Mikroszkópia (ISS) ( görögül μικρός - kicsi, kicsi és σκοπέω - látom) - tárgyak tanulmányozása mikroszkóp segítségével . Több típusra oszlik: optikai mikroszkópia , elektronmikroszkópia , többfoton mikroszkópia, röntgenmikroszkópia, röntgen -lézermikroszkópia , és a minta felnagyított képeinek megfigyelésére és regisztrálására szolgál.
A mikroszkópok kezdetben csak látható fénysugarat használó optikai műszerek voltak , mivel a szem is az optikai hullámhossz-tartományban működik. Ennek megfelelően az optikai mikroszkópok felbontása nem lehet kisebb, mint a referenciasugárzás félhullámhossza (a látható tartományban a hullámhossz 0,4–0,7 μm, vagyis 400–700 nm), a lehetséges maximális 2000-szeres nagyítás mellett. [egy]
A transzmissziós elektronmikroszkóp ötlete az volt, hogy a referencia elektromágneses sugárzást elektronsugárral helyettesítsék. Ismeretes, hogy az elektromágneses sugárzást használó mikroszkópok felbontásának növelése érdekében az elektromágneses sugárzás hullámhosszát az ultraibolya tartományba kell csökkenteni egészen a röntgensugárzásig (a hullámhossz összehasonlítható az anyag atomközi távolságaival), és a fő nehézség az ultraibolya és különösen a röntgensugarak fókuszálásában rejlik.
A röntgensugarak anyaggal való kölcsönhatásának sajátossága különbözteti meg a röntgenoptikai rendszereket a fény- és elektronsugarak optikai rendszereitől . ( A röntgensugarak törésmutatójának kis eltérése az egységtől (kevesebb, mint 10-4 ) gyakorlatilag nem teszi lehetővé a lencsék és prizmák használatát a fókuszáláshoz . Az elektromos és mágneses lencsék szintén nem alkalmazhatók erre a célra, mivel a röntgensugárzás Ezért a röntgenmikroszkópiában a röntgensugarak fókuszálása a görbe tükörsíkok általi teljes külső visszaverődés vagy a krisztallográfiai görbe síkokról való visszaverődés jelenségével történik [2] . A fényvisszaverő röntgenmikroszkópok ezen az elven alapulnak.
A mikrovilágba való behatolás mértéke, tanulmányozása a mikroelem értékének mérlegelési képességétől, a mikroszkóp felbontásától függ . Leggyakrabban a mikroszkóp felbontása a megkülönböztethető objektumok közötti minimális távolságot jelenti.
Ha a lehetséges felbontást elérő nagyítást túllépjük, a képrészletek határai összeolvadnak. A mintakép további nagyítása értelmét veszti.
Az elektronmikroszkópok sokkal nagyobb felbontásúak. 2011-ben a pásztázó elektronmikroszkópok legjobb felbontása 0,4 nm, a transzmissziós elektronmikroszkópok legjobb felbontása pedig 0,05 nm volt.
Az emberi szem egy természetes optikai rendszer, amelyet egy bizonyos felbontás jellemez, vagyis a megfigyelt objektum elemei közötti legkisebb távolság (pontként vagy vonalként), amelynél még megkülönböztethetők egymástól. Normál szemnek a tárgytól való távolodáskor az ún. legjobb látótávolság (D = 250 mm), az átlagos normál felbontás 0,176 mm. A mikroorganizmusok mérete, a legtöbb növényi és állati sejt, kisméretű kristályok , fémek és ötvözetek mikroszerkezetének részletei stb. sokkal kisebbek ennél az értéknél. A különféle típusú optikai mikroszkópokat az ilyen objektumok megfigyelésére és tanulmányozására tervezték. Áttörés történt az optikai mikroszkópiában, aminek eredményeként sikerült legyőzni az alapvető Rayleigh-kritériumot , amely abban áll, hogy a megkülönböztethető tárgy minimális mérete valamivel kisebb, mint a használt fény hullámhossza, és alapvetően korlátozott. a sugárzás diffrakciója által. Ez volt a határa annak, ami az optikai mikroszkópiában lehetséges. Egészen a közelmúltig lehetetlen volt leküzdeni azt az akadályt, amely lehetővé teszi a 0,20 μm -ig terjedő távolságú szerkezetek megkülönböztetését .
Mindazonáltal a 10 nm - es optikai felbontású nanoszkóp optikai rendszerének kiemelkedő legújabb fejlesztése több tíz nanométerre bővítette az optikai mikroszkópia - nanoszkópia tartományát, ami a 0,20 mikronhoz képest egy mértékben csökkentette a megkülönböztethető elemek közötti távolságot. 20-as tényező. (Például a testünket alkotó fehérjemolekulák mérete 3-10 nm között van ) [3] .
Stefan Hell és Mariano Bossi német tudósok , a Biofizikai Kémiai Intézetből 2006-ban kifejlesztettek egy nanoszkópot, amely körülbelül 15 nm -es objektumok megfigyelését teszi lehetővé [4] .
A Tomszki Állami Műszaki Egyetem orosz tudósai úgy fejlesztették tovább a nanoszkópot, hogy nem mikrolencséket használnak, mint a klasszikus konfigurációban, hanem speciális, aranylemezes diffrakciós rácsokat. Ha egy ilyen eszközről képet kapunk, az anomális amplitúdó apodizáció, a Fabry-Perot rezonancia és a Fano rezonancia egyidejűleg aktiválódik. Együtt hozzájárulnak a felbontás növeléséhez a hagyományos diffrakciós ráccsal összehasonlítva, akár 0,3 λ-ig. [5]
Az elektronmikroszkópia fénysugarak helyett elektronsugarat használ a kép elkészítéséhez. Ez lehetővé teszi az elektronmikroszkóp felbontásának több százszoros növelését a fénymikroszkóphoz képest.
Az elektronmikroszkóp első működőképes prototípusát 1932-ben E. Ruska és M. Knoll építette meg; 1986-ban Ruska az elektronmikroszkópok más fejlesztőivel együtt fizikai Nobel-díjat kapott ezért a fejlesztésért . Az elektronmikroszkópok sorozatgyártása az 1930-as évek végén kezdődött.
A röntgenmikroszkópos módszerek felbontása gyakorlatilag eléri a 100 nm -t, ami kétszerese az optikai mikroszkópokénak (200 nm). Elméletileg a röntgenmikroszkóppal 2 nagyságrenddel jobb felbontást lehet elérni, mint az optikainál (mivel a röntgensugarak hullámhossza 2 nagyságrenddel rövidebb). Azonban egy modern optikai mikroszkóp - nanoszkóp felbontása akár 3-10 nm.
Pásztázó szonda mikroszkóp - mikroszkóp a felület és a helyi jellemzők képének megszerzésére. A képalkotó folyamat a felület szondával történő pásztázásán alapul. Általában lehetővé teszi a felület háromdimenziós képének (topográfiájának) előállítását nagy felbontással.