Differenza principale: microscopio ottico e microscopio elettronico

I microscopi ottici (microscopi ottici) e i microscopi elettronici sono entrambi utilizzati per osservare oggetti molto piccoli. Il differenza principale tra microscopio ottico e microscopio elettronico è che i microscopi ottici utilizzano fasci di luce per illuminare l'oggetto in esame mentre il microscopio elettronico utilizza fasci di elettroni per illuminare l'oggetto.

Cos'è un microscopio ottico?

I microscopi ottici illuminano il loro campione utilizzando la luce visibile e utilizzano lenti per produrre un'immagine ingrandita. I microscopi ottici sono disponibili in due varietà: obiettivo singolo e composto. Nei microscopi a lente singola, viene utilizzata una singola lente per ingrandire l'oggetto mentre una lente composta utilizza due lenti. Usando un obiettivo, viene prodotta un'immagine reale, capovolta e ingrandita del campione all'interno del microscopio e quindi utilizzando una seconda lente chiamata oculare, l'immagine formata dalla lente dell'obiettivo viene ulteriormente ingrandita.

Immagine di una foglia di muschio (Rhizomnium punctatum) al microscopio ottico (x400). Confronta le dimensioni di questi cloroplasti (macchie verdi) con una versione più dettagliata (da un campione diverso) presa da un microscopio elettronico qui sotto.

Cos'è un microscopio elettronico?

I microscopi elettronici illuminano il loro campione usando un fascio di elettroni. I campi magnetici vengono utilizzati per piegare i fasci di elettroni, più o meno allo stesso modo in cui le lenti ottiche vengono utilizzate per piegare i fasci di luce nei microscopi ottici. Due tipi di microscopi elettronici sono ampiamente utilizzati: microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e microscopio elettronico a scansione (SEM). Nei microscopi elettronici a trasmissione, il fascio di elettroni passa attraverso il campione. Un obiettivo "lente" (che in realtà è un magnete) viene utilizzato per produrre prima un'immagine e utilizzando una "lente" di proiezione un'immagine ingrandita può essere prodotta su uno schermo fluorescente. Nei microscopi elettronici a scansione, un raggio di elettroni viene sparato sul campione, il che provoca il rilascio di elettroni secondari dalla superficie del campione. Usando un anodo, questi elettroni superficiali possono essere raccolti e la superficie potrebbe essere "mappata".

In genere, la risoluzione delle immagini SEM non è alta come quelle di TEM. Tuttavia, poiché non è necessario che gli elettroni passino attraverso il campione in SEM, possono essere utilizzati per studiare campioni più spessi. Inoltre, le immagini prodotte da SEM rivelano dettagli più profondi della superficie.

TEM Immagine di un cloroplasto (x12000)

Un'immagine SEM del polline di diverse piante (x500). Nota il dettaglio della profondità.

Risoluzione

Il risoluzione di un'immagine descrive la capacità di distinguere tra due punti diversi in un'immagine. Un'immagine con una risoluzione maggiore è più nitida e dettagliata. Poiché le onde luminose subiscono la diffrazione, la capacità di distinguere tra due punti su un oggetto è intimamente correlata alla lunghezza d'onda della luce utilizzata per visualizzare l'oggetto. Questo è spiegato nel Criterio di Rayleigh. Inoltre, un'onda non può rivelare dettagli con una separazione spaziale inferiore alla sua lunghezza d'onda. Ciò significa che minore è la lunghezza d'onda utilizzata per visualizzare un oggetto, più nitida è l'immagine.

I microscopi elettronici sfruttano la natura ondulatoria degli elettroni. Il lunghezza d'onda di de Broglie (cioè la lunghezza d'onda associata a un elettrone) per gli elettroni accelerati a tensioni tipiche utilizzate nei TEM è di circa 0,01 nm mentre la luce visibile ha lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm. Chiaramente, quindi, i fasci di elettroni sono in grado di rivelare molti più dettagli dei fasci di luce visibile. In realtà, le risoluzioni dei TEM tendono ad essere dell'ordine di 0,1 nm anziché di 0,01 nm a causa degli effetti del campo magnetico, ma la risoluzione è comunque circa 100 volte migliore della risoluzione di un microscopio ottico. Le risoluzioni dei SEM sono un po' più basse, dell'ordine di 10 nm.

Differenza tra microscopio ottico e microscopio elettronico

Fonte di illuminazione

Microscopio ottico utilizza fasci di luce visibile (lunghezza d'onda 400-700 nm) per illuminare il campione.

Microscopio elettronico utilizza fasci di elettroni (lunghezza d'onda ~0.01 nm) per illuminare il campione.

Tecnica di ingrandimento

Microscopio ottico utilizza lenti ottiche per piegare i raggi di luce e ingrandire le immagini.

Microscopio elettronico utilizza magneti per piegare i raggi di elettroni e ingrandire le immagini.

Risoluzione

Microscopio ottico ha risoluzioni inferiori rispetto ai microscopi elettronici, circa 200 nm.

Microscopio elettronico possono avere risoluzioni dell'ordine di 0,1 nm.

Ingrandimento

Microscopi ottici potrebbe avere ingrandimenti di circa ~×1000.

Microscopi elettronici può avere ingrandimenti fino a~×500000 (SEM).

operazione

Microscopio ottico non necessita necessariamente di una fonte di elettricità per funzionare.

Microscopio elettronico richiede elettricità per accelerare gli elettroni. Richiede anche che i campioni vengano posti nel vuoto (altrimenti gli elettroni potrebbero disperdere le molecole d'aria), a differenza dei microscopi ottici.

Prezzo

Microscopio ottico è molto più economico rispetto ai microscopi elettronici.

Microscopio elettronico è relativamente più costoso.

Taglia

Il microscopio ottico è piccolo e può essere utilizzato su un desktop.

Microscopio elettronico è abbastanza grande e potrebbe essere alto quanto una persona.

Riferimenti

Young, H. D. e Freedman, R. A. (2012). La fisica universitaria di Sears e Zemansky: con la fisica moderna. Addison-Wesley.

Cortesia dell'immagine

"Punktiertes Wurzelsternmoos (Rhizomnium punctatum), Laminazellen, 400x vergrößert" di Kristian Peters - Fabelfroh (fotografato da Kristian Peters) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Un diagramma in sezione trasversale semplificato di un microscopio elettronico a trasmissione." di GrahamColm (Wikipedia, da GrahamColm) [dominio pubblico], tramite Wikimedia Commons

“Chloroplast 12000x” di Bela Hausmann (Opera propria) [CC BY-SA 2.0], via flickr

"Pollen da una varietà di piante comuni…" di Dartmouth College Electron Microscope Facility (Fonte e avviso di pubblico dominio presso Dartmouth College Electron Microscope Facility) [Public Domain], tramite Wikimedia Commons