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Microscopio Italiano www.tool-tool.com

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Microscopio ottico Leicadi struttura moderna: 1 - Tubo verticale per fotografia; 2 - Testabinoculare; 3 - Stativo; 4 - Revolver porta obbiettivi; 5 - Tavolinoportaoggetti; 6 - Condensatore; 7 - Manopole di messa a fuoco; 8 -Sorgente di luce.

Il microscopio (dal Greco: μικρόν (micron) piccolo e σκοπεῖν (skopein)guardare) è uno strumento che consente di risolvere e ingrandireoggetti di piccole dimensioni per permetterne l'osservazione diretta oindiretta tramite fotografia e sistemi elettronici. Può essere ottico, e quindi basato sull'osservazione nell'ambito dello spettro elettromagnetico della luce in senso lato, elettronico basato sull'osservazione tramite fasci di elettroni, o di altro tipo.

I primi strumenti efficaci vennero prodotti in Olanda alla fine del XVI secolo, ma l'invenzione vera e propria è tuttora controversa.

Caratteristiche generali [modifica]

Potere risolutivo [modifica]

Ilpotere risolutivo di un microscopio è la distanza minima alla quale duepunti risultano distinti. In prima approssimazione, e non tenendo contodi effetti aberrativi, possiamo considerare che la relazione che legail potere risolutivo (d o distanza tra due punti tra loro risolti), l'apertura numerica di un sistema ottico (tutto il sistema) e la lunghezza d'onda della radiazione utilizzata sia:

d = frac { lambda } { 2 A_N }

Questa relazione è generalmente nota come principio di Abbe.

Per un microscopio ottico in luce visibile d raggiunge i 0,2 micron, il microscopio elettronico giunge a 0,1nm.

Ingrandimento [modifica]

Sidefinisce tale il rapporto tra le dimensioni dell'oggetto originale, equelle dell'immagine ottenuta. L'ingrandimento lineare o angolare (danon confondersi con quello areale o di superficie, alle volte utilizzato), in caso di microscopi composti è dato da:

mathrm{MA}=M_o times M_e

dove Mo è l'ingrandimento dell'obiettivo e Me quello dell'oculare. l'ingrandimento obiettivo dipende dalla sua lunghezza focale fo e dalla distanza d tra il piano focale posteriore dell'obiettivo e il piano focale dell'oculare.

M_o={d over f_o}.

d viene chiamato anche lunghezza otticadel tubo, fissa, e nei moderni strumenti ottici generalmente di 160 mm.Da notare che gli obiettivi devono essere progettati per una datalunghezza ottica di utilizzo (riportata sull'obiettivo stesso). Anchel'ingrandimento oculare dipende dalla sua lunghezza focale fe e può essere calcolato dalle normali equazioni delle lenti di ingrandimento.

Inpratica per calcolare l'ingrandimento al quale si osserva un campionesi moltiplica quello proprio dell'obiettivo per quello dell'oculare.Tale ingrandimento è quello dell'immagine visibile, idealmenteriportata sul piano in cui giace il camipione stesso e cioè alladistanza tra quest'ultimo e l'occhio dell'osservatore. Diversa è lasituazione se l'immagine viene raccolta su di uno schermo o una lastrafotografica: in questo caso è necessario tenere conto dell'altezzadello schermo (o pellicola) rispetto all'oculare e l'ingrandimento saràquello risultante sul negativo. In questi casi conviene sempre usare unvetrino micrometrico, per avere un sicuro termine di paragone. Con imigliori obiettivi ed oculari e nelle ideali condizioni diilluminazione l'ingrandimento utile del microscopio ottico puòraggiungere i 1000 - 1500 diametri (1000 - 1500 X).

Aumentandoil tiraggio del tubo o proiettando l'immagine su di uno schermo lontanosi potrebbero raggungere ingrandimenti molto maggiori ma il potererisolutivo che, come abbiamo visto sopra, è funzione della lunghezzad'onda della luce visibile, non ne sarebbe in alcun modo incrementato.

Aberrazioni [modifica]

Leprincipali aberrazioni, difetti del sistema nel formare un'immaginenitida e risolta, che affliggono i microscopi, e le loro eventualicorrezioni si possono riassumere in:

Aseconda della branca di microscopia considerata, tali difetti sarannopiù o meno rappresentati. Ad esempio utilizzando radiazione di una solalunghezza d'onda, non avremo aberrazioni di tipo cromatico.

Costituenti [modifica]

Il microscopio è formato da una parte meccanica, e una parte ottica.

Parte meccanica [modifica]

Laparte meccanica deve essere robusta e relativamente pesante perconsentire la necessaria stabilità al sistema. Lo stativo rappresentail corpo principale del microscopio ed ha la funzione di fare dasupporto ai meccanismi di movimento e di messa a fuoco ed alla parteottica.

La parte meccanica del microscopio alloggia anche ilsistema di illuminazione, in caso di sistemi con illuminazioneincorporata. Il preparato da osservare si pone sul tavolinoportaoggetti, dotato di un carrello traslatore per mezzo del quale ilpreparato può essere spostato agevolmente eventualmente con movimentimeccanici micrometrici nelle direzioni destra-sinistra eavanti-indietro. Al di là del tavolino portaoggetti, versol'illuminazione si trova un supporto meccanico che ospita ilcondensatore ed il diaframma di apertura. Ancora oltre, primadell'illuminatore, si trova il diaframma di campo. Il microscopio deveessere dotato di un sistema molto accurato di messa a fuoco sia delpreparato che del sistema di illuminazione. Il tavolino portaoggettiviene spostato verticalmente rispetto all'obiettivo tramite i comandidi messa a fuoco macrometrici e micrometrici (o alternativamente si puòspostare l'ottica rispetto al tavolino). Il condensatore focalizzacorrettamente l'illuminazione sul preparato, il collettore focalizza lasorgente luminosa in un particolare piano ottico del condensatore.


Obbiettivi per Microscopio ottico: il primo a sinistra è un Koristka dei primi anni del Novecento. Gli altri sono moderni.

Oculari Galileo e Leitz per Microscopio ottico

Parte ottica [modifica]

Laparte ottica è formata da tre o quattro sistemi di lenti e dallasorgente, che, in caso di sistemi composti a radiazione trasmessa,partendo dalla base del microscopio, sono:

  • la sorgente luminosa
  • il collettore della sorgente o condensatore di campo, col diaframma di campo
  • il condensatore con il diaframma di apertura
  • l'obiettivo
  • l'oculare.

Laporzione di microscopio nella quale vanno posizionati gli obiettivimultipli, se presente, che possono essere scelti in baseall'ingrandimento voluto, si chiama revolver.

Tipologie [modifica]

I microscopi si dividono principalmente, a seconda della sorgente adoperata per l'illuminazione del campione, in microscopi ottici, microscopi elettronici, microscopi di altro tipo:

  • Ilmicroscopio ottico utilizza come sorgente la luce (intesa in sensogenerale come radiazione elettromagnetica dal vicino infrarossoall'ultravioletto, anche se i microscopi più diffusi utilizzano propriola radiazione visibile), ha risoluzione tipicamente minore rispetto almicroscopio elettronico, ma è generalmente economico e fornisceimmagini a colori anche di organismi viventi. Con il microscopio otticosi possono ad esempio distinguere i batteri. Una descrizione a sé merita tuttavia lo SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscope), descritto in seguito, che permette di raggiungere risoluzioni fino a 10 nm.
  • Ilmicroscopio elettronico utilizza come sorgente un fascio di elettronidi un certo potenziale, ha risoluzione molto maggiore di quello otticoe permette di rilevare, oltre all'immagine, anche numerose altreproprietà fisiche del campione, ma è molto complesso e costoso, devefunzionare in assenza d'aria, inoltre non fornisce immagini in vivo. Leimmagini, ottenute al di fuori del campo del visibile, possono esserein bianco e nero o a falsi colori. Permette con i maggiori ingrandimenti di distinguere gli atomi.

Datala vastità dell'argomento quella che segue è solamente una sintesi. Perl'approfondimento si rimanda alle specifiche singole voci.

Microscopi ottici [modifica]

Il microscopio ottico (LM) tradizionale (LM acronimo di (EN) light microscope) è il più semplice. Per mezzo di lenti ingrandisce l'immagine del campione, illuminato con luce nell'intervallo spettrale del visibile.
Può essere semplice (un solo sistema di lenti o addirittura una sola lente) o composto (almeno due sistemi, oculare ed obiettivo),e l'illuminazione può raggiungere il campione da dietro,attraversandolo (luce trasmessa), o esserne riflessa (luce riflessa).Il microscopio ottico permette di avere immagini di soggettidimensionalmente collocati all'incirca tra il millimetro ed ilmicrometro, anche di esseri viventi. I primi esempi di ingrandimentoottico datano migliaia di anni e risalgono alle civiltà mesopotamiche. Nel 1648 Antoni van Leeuwenhoekosservò e descrisse numerosi microorganismi, utilizzando un microscopiosemplice, inizialmente dotato di pochi ingrandimenti e poi perfezionatofino a raggiungerne alcune centinaia (275 accertati, 500 ipotizzati).Nel 1665 Robert Hooke,utilizzando una forma molto rudimentale di microscopio ottico composto,con un limitato potere di ingrandimento ed osservando il sughero vide edescrisse per la prima volta la struttura cellulare propria di tutti iviventi.

Microscopio semplice a luce trasmessa [modifica]

Comenei primi esemplari di van Leeuwenhoek si tratta di una semplice lenteo sistema di lenti (un doppietto frequentemente) con una serie disupporti per il campione ed un sistema elementare di spostamentodell'ottica per la messa a fuoco.

Microscopio semplice a luce riflessa [modifica]

Come il precedente, l'illuminazione in questo caso è frontale o laterale, il caso tipico è la lente contafili in uso in filatelia e nel controllo dei filati dell'industria tessile.

Microscopio composto a luce trasmessa [modifica]

Èun microscopio che, per vedere i particolari del campione utilizza lucetrasmessa attraverso lo stesso, proveniente da una piccola lampadinaincorporata, o indirizzata tramite uno specchio da una sorgente esterna(nei primi esemplari storici luce diurna o luce proveniente da unacandela o lampada ad olio). Negli esemplari di uso corrente la sorgentepiù convenientemente utilizzata è una lampada alogena. Da notare che nei microscopi composti, in genere senza particolari accorgimenti l'immagine osservata risulta invertita.

Microscopio composto a luce riflessa [modifica]


Stereomicroscopio a basso ingrandimento. Permette la visione stereoscopica del campione ed è usato per studi di Sistematica, per piccole dissezioni, per la conta delle colonie batterichee per la preparazione dei pezzi da osservare poi con gli altri piùpotenti tipi di microscopio. Questo strumento è anche molto usato neleindagini della Polizia scientifica.

Comeil precedente, l'illuminazione in questo caso proviene dall'alto,tramite diversi sistemi. Focalizzazione della sorgente tramite specchi,sistemi a fibre ottiche, LED, epi-illuminazione (che sfrutta lo stesso obiettivo anche per illuminare il campione).

Stereomicroscopio [modifica]

Microscopioche si avvale in realtà di due diversi e distinti microscopi, ingenerale composti ed a basso ingrandimento, formanti tra loro un certoangolo. L'osservazione produce un'immagine tridimensionale, come lavisione diretta, eliminando l'effetto di appiattimento tipico deglialtri tipi di microscopi. In genere sono dotati di un sistema di prismiottici per il raddrizzamento dell'immagine, e quindi l'eventualemanipolazione corretta del campione. Sono per questo utilizzatinell'industria (micro componentistica), nella dissezione, nella microchirurgia ecc.

