,所以对于供试品的产地、采收期、加工方法等也应当认真记录。 (二) 供试品 中药材 原药材应注意基原、产地、规格的完整性、清洁程度以及有无水迹、霉变或其他物质污染等情况,并详细记录。 (1)从同批药材包件中抽取有代表性的检定用样品。 (2)对破碎的、粉末状的或大小在1cm以下的药材,一般药材100g-500g;粉末状药材25g;贵重药材5g-10g;个体大的药材,根据实际情况抽取代表性的样品。 (3)将所取有代表性样品混合均匀,即为总样品量。 (4)前处理:将供试品捡净后,用量较小时,可以用乳体或小型电磨粉碎过《中国药典》6号筛(1.0μm-250μm)备用。 1、中成药 (1)取样:从各批号的箱、包、瓶中随机取样,记录好厂家、批号,从各包装盒中任意取1丸,每批号不得少于3次。各供试品留样保存,保存期限至少1年。 水丸无包衣时,可直接取2丸-3丸,乳钵中研成细粉后,取少量置裁玻片上,滴加规定的试液,搅拌均匀,使粘结的细胞、组织分离,再按粉末特征加水合氯醛试液或其他适当试液处理后观察。 水蜜丸或大蜜丸;可直接用刀片横向切开取一薄片,或用小钢铲取一小块(约15mg)放置在载玻片上制片观察。 (1) 去包衣:中药片剂常见包衣为糖衣,隔离层常使用胶浆、糖浆和滑石

透射电子显微镜的原理

透射电子显微镜的原理 XXX (大庆师范学院物理与电气信息工程学院 2008级物理学 200801071293 黑龙江大庆163712) 摘要:透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜类似。它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束,透射电子显微镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的玻璃透镜,在电子显微镜中相应的为磁透镜。由于电子波长极短,同时与物质作用遵从布拉格(Bragg)方程,产生衍射现象,使得透射电镜自身在具有高的像分辨本领的同时兼有结构分析的功能。 关键词:第一聚光镜;第二聚光镜;聚光镜阑;物镜光阑;选择区光阑;中间镜 作者简介:XXX(1988-),黑龙江省绥化市绥棱县,物理与电气信息工程学院学生。 0引言: 工业多相催化剂是极其复杂的物理化学体系。长期以来,工业催化剂的制备很大程度上依赖于经验和技艺,而难以从原子分子水平的科学原理方面给出令人信服的形成机制。为开发更高活性、选择性和稳定性的新型工业催化剂,通过各种表征技术对催化剂制备中的过程产物及最终产品进行表征是一个关键性的基础工作。在当前各种现代表征手段中,透射电子显微镜尤其是高分辨透射电子显微镜,可以在材料的纳米、微米区域进行物相的形貌观察、成分测定和结构分析,可以提供与多相催化的本质有关的大量信息,指导新型工业催化剂的开发。 为什么透射电子显微镜有如此高的分辨率那?本文阐述了透射电子显微镜的工作原理。 1透射电子显微镜的定义/组成 1.1定义 在一个高真空系统中,由电子枪发射电子束, 穿过被研究的样品,经电子透镜聚焦放大,在荧光 屏上显示出高度放大的物像,还可作摄片记录的一 类最常见的电子显微镜称为透射电子显微镜。[1] 1.2组成 透射电子显微镜由照明系统、成像系统、记录 系统、真空系统和电器系统组成。(如图1) 2透射电子显微镜的照明系统 照明系统的作用是提供亮度高、相干性好、束 流稳定的照明电子束。它主要由发射并使电子加速 的电子枪和会聚电子束的聚光镜组成。

