光學(xué)顯微鏡的分辨極限大約是0.2微米,相當(dāng)于放大倍數(shù)1500~2000倍;要想實(shí)現(xiàn)更大的放大倍數(shù),就得使用電子顯微鏡或者隧道掃描顯微鏡。
放大鏡可以使光線重新聚焦,從而實(shí)現(xiàn)放大效果,使用放大鏡的組合可以得到光學(xué)顯微鏡;光學(xué)顯微鏡的極限受波長限制,不可能無限放大。
一般地,固定波長的光學(xué)顯微鏡分辨極限,是光線波長的一半,可見光波長400~760nm之間,所以光學(xué)顯微鏡的分辨極限就是200nm(0.2微米)。小于0.2微米的物體,光學(xué)顯微鏡將無法分辨,就好比人手的觸感分辨率,不能超過觸感細(xì)胞之間的小距離一樣。
而放大倍數(shù)是主觀的說法,定義為明視距離25cm時(shí),人眼看到的物體大小和實(shí)際大小的比值,光學(xué)顯微鏡0.2微米的分辨率,相當(dāng)于放大倍數(shù)1500~2000倍,這足夠讓我們看清楚一般細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。
如果我們使用波長更短的電磁波,可以實(shí)現(xiàn)更大的放大倍數(shù),但是這已經(jīng)超出了可見光的波長范圍;在1931年,英國物理學(xué)家盧斯卡發(fā)明了電子顯微鏡,根據(jù)波粒二象性原理,電子束具有更短的德布羅意波波長,所以能實(shí)現(xiàn)更小的分辨率。
電子的加速電壓和自身波長對應(yīng),當(dāng)電壓在100千伏時(shí),電子束波長大約是0.004nm(實(shí)際分辨率只能達(dá)到0.2nm),也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見光的波長,所以電子顯微鏡的分辨極限遠(yuǎn)超光學(xué)顯微鏡,大可以實(shí)現(xiàn)300萬倍的放大倍率,可以分辨病毒、線粒體、dna等微小物體。