Microscopio a fluorescenza [modifica]

Strutturalmenteesisterebbero sistemi a luce trasmessa e riflessa, ma per motivitecnici i primi sono stati relegati ad usi limitati, su campioniopachi. La maggior parte della produzione ed uso prevede sistemi adepifluorescenza. Questo tipo di microscopio serve per osservarepreparati naturalmente fluorescenti, o legati con molecole fluorescentio rese tali da particolari coloranti detti fluorocromi. Questi compostivanno selettivamente a legarsi con strutture cellulari definite.
La sorgente luminosa (alogena di alta potenza, lampada di wood, lampada ad arco e scarica di gas e più recentemente diodi LED ad alta efficienza e laser), che trasmette radiazioni ultraviolette, o comunque di bassa lunghezza d'onda nel visibile, eccita il preparato generalmente dall'alto (sistemi ad epifluorescenza). Le componenti del preparato emettono luce di lunghezza d'onda maggiore di quella emessa dalla sorgente luminosa. Questo fenomeno è conosciuto come fluorescenza.
Attualmente gli utilizzi più diffusi prevedono l'utilizzo di anticorpispecifici, appositamente prodotti per andare a legarsi con determinatemolecole nel campione (che rappresentano l'antigene) utilizzando fluoresceina,rodamina, ed altre simili molecole come fluorocromo legatoall'anticorpo per renderlo appunto fluorescente e visibile.Nell'osservazione è fondamentale l'utilizzo corretto dei filtri otticiper selezionare la giusta lunghezza d'onda di eccitazione, la giustalunghezza d'onda di emissione visibile, e l'arresto della radiazioneultravioletta che danneggerebbe l'occhio dell'osservatore. Gli obiettivimicroscopici usati per questo tipo di osservazione non devono contenerelenti che presentino fenomeni di autofluorescenza (come spesso succedeper quelli alla fluorite),devono trasmettere l'ultravioletto (se in epifluorescenza, visto chel'illuminazione passa attraverso l'obiettivo), mente il grado dicorrezione cromatico è poco influente sulla qualità dell'immagine, percui vanno generalmente bene le ottiche acromatiche.

Microscopio a contrasto di fase [modifica]

Èun tipo particolare di microscopio che analogamente al microscopio aluce trasmessa lavora nel campo del visibile. Si basa sul fenomeno dell'interferenza luminosa.
Il preparato viene illuminato da un fascio luminoso in realtàsuddiviso a livello del condensatore in due porzioni di fase differentee con diverso angolo di incidenza. Il cambiamento ulteriore di fasedovuto alla porzione di luce che attraversa il campione, andandosi aricombinare con la luce non rifratta renderà visibili componentitrasparenti ma di indice di rifrazione differente da quello del mezzo.In campo biologico, la maggior parte dei componenti cellulari ètrasparente alla luce visibile, anche a causa dell'elevata presenza diacqua, tuttavia vediamo che le radiazioni luminose una voltaoltrepassata una componente o un organello cellulare, subiscono deicambiamenti di fase che dipendono sia dallo spessore, sia dal diversoindice di rifrazione della struttura oltrepassata. Mediante ilmicroscopio a contrasto di fase è possibile andare a determinare talicambiamenti e convertirli in differenze di densità così da otteneredelle informazioni utili circa la composizione di cellule e tessutianalizzati. Questa tecnica di microscopia è molto utilizzata per andaread osservare le cellule mantenute in vita in apposite colture in vitro;infatti tramite la microscopia a contrasto di fase si evita l'utilizzodi coloranti e fissativi che spesso comportano notevoli alterazionistrutturali ottenendo così dei dati molto più reali di quella che èl'organizzazione cellulare. La tecnica in questione fu messa a puntodal fisico olandese Frederik Zernike (Frits Zernike) negli anni '50 e gli valse il Premio Nobel per la fisica nel 1953.

