光學(xué)顯微分析

光學(xué)顯微分析第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日第2章光學(xué)顯微分析2.1材料形貌分析簡(jiǎn)介2.2光學(xué)幾個(gè)基本知識(shí)2.3幾種常用顯微鏡的工作原理2.4光學(xué)顯微分析的發(fā)展2.5顯微鏡的成像原理2.6偏光顯微鏡第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.1材料形貌分析簡(jiǎn)介物體的表面是物質(zhì)存在的一種客觀形式，固體從體相延伸到表面，最終在表面形成原子及其電子分布的終端，從而導(dǎo)致表面具有體相所不具備的新的特點(diǎn)和新的特征。同時(shí)也破壞了物體的連續(xù)性。因此研究物體的表面比研究物體的體相有更大的難度。在表面分析中，由于表面層的光學(xué)干涉、表面缺陷、粒度大小等表面變化為微觀變化，實(shí)測(cè)結(jié)果往往與常規(guī)觀察的判斷有很大的區(qū)別。材料的形貌也是材料分析的重要組成部分，主要分析材料的幾何形貌，材料的顆粒度以及顆粒度的分布等方面。光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡SEM；透射電子顯微鏡TEM；掃描隧道顯微鏡STM；原子力顯微鏡AFM）第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日人眼：0.2mm/250mm光學(xué)顯微鏡：0.2um電子顯微鏡：0.2nm2.2基本知識(shí)(幾個(gè)重要的分辨率)人眼：通常在25cm的明視距離內(nèi)，人眼只能分辨相距的兩個(gè)物體。即物體相距不到0.1mm的時(shí)候，人眼就會(huì)把它們看成是一個(gè)物體。這個(gè)極限即為人眼的分辨本領(lǐng)。顯微鏡的分辯本領(lǐng)：z＝0.61×λ/（nsinα），顯微鏡的分辯本領(lǐng)與光的波長(zhǎng)成正比。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其分辨率越低。只有采用比較短的波長(zhǎng)的光線，才能獲得較高的放大倍數(shù)。光學(xué)顯微鏡：由于可見光波的波長(zhǎng)在500nm左右，其衍射效應(yīng)使得光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)不能小于200nm。電子顯微鏡：電子波λ＝(1.50/E)1/2nm。當(dāng)加速電壓為100kV時(shí)，電子的波長(zhǎng)僅為0.0037nm；當(dāng)E=30KeV時(shí),λ≈0.007nm。電子顯微鏡可以獲得很好的高分辨率圖像，0.2-0.5nm.第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.3幾種常用顯微鏡的工作原理第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日基本原理SEM是利用聚焦電子束在樣品上掃描時(shí)激發(fā)的某種物理信號(hào)來調(diào)制一個(gè)同步掃描的顯象管在相應(yīng)位置的亮度而成象的顯微鏡。第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日三種顯微鏡比較第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日分辨率影響因素由于電子束的波長(zhǎng)很短，理論上電鏡可以達(dá)到很高的分辨率；在光學(xué)顯微鏡中決定分辨率的是光的波長(zhǎng)，象差不是主要原因；在電子顯微鏡中，波長(zhǎng)已經(jīng)不是決定性因素；而透鏡產(chǎn)生的象散和球差，電子波產(chǎn)生的色差和衍射差是主要因素；第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日15世紀(jì)中葉：放大鏡（單式顯微鏡）1590年荷蘭HansandZachariasJanssen：復(fù)式顯微鏡17世紀(jì)中葉R.Hooke：設(shè)計(jì)第一臺(tái)性能較好的顯微鏡ChristiaanHuygens：惠更斯目鏡19世紀(jì)德國(guó)ErnstAbbe闡明光學(xué)顯微鏡成像原理，光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)達(dá)0.2微米理論極限2.4光學(xué)顯微分析的發(fā)展光學(xué)顯微鏡的局限性一個(gè)世紀(jì)以來，人們一直用光學(xué)顯微鏡來揭示金屬材料的顯微組織，借以弄清楚組織、成分、性能的內(nèi)在聯(lián)系。但光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)有限，對(duì)諸如合金中的G.P區(qū)（幾十埃）無能為力。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日光學(xué)顯微鏡分類

——幾何光學(xué)顯微鏡

生物顯微鏡、落射光顯微鏡、倒置顯微鏡、金相顯微鏡、暗視野顯微鏡等?！锢砉鈱W(xué)顯微鏡相差顯微鏡、偏光顯微鏡、干涉顯微鏡、相差偏振光顯微鏡、相差干涉顯微鏡、相差熒光顯微鏡等?！畔⑥D(zhuǎn)換顯微鏡

熒光顯微鏡、顯微分光光度計(jì)、圖像分析顯微鏡、聲學(xué)顯微鏡、照相顯微鏡、電視顯微鏡等。——特種光學(xué)顯微鏡高溫顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等。第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)：1.

照明燈(Lamp)2.

聚光器(Condenser)3.

載物臺(tái)和切片夾(Mechanicalstageandspecimenretainer)4.

推進(jìn)器(Mechanicalstageadjustmentknob)5.

物鏡(Objectives)6.

粗細(xì)螺旋(Courseandfinefocusknob)7.

目鏡(Oculars)8.

