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conceitos básicos em microscopia [2]
Olho humano:
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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
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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:
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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
conceitos básicos em microscopia
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
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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.
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O espectro eletromagnético:
6>ref.: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/electromaghome.html
f⋅= λν
f⋅= hE
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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).
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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 < 1,5
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
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Abertura Numérica (Numerical Aperture-NA):
10>https://www.nikoninstruments.com/pr_BR/Produtos/Otica/Objetivas-Fluor/Serie-CFI-Plan-Fluor
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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
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John William Strutt (1842-1919)Lord Rayleigh
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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
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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
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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
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Aberrações: defeitos na lente
imperfeições na imagem
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aberrações
policromáticas
monocromáticas
aberração esférica*comaastigmatismo*curvatura de campodistorção
aberração cromática*
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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/MET as lentes com CS otimizado tem custo mais elevado.
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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/MET, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).
diafragma
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Astigmatismo:
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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
conceitos básicos em microscopia
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
conceitos básicos em microscopia
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/
conceitos básicos em microscopia
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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: