conceitos básicos em microscopia [2] - feis.unesp.br · robert hooke (1635-1703): descoberta da...

conceitos básicos em microscopia [2]

Olho humano:

1>

Anomalias visuais:

miopia – formaçãoda imagem anteriorà retina.

hipermetropia –formação da ima-gem posteriorà retina.

astigmatismo –falta de simetriaradial do olho.

daltonismo –incapacidade emdiferenciar cores.

conceitos básicos em microscopiaRetina: projeção das imagens captadas pelo olho humano

2>

cones: percepção de cor

bastonetes:percepção de luminosidade

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

conceitos básicos em microscopia

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:

3>

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:

4>

Microscópio usado por Hooke


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

Técnicas de preparação

5>

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.


O espectro eletromagnético:

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

f⋅= λν

f⋅= hE


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

7>


Equação das lentes

vuf111

+=

Ampliação:

uvM =

Im1

Im2

Ob

uv1

v2

Lentes convergentes :

8>

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):

9>

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

valores práticos de abertura numérica – 0,1 < NA < 1,5

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 =

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/nuaperture/index.html


Abertura Numérica (Numerical Aperture-NA):

10>https://www.nikoninstruments.com/pr_BR/Produtos/Otica/Objetivas-Fluor/Serie-CFI-Plan-Fluor


Resolução (δ): a menor distância entre dois pontos da amostra/imagem que ainda podem ser distintos como dois detalhes separados.

NAλδ ⋅

=61,0

Critério de Rayleigh:

Limites práticos: Olho humano: δ ~ 0,2 mmMicroscópio óptico: δ ~ 0,2 μmMicroscópio eletrônico: δ < 1nm

11>

John William Strutt (1842-1919)Lord Rayleigh

Discos de Airy e Critério de Rayleigh

12>

↓ NA ↑ NA


13>

Profundidade de campo (depth of field – d):Profundidade com que detalhes existentes em diferentes planos podemser visualizados em foco.

2

22

(NA))(

dNAn −⋅

=λ

λ - comprimento de onda;n – índice de refração;NA – abertura numérica;

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/anatomy/focusdepth.html


14>

Brilho (Brightness - F):Medida de quantos fótons/elétrons por segundo podem ser direcionadospara uma dada área da amostra ou imagem.

2

2

(M))(F NA

=

M – ampliação;NA – abertura numérica;

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/anatomy/imagebrightness.html

(a) Brilho uniforme(b) Brilho não uniforme


15>

Contraste (Contrast - C):Medida de variação da luminiscência ou cor que tornam uma amostraou imagem distinta. O contraste é determinado pela diferença de brilhoe de cor da amostra/imagem no mesmo campo de visão.

b

b

III −

=C

I – intensidade;Ib – intensidade base;

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/processing/contrast/index.html

Contraste

16>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/processing/contrast/index.html

Contraste

17>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/processing/contrast/index.html


Aberrações: defeitos na lente

imperfeições na imagem

18>

aberrações

policromáticas

monocromáticas

aberração esférica*comaastigmatismo*curvatura de campodistorção

aberração cromática*


Aberração esférica:

19>

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/MET as lentes com CS otimizado tem custo mais elevado.

Aberração esférica

20>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/aberrations/spherical/index.html


Coma:

21>

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/MET, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).

diafragma


Astigmatismo:

22>

aberração associada 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/MET, minimizar o astigmatismo por correções no campomagnético (stigmators).

http

://m

icro

.mag

net.f

su.e

du/p

rimer

/java

/abe

rratio

ns/a

stig

mat

ism

/inde

x.ht

ml

Astigmatismo

23>https://www.microscopyu.com/tutorials/astigmatism


Aberração cromática:

24>

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/MET, utilizar alta tensão estável (λ constante) e aberturas.

aberraçãocromática

longitudinal

aberraçãocromática

transversalazul

verdevermelho

conceitos básicos em microscopiaResolução especial em imagens digitais:

25>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/processing/spatialresolution/index.html

conceitos básicos em microscopiaPropriedades básicas das imagens digitais:

26>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/digitalimaging/digitalimagebasics.html

Brilho e contraste (bit depth) das imagens digitais:

BIT (contração de Binary digIT): 0 e 1byte = string de 8 bits (256 valores 0 ou 1)1 byte = 8 bits1 kbyte = 8.000 bits = 8 kbits1 Mbyte = 8.000.000 bits = 8 MbitsPIXEL (contração de PICture ELement)

color depth (profundidade de cor):

VGA (Video Graphics Array): 24 bits = 16 cores/pixelSVGA (super VGA): 28 bits = 256 cores/pixelGrayscale: 28 bits = 256 cores/pixelRGB (Red/Green/Blue):28 bits (red) x 28 bits (green) x 28 bits (blue) =

16.777.216 cores/pixel


Histogramas e contraste nas imagens digitais:

27>http://micro.magnet.fsu.edu/primer/digitalimaging/digitalimagebasics.html

conceitos básicos em microscopiaHistogramas e contraste nas imagens digitais:

28>

http

://m

icro

.mag

net.f

su.e

du/p

rimer

/dig

italim

agin

g/di

gita

limag

ebas

ics.

htm

l

Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURALDE MATERIAIS. ® 2017. Permitida a impressão e divulgação. http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/


29

Brandon, D.; Kaplan, W. D. Microstructural Characterization of Materials, 2nd edition.John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2008, 536p. ISBN 978-0-470-02785-1.

Vander Voort, G. F. Metallography: Principles and Practice. ASM International, Materials Park, 1999, 752p. ISBN 978-0-87170-672-0.

Goodhew, P. J.; Humphreys, J.; Beanland, R. Electron Microscopy and Analysis, 3rd edition. Taylor & Francis Inc.,New York, 2001, 251p. ISBN 0-203-18425-4.

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/anatomy/anatomy.html

Bibliografia:

conceitos básicos em microscopia [2] - feis.unesp.br · robert hooke (1635-1703): descoberta da...

Documents