照相機(jī)等接口(Connectiontocamera,etc.)第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.5顯微鏡的成像原理yF1F2L1L2物鏡目鏡f1f2y25cm顯微鏡的放大率：1.顯微鏡的光路圖和放大率：第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的圓孔衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。分辨極限:光學(xué)系統(tǒng)能分辨開兩物點(diǎn)的最短距離。分辨本領(lǐng):最短距離的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。AB’B物鏡兩物點(diǎn)A’相應(yīng)兩象點(diǎn)艾里斑第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日瑞利判據(jù)A1A2A1A2A1A2θ=2θ＞2θ＜2ZD3.顯微鏡的分辨本領(lǐng)兩個(gè)物點(diǎn)（A1和A2）剛能夠被分辨的條件是：一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑的第一暗環(huán)正好與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑中央點(diǎn)重合。此時(shí)Z為剛能分辨的最短距離（即顯微鏡的分辨距離）。第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日

顯微鏡的分辨本領(lǐng)：顯微鏡能分辨最短距離的能力用1/Z表示。Z越小，分辨本領(lǐng)越高。

根據(jù)瑞利判據(jù)，得顯微鏡的分辨距離：物鏡的數(shù)值孔徑：物鏡β強(qiáng)度Z（推導(dǎo)略）Z,最小分辨距離;λ,波長(zhǎng);n,透鏡周圍的折射率;β,透鏡對(duì)物點(diǎn)張角的一半;第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日4.提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的兩個(gè)途徑：⒈增大物鏡的數(shù)值孔徑N.A.（比如：采用油浸鏡頭）蓋玻片n=1.52n=1β干物鏡物鏡(n=1.52)油浸物鏡油n=1.52β標(biāo)本低倍鏡、高倍鏡以空氣為介質(zhì)，而油鏡需以香柏油或石蠟油為介質(zhì)。這樣就避免了由于油鏡鏡孔小，而使進(jìn)入物鏡的光線產(chǎn)生折射，從而導(dǎo)致視野暗淡，物像不清現(xiàn)象的發(fā)生。第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日4.提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的兩個(gè)途徑：⒉減小照射光的波長(zhǎng)λ（采用紫外線、電子射線）第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日放大率即放大倍數(shù)，是光鏡性能的另一重要參數(shù)。它主要有4×、10×、40×和100×四種，其中4×和10×為低倍鏡，40×為高倍鏡，100×為油鏡。鏡頭長(zhǎng)度隨倍數(shù)的增加依次增長(zhǎng)，而在不同放大倍數(shù)的物鏡筒上還標(biāo)有不同顏色的環(huán)，以用于區(qū)別。低倍鏡、高倍鏡以空氣為介質(zhì)，而油鏡需以香柏油或石蠟油為介質(zhì)。這樣就避免了由于油鏡鏡孔小，而使進(jìn)入物鏡的光線產(chǎn)生折射，從而導(dǎo)致視野暗淡，物像不清現(xiàn)象的發(fā)生。第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日1.偏光顯微鏡的構(gòu)造2.6偏光顯微鏡將普通光改變?yōu)槠窆膺M(jìn)行鏡檢的方法，以鑒別某一物質(zhì)是單折射（各向同性）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特征。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應(yīng)用在礦物、化學(xué)等領(lǐng)域。在生物學(xué)中，很多結(jié)構(gòu)也具有雙折射性，這就需要利用偏光顯微鏡加以區(qū)分。在植物學(xué)方面，如鑒別纖維、染色體、紡錘絲、淀粉粒、細(xì)胞壁以及細(xì)胞質(zhì)與組織中是否含有晶體等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起組織內(nèi)化學(xué)性質(zhì)的改變，可以偏光顯微術(shù)進(jìn)行鑒別。在人體及動(dòng)物學(xué)方面，常利用偏光顯微術(shù)來鑒別骨骷、牙齒、膽固醇、神經(jīng)纖維、腫瘤細(xì)胞、橫紋肌和毛發(fā)等。

第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日1、機(jī)械部分鏡座：承受重力鏡臂：裝鏡筒，可傾斜載物臺(tái)：承載觀察物，可轉(zhuǎn)動(dòng)，有0～360度刻度及游標(biāo)、固定螺絲，中央圓孔，固定彈簧夾

2、光學(xué)部分反光鏡：有平、凹兩面，光線弱或用高倍物鏡時(shí)用凹面下偏光鏡：將自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠怄i光圈：調(diào)節(jié)進(jìn)光量的大小聚光鏡：將平行光線變?yōu)殄F光鏡筒：可調(diào)節(jié)升降，上接目鏡，下接物鏡，鏡筒光學(xué)長(zhǎng)度為物鏡后焦到目鏡前焦目鏡上偏光鏡：方向AA，垂直下偏光鏡勃氏鏡：觀察錐光時(shí)使用的放大系統(tǒng)

1.偏光顯微鏡的構(gòu)造第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日物鏡：透鏡越小，鏡頭越長(zhǎng)，放大倍數(shù)越大。物鏡一般由1～5片透鏡組成。放大倍數(shù)一般低倍4X，中倍10X-25X，高倍45X以上，油浸100X。光孔角：前透鏡最邊緣的光線與前焦點(diǎn)所構(gòu)成的角度數(shù)值孔徑：等于光孔角正弦乘介質(zhì)折射率N。數(shù)值孔徑越大，放大倍數(shù)越高。同一放大倍數(shù)，數(shù)值孔徑越大，分辨率越高物鏡的分辨率就是顯微鏡的分辨率，它取決于數(shù)值孔徑的大小及所用光波的波長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡最高分辨率為2000埃，最大放大倍數(shù)為2000倍。一組物鏡占一臺(tái)顯微鏡總價(jià)值的五分之一到二分之一。

1.偏光顯微鏡的構(gòu)造第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日第二十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日二、偏光顯微鏡的調(diào)節(jié)與使用

1·裝卸鏡頭A·裝目鏡：直接插上即可B·裝物鏡：物鏡與鏡筒的接合類型有彈簧夾型、銷釘型