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