小学六年级科学用显微镜观察研究身

最新资料推… 用显微镜观察研究身边的生命世界 教学目标: 1.发现并提出有关生命世界的问题,产生对生命世界更多了解的愿望。 2.带着感兴趣的问题制定简单的研究计划,并按计划进行研究,在老师或家长的帮助下探索微小世界,培养科学探究的能力。 3.能对观察过程和结果进行整理,写出简单的符合要求的观察报告,在班上和大家交流。 教学准备: 1.教师预先准备好一些资料卡片或相关的书籍,这些资料卡片主要是操作方面的。比如如何培养和观察霉菌、如何培养手上细菌的菌落、如何获得生活在水里的微生物等。 2.根据学校的条件,准备一些显微镜和在显微镜下观察的标本、工具和材料。 教学过程: 一、引入 1. 对话:詹森发明了世界上第一架显微镜只看到了跳蚤,列文虎克用自制的显微镜发现了什么? 2. 为什么列文虎克会有这么多精彩的发现? 3. 我们的许多同学也用显微镜发现了生物世界的许多有趣的问题,大家读读我们教材上的事例。 4. 学生阅读教材第15 页“宝石花耐旱的秘密”等内容。

5. 讲解:“宝石花耐旱的秘密”的作者善于观察,从自己的生活中发现问题,提出问题,最后又通过自己的观察和研究解决了问题,得出了宝石花耐旱的答案。我们在平时观察中,对周围的生命世界也一定有许多问题,让我们也来自己寻求答案。 二、提出问题 1. 我们对生命世界有哪些问题呢?可以从自己的家、校园、我们的身体等方面好好想想。自学课文第12 页,然后分组讨论,互相启发,然后归纳出几个可以探究的问题。如: 2. 鱼缸里的水变绿了,是不是水里有什么微生物? 3. 厨房里的砧板上有没有肉眼看不见的微生物? 4. 土壤中有没有微生物? 5. 我们的头发在显微镜下是什么样的? 6. 大组交流。各组提出本组的问题,由学生或老师把这些问题都记录下来,并进行整理、归类和筛选。 三、教师指导学生使用显微镜和准备观察材料 1. 说明显微镜下观察的要求,讲解观察标本的制作和培养。 2. 出示显微镜,讲解显微镜的使用方法。 3. 进行安全教育和环境教育。 四、确定研究课题,制订研究计划 1. 各组从这些问题中选择一个感兴趣的问题,作为本组的研究课题。 2. 根据问题制订观察研究的计划。 3. 大组交流计划

光学显微镜的工作原理

光学显微镜的工作原理 显微镜就是一种精密的光学仪器,已有300多年的发展史。自从有了显微镜,人们瞧到了过去瞧不到的许多微小生物与构成生物的基本单元——细胞。目前,不仅有能放大千余倍的光学显微镜,而且有放大几十万倍的电子显微镜,使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在普通中学生物教学大纲中规定的实验中,大部分要通过显微镜来完成,因此,显微镜性能的好坏就是做好观察实验的关键。 一、显微镜的光学系统 显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜与聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片与载玻片等。 (一)、物镜 物镜就是决定显微镜性能的最重要部件,安装在物镜转换器上,接近被观察的物体,故叫做物镜或接物镜。 1、物镜的分类 物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜与浸液物镜;其中浸液物镜又可分为水浸物镜与油浸物镜(常用放大倍数为90—100倍)。 根据放大倍数的不同可分为低倍物镜(10倍以下)、中倍物镜(20倍左右)高倍物镜(40—65倍)。 根据像差矫正情况,分为消色差物镜(常用,能矫正光谱中两种色光的色差的物镜)与复色差物镜(能矫正光谱中三种色光的色差的物镜,价格贵,使用少)。 2、物镜的主要参数: 物镜主要参数包括:放大倍数、数值孔径与工作距离。 ①、放大倍数就是指眼睛瞧到像的大小与对应标本大小的比值。它指的就是长度的比值而不就是面积的比值。例:放大倍数为100×,指的就是长度就是1μm的标本,放大后像的长度就是100μm,要就是以面积计算,则放大了10,000倍。 显微镜的总放大倍数等于物镜与目镜放大倍数的乘积。 ②、数值孔径也叫镜口率,简写NA 或A,就是物镜与聚光器的主要参数,与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为0、05-0、95,油浸物镜(香柏油)的数值孔径为1、25。 ③、工作距离就是指当所观察的标本最清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。物

