Kính kính lúp

Kính kính lúp là một công cụ khoa học được sử dụng để quan sát những vật thể nhỏ mà mắt thường không thể nhìn thấy bằng cách tạo ra các hình ảnh phóng đại của chúng. Kính kính lúp có thể tăng độ phóng đại từ 40 đến 3000 lần. Kỹ thuật quan sát và ghi nhận hình ảnh bằng kính kính lúp được gọi là kỹ thuật hiển vi. Ngày nay, kính kính lúp có thể bao gồm nhiều loại từ kính hiển vi quang học sử dụng ánh sáng khả kiến ​​cho đến các kính hiển vi điện tử, kính hiển vi quét sạch và kính hiển vi phát xạ quang... Kính kính lúp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật liệu, y học và không chỉ là một công cụ quan sát mà còn là một công cụ phân tích mạnh mẽ

Lịch sử

Các kính kính lúp ban đầu được phát minh vào năm 1590 tại Middelburg, Hà Lan. Ba thợ làm kính Hans Lippershey (người đã phát triển các kính viễn vọng trước đó), Zacharias Janssen và cha của họ Hans Janssen là những người đầu tiên xây dựng những chiếc kính kính lúp sơ khai. Năm 1611, nhà toán học người Đức Johannes Kepler (1571 - 1630) đã dành nhiều thời gian nghiên cứu và cải tiến kết hợp thấu kính lăng trùng và phân kỳ cho nó. Kết quả của nghiên cứu của Kepler đã được sử dụng cho đến nay trong các loại kính hiển vi quang học hiện đại, đặc biệt là kính kính lúp Kepler. Năm 1619, Cornelius Drebbel ở London đã chế tạo một kính hiển vi phức tạp hơn bao gồm: kính thấu kính được lắp bằng 2 kính lồi, vật kính là 1 tổ hợp của kính phẳng và kính lồi, ngoài ra còn có màn chắn; hình ảnh nhìn qua kính hiển vi này là hình ảnh ngược. Năm 1625, Giovanni Faber là người xây dựng một kính kính lúp hoàn chỉnh và đặt tên là Galileo Galilei.

Các cấu trúc của kính hiển vi quang học tiếp tục được phát triển và sử dụng rộng rãi hơn ở Italia, Anh quốc và Hà Lan vào những năm 1660, 1670. Marcelo Malpighi ở Italia là người đầu tiên sử dụng kính hiển vi để nghiên cứu cấu trúc sinh học của phổi. Đóng góp quan trọng nhất thuộc về nhà phát minh người Hà Lan Antoni van Leeuwenhoek, người đã phát triển kính hiển vi để phát hiện ra tế bào hồng cầu và tinh trùng và đã công bố các khám phá này. Các phát triển ban đầu của kính hiển vi là thiết bị quang học sử dụng ánh sáng khả kiến và thấu kính thủy tinh để quan sát.

Vào đầu thế kỷ 20, kỹ thuật hiển vi đã có bước nhảy vọt với sự xuất hiện của kính hiển vi điện tử, bắt đầu với kính hiển vi điện tử truyền qua được phát minh vào năm 1931 bởi Max Knoll và Ernst Ruska ở Đức, và sau đó là sự ra đời của kính hiển vi điện tử quét... Cuối thế kỷ 20, một loạt các kỹ thuật hiển vi khác đã được phát triển như kính hiển vi quét đầu dò, hiển vi quang học trường gần...

Các loại kính hiển vi

Kính hiển vi quang học

Là nhóm kính hiển vi sử dụng ánh sáng khả kiến chiếu lên vật cần quan sát và các thấu kính thủy tinh để phóng đại thông qua nguyên lý khúc xạ của ánh sáng qua thấu kính thủy tinh. Đây là loại kính hiển vi đầu tiên được phát triển. Ban đầu, người ta phải nhìn thấy hình ảnh phóng đại trực tiếp bằng mắt, nhưng ngày nay, các kính hiển vi quang học có thể được trang bị thêm các bộ phận như phim quang học hoặc máy ảnh CCD để ghi lại hình ảnh hoặc video. Các thành phần chính của kính hiển vi quang học bao gồm:

• Nguồn sáng;
• Hệ hội tụ và tạo chùm sáng song song;
• Giá mẫu vật;
• Thấu kính (có thể là một thấu kính đơn hoặc một hệ thấu kính) là thành phần chính tạo nên sự phóng đại;
• Hệ lật ảnh (lăng kính, thấu kính);
• Thị kính là thấu kính tạo hình ảnh quan sát cuối cùng;
• Hệ ghi ảnh.