Microscopio a contrasto interferenziale [modifica]

Analogamenteal contrasto di fase è utilizzato per osservare strutture trasparentinon altrimenti visibili in campo chiaro. Combina effetti diinterferenza e di polarizzazione e fornisce immagini più contrastate econ un effetto di tipo tridimensionale. Questo metodo di contrasto èconosciuto anche con il nome di "DIC" (differential interferencecontrast). Una delle due tecnologie più utilizzate è la Nomarski, dal nome dell'inventore della configurazione ottica che si ritrova in diffusi microscopi odierni a contrasto interferenziale.

Microscopio ad interferenza [modifica]

Siattua con due treni di onde completamente separate e tramite duediversi percorsi ottici: uno attraversa il preparato che lo sfasa, indisi incontra con il secondo non sfasato, dando luogo a fenomeni diinterferenza. Queste forniscono notizie utili, anche quantitative, suicomponenti presenti nel campione.


Microscopio LeicaDMRX a luce incidente con componenti meccaniche e contatore automaticodi punti Swift F per l'analisi della composizione organica di campionidi roccia e carbone.

Microscopio polarizzatore [modifica]

Per approfondire, vedi la voce Microscopio polarizzatore.

Ilmicroscopio polarizzatore sfrutta un fascio di luce polarizzata di datoorientamento che attraversa il corpo del preparato, posto su untavolino rotante, per venire poi analizzato da un secondo filtropolarizzatore, anch'esso orientabile e in genere posto sul pianoposteriore dell'obiettivo. Questo tipo di microscopio è moltoutilizzato in petrografia, cioè nello studio delle rocce e dei minerali che le compongono. La microscopia in luce polarizzata utilizza ondeciascuna delle quali oscilla in un piano, detto piano di vibrazione opiano di polarizzazione che è perpendicolare alla direzione dipropagazione dell’onda stessa. In un raggio di luce normale le ondeoscillano in tutti i possibili piani. Definiamo polarizzato un raggiodi luce formato da onde i cui piani di vibrazione sono tutti orientatiin un’unica direzione, sono cioè paralleli fra loro.

Ultramicroscopio [modifica]

L'ultramicroscopioed il microscopio in campo oscuro, sono microscopi ottici con uncondensatore paraboloide, con pareti a specchio, o comunque munito diuno schermo anulare che ferma i raggi che illuminerebbero direttamenteil preparato. Vengono raccolti dall'obiettivo solo i raggi che vengonoopportunamente deviati (rifratti) oppure diffratti. La diffrazione(deviazione dei fotoni a onde decrescenti rispetto alla traiettoriaprincipale) viene operata da particelle del preparato che abbianodimensioni submicroscopiche comprese fra 0,1 micrometro e 1 nanometro,particelle che, pur sotto la soglia di risoluzione del microscopio,appariranno come punti luminosi su sfondo buio, senza dettaglimorfologici (effetto Tyndall).

Microscopio confocale [modifica]

Per approfondire, vedi la voce Microscopio confocale.

Immagine al confocale. La tubulina di alcune cellule di endoteliocolorata in verde da anticorpi coniugati alla fluoresceina, la actinacolorata da Texas red coniugato alla falloidina in rosso, ed il dnacolorato in azzurro dal DAPI

Il Microscopioconfocale si basa su una tecnologia ottica volta ad accresceresensibilmente la risoluzione spaziale del campione, eliminando glialoni dovuti alla luce diffusa dai piani fuori fuoco del preparato.

Esistono diverse tecniche per ottenere questo risultato: a disco rotante (Nipkow disk),Programmable Array Microscopes (PAM), e laser. Quest'ultimo tipo, ilpiù diffuso e denominato CLSM, acronimo di confocal laser scanningmicroscope, è un evoluto microscopio a fluorescenza che permette difocalizzare con estrema precisione un lasersul preparato, aumentando notevolmente la risoluzione e la profonditàdi campo. La sua sorgente luminosa è costituita uno o più laser,generalmente a semiconduttore, per ogni diversa frequenzad'eccitazione. Il meccanismo di direzione del fascio luminoso vienegestito da sistemi computerizzati. Le immagini ottenute, sincronizzandocol fascio di eccitazione il dispositivo di relazione, sonoparticolarmente definite e spettacolari, e possono permettere dievidenziare in diversi colori diverse molecole presenti nel preparato,permettendone di apprezzarne la tridimensionalità (esempio actina in rosso tubulina del citoscheletro in verde e dna del nucleo in blu).