光学显微镜成像原理

物体介于物镜的焦距和二倍焦距之间,成倒立放大的实相,据凸透镜成像规律,知实相在异侧二倍焦距之外。实相位于目镜焦点或者焦点之内,被再次放大,形成放大的虚像。而人的眼睛是可以看到虚像的(这个原理自然清楚)。要搞清显微镜的使用原理,就得对物理中的凸透镜成像有所理解。 { 只有当物体对人眼的张角不小于某一值时,肉眼才能区别其各个细部,该量称为目视分辨率ε。在最佳条件下,即物体的照度为50~70lx及其对比度较大时,可达到1'。为易于观测,一般将该量加大到2',并取此为平均目镜分辨率。物体视角的大小与该物体的长度尺寸和物体至眼睛的距离有关。有公式y=Lε 距离L不能取得很小,因为眼睛的调节能力有一定限度,尤其是眼睛在接近调节能力的极限范围工作时,会使视力极度疲劳。对于标准(正视)而言,最佳的视距规定为250mm(明视距离)。这意味着,在没有仪器的条件下,目视分辨率ε=2'的眼睛,能清楚地区分大小为0.15mm的物体细节。 在观测视角小于1'的物体时,必须使用放大仪器。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的。 (一)放大镜的成像原理 表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像,光路图如图1所示。位于物方焦点F以内的物AB,其大小为y,它被放大镜成一大小为y'的虚像A'B'。 放大镜的放大率 Γ=250/f' 式中250--明视距离,单位为mm f'--放大镜焦距,单位为mm 该放大率是指在250mm的距离内用放大镜观察到的物体像的视角同没有放大镜观察到的物体视角的比值。 (二)显微镜的成像原理 显微镜和放大镜起着同样的作用,就是把近处的微小物体成一放大的像,以供人眼观察。只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。 图2是物体被显微镜成像的原理图。图中为方便计,把物镜L1和目镜L2均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方,离开物镜的距离大于物镜的焦距,但小于两倍物镜焦距。所以,它经物镜以后,必然形成一个倒立的放大的实像A'B'。A'B'位于目镜的物方焦点F2上,或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A''B''后供眼睛观察。虚像A''B''的位置取决于F2和A'B'之间的距离,可以在无限远处(当A'B'位于F2上时),也可以在观察者的明视距离处(当A'B'在图中焦点F2之右边时)。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身,而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。 (三)显微镜的重要光学技术参数 在镜检时,人们总是希望能清晰而明亮的理想图象,这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准,并且要求在使用时,必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样,才能充分发挥显微镜应有的性能,得到满意的镜检效果。

