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第3楼2007/12/20
在光学原理中,有一个很著名的阿贝(Abbe)公式:
d=0.612λ/(n•sin α)
式中: λ—— 使用光线的波长值
n —— 光路中透镜对介质的折射率系数
α —— 入射光束与透镜光轴间的夹角
普通光学显微镜,为提高分辨率即d↓,则须使λ↓或(n•sin α)↑。选用玻璃材料透镜只能使其对介质(空气、水或油)折射率的最大值为nmAx→1.5左右。α →90°时,sinα的最大值才为1,所以(n•sinα)的最大值只能为1.5。则d≈0.5λ,即分辨率约为使用光波长的一半。可见光的波长范围是:390nm~760nm,取可见光的波长为较短数值λ=400nm时(相当于紫色光),dLM≈200nm=0.2μm,这基本上可认为是一般光学显微镜的最高分辨能力了。从阿贝公式和以上分析可以看出,追求更高分辨率最有希望的途径则是选用波长更短的光线了。我们知道,从无线电波、可见光、X和γ射线到电子波,都具有波动性质,可以统称为电磁波,只是由于各自产生的条件不同,致使其频率和波长也不同,
电磁波种类 波长 电子波束(加速电压) 波长(nm)
无线电波 1012~106 100V 0.123
红外线 5×105~103 10kV 0.0122
可见光 760~390 100kV 0.00387
紫外光 390~13
X线 10~0.05
γ射线 1.1~0.005
紫外光显微镜的分辨本领之所以能高于普通可见光显微镜,是由于紫外光的波长较可见光为短,对于X射线、γ射线虽然波长更短,由于找不到合适的透镜材料而无法研制。
从表1中可看出,如选用电子波来观察物体,其波长更短,更有利于提高分辨率。电子显微镜正是利用电子波束做为“光源”来进行放大成像的。
由于电镜入射光线与光轴夹角只能取得很小:α ≈ 10-2~10-3弧度,即sin α ≈ α = 10-2~10-3。对于电镜的折射元件——磁透镜,折射系数n = 1,则n•sin α =10-2~10-3。再考虑电镜的其他特定因素,电镜分辨率(dEM)大约在1~2nm左右。
由于材料缺陷、加工精度、工作状态和样品制备等多方面因素的影响,并非每台电镜都能轻易达到这个分辨率水平的。电子显微镜的极限分辨率是在最佳状态下,使用特制的检验标本拍摄出来的。在实际观察标本所能达到的成像分辨率往往要低得多。
分辨率在某种意义上说,如同于人眼的视力一样,会受到许多因素的影响。扫描电子显微镜分辨率为2nm,并不意味着所有小至2nm的显微结构都能显示得清楚。因为它不仅与仪器本身有关,而且还与样品的性质、样品制备以及环境条件有关。