Tại sao độ phân giải của kính hiển vi điện tử cao hơn kính hiển vi quang học
Độ phóng đại của kính hiển vi quang học nhỏ hơn độ phóng đại của kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi quang học chỉ có thể quan sát các cấu trúc hiển vi như tế bào và lục lạp, trong khi kính hiển vi điện tử có thể quan sát các cấu trúc dưới kính hiển vi, nghĩa là cấu trúc của bào quan, vi rút, vi khuẩn, v.v.
Kính hiển vi điện tử chiếu chùm tia điện tử được gia tốc và tổng hợp lên một mẫu rất mỏng, trong đó các electron va chạm với các nguyên tử trong mẫu để đổi hướng, dẫn đến tán xạ góc ba chiều. Kích thước của góc tán xạ liên quan đến mật độ và độ dày của mẫu nên có thể tạo thành hình ảnh với các sắc thái khác nhau. Hình ảnh sẽ được hiển thị trên các thiết bị tạo ảnh (như màn hình huỳnh quang, phim và các bộ phận ghép cảm quang) sau khi khuếch đại và lấy nét.
Do bước sóng de Broglie của electron rất ngắn nên độ phân giải của kính hiển vi điện tử truyền qua cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, đạt tới 0.1-0.2nm và độ phóng đại từ hàng chục nghìn đến hàng triệu thời gian. Do đó, việc sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua có thể được sử dụng để quan sát cấu trúc tinh tế của mẫu và thậm chí quan sát cấu trúc của chỉ một hàng nguyên tử, nhỏ hơn hàng chục nghìn lần so với cấu trúc nhỏ nhất được quan sát bằng kính hiển vi quang học. TEM là phương pháp phân tích quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học liên quan đến vật lý và sinh học như nghiên cứu ung thư, virus học, khoa học vật liệu cũng như công nghệ nano, nghiên cứu chất bán dẫn, v.v.
Độ phân giải cao nhất của kính hiển vi quang học
200 nanomet. Độ phân giải của kính hiển vi quang học (với bước sóng ánh sáng khả kiến nằm trong khoảng từ 770 đến 390 nanomet) có liên quan chặt chẽ đến phạm vi lấy nét của chùm sáng. Vào những năm 1870, nhà vật lý người Đức Ernst Abbe đã phát hiện ra.
Ánh sáng khả kiến, do đặc tính sóng của nó, bị nhiễu xạ, khiến chùm tia không thể hội tụ vô hạn. Theo định luật Abbe này, đường kính tối thiểu để tập trung ánh sáng khả kiến là một phần ba bước sóng của sóng ánh sáng.
Đó là 200 nanomet. Trong hơn một thế kỷ, "giới hạn Abbe" 200 nanomet được coi là giới hạn độ phân giải lý thuyết của kính hiển vi quang học và các vật thể nhỏ hơn kích thước này phải được quan sát bằng kính hiển vi điện tử hoặc kính hiển vi quét đường hầm.
Khẩu độ số hay còn gọi là tỷ lệ khẩu độ, viết tắt là NA hoặc A, là thông số chính của vật kính và tụ quang, tỷ lệ thuận với độ phân giải của kính hiển vi. Khẩu độ số của vật kính khô là 0.05-0.95 và khẩu độ số của vật kính ngâm trong dầu (dầu tuyết tùng) là 1,25.
Khoảng cách làm việc đề cập đến khoảng cách từ thấu kính phía trước của vật kính đến kính che của mẫu vật khi mẫu vật được quan sát rõ ràng nhất. Khoảng cách làm việc của vật kính có liên quan đến tiêu cự của nó. Tiêu cự của vật kính càng dài thì độ phóng đại càng thấp và khoảng cách làm việc của nó càng dài.
Chức năng của vật kính là phóng to mẫu vật lần đầu tiên và nó là thành phần quan trọng nhất quyết định hiệu suất của kính hiển vi - mức độ phân giải. Độ phân giải còn được gọi là độ phân giải hoặc khả năng phân giải. Độ lớn của độ phân giải được biểu thị bằng trị số của khoảng cách phân giải (khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm đối tượng có thể phân biệt được).
Ở khoảng cách rõ ràng là 25 cm, hai vật có khoảng cách 0.073mm có thể được nhìn thấy rõ ràng bằng mắt người bình thường. Giá trị 0,073mm này là khoảng cách phân giải của mắt người bình thường. Khoảng cách phân giải của kính hiển vi càng nhỏ thì độ phân giải càng cao và hiệu suất của nó càng tốt.