课时6:使用光学显微镜观察各种各样的细胞

课时六:使用光学显微镜观察各种各样的细胞 一、光学显微镜的使用 (一)实验目的:正确使用光学显微镜,学会使用高倍镜观察。 (二)实验原理:在观察玻片标本时,被观察的物象通过______和______的两次放大,显微镜最终观察到的物体的放大倍数是_________与_________的____。 (三)实验用具及材料:固定装片、菠菜叶、显微镜、、载玻片、盖 玻片、镊子、吸管、牙签、吸水纸等。 通过阅读教材P29页图3-1认识光学显微镜的各部分结构。 1___目镜__; 2___镜筒__; 3__转换器__; 4___物镜__; 5__载物台__; 6__通光孔__; 7__遮光器__; 8__压片夹__; 9__反光镜__; 10__镜座__; 11__粗准焦螺旋__ 12__细准焦螺旋__;13__镜臂__ (四)实验试剂:生理盐水(0.9%的氯化钠溶液)、碘液、清水等 (五)实验步骤:通过阅读教材P30-P31页,学习正确使用显微镜的 方法。 1.显微镜的安放: 2.低倍镜观察 ①对光:将_____镜对准_____,根据光线选择适当的_____和_____,获得明亮 的圆形视野。 ②固定装片:把玻片标本放在载物台上,用压片夹固定,使标本正对_____的中央 ③寻像:从侧面观察,转动_______将镜筒下降到低倍物镜_________。 调节_________使镜筒缓慢上升,当在视野中看到像时,再调节________,直到物象清晰为止。 3.高倍镜观察:首先在低倍镜下______,将要观察的目标移至_______,再转动_____ _____,此时只能调节________使物像更清晰。若视野较暗,可调节______或增大______以增加视野亮度。 4.整理显微镜: 二、使用光学显微镜观察各种各样的细胞 通过阅读教材P33-34页,学习制作临时装片,并进行显微观察。 1.观察菠菜叶下表皮细胞: ⑴.取一洁净的载玻片,在载玻片中央滴一滴清水。 ⑵.用镊子撕取菠菜叶下表皮,将其浸入水滴中并展平,以防止由于细胞的重叠而影响观察效果。 ⑶.用镊子加起盖玻片,使它的一端先接触载玻片中央的水滴边缘,然后轻轻盖在菠菜叶下表皮上,避免产生气泡,用吸水纸吸去多余的水分。 ⑷.将制作好的玻片标本放在显微镜下观察,记录所观察到的现象。 2.制作人口腔上皮细胞的临时装片 ⑴.用牙签轻轻刮取自己口腔内侧,牙签上会附着部分口腔上皮细胞。 ⑵.将牙签上的刮取物涂布在质量分数为0.9%的生理盐水中。 ⑶.染色——在盖玻片的一侧滴一滴碘液,在另一侧用吸水纸吸引,重复2-3次。 ⑷.将制作好的玻片标本放在显微镜下观察,记录所观察到的现象。

偏光显微镜原理

偏光显微镜基本原理 一、单折射性与双折射性 光线通过某一物质时,如光的性质和进路不因照射方向而改变,这种物质在光学上就具有“各向同性”,又称单折射体,如普通气体、液体以及非结晶性固体;若光线通过另一物质时,光的速度、折射率、吸收性和光皮的振动性、振幅等因照射方向而有不同,这种物质在光学上则具有“各向异性”,又称双折射体,如晶体、纤维等。 二、光的偏振现象 光波根据振动的特点,可分为自然光与偏光。自然光的振动特点是在垂直光波传导轴上具有许多振动面,各平面上振动的振幅相同,其频率也相同;自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用,可以成为只在一个方向上振动的光波,这种光波则称为“偏光”或“偏振光”。 三、偏光的产生及其作用 偏光显微镜最重要的部件是偏光装置——起偏器和检偏器。过去两者均为尼科尔(Nicola)棱镜组成,它是由天然的方解石制作而成,但由于受到晶体体积较大的限制,难以取得较大面积的偏振,近来偏光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。人造偏振镜是以硫酸喹啉又名Herapathite的晶体制作而成,呈绿橄榄色。当普通光通过它后,就能获得只在一直线上振动的直线偏振光。偏光显微镜有两个偏振镜,一个装置在光源与被检物体之间的叫“起偏镜”;另一个装置在物镜与目镜之间的叫“检偏镜”,有手柄伸手镜筒或中间附件外方以便操作,其上有旋转角的刻度。从光源射出的光线通过两个偏振镜时,如果起偏镜与检偏镜的振动方向互相平行,即处于“平行检偏立”的情况下,则视场最为明亮。反之,若两者互相垂直,即处于“正交校偏位”的情况下,则视场完全黑暗,如果两者倾斜,则视场表明出中等程度的亮度。由此可知,起偏镜所形成的直线偏振

光学显微镜的发展历史

杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所,江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处,经物镜成放大、倒立的实像A'B',它位于目镜前焦面或稍后处,经目镜成放大的虚像,该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式: f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离,x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为: '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 ' 1 f

