Il mondo del “molto piccolo” si può osservare anche
utilizzando un microscopio ottico.
Carl Zeiss (1816 - 1888)
Esistono dei limiti??
Ingrandimento totale =Ingrandimento obiettivo x Ingrandimento oculare
Il microscopio e l’occhio costituiscono un unico strumento.
Le prestazioni del microscopio sono controllate da
tre dispositivi:
Condensatore: concentra la luce sull’oggetto
Obiettivo: raccoglie la luce diffusa dall’oggetto
Oculare: raccoglie la luce per l’occhio
Artefatti:
Immagine astigmatica
Aberrazioni cromatiche
Campo curvo
Distorsione a botte
Distorsione sferica
Ingrandimento totale =Ingrandimento obiettivo x Ingrandimento oculare
Ma allora posso guardare qualunque
cosa anche infinitamente piccola, basta
scegliere le lenti giuste!! Posso vedere
gli atomi!!!!
Direi proprio di no, L'ingrandimento da solo
non basta: la risoluzione determina cosa
vediamo. Esiste un “limite” nella risoluzione
di cui mi sono occupato da giovane …
Molto dipende dall’apertura numerica
L’Apertura
Numerica",
che
rappresenta la misura dell'angolo
solido coperto da un obiettivo.
N.A. =n sin (a)
n=indice di rifrazione
Ernst Abbe (1840 - 1905)
Cosa significa esattamente
"risoluzione"?
Il limite fino al quale due piccoli oggetti
vengono visti ancora separati è la
misura del potere di risoluzione di un
microscopio.
Appunto! Il famoso limite di
Abbe: non potete distinguere
due oggetti che stanno ad
una distanza piu’ piccola di
2 N . A.
Per comprendere bene il concetto facciamo un esempio:
per trasmettere elettronicamente un suono è necessario
utilizzare microfoni e amplificatori in grado di trasmettere
tutte le frequenza che compongono il suono. Nella
musica, l'informazione è contenuta nelle medie frequenze
del suono; le sfumature più fini però sono contenute nei
toni più alti.
Nel microscopio, i fini dettagli di una struttura sono
"codificati" nella luce diffratta (le cosiddette elevate
frequenza spaziali del Campo Elettromagnetico). Se si
vuole vedere anche dietro l'obiettivo, bisogna provvedere
che vengano prima raccolti dall'obiettivo stesso. Questo è
tanto più facile, quanto maggiore è l'angolo di apertura e
perciò l'apertura numerica.
Fantastico, allora posso usare
lunghezze d’onda più piccole e
così vedo cose più piccole…
Fino ad un certo punto, se usi luce ultravioletta
non vedi nulla perchè il tuo occhio non vede
l’ultravioletto! In pratica, con la microscopia
classica non si possono distinguere oggetti che
siano più piccoli di 200/300 nm
Il Professor August Köhler, collaboratore della Carl Zeiss di Jena,
sviluppò un ingegnoso sistema d'illuminazione per microscopi, che
permetteva di sfruttare in pratica l'intero potere risolutivo degli
obiettivi di Abbe. Si tratta di un sistema basato sull’uso di un
condensatore ottico che consente un'illuminazione omogenea delle
immagini e, nel contempo, migliora il potere risolutivo. Questo "uso
economico della luce" nel microscopio si basa sulla chiara intuizione
che solo quella parte dell'apertura numerica di un obiettivo che
viene usata dalla luce contribuisce anche alla risoluzione. Sono stati
perciò integrati nel microscopio diaframmi regolabili, che limitano
esattamente il flusso luminoso.
August Köhler (1866 - 1948)
Il microscopio confocale
Nei moderni microscopi confocali la luce di un
laser viene fatta convergere dalle lenti
dell'obiettivo in un punto estremamente piccolo
del campione osservato. Il punto stesso, attraverso
un sistema di specchi oscillanti, viene spostato
attraverso tutto il campo visivo dell'obiettivo così
da effettuare una scansione completa di tutto il
piano
focale.
Le caratteristiche della luce laser (estrema
coerenza, alta intensità e lunghezza d'onda unica)
consentono di evitare fenomeni di aberrazioni e
diffrazioni, tipiche invece della luce prodotta da
tradizionali lampade a incandescenza. La luce
proveniente dal campione viene catturata dalle
lenti nera
dell'obbiettivo
e un
deviata
da uno specchio
(linea
diagonale) su
fotomoltiplicatore,
che trasforma l'intensità luminosa rilevata in
dicroico
un
segnale elettrico di intensità proporzionale. Tra lo specchio dicroico e il
fotomoltiplicatore, il fascio luminoso attraversa un diaframma (o pinhole), che impedisce
alla luce proveniente dalle zone fuori fuoco (che, seppure in minima parte vengono
illuminate per effetto di fenomeni di rifrazione all'interno del campione) di raggiungere il
fotomoltiplicatore. In questo modo solo il segnale luminoso relativo dal piano di fuoco
viene registrato e utilizzato nella formazione dell'immagine finale.
il segnale elettrico in uscita dal fotomoltiplicatore viene quindi digitalizzato e inviato ad
un computer che registra i valori di intensità misurati per ogni punto. Questi valori
vengono utilizzati per ricostruire l'immagine a video: ogni punto del campione verrà
cioè a corrispondere ad un pixel dello schermo, e l'intensità luminosa del punto verrà
rappresentata da una corrispondente tonalità di grigio. L'accostamento di tutti i singoli
pixel corrispondenti ai punti scanditi dal fascio laser nel campione darà così l'immagina
finale.
Spostando lungo l'asse verticale il campione dopo ogni scansione, è possibile eseguire
serie di scansioni successive corrispondenti a piani focali via via più profondi all'interno
del campione.
Queste scansioni prendono il
nome di “sezioni ottiche” e la
loro sovrapposizione ordinata,
eseguita
via
software,
consente
di
ricostruire
un'immagine
complessiva
dell'intero volume scandito, in
cui tutti i piani sono
contemporaneamente a fuoco.
Ma oggi si parla sempre di
nanotecnologie e di nanostrutture, se
non le posso vedere come faccio a
studiarle??
Puoi usare tecniche alternative come la
microscopia a forza atomica, la microscopia ad
effetto tunnel o la microscopia elettronica, ma
non la luce …
Sei il solito male informato, esiste una microscopia
ottica che supera il limite di Abbe, è la Microscopia
Ottica a Scansione Campo Prossimo (SNOM)
La microscopia ottica a campo prossimo utilizza
la luce evanescente prodotta da una
piccolissima apertura per illuminare il campione.
Una specie di nanolampadina che produce
elevate frequenze spaziali.
Evanescente ????
“Evanescente” significa che l’intensità di
queste frequenze spaziali diviene molto
velocemente trascurabile quando ci si
allontana dalla sorgente ed è contrapposto
a “propagante”. La luce a cui siamo abituati
noi è propagante.
Fine primo
tempo…
