longwood
第13楼2009/02/20
drizzlemiao已经说的很清楚了。我再补充一下。
我们为什么需要显微镜?因为人眼的分辨率大概在0.2mm左右。任何小于0.2mm的物体细节,肉眼若是能看见,必须通过成像系统将其放大。
因此一方面放大倍数还是很重要的。比如要是想看见2nm的物体细节,最终能被眼睛直接观察到的放大倍数应不能低于10万倍。
但是另一方面,任何一个成像系统都是不完美的。都有其分辨率。分辨率决定了最终所能观察的细节。如果显微镜分辨率为10个纳米,那即使增加后级放大倍数,增加到100亿倍都没有任何意义,所能观察的细节还是限定在10纳米。
对一台显微镜,放大倍数的增加一般很简单, 比如通过增加后级透镜来增加放大倍数。甚至像胶片,CCD这样的记录媒质也能增加放大倍数。比如CCD的感光像素尺寸一般为25微米。但是在电脑屏幕上显示一张照片,15寸显示器全屏显示一张1k x 1k 的CCD照片,每个像素大概是300个微米。 这样通过电脑显示就又放大了10倍左右。但是这样放大的意义并不大。 最重要的是分辨率。光学显微镜和透射电子显微镜分辨率限制不一样。
光学显微镜的分辨率主要受可见光波长的影响。由瑞利公式得知,分辨率一般为波长的一半左右。可见光波长大约几百个纳米,所以光学显微镜分辨率可想而知。
高能电子的波长非常短,对普通200 kV的加速电压, 电子波长仅为0.0025纳米。 当然一般TEM分辨率达不到那么高,主要不是受波长,而是受物镜的球差影响。即离轴的电子束随入射角度不同,无法汇集到同一点。
虽然透射电镜里面有多级透镜,但是分辨率主要受物镜影响。因为物镜的放大倍数特别高,因此物距特别短, 物体似乎紧贴着透镜,因此很多电子都是离轴入射的,所以球差影响很大。后级透镜的物距要大很多, 电子束几乎都是平行光轴入射,球差的影响就小多了。
由此可见分辨率决定了电镜的性能,但是放大倍数也很重要。特别要注意的是,由于实际图像被记录在底片或者CCD上,不能让记录的感光单元成为限制分辨率的另外一个因素。这时要有足够的放大倍数。
以前胶片记录,一般认为放大倍数不宜太大,几十万倍即可。但是现在通常采用CCD记录, 如果定量的高分辨分析,放大倍数应该要更大一点,好像要100万倍以上(参考文献我忘了,如果找到再贴上来)。一个原因是胶片的感光颗粒大概10个微米或更小(虽然一个电子不仅使一个颗粒感光,这是另外的问题),而CCD的像素尺寸25个微米。所以胶片可以冲印时可以放的更大。而考虑到采样定理,在进行定量的高分辨分析时,CCD记录时电镜本身的直接放大倍数要更大些比较好。
蓝莓口香糖
第20楼2009/02/21
这种关系只是个表象关系,并不是必然的。分辨率高,把放大倍数设计得高一些可以把细节充分显示出来。对于分辨率低的镜头,倍数太高也看不清楚,何必多花力气呢?毕竟高倍的镜头不容易制造。这就好比是汽车和油箱的关系。大汽车通常配大油箱,这只是一种实用上的考虑。但并不意味着大汽车必然要配大油箱。