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显微镜

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光学显微镜
使用小型样品的观察
知名实验生物细胞的发现
发明者汉斯·李普希
查哈里亚斯·杨森英语Zacharias Janssen
相关事物显微镜
电子显微镜
光学显微镜是一种利用透镜产生光学放大效应的显微镜。
现代体视显微镜的光学设计:
A - 物镜 B - 伽利略望远镜(rotating objectives
C - 缩放控制D - 内部物镜E - 棱镜
F - 中继透镜 G - 分划板H - 接目镜

显微镜是可以将肉眼不可见之物的影像放大的工具。

日常用语中之显微镜多指光学显微镜,放大倍率和清析度(聚焦)为显微镜重要因素。

显微镜的类型有许多。最常见的(和第一个被发明的)是光学显微镜,其他主要的显微镜类型包括电子显微镜扫描探针显微镜等。

历史

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在显微镜发明以前,人们通过瘟疫腐烂等自然现象察觉到一种生物的存在,但人们无法直接观察到微生物。显微镜的出现提高了人类对微生物的认识并对医学发展做出了贡献。

显微镜的发展史相当复杂,以下仅介绍其中最重要的部分:

现代意义的显微镜一般认为是在1590年由荷兰人扎哈李斯·杨森(Zacharis Janssen)及其子或汉斯·利伯希所发明的。意大利科学家伽利略在1611年通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。

十五世纪时,罗伯特·胡克运用显微镜发现了死亡的软木细胞

后来,安东尼·方·列文虎克改良了显微镜并成功观察、发现到微生物的存在。

用途

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显微镜的主要用途是观察肉眼或放大镜无法、难以观测的微小物体。显微镜在生物学和刑侦学界被广泛使用。

种类

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显微镜种类

下文并未把所有种类显微镜列表,只是简介较知名的类型。其他尚有像紫外线显微镜、X光显微镜、离子显微镜等,仅用于较专门需要而开发的,少量生产的特种用途显微镜。

光学显微镜

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光学显微镜的基本结构(二十世纪90年代):

1.目镜(又称为接目镜或眼透镜)
2.物镜转换器
3. 物镜
4.粗调旋钮
5.微调旋钮
6.载物台
7. 光源
8.光阑和聚光器
9.推进器(又称为推片器)
光学显微镜的基本结构(二十世纪初期):

1.目镜(又称为接目镜或眼透镜)
2.物镜转换器
3. 物镜
4.粗调旋钮
5.微调旋钮
6.载物台
7. 反光镜
8.光阑和聚光器

利用透镜放大物像送到眼睛或成像仪器,分辨率大约为一微米,可以看到细胞大小的物品。一般来说显微镜大都是指光学显微镜,光学显微镜依设计的不同,又可分为正立显微镜倒立显微镜(又称倒置显微镜)和解剖显微镜(又称实体显微镜立体显微镜);又有偏光显微镜:又称为岩石显微镜、矿物显微镜或金属显微镜,用以观察岩石、矿物及金属表面,是利用光的不同性质(偏光)而做成的;相衬显微镜:观察变形虫、草履虫等透明生物时,所使用的显微镜。它的特殊装置可以将光透过生物体所产生的偏差,改变为明暗不同;又结合光学显微镜并利用激光光作为光源,以达到特殊观察需求的有共聚焦显微镜(又译作共轭焦显微镜)。

电子显微镜

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体视显微镜

在20世纪初的一种光学显微镜显著替代被开发,利用电子而不利用光线来产生图像。于1931年,恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)开始开发第一个电子显微镜- 透射电子显微镜(TEM)。透射电子显微镜的工作原理和光学显微镜有相同的原理,但在使用光的地方用电子代替,在使用玻璃透镜的地方用电磁铁代替。使用电子而不是光线允许更高的分辨率。

紧接着透射电子显微镜的开发,是马克斯·诺尔英语Max Knoll在1935年开发的扫描电子显微镜(SEM)。[1]

不使用光线而利用电子流来照射标本来观察的显微镜。由于电子用肉眼看不出,因此就使电子透过观察材料,而映在涂有萤光剂的板上,这种方法称为穿透式电子显微镜。另一种方法是以电流在观察材料的表面移动,然后使观察材料所放出的二次电子流映在真空管上,以这种方式观察的称为扫描式电子显微镜。穿透式电子显微镜可放大80万倍,可以看出分子的形象;扫描式电子显微镜可用以观察立体的表面,放大倍率约20万倍。电子显微镜分为透射电子显微镜、能量过滤透过式电子显微镜、扫描电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜等类型。某些电子显微镜甚至能看到单一原子。原理:物质波理论告诉我们,电子也具有波动性质,所以可以用类似光学显微镜的原理,做成显微镜。不一样的是,这里将凸透镜改成磁铁,由于电子的波长可见光短,所以他可以比光学显微镜“看”到更小的东西,如:病毒

扫描探针显微镜

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是机械式地用探针在样本上扫描移动以探测样本影像的显微镜。

扫描隧道显微镜

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STM用来看金属表面,它是利用量子物理穿隧效应古典物理认为,物质不能穿过位垒,但量子物理告诉我们:物质有机会穿过位垒,而他穿过位垒的几率和位垒的宽度有关。利用一通电的针状物体,靠近金属表面,则电场使电子附近的位能出现位垒形式,此时就有机会观测到跑出金属表面的电子,再利用穿过位垒的几率和位垒的宽度有关的特性,就可以推出针到金属表面的距离,因此可"看"到金属表面,但这个看到金属表面其实是看到金属表面的dangling bond也就是电子,也是因为通常金属表面每颗原子会有一个dangling bond,所以严格上来讲只能说是看到原子上电子来当作看到原子,严格上来讲并不是直接"看"到原子。

原子力显微镜

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原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)用来探测样本表面与探针交互作用力,推出探针到样本表面的距离,因此可“看”到非金属或金属表面。

显微镜展示框

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显微镜的机械部件

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参看

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参考资料

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  1. ^ Knoll, Max. Aufladepotentiel und Sekundäremission elektronenbestrahlter Körper. Zeitschrift für technische Physik. 1935, 16: 467–475.