Microscopio nell'ultravioletto [modifica]

Comesi vedrà meglio nella descrizione del SNOM Il limite principale dellamicroscopia ottica sta nella risoluzione massima, strettamente legataal fenomeno della diffrazione. Il criterio di Abbe limita larisoluzione massima a circa 0.5 λ/(n sin θ) per un sistema otticoavente apertura numerican sin θ, che impieghi luce di lunghezza d’onda λ. Per luce nellospettro visibile essa si attesta circa a 0.2 μm, dati i limiti teoriciimposti dalla massima apertura numerica di una lente. Un sistema persuperare il limite è spostarsi su lunghezze d'onda nello spettroappartenente all'ultravioletto. Si riesce così ad incrementarenotevolmente la risoluzione, ma i problemi tecnici derivanti dalla nonvisibilità dell'ultravioletto (occorrono schermi fluorescenti o lafotografia dell'immagine), alla trasparenza delle ottiche (in quarzo),ed alla dannosità della radiazione per gli organismi viventi, conl'avvento dei microscopi elettronici a basso costo hanno limitato moltoulteriori sviluppi di questo strumento

Microscopio a raggi X [modifica]

Talemicroscopio è basato sull'emissione di radiazioni a raggi X. Vieneutilizzato per studiare le strutture di particolari molecole o ionipresenti all'interno della cellula. Quando i raggi emessi attraversanole strutture cellulari subiscono delle diffrazioni che verrannoimpressionate su una lastra fotografica, apparendo come delle sfocatebande concentriche. Dalla differente disposizione di tali bande sipotrà determinare la distribuzione atomica delle molecole all'internodei tessuti analizzati.

Microscopi elettronici [modifica]

Per approfondire, vedi la voce Microscopio elettronico.

Microscopio elettronico (TEM),Siemens del 1969.1-cavo dell'alta tensione;2-emissione di elettroni; 3-motori dicentraggio del raggio; 4-condensatori; 5-regolazione dei diaframmi;6-portacampione; 7-obiettivo; 8-proiettori; 9-microscopio otticostereoscopico; 10-schermo fluorescente; 11-tubi del sistema perprodurre il vuoto; 12-spostapreparati; 13controllo del vuoto edingrandimenti; 14-manopole di messa a fuoco

Il microscopio elettronico "illumina" i campioni in esame, invece che con un fascio di luce visibile, con un fascio di elettroni, di lunghezza d'onda quindi più breve, e per il principio di Abbe permette di ottenere immagini con una risoluzionemolto maggiore. Al contrario dei microscopi ottici utilizzano lentimagnetiche per deviare i fasci di elettroni (cariche elettriche inmovimento, quindi sensibili al campo magnetico) e quindi ingrandire leimmagini.

I microscopi elettronici sono molto costosi, devonooperare in assenza d'aria (sotto vuoto), in assenza di vibrazioni e dicampi magnetici. Inoltre hanno bisogno di correnti a tensioni moltoelevate (almeno 5kV) e molto stabili.

Microscopio elettronico a scansione (SEM) [modifica]

Il microscopio elettronico a scansione,al contrario di quello a trasmissione, ricava l'immagine illuminandocon un fascio di elettroni un oggetto anche relativamente grande (uninsetto per esempio) e rilevando gli elettroni secondari riflessi, epuò quindi fornire immagini 3D. Può analizzare solo oggetti conduttorio semi-conduttori. Gli oggetti organici devono quindi essere primarivestiti con una sottile lamina metallica. Questo strumento ha lanecessità di operare in condizioni di vuoto elevato: per questo è statosviluppato il microscopio elettronico ambientale a scansione che,libero da questo vincolo, è in grado di analizzare campioni dimateriale organico conservandone le condizioni di temperatura, pressione ed umidità.

