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從光學顯微鏡到電子顯微鏡的發展

新聞來源:未知 發布時間:2011/7/8 8:03:27

觀察微小物體的歷史,是從放大鏡開始的,然后進入顯微鏡時代。當光學顯微鏡達到了分辨本領的極限時,為了達到滿足人們觀察微觀世界的渴望時,促成了電子顯微鏡的發明。

(一)光學顯微鏡

光學顯微鏡的構思是:直接觀察物體放大后的像,以代替用放大鏡觀察物體本身。因此需要有兩塊透鏡組合起來。

第一塊透鏡,產生物體的放大像,稱為物像;第二塊透鏡,采用與第一塊同類型的放大鏡,去看第一塊透鏡放大后的像,稱為目鏡。

光學顯微鏡的進步,正在于這二塊透鏡的組合。由于映入人眼的物體像是這二塊透鏡放大率之積,因而大幅度提高了放大能力。但如果想提高放大率,就需要增加透鏡的數目,那麼,將會遇到放大后像的畸變、彎曲、…….等稱為像差問題。完全消除像差辦不到,但依靠近代的技術水平有可能使像差保持到很小的值。例如,現代較好的光學顯微鏡可達到1000—1500倍。但這個放大率已是光學顯微鏡放大本領的極限。這個結論是埃貝、海侖霍爾茨等人在十九世紀中葉通過研究而獲得的。埃貝等從理論證明:光學顯微鏡分辨本領界限的因素是——光線的波長,因為光學顯微鏡是利用光線來看物體的,為了要看到物體,物體的尺寸必須大于光的波長,這就是光學顯微鏡所以會有極限的原因,也稱為光的衍射效應的影響,是無法克服的極限,這個極限在200毫微米左右。說明:

首先:人眼分辨本領大致為0.1毫米,即指兩點如分開0.1毫米左右,一般可清晰分辨。

有效放大率=人眼分辨本領值/顯微鏡分辨本領值

如果設顯微鏡分辨本領值為200毫微米(200×10-9)

則有效放大率=0.1×10-3米/200×10-3×10-6米=500倍

通常把前面定義的有效放大率再提高一至二倍,可使操作更清晰。如放大1000—1500倍,則分辨本領為0.1毫米的肉眼,觀察0.2—0.3毫米相距的微米粒子徑像會毫不吃力了。

(二)電子顯微鏡的誕生

1.發現電子束的波長遠比可見光短

埃貝的理論和實驗表明:利用波長愈短的波,分辨本領就越高,指導了人們的思維。


進入20年代后,法國科學家德布羅意發現電子流(電子束)也具有波動的性質。這種電子波的波長遠比光波的波長短,也比X射線的波長短。于是人們就想到能否用電子束來代替光波。即與現代電視機中陰極射線管(顯像管)發射出來的陰極射線相同的東西。經分析試驗,電子束的運動速度與電壓的平方根成正比,所以電子束的波長與電壓的平方根成反比。


例如:

名稱

波長

可見光

7600-3900

紫外線

3900-130

 

 

電壓100

1.23

電子束

電壓10000

0.122

 

電業100000

0.0387

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