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顯微鏡是可以將肉眼不可見之物的影像放大的工具。
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日常用語中之顯微鏡多指光學顯微鏡,放大倍率和清析度(聚焦)為顯微鏡重要因素。
在顯微鏡發明以前,人們通過瘟疫、腐爛等自然現象察覺到一種生物的存在,但人們無法直接觀察到微生物。顯微鏡的出現提高了人類對微生物的認識並對醫學發展做出了貢獻。
顯微鏡的發展史相當複雜,以下僅介紹其中最重要的部分:
現代意義的顯微鏡一般認為是在1590年由荷蘭人扎哈李斯·楊森(Zacharis Janssen)及其子或漢斯·利伯希所發明的。義大利科學家伽利略在1611年通過顯微鏡觀察到一種昆蟲後,第一次對它的複眼進行了描述。
後來,安東尼·方·列文虎克改良了顯微鏡並成功觀察、發現到微生物的存在。
顯微鏡的主要用途是觀察肉眼或放大鏡無法、難以觀測的微小物體。顯微鏡在生物學和刑偵學界被廣泛使用。
下文並未把所有種類顯微鏡列表,只是簡介較知名的類型。其他尚有像紫外線顯微鏡、X光顯微鏡、場離子顯微鏡等,僅用於較專門需要而開發的,少量生產的特種用途顯微鏡。
利用透鏡放大物像送到眼睛或成像儀器,解析度大約為一微米,可以看到細胞大小的物品。一般來說顯微鏡大都是指光學顯微鏡,光學顯微鏡依設計的不同,又可分為正立顯微鏡、倒立顯微鏡(又稱倒置顯微鏡)和解剖顯微鏡(又稱實體顯微鏡或立體顯微鏡);又有偏光顯微鏡:又稱為岩石顯微鏡、礦物顯微鏡或金屬顯微鏡,用以觀察岩石、礦物及金屬表面,是利用光的不同性質(偏光)而做成的;相襯顯微鏡:觀察變形蟲、草履蟲等透明生物時,所使用的顯微鏡。它的特殊裝置可以將光透過生物體所產生的偏差,改變為明暗不同;又結合光學顯微鏡並利用雷射光作為光源,以達到特殊觀察需求的有共聚焦顯微鏡(又譯作共軛焦顯微鏡)。
在20世紀初的一種光學顯微鏡顯著替代被開發,利用電子而不利用光線來產生圖像。於1931年,恩斯特·魯斯卡(Ernst Ruska)開始開發第一個電子顯微鏡- 透射電子顯微鏡(TEM)。透射電子顯微鏡的工作原理和光學顯微鏡有相同的原理,但在使用光的地方用電子代替,在使用玻璃透鏡的地方用電磁鐵代替。使用電子而不是光線允許更高的解析度。
緊接著透射電子顯微鏡的開發,是馬克斯·諾爾在1935年開發的掃描電子顯微鏡(SEM)。[1]
不使用光線而利用電子流來照射標本來觀察的顯微鏡。由於電子用肉眼看不出,因此就使電子透過觀察材料,而映在塗有螢光劑的板上,這種方法稱為穿透式電子顯微鏡。另一種方法是以電流在觀察材料的表面移動,然後使觀察材料所放出的二次電子流映在真空管上,以這種方式觀察的稱為掃描式電子顯微鏡。穿透式電子顯微鏡可放大80萬倍,可以看出分子的形象;掃描式電子顯微鏡可用以觀察立體的表面,放大倍率約20萬倍。電子顯微鏡分為透射電子顯微鏡、能量過濾透過式電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、場發射掃描電子顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡等類型。某些電子顯微鏡甚至能看到單一原子。原理:物質波理論告訴我們,電子也具有波動性質,所以可以用類似光學顯微鏡的原理,做成顯微鏡。不一樣的是,這裡將凸透鏡改成磁鐵,由於電子的波長比可見光短,所以他可以比光學顯微鏡「看」到更小的東西,如:病毒。
是機械式地用探針在樣本上掃描移動以探測樣本影像的顯微鏡。
STM用來看金屬表面,它是利用量子物理的穿隧效應。古典物理認為,物質不能穿過位壘,但量子物理告訴我們:物質有機會穿過位壘,而他穿過位壘的機率和位壘的寬度有關。利用一通電的針狀物體,靠近金屬表面,則電場使電子附近的位能出現位壘形式,此時就有機會觀測到跑出金屬表面的電子,再利用穿過位壘的機率和位壘的寬度有關的特性,就可以推出針到金屬表面的距離,因此可"看"到金屬表面,但這個看到金屬表面其實是看到金屬表面的dangling bond也就是電子,也是因為通常金屬表面每顆原子會有一個dangling bond,所以嚴格上來講只能說是看到原子上電子來當作看到原子,嚴格上來講並不是直接"看"到原子。
原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,簡稱AFM)用來探測樣本表面與探針交互作用力,推出探針到樣本表面的距離,因此可「看」到非金屬或金屬表面。
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