Microscopio elettronico a trasmissione (TEM) [modifica]

Il microscopio elettronico a trasmissione fa attraversare un campione molto sottile (da 5 a 500nm) da un fascio di elettroni, quindi con un insieme di magneti(che funzionano come le lenti del microscopio ottico) ingrandiscel'immagine ottenuta che viene infine proiettata su uno schermo fluorescenterendendola visibile. Dà immagini della struttura interna dell'oggettoesaminato, al contrario del SEM che ne dà solo la superficie, mapermette si ottenere solo immagini 2D. Raggiunge i nanometri,permettendo di vedere anche le molecole più piccole.

Ulteriorimiglioramenti hanno prodotto il HRTEM (high resolution trasmitionelectron microscope), con cui è stato possibile distinguere i singoliatomi di litio in un composto.

Microscopio elettronico a diffrazione [modifica]

Microscopio elettronico ad emissione di campo [modifica]

Microscopi a scansione di sonda (SPM) [modifica]

Microscopio a scansione per effetto tunnel (STM) [modifica]

Questo particolare tipo di microscopio consente di analizzare la superficie di un campione conduttore o semiconduttore drogato utilizzando, come sensore, una punta cresciuta su di un cristallo singolo di tungstenoe rastremata alla sommità fino allo spessore di qualche atomo: a questapunta, posta ad una distanza molto ravvicinata dal campione, vieneapplicata una piccola tensione (i.e. dell'ordine del volt) rispetto alcampione. Data la particolare conformazione del sensore, si ha lacertezza che gli elettroni fluiranno tutti dalla punta verso ilcampione (o vice-versa) per effetto tunnel.Poiché la corrente, a parità di tensione applicata, varia con ladistanza della punta del sensore dalla superficie del campione, èpossibile tramite un processo di retroazionemantenere costante tale distanza, muovendo la punta sull'asseortogonale alla superficie del campione con la precisione garantita daun attuatore piezoelettrico.Effettuando quindi una scansione su tutta la superficie del campione eregistrando punto per punto i valori della corrente, è possibilericostruirne un modello tridimensionale. Mediante tale tecnica, siriesce a raggiungere precisioni molto elevate, fino a 4 Å.

Microscopio ottico a scansione in campo prossimo (SNOM) [modifica]