Về nguyên lý, kính hiển vi quang học có thể đạt độ phóng đại lên đến vài ngàn lần, tuy nhiên độ phân giải của các kính hiển vi quang học truyền thống bị giới hạn bởi hiện tượng nhiễu sáng và được xác định bởi:

$d=\frac{\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}}{2NA}$

với $\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}$ là độ dài sóng ánh sáng, NA là thông số khẩu độ. Do đó, độ phân giải tốt nhất của các kính hiển vi quang học chỉ vào khoảng vài trăm nm.

Kính hiển vi quang học quét trường gần

Kính hiển vi quang học quét trường gần (tiếng Anh: Near-field scanning optical microscope) là một kỹ thuật hiển vi quang học cho phép quan sát cấu trúc bề mặt với độ phân giải rất cao, vượt qua giới hạn nhiễu xạ ánh sáng khả kiến ở các kính hiển vi quang học truyền thống (trường xa). Kỹ thuật này được thực hiện bằng cách đặt một detector rất gần với bề mặt của mẫu vật để thu các tín hiệu từ trường phù du của sóng ánh sáng phát ra khi quét một chùm sáng trên bề mặt của mẫu vật. Với kỹ thuật này, người ta có thể chụp ảnh bề mặt với độ phân giải ngang cỡ 20 nm, phân giải đứng cỡ 2-5 nm, và chỉ phụ thuộc vào kích thước của khẩu độ.

Kính hiển vi điện tử

Là một nhóm kỹ thuật hiển vi mà nguồn bức xạ ánh sáng được thay thế bằng các chùm điện tử hẹp được tăng tốc từ vài chục kV đến vài trăm kV. Thay vì sử dụng thấu kính thủy tinh, kính hiển vi điện tử sử dụng các thấu kính từ để hội tụ chùm điện tử, và toàn bộ hệ thống được đặt trong môi trường chân không cao. Có nhiều loại kính hiển vi điện tử khác nhau, tùy thuộc vào cách thức tương tác của chùm điện tử với mẫu vật như kính hiển vi điện tử truyền qua sử dụng chùm điện tử chiếu xuyên qua mẫu vật, hay kính hiển vi điện tử quét sử dụng chùm điện tử quét trên mẫu vật.

Kính hiển vi điện tử có độ phân giải bị giới hạn bởi bước sóng của các điện tử, tuy nhiên, do các điện tử có bước sóng rất ngắn, kính hiển vi này có độ phân giải vượt xa các kính hiển vi quang học truyền thống. Hiện nay, kính hiển vi điện tử truyền qua là loại kính hiển vi có độ phân giải cao nhất, đạt đến cấp độ hạ nguyên tử. Bên cạnh đó, nhờ vào tương tác giữa chùm điện tử và mẫu vật, kính hiển vi điện tử còn cho phép quan sát các cấu trúc điện tử của vật liệu rắn, và cung cấp nhiều thông tin hóa học chính xác với chất lượng cao.

Kính hiển vi quét đầu dò

Kính hiển vi quét đầu dò (tiếng Anh: Scanning probe microscopy, thường được viết tắt là SPM) là một loại kính hiển vi sử dụng một mũi dò nhỏ để quét trên bề mặt của mẫu vật để tạo ra hình ảnh. Phát minh ban đầu của kỹ thuật này được thực hiện bởi Gerd Binnig và Heinrich Rohrer của IBM Zürich vào năm 1981, và đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1986. Khác với các loại kính hiển vi khác như quang học hay điện tử, kính hiển vi quét đầu dò không sử dụng nguồn bức xạ mà tạo ảnh thông qua tương tác giữa đầu dò và bề mặt của mẫu vật. Do đó, độ phân giải của kính hiển vi này chỉ bị giới hạn bởi kích thước của đầu dò.

Kính hiển vi tia X

Hình ảnh

Các thành phần cơ khí của kính hiển vi

Danh sách phát minh và khám phá của người Hà Lan

Liên kết bên ngoài

KÍNH HIỂN VI QUANG HỌC, KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ, KÍNH HIỂN VI PHÂN CỰC, KÍNH HIỂN VI ION và Microscope (instrument) từ Encyclopædia Britannica (tiếng Anh), nOOpia Lưu trữ 2010-08-22 tại Wayback Machine, Milestones in Light Microscopy từ Nature Publishing, FAQ về Kính hiển vi quang học từ Nikon MicroscopyU, Molecular Expressions: Khám phá thế giới Quang học và Kính hiển vi từ Đại học Florida State, Kính hiển vi làm từ tre tại Nature.com, Video Kính hiển vi Lưu trữ 2010-01-12 tại Wayback Machine, Glossary âm thanh về kính hiển vi