Differenza tra microscopio ottico e microscopio elettronico

Differenza principale: microscopio ottico e microscopio elettronico

I microscopi ottici (microscopi ottici) e i microscopi elettronici sono entrambi utilizzati per osservare oggetti molto piccoli. Il differenza principale tra microscopio ottico e microscopio elettronico è quello i microscopi ottici usano fasci di luce per illuminare l'oggetto sotto esame mentre il il microscopio elettronico usa fasci di elettroni per illuminare l'oggetto.

Cos'è un microscopio ottico

I microscopi ottici illuminano il loro campione usando la luce visibile e utilizzano le lenti per produrre un'immagine ingrandita. I microscopi ottici sono disponibili in due varietà: obiettivo singolo e composto. Nei microscopi a lente singola, una lente singola viene utilizzata per ingrandire l'oggetto mentre una lente composta utilizza due obiettivi. Utilizzando un obiettivo, un'immagine reale, invertita e ingrandita del campione viene prodotta all'interno del microscopio e quindi utilizzando una seconda lente chiamata oculare, l'immagine formata dall'obiettivo è ingrandita ulteriormente.

Immagine di una foglia di muschio (Rhizomnium punctatum) sotto un microscopio ottico (x400). Confrontare le dimensioni di questi cloroplasti (macchie verdi) con una versione più dettagliata (da un campione diverso) presa da un microscopio elettronico qui sotto.

Cos'è un microscopio elettronico

I microscopi elettronici illuminano il loro campione usando un fascio di elettroni. I campi magnetici vengono usati per piegare fasci di elettroni, proprio come le lenti ottiche vengono utilizzate per piegare fasci di luce nei microscopi ottici. Due tipi di microscopi elettronici sono ampiamente utilizzati: microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e microscopio elettronico a scansione (SEM). Nei microscopi elettronici a trasmissione, il fascio di elettroni passa attraverso l'esemplare. Un obiettivo "obiettivo" (che è in realtà un magnete) viene utilizzato per produrre prima un'immagine e utilizzando una "lente" di proiezione può essere prodotta un'immagine ingrandita su uno schermo fluorescente. Nei microscopi a scansione elettronica viene emesso un fascio di elettroni sul campione, che provoca la liberazione di elettroni secondari dalla superficie del campione. Usando un anodo, questi elettroni di superficie possono essere raccolti e la superficie può essere "mappata".

In genere, la risoluzione delle immagini SEM non è così elevata come quella di TEM. Tuttavia, poiché gli elettroni non sono tenuti a passare attraverso il campione in SEM, possono essere utilizzati per indagare su campioni più spessi. Inoltre, le immagini prodotte da SEM rivelano ulteriori dettagli di profondità della superficie.

TEM Immagine di un cloroplasto (x12000)

Un'immagine SEM di polline di piante diverse (x500). Nota i dettagli di profondità.

Risoluzione

Il risoluzione di un'immagine descrive la capacità di distinguere tra due diversi punti in un'immagine. Un'immagine con una risoluzione più alta è più nitida e dettagliata. Poiché le onde luminose subiscono diffrazione, la capacità di distinguere tra due punti su un oggetto è strettamente correlata alla lunghezza d'onda della luce utilizzata per visualizzare l'oggetto. Questo è spiegato nel Criterio di Rayleigh. Un'onda inoltre non può rivelare dettagli con una separazione spaziale inferiore alla sua lunghezza d'onda. Ciò significa che più piccola è la lunghezza d'onda utilizzata per visualizzare un oggetto, più nitida è l'immagine.

I microscopi elettronici sfruttano la natura ondulatoria degli elettroni. Il lunghezza d'onda deBroglie (cioè la lunghezza d'onda associata con un elettrone) per elettroni accelerati a tensioni tipiche usate in TEMs è di circa 0,01 nm mentre la luce visibile ha lunghezze d'onda tra 400-700 nm. Chiaramente, quindi, i fasci di elettroni sono in grado di rivelare molti più dettagli rispetto ai fasci di luce visibile. In realtà, le risoluzioni dei TEM tendono ad essere dell'ordine di 0,1 nm anziché di 0,01 nm a causa degli effetti del campo magnetico, ma la risoluzione è ancora circa 100 volte migliore della risoluzione di un microscopio ottico. Le risoluzioni dei SEM sono un po 'più basse, dell'ordine di 10 nm.

Differenza tra microscopio ottico e microscopio elettronico

Fonte di illuminazione

Microscopio ottico usa fasci di luce visibile (lunghezza d'onda 400-700 nm) per illuminare il campione.

Microscopio elettronico utilizza fasci di elettroni (lunghezza d'onda ~ 0,01 nm) per illuminare il campione.

Tecnica di ingrandimento

Microscopio ottico utilizza lenti ottiche per piegare i raggi di luce e ingrandire le immagini.

Microscopio elettronico usa i magneti per piegare i raggi degli elettroni e ingrandire le immagini.

Risoluzione

Microscopio ottico ha risoluzioni più basse rispetto ai microscopi elettronici, circa 200 nm.

Microscopio elettronico può avere risoluzioni dell'ordine di 0.1 nm.

Ingrandimento

Microscopi ottici potrebbe avere ingrandimenti intorno a ~ × 1000.

Microscopi elettronici può avere ingrandimenti fino a ~ × 500000 (SEM).

operazione

Microscopio ottico non ha necessariamente bisogno di una fonte di energia elettrica per operare.

Microscopio elettronico richiede elettricità per accelerare gli elettroni. Richiede anche che i campioni siano posizionati in vuoti (altrimenti gli elettroni potrebbero disperdersi dalle molecole d'aria), a differenza dei microscopi ottici.

Prezzo

Microscopio ottico è molto più economico rispetto ai microscopi elettronici.

Microscopio elettronico è relativamente più costoso.

Taglia

Il microscopio ottico è piccolo e potrebbe essere utilizzato su un desktop.

Microscopio elettronico è abbastanza grande e potrebbe essere alto come una persona.

Riferimenti

Young, H. D., & Freedman, R. A. (2012). La fisica universitaria di Sears e Zemansky: con la fisica moderna. Addison-Wesley.

Cortesia dell'immagine

"Punktiertes Wurzelsternmoos (Rhizomnium punctatum), Laminazellen, 400x vergrößert "di Kristian Peters - Fabelfroh (fotografata da Kristian Peters) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Un diagramma trasversale e semplificato di un microscopio elettronico a trasmissione" di GrahamColm (Wikipedia, da GrahamColm) [Public Domain], tramite Wikimedia Commons

"Chloroplast 12000x" di Bela Hausmann (Opera propria) [CC BY-SA 2.0], via flickr

"Polline da una varietà di piante comuni ..." di Dartmouth College Electron Microscope Facility (Fonte e pubblico dominio al Dartmouth College Electron Microscope Facility) [Public Domain], tramite Wikimedia Commons