Lamicroscopia ottica è stata la prima a nascere ed ancora oggi è la piùpopolare ed usata per via della sua semplicità ed immediatezzanell’interpretazione dei risultati. Il limite principale di questo tipodi microscopia sta nella risoluzione massima ottenibile che èstrettamente legata alla diffrazione.Il cosiddetto criterio di Abbe limita infatti la risoluzione massima acirca 0.5 λ/(n sin θ) per un sistema ottico avente apertura numerica nsin θ, che impieghi luce di lunghezza d’onda λ. Per luce nello spettrovisibile essa si attesta sui 0.2 ÷ 0.4 μm, circa due ordini digrandezza più grande rispetto alle tecniche di microscopia moderne nonottiche. Nel 1928 E. H. Synge, in una discussione con Albert Einstein, propose lo schema di un nuovo microscopio, il microscopio ottico a scansione in campo prossimo, SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscope),che superava il limite di diffrazione: il campione doveva essereilluminato attraverso una piccolissima apertura avente dimensioni moltominori della lunghezza d’onda della luce impiegata, posta a distanze z<< λ dalla sua superficie, nel cosiddetto campo prossimo(near-field); la luce raccolta da sotto il campione (nel far-field)contiene informazione relativa ad una piccola porzione di superficiedelle dimensioni dell’apertura di illuminazione. I primi a superare illimite di diffrazione usando luce visibile furono Pohl et al. all'IBMdi Zurigo sfruttando parte della tecnologia già adoperata nelmicroscopio a scansione ad effetto tunnel (STM); usando radiazione a λ= 488 nm ottennero risoluzioni di 25 nm ovvero di λ/20. L’illuminazionedel campione veniva fatta focalizzando la luce di un laser su uncristallo di quarzo appuntito che guidava la luce nella parte terminalericoperta da un film di alluminio che presentava un’apertura di qualchedecina di nm dalla quale fuoriusciva la luce. Le sonde utilizzate oggisono delle fibre ottiche monomodo appuntite con un’apertura terminaledi 50 ÷ 150 nm e ricoperte da un sottile strato di alluminio, che servea convogliare una maggiore quantità di luce sull’estremità per effettopunta. Le punte vengono prodotte stirando le fibre con delle apposite”micropipette pullers”, riscaldando il punto dove si vuole ”rompere”mediante il fascio focalizzato di un laser a CO2; altre tecniche diattacco chimico di fibre ottiche in HF, consentono di formare struttureappuntite di geometria variabile e controllata. Un film di Al(tipicamente uno spessore di 1000 Å) viene depositato per evaporazionesulla fibra in rotazione attorno al suo asse, angolata di circa 30◦rispetto all’orizzontale, in modo la lasciare un’apertura non ricopertadi diametro variabile dai 20 ai 500 nm. Più recentemente, l'impiego dipunte metalliche (oro, argento) con raggi di curvatura apicalidell'ordine dei 10 nm, consente di raggiungere risoluzioni spazialisub-10 nm nello spettro visibile. L'effetto fisico alla base di questotipo di sonde è l'amplificazione di campo (field enhancement) legato daun lato alla geometria della sonda (punta, effetto parafulmine) chealle proprietà elettroniche dei materiali (oscillazioni collettive dielettroni, surface plasmons) che consentono di ottenere fattori dienhancement fino a 10^6.

Microscopio a forza atomica (AFM) [modifica]

Il microscopio a forza atomicapermette di effettuare analisi non distruttive di superfici, con unarisoluzione inferiore al nanometro (un miliardesimo di metro). Unasonda di dimensioni dell'ordine del micrometro (un milionesimo dimetro) esplora la superficie da analizzare, a contatto o a brevissimadistanza da essa (circa 10 angstrom). Interagendo con gli atomi delcampione, per effetto delle forze di Van der Waals,subisce microscopiche deflessioni che, attraverso un sensibilissimodispositivo (leva ottica), vengono tradotte nei dettagli di un'immaginetopografica della superficie del campione. Rispetto allo Scanning Electron Microscope (SEM) e allo Scanning Tunnelling Microscope(STM), il microscopio a forza atomica ha il vantaggio di consentireanalisi non distruttive e di adattarsi anche a campioni di materialenon conduttore. Tipicamente viene impiegato per esaminare wafersemiconduttori, compact disc e altri supporti magnetici.

Altre tipologie di microscopio [modifica]

Microscopio ionico [modifica]

Ilmicroscopio ionico si colloca sulla stessa falsariga teorica chepermette di passare dal microscopio ottico al microscopio elettronico,ma utilizzando fasci di ioni invece che di elettroni; ricordando poi la relazione fondamentale della meccanica ondulatoria: lambda =   {hover mv }
esposta da de Broglie nel concetto di dualismo onda-particella, è evidente che aumentando la massa m delle particelle illuminantiil campione diventa possibile lavorare con lunghezze d'onda associateminori che permettono quindi, per il principio di Abbe, risoluzioniancora maggiori.

Un esempio di microscopio ionico è dato dallo SHIM, acronimo di Scanning Helium Ion Microscope.


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BW специализируетсяв научных исследованиях и разработках, и снабжаем самымвысокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства иэлектронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид/ быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, ICкартонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы,фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки формдля шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные наноинструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BWis specialized in R&D and sourcing the most advanced carbidematerial with high-tech coating to supply cutting / milling tool formould & die, aero space and electronic industry. Our main productsinclude solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC cardcutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, threadreamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack andworm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for splineshaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Pleasevisit our web www.tool-tool.com for more info.

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