conceitos básicos em microscopia [2]

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Mirela Caires das Neves
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1 [2] Olho humano: o pioneiro instrumento de análise Defeitos visuais: miopia formação da imagem anterior à retina. hipermetropia formação da imagem posterior à retina. astigmatismo falta de simetria radial do olho. 1>

2 Retina: projeção das imagens captadas pelo olho humano cones: percepção de cor bastonetes: percepção de tons cinzentos O espaçamento existente entre as células fotosensíveis ( 3μm) é responsável pela limitação do olho em distinguir detalhes muito pequenos. 2>

espaçamento existente entre as células fotosensíveis ( 3μm) é

3 Os primeiros instrumentos óticos: A. Leeuwenhoek ( ) desenvolve uma lupa com a qual estuda vários microorganismos e células (Séc. XVII). Antoni van Leeuwenhoek (1632 and 1723) designed and built several hundred microscopes that were all very small and had a very similar design and function. The dimensions of his microscopes were fairly constant at approximately two inches long and one inch across. The main body of these microscopes consists of two flat and thin metal (usually brass) plates riveted together. Sandwiched between the plates was a small bi-convex lens capable of magnifications ranging from 70x to over 250x, depending upon the lens quality. Lupa: lente de cristal, normalmente biconvexa, cujo aumento é 1/f. ref.: 3>

The dimensions of his microscopes were fairly constant at approximately two inches long and one inch across.

4 Séc. XVII Instrumentos óticos dotados de lentes objetiva e ocular, que permitem maior ampliação na imagem. Microscópio usado por Hooke Destaques: Bactérias por Leeuwenhoek Robert Hooke ( ): descoberta da estrutura celular. Antony van Leeuwenhoek ( ): estudos de bactérias. Marcello Malpighi ( ): estudos histológicos em plantas. 4>

Microscópio usado por Hooke Destaques: Bactérias por Leeuwenhoek Robert Hooke

5 Análise de metais/ligas: Microscópio ótico de luz refletida: tipicamente usado para superfícies opacas, como as amostras metálicas. Microscópio de reflexão (Séc. XIX) Técnicas de preparação Microscópio ótico de luz transmitida: tipicamente usado para materiais translúcidos, como as amostras poliméricas ou biológicas. 5>

6 O espectro eletromagnético: Ondas eletromagnéticas: ν = λ ref.: f 6>

7 Luz branca: espectro de radiação que corresponde a zona de sensibilidade do olho humano, compreendido entre o ultravioleta e o infravermelho. 7>

8 Lentes convergentes : u v 2 v 1 Propriedades das lentes: Ob o feixe de luz paralelos ao eixo ótico da lente são refratados para um ponto, denominado foco. Im 2 Im 1 o feixe de luz que passa pelo centro de simetria da lente não sofrem refração (desvio). Equação das lentes = + f u v Ampliação: M = v u 8>

foco. Im 2 Im 1 o feixe de luz que passa pelo centro de simetria da lente não

9 Abertura Numérica (Numerical Aperture-NA): 2θ: cone de iluminação n índice de refração n = NA (obj) = n. sen θ Limite prático do semi-ângulo de abertura: θ 72 sen θ = 0,95 c v material vácuo ar água glicerina óleo de imersão vidro (crown) vidro (flint) zirconia diamante n 1,0000 1,0003 1,3333 1,4730 1,5150 1,5200 1,6560 1,9200 2,4170 valores práticos de abertura numérica 0,1 < NA < 1,4 9>

sen θ Limite prático do semi-ângulo de abertura: θ 72 sen θ = 0,95 c v material vácuo ar água

