人类认识自然界大部分信息来自眼睛,在对周围世界的认识中,总是希望看到细微的细节。众多微观世界的结构需要能够分辨,并达到人裸眼分辨的状态,才能够正常观察。由于正常人眼在25cm明视状态下,能够分辨的距离是0.2mm,因此可以使用放大镜将物体放大来观察物体的细节。例如,用10倍的放大镜可以将两个质点间的距离放大10倍,肉眼即可以分辨出0.02mm之间的两点,使物体看得更清晰。但放大镜的倍数有限,不能达到更高的分辨率。因此,分辨本领和放大倍率成为电子显微镜要的两大基本问题。此文重点已放大倍率为主题,展开详细介绍:
放大倍率也是显微镜性能的一种指标。电子显微镜不仅需要有较佳的分辨本领,还需要有合理的放大倍率。只有通过合理地放大,人眼才能依靠电子显微镜的较佳分辨本领区分精细的物体和结构。
放大镜是凸透镜,其形状为中间厚,边缘薄。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,则发生折射现象,使光线向中间汇聚。折射、聚焦是放大镜的基本原理。当用放大镜观察物体时,眼睛在放大镜上面,物体放在放大镜下面。物体的光线穿过时,发生折射,使光线向中间汇聚,进入人眼。物体在人眼视网膜上所成像的大小与物体对眼所张的角成正比。视角愈大,像也愈大,愈能分辨物体的细节。
放大镜工作原理
光学显微镜的物镜,目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。仪器总放大倍率是仪器各透镜放大率的乘积,以光镜为例:
放大倍率
式中,ML为总放大倍率,MO为物镜放大倍率,Me为目镜放大率。用油浸物镜时,光镜总放大倍率为:
放大倍率
如果增大Mo或透镜数目,总放大倍率ML尚可增大,结果像虽然增大,但却是模糊不清的。这种无意义的放大,称空放大,确切地说就是超过有效放大率的放大称为空放大。
有效放大率由式得出:
有效放大率
分辨本领为2埃的电镜有效放大率:
有效放大率
即100万倍,比光镜大1000倍。
根据以上式中可以得出,有效放大率由分辨本领所决定,而分辨本领又是仪器仪表基本的性能指标,若低于有效放大率则仪器没有完全发挥其性能。若高于放大倍率就成无意义的放大了。
扫描电子显微镜是一种大型分析仪器;
它广泛应用于观察各种固态物质的表面超微结构的形态和组成所谓扫描是指在图象上从左到右、从上到下依次对图象象元扫掠的工作过程。
它与电视一样是由控制电子束偏转的电子系统来完成的;
只是在结构和部件上稍有差异而已。
在电子扫描中,把电子束从左到右方向的扫描运动叫做行扫描或称作水平扫描;
把电子束从上到下方向的扫描运动叫做帧扫描或称作垂直扫描。
两者的扫描速度完全不同,行扫描的速度比帧扫描的速度快,对于1000条线的扫描图象来说,速度比为1000。
扫描电子显微镜利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态;
即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。
扫描电子显微镜扫描系统由扫描发生器和扫描线圈组成。
它的作用是:
使入射电子束在样品表面扫描,并使阴极射线显像管电子束在荧光屏上作同步扫描;
改变入射束在样品表面的扫描幅度,从而改变扫描像的放大倍数。
扫描电子显微镜应用的物理信号可分为:
1)电子信号,包括二次电子、背散射电子、透射电子和吸收电子。
吸收电子可直接用电流表测,其他电子信号用电子收集器;
2)特征X射线信号,用X射线谱仪检测(EDS)。
图像显示系统是将电信号转换为阴极射线显像管电子束强度的变化;
得到一幅亮度变化的扫描像,同时用照相方式记录下来,或用数字化形式存储于计算机中。
扫描电子显微镜提供必需的高真空,保证了电子束的正常扫描,还可以防止样品受到污染;
电源系统主要是指各种部件的电源,如加速电压电源、透镜电源和光电倍增管电源等;
虽然是显微镜家族中的后起之秀,但由于其本身具有许多独特的优点,发展速度是很快的。
扫描电子显微镜可以根据需要选择大小不同的视场进行观察;
同时在高放大倍数下也可获得一般透射电镜较难达到的高亮度的清晰图像,观察样品的景深大,视场大,图像富有立体感;
可直接观察起伏较大的粗糙表面和试样凹凸不平的金属断口象等;
使人具有亲临微观世界现场之感。
扫描电子显微镜可以通过电子学方法有效地控制和改善图像质量;
如亮度及反差自动保持,试样倾斜角度校正,图象旋转;
或通过Y调制改善图象反差的宽容度,以及图象各部分亮暗适中。
采用双放大倍数装置或图象选择器,可在荧光屏上同时观察放大倍数不同的图象。
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