¾Olho humano: o pioneiro instrumento de análise … · Robert Hooke (1635 - 1703): descoberta da estrutura celular. Antony van Leeuwenhoek (1632-1723): estudos de bactérias. Marcello

conceitos básicos em microscopia [2]

Olho humano: o pioneiro instrumento de análise

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Defeitos visuais:

miopia – formaçãoda imagem anteriorà retina.

hipermetropia –formação da ima-gem posteriorà retina.

astigmatismo –falta de simetriaradial do olho.

conceitos básicos em microscopia

Retina: projeção das imagens captadas pelo olho humano

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cones: percepção de cor

bastonetes:percepção de tons cinzentos

O espaçamentoexistente entre as células foto-sensíveis (≈ 3μm)é responsávelpela limitaçãodo olho emdistinguir detalhesmuito pequenos.


A. Leeuwenhoek (1632 - 1723) desenvolve uma lupa com a qual estuda vários microorganismos e células (Séc. XVII).

Lupa: lente de cristal, normalmente biconvexa, cujo aumento é 1/f.

Os primeiros instrumentos óticos:

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Antoni van Leeuwenhoek (1632 and 1723) designedand built several hundred microscopes that were allvery small and had a very similar design and function. The dimensions of his microscopes were fairlyconstant at approximately two inches long and oneinch across. The main body of these microscopesconsists of two flat and thin metal (usually brass) plates riveted together. Sandwiched between theplates was a small bi-convex lens capable ofmagnifications ranging from 70x to over 250x, depending upon the lens quality.

ref.: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/museum/leeuwenhoek.html


Séc. XVII Instrumentos óticos dotados de lentes objetiva e ocular, que permitem maior ampliação na imagem.

Robert Hooke (1635 - 1703): descoberta da estrutura celular.Antony van Leeuwenhoek (1632-1723): estudos de bactérias.Marcello Malpighi (1628-1694): estudos histológicos em plantas.

Bactérias por LeeuwenhoekDestaques:

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Microscópio usado por Hooke


Análise de metais/ligas: Microscópio de reflexão (Séc. XIX)

Técnicas de preparação

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Microscópio ótico de luz refletida: tipicamente usado para superfícies opacas, como as amostras metálicas.

Microscópio ótico de luz transmitida: tipicamente usado para materiais translúcidos, como as amostras poliméricas ou biológicas.


Ondas eletromagnéticas: f⋅= λν

O espectro eletromagnético:

6>ref.: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/electromaghome.html


Luz branca: espectro de radiação que corresponde azona de sensibilidade do olho humano, compreendidoentre o ultravioleta e o infravermelho.

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Equação das lentes

vuf111

+=

Ampliação:

uvM =

Im1

Im2

Ob

uv1

v2

Lentes convergentes :

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Propriedades das lentes:

o feixe de luz paralelosao eixo ótico da lente sãorefratados para um ponto,denominado foco.

o feixe de luz que passapelo centro de simetria dalente não sofrem refração(desvio).


Abertura Numérica (Numerical Aperture-NA):

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Limite prático do semi-ângulo de abertura: θ ≈ 72° → sen θ = 0,95

valores práticos de abertura numérica – 0,1 < NA < 1,4

2θ: cone de iluminação

NA(obj) = n . sen θ

1,0003ar

2,4170diamante1,9200zirconia1,6560vidro (flint)1,5200vidro (crown)1,5150óleo de imersão1,4730glicerina1,3333água

1,0000vácuonmaterial

n – índice de refração

vcn =


Poder de resolução (δ): capacidade do instrumento óptico em produzirimagens separadas de finos objetos muito aproximados

Critério de Rayleigh:βμλδ

sen61,0⋅

⋅=

Luz visível: 350 < λ < 800 nm

Olho humano: δ ~ 0,2 mmMicroscópio óptico: δ ~ 0,2 μm

Limites práticos:

Raios-X: λ < 0,2 nm

Elétrons: λ < 0,015 nm

Microscópio eletrônico: δ < 1nm

NA

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Profundidade de campo (depth of field – d):

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Profundidade com que detalhes existentes em diferentes planos podemser visualizados em foco.

δλ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

+⋅

=MNAn

2NAnd

λ - comprimento de onda;n – índice de refração;NA – abertura numérica;M – aumento;δ - resolução;

Magnification

NumericalAperture

Depthof Field

(μm)

4x 0.10 15.510x 0.25 8.520x 0.40 5.840x 0.65 1.060x 0.85 0.40

100x 0.95 0.19


Aberrações: defeitos na lente

imperfeições na imagem

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aberrações

policromáticas

monocromáticas

aberração esférica*comaastigmatismo*curvatura de campodistorção

aberração cromática*


Aberração esférica:

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lente convergente lente divergente

os feixes luminosos mais afastados do eixo ótico definemdiferentes distâncias focais, causando uma área de confusãoonde a luz converge.

solução: utilização de lentes corrigidas, cujo desenho compensa osefeitos causados pela curvatura e tornam o foco mais definido.No MEV, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).


Coma:

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um tipo especial de aberração esférica que afeta as imagens maisremotas do eixo ótico da lente, de modo que a imagem de um “ponto” apareceria uma “vírgula” (comma, em inglês).

solução: utilização de diafragma, responsável pela eliminação dosfeixes luminosos mais afastados do eixo ótico.No MEV, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).

diafragma


Astigmatismo:

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defeito associado a diferenças na focalização da luz em diferentesplanos (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 campomagnético (stigmators).


Astigmatismo:

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Imagem comastigmatismo

Imagem comastigmatismo

corrigido


Aberração cromática:

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a luz branca se decompõe (refrata) em feixes luminosos de variadascores, cada qual com o seu respectivo ponto focal que gerará imagenscom tamanhos que dependerão da cor.

solução: utilização de lentes acromáticas, semi-apocromáticas ouapocromáticas, construídas com vidros especiais (flint e crown).No MEV, utilizar alta tensão estável (λ constante) e aberturas.

aberraçãocromática

longitudinal

aberraçãocromática

transversalazul

verdevermelho


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Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Microscopia Eletrônica de Varredura.® 2015. Permitida a impressão e divulgação. http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/

Johnson, R. Environmental Scanning Electron Microscopy: An Introductionto ESEM. Philips Electron Optics, Eindhoven, 1996, pp. 1-17.

Egerton, R. F. Physical Principles of Electron Microscopy: An Introductionto TEM, SEM and AEM. Springer Science+Business Media, Inc., New York,2005, pp. 1-21.

Goodhew, P. J.; Humphreys, J.; Beanland, R. Electron Microscopy andAnalysis. Taylor & Francis Inc.,New York, 2001, pp. 1-19.

Jorge Jr, A. M.; Botta, W. J. Notas de classe – Escola de Microscopia. Laboratório de Caracterização Estrutural, DEMa/UFSCar.http://www.lce.dema.ufscar.br/cursos/escola.html

Bibliografia:

Documents

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