'2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离,则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离,且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束,而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜,镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜,孔阑在物镜的象方焦面上,构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小,而且要求象面上有均匀的照度,故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像,为获得大孔径并保证轴上点成像质量,显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求: 1 '120202β?=≤f y 显微镜的分辨率和有效放大率 光学仪器分辨率 瑞利判据:两个相邻的“点”光源所成的像是两个衍射斑,若两个等光强的非相干点像之间的间隔等于艾里圆的半径,即一个像斑的中心恰好落在另一个像斑的第一暗环处,则这两个点就是可分辨的点。当物面在无穷远时,以两点对光学系统的张角可表示两分辨点的距离,其值为:

扫描电子显微镜基本原理和应用

扫描电子显微镜的基本原理和结构 下图为扫描电子显微镜的原理结构示意图。由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成为直径为50mm的电光源。在2-30KV的加速电压下,经过2-3个电磁透镜所组成的电子光学系统,电子束会聚成孔径角较小,束斑为5-10m m的电子束,并在试样表面聚焦。末级透镜上边装有扫描线圈,在它的作用下,电子束在试样表面扫描。高能电子束与样品物质相互作用产生二次电子,背反射电子,X射线等信号。这些信号分别被不同的接收器接收,经放大后用来调制荧光屏的亮度。由于经过扫描线圈上的电流与显象管相应偏转线圈上的电流同步,因此,试样表面任意点发射的信号与显象管荧光屏上相应的亮点一一对应。也就是说,电子束打到试样上一点时,在荧光屏上就有一亮点与之对应,其亮度与激发后的电子能量成正比。换言之,扫描电镜是采用逐点成像的图像分解法进行的。光点成像的顺序是从左上方开始到右下方,直到最後一行右下方的像元扫描完毕就算完成一帧图像。这种扫描方式叫做光栅扫描。 扫描电镜由电子光学系统,信号收集及显示系统,真空系统及电源系统组成。 1 电子光学系统 电子光学系统由电子枪,电磁透镜,扫描线圈和样品室等部件组成。其作用是用来获得扫描电子束,作为产生物理信号的激发源。为了获得较高的信号强度和图像分辨率,扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。 <1>电子枪: 其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。其优点是灯丝价格较便宜,对真空度要求不高,缺点是钨丝热电子发射效率低,发射源直径较大,即使经过二级或三级聚光镜,在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm,因此仪器分辨率受到限制。现在,高等级扫描电镜采用六硼化镧(LaB6)或场发射电子枪,使二次电子像的分辨率达到2nm。但这种电子枪要求很高的真空度。 扫描电子显微镜的原理和结构示意图

光学显微镜的工作原理

光学显微镜的工作原理 显微镜是一种精密的光学仪器,已有300多年的发展史。自从有了显微镜,人们看到了过去看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元——细胞。目前,不仅有能放大千余倍的光学显微镜,而且有放大几十万倍的电子显微镜,使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在普通中学生物教学大纲中规定的实验中,大部分要通过显微镜来完成,因此,显微镜性能的好坏是做好观察实验的关键。 一、显微镜的光学系统 显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜和聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片和载玻片等。 (一)、物镜 物镜是决定显微镜性能的最重要部件,安装在物镜转换器上,接近被观察的物体,故叫做物镜或接物镜。 1、物镜的分类 物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜和浸液物镜;其中浸液物镜又可分为水浸物镜和油浸物镜(常用放大倍数为90—100倍)。 根据放大倍数的不同可分为低倍物镜(10倍以下)、中倍物镜(20倍左右)高倍物镜(40—65倍)。 根据像差矫正情况,分为消色差物镜(常用,能矫正光谱中两种色光的色差的物镜)和复色差物镜(能矫正光谱中三种色光的色差的物镜,价格贵,使用少)。 2、物镜的主要参数: 物镜主要参数包括:放大倍数、数值孔径和工作距离。 ①、放大倍数是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。例:放大倍数为100×,指的是长度是1μm的标本,放大后像的长度是100μm,要是以面积计算,则放大了10,000倍。 显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。 ②、数值孔径也叫镜口率,简写NA 或A,是物镜和聚光器的主要参数,与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为0.05-0.95,油浸物镜(香柏油)的数值孔径为1.25。

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