Độ phóng đại của kính hiển vi quang học nhỏ hơn độ phóng đại của kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi quang học chỉ có thể quan sát các cấu trúc hiển vi như tế bào và lục lạp, trong khi kính hiển vi điện tử có thể quan sát các cấu trúc dưới kính hiển vi, nghĩa là cấu trúc của bào quan, vi rút, vi khuẩn, v.v.
Kính hiển vi điện tử chiếu chùm tia điện tử được gia tốc và tổng hợp lên một mẫu rất mỏng, trong đó các electron va chạm với các nguyên tử trong mẫu để đổi hướng, dẫn đến tán xạ góc ba chiều. Kích thước của góc tán xạ liên quan đến mật độ và độ dày của mẫu nên có thể tạo thành hình ảnh với các sắc thái khác nhau. Hình ảnh sẽ được hiển thị trên các thiết bị tạo ảnh (như màn hình huỳnh quang, phim và các bộ phận ghép cảm quang) sau khi khuếch đại và lấy nét.
Do bước sóng de Broglie của electron rất ngắn nên độ phân giải của kính hiển vi điện tử truyền qua cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, đạt tới 0.1-0.2nm và độ phóng đại từ hàng chục nghìn đến hàng triệu thời gian. Do đó, việc sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua có thể được sử dụng để quan sát cấu trúc tinh tế của mẫu và thậm chí quan sát cấu trúc của chỉ một hàng nguyên tử, nhỏ hơn hàng chục nghìn lần so với cấu trúc nhỏ nhất được quan sát bằng kính hiển vi quang học. TEM là phương pháp phân tích quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học liên quan đến vật lý và sinh học như nghiên cứu ung thư, virus học, khoa học vật liệu cũng như công nghệ nano, nghiên cứu chất bán dẫn, v.v.
Độ phân giải cao nhất của kính hiển vi quang học
200 nanomet. Độ phân giải của kính hiển vi quang học (với bước sóng ánh sáng khả kiến nằm trong khoảng từ 770 đến 390 nanomet) có liên quan chặt chẽ đến phạm vi lấy nét của chùm sáng. Vào những năm 1870, nhà vật lý người Đức Ernst Abbe đã phát hiện ra.
Ánh sáng khả kiến, do đặc tính sóng của nó, bị nhiễu xạ, khiến chùm tia không thể hội tụ vô hạn. Theo định luật Abbe này, đường kính tối thiểu để tập trung ánh sáng khả kiến là một phần ba bước sóng của sóng ánh sáng.
Đó là 200 nanomet. Trong hơn một thế kỷ, "giới hạn Abbe" 200 nanomet được coi là giới hạn độ phân giải lý thuyết của kính hiển vi quang học và các vật thể nhỏ hơn kích thước này phải được quan sát bằng kính hiển vi điện tử hoặc kính hiển vi quét đường hầm.
Khẩu độ số hay còn gọi là tỷ lệ khẩu độ, viết tắt là NA hoặc A, là thông số chính của vật kính và tụ quang, tỷ lệ thuận với độ phân giải của kính hiển vi. Khẩu độ số của vật kính khô là 0.05-0.95 và khẩu độ số của vật kính ngâm trong dầu (dầu tuyết tùng) là 1,25.
Khoảng cách làm việc đề cập đến khoảng cách từ thấu kính phía trước của vật kính đến kính che của mẫu vật khi mẫu vật được quan sát rõ ràng nhất. Khoảng cách làm việc của vật kính có liên quan đến tiêu cự của nó. Tiêu cự của vật kính càng dài thì độ phóng đại càng thấp và khoảng cách làm việc của nó càng dài.
Chức năng của vật kính là phóng to mẫu vật lần đầu tiên và nó là thành phần quan trọng nhất quyết định hiệu suất của kính hiển vi - mức độ phân giải. Độ phân giải còn được gọi là độ phân giải hoặc khả năng phân giải. Độ lớn của độ phân giải được biểu thị bằng trị số của khoảng cách phân giải (khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm đối tượng có thể phân biệt được).
Ở khoảng cách rõ ràng là 25 cm, hai vật có khoảng cách 0.073mm có thể được nhìn thấy rõ ràng bằng mắt người bình thường. Giá trị 0,073mm này là khoảng cách phân giải của mắt người bình thường. Khoảng cách phân giải của kính hiển vi càng nhỏ thì độ phân giải càng cao và hiệu suất của nó càng tốt.