10 Poder de resolução (δ): capacidade do instrumento óptico em produzir imagens separadas de finos objetos muito aproximados Critério de Rayleigh: δ = 0,61 λ μ sen β Luz visível: 350 < λ < 800 nm Raios-X: λ < 0,2 nm NA Elétrons: λ < 0,015 nm Limites práticos: Olho humano: δ ~ 0,2 mm Microscópio óptico: δ ~ 0,2 μm Microscópio eletrônico: δ < 1nm 10>

visível: 350 < λ < 800 nm Raios-X: λ < 0,2 nm NA Elétrons: λ < 0,015 nm Limites

11 Profundidade de campo (depth of field d): Profundidade com que detalhes existentes em diferentes planos podem ser visualizados em foco. d = λ n 2 NA + n NA δ M λ - comprimento de onda; n índice de refração; NA abertura numérica; M aumento; δ - resolução; Magnifi cation Numerical Aperture Depth of Field (μm) 4x x x x x x >

d = λ n 2 NA + n NA δ M λ - comprimento de onda; n índice de refração; NA abertura numérica; M

12 Aberrações: defeitos na lente imperfeições na imagem aberrações monocromáticas aberração esférica* coma astigmatismo* curvatura de campo distorção policromáticas aberração cromática* 12>

13 Aberração esférica: os feixes luminosos mais afastados do eixo ótico definem diferentes distâncias focais, causando uma área de confusão onde a luz converge. lente convergente lente divergente solução: utilização de lentes corrigidas, cujo desenho compensa os efeitos causados pela curvatura e tornam o foco mais definido. No MEV, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado). 13>

lente convergente lente divergente solução: utilização de lentes corrigidas, cujo desenho

14 Coma: conceitos básicos em microscopia um tipo especial de aberração esférica que afeta as imagens mais remotas do eixo ótico da lente, de modo que a imagem de um ponto apareceria uma vírgula (comma, em inglês). diafragma solução: utilização de diafragma, responsável pela eliminação dos feixes luminosos mais afastados do eixo ótico. No MEV, usar lentes com C S otimizado (custo mais elevado). 14>

15 Astigmatismo: conceitos básicos em microscopia defeito associado a diferenças na focalização da luz em diferentes planos (vertical/horizontal), que leva a imagem de um ponto aparecer como um segmento ou círculo difuso. solução: utilização de lentes corrigidas para esta aberração. No MEV, minimizar o astigmatismo por correções no campo magnético (stigmators). 15>

ponto aparecer como um segmento ou círculo difuso.

16 Astigmatismo: Imagem com astigmatismo Imagem com astigmatismo corrigido 16>

17 Aberração cromática: a luz branca se decompõe (refrata) em feixes luminosos de variadas cores, cada qual com o seu respectivo ponto focal que gerará imagens com tamanhos que dependerão da cor. aberração cromática longitudinal azul verde vermelho aberração cromática transversal solução: utilização de lentes acromáticas, semi-apocromáticas ou apocromáticas, construídas com vidros especiais (flint e crown). No MEV, utilizar alta tensão estável (λ constante) e aberturas. 17>

aberração cromática longitudinal azul verde vermelho aberração cromática transversal solução: utilização de lentes

18 Bibliografia: Johnson, R. Environmental Scanning Electron Microscopy: An Introduction to ESEM. Philips Electron Optics, Eindhoven, 1996, pp Egerton, R. F. Physical Principles of Electron Microscopy: An Introduction to TEM, SEM and AEM. Springer Science+Business Media, Inc., New York, 2005, pp Goodhew, P. J.; Humphreys, J.; Beanland, R. Electron Microscopy and Analysis. Taylor & Francis Inc.,New York, 2001, pp Jorge Jr, A. M.; Botta, W. J. Notas de classe Escola de Microscopia. Laboratório de Caracterização Estrutural, DEMa/UFSCar. Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Microscopia Eletrônica de Varredura Permitida a impressão e divulgação. 18

Electron Microscopy and Analysis. Taylor & Francis Inc.,New York, 2001, pp. 1-19. Jorge Jr, A. M.; Botta, W. J. Notas de classe Escola de Microscopia.

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