O documento discute conceitos básicos de microscopia, incluindo como a visão humana é limitada em distinguir detalhes muito pequenos, os primeiros instrumentos óticos desenvolvidos no século XVII, e propriedades fundamentais de lentes e microscópios como aumento, poder de resolução e profundidade de campo.

1. conceitos básicos em microscopia [2]
¾ Olho humano: o pioneiro instrumento de análise
1>
Defeitos visuais:
ƒ miopia – formação
da imagem anterior
à retina.
ƒ hipermetropia –
formação da ima-
gem posterior
à retina.
ƒ astigmatismo –
falta de simetria
radial do olho.

2. conceitos básicos em microscopia
¾ Retina: projeção das imagens captadas pelo olho humano
2>
cones:
percepção de cor
bastonetes:
percepção de
tons cinzentos
O espaçamento
existente entre
as células foto-
sensíveis (≈ 3μm)
é responsável
pela limitação
do olho em
distinguir detalhes
muito pequenos.

3. 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.
¾ Os primeiros instrumentos óticos:
3>
Antoni van Leeuwenhoek (1632 and 1723) designed
and built several hundred microscopes that were all
very small and had a very similar design and function.
The dimensions of his microscopes were fairly
constant at approximately two inches long and one
inch across. The main body of these microscopes
consists of two flat and thin metal (usually brass)
plates riveted together. Sandwiched between the
plates was a small bi-convex lens capable of
magnifications ranging from 70x to over 250x,
depending upon the lens quality.
ref.: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/museum/leeuwenhoek.html

4. 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 Leeuwenhoek
Destaques:
4>
Microscópio usado por Hooke

5. conceitos básicos em microscopia
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.

6. conceitos básicos em microscopia
Ondas eletromagnéticas: f
⋅
= λ
ν
¾ O espectro eletromagnético:
6>
ref.: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/electromaghome.html

7. conceitos básicos em microscopia
¾ Luz branca: espectro de radiação que corresponde a
zona de sensibilidade do olho humano, compreendido
entre o ultravioleta e o infravermelho.
7>

8. conceitos básicos em microscopia
Equação das lentes
v
u
f
1
1
1
+
=
Ampliação:
u
v
M =
Im1
Im2
Ob
u
v1
v2
¾ Lentes convergentes :
8>
Propriedades das lentes:
ƒ o feixe de luz paralelos
ao eixo ótico da lente são
refratados para um ponto,
denominado foco.
ƒ o feixe de luz que passa
pelo centro de simetria da
lente não sofrem refração
(desvio).

9. conceitos básicos em microscopia
¾ Abertura Numérica (Numerical Aperture-NA):
9>
Limite prático do semi-ângulo de abertura:
θ ≈ 72° → sen θ = 0,95
ƒ valores práticos de abertura numérica – 0,1 < NA < 1,4
2θ: cone de iluminação
NA(obj) = n . sen θ
1,0003
ar
2,4170
diamante
1,9200
zirconia
1,6560
vidro (flint)
1,5200
vidro (crown)
1,5150
óleo de imersão
1,4730
glicerina
1,3333
água
1,0000
vácuo
n
material
n – índice de refração
v
c
n =

10. conceitos básicos em microscopia
Poder de resolução (δ): capacidade do instrumento óptico em produzir
imagens separadas de finos objetos muito aproximados
Critério de Rayleigh:
β
μ
λ
δ
sen
61
,
0
⋅
⋅
=
Luz visível: 350 < λ < 800 nm
Olho humano: δ ~ 0,2 mm
Microscópio óptico: δ ~ 0,2 μm
Limites práticos:
Raios-X: λ < 0,2 nm
Elétrons: λ < 0,015 nm
Microscópio eletrônico: δ < 1nm
NA
10>

11. conceitos básicos em microscopia
¾ Profundidade de campo (depth of field – d):
11>
Profundidade com que detalhes existentes em diferentes planos podem
ser visualizados em foco.
δ
λ
⋅
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ⋅
+
⋅
=
M
NA
n
2
NA
n
d
λ - comprimento de onda;
n – índice de refração;
NA – abertura numérica;
M – aumento;
δ - resolução;
Magnifi
cation
Numerical
Aperture
Depth
of Field
(μm)
4x 0.10 15.5
10x 0.25 8.5
20x 0.40 5.8
40x 0.65 1.0
60x 0.85 0.40
100x 0.95 0.19

12. conceitos básicos em microscopia
¾ Aberrações: defeitos na lente
imperfeições na imagem
12>
aberrações
policromáticas
monocromáticas
ƒ aberração esférica*
ƒ coma
ƒ astigmatismo*
ƒ curvatura de campo
ƒ distorção
ƒ aberração cromática*

13. conceitos básicos em microscopia
¾ Aberração esférica:
13>
lente convergente lente divergente
os feixes luminosos mais afastados do eixo ótico definem
diferentes distâncias focais, causando uma área de confusão
onde a luz converge.
solução: utilização de lentes corrigidas, cujo desenho compensa os
efeitos causados pela curvatura e tornam o foco mais definido.
No MEV, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).

14. conceitos básicos em microscopia
¾ Coma:
14>
um tipo especial de aberração esférica que afeta as imagens mais
remotas 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 dos
feixes luminosos mais afastados do eixo ótico.
No MEV, usar lentes com CS otimizado (custo mais elevado).
diafragma

15. conceitos básicos em microscopia
¾ Astigmatismo:
15>
defeito associado a diferenças na focalização da luz em diferentes
planos (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, minimizar o astigmatismo por correções no campo
magnético (stigmators).

16. conceitos básicos em microscopia
¾ Astigmatismo:
16>
Imagem com
astigmatismo
Imagem com
astigmatismo
corrigido

17. conceitos básicos em microscopia
¾ Aberração cromática:
17>
a luz branca se decompõe (refrata) em feixes luminosos de variadas
cores, cada qual com o seu respectivo ponto focal que gerará imagens
com tamanhos que dependerão da cor.
solução: utilização de lentes acromáticas, semi-apocromáticas ou
apocromáticas, construídas com vidros especiais (flint e crown).
No MEV, utilizar alta tensão estável (λ constante) e aberturas.
aberração
cromática
longitudinal
aberração
cromática
transversal
azul
verde
vermelho

18. conceitos básicos em microscopia
18
Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Microscopia Eletrônica de Varredura.
® 2015. Permitida a impressão e divulgação.
http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/
¾ Johnson, R. Environmental Scanning Electron Microscopy: An Introduction
to ESEM. Philips Electron Optics, Eindhoven, 1996, pp. 1-17.
¾ Egerton, R. F. Physical Principles of Electron Microscopy: An Introduction
to TEM, SEM and AEM. Springer Science+Business Media, Inc., New York,
2005, pp. 1-21.
¾ Goodhew, P. J.; Humphreys, J.; Beanland, R. Electron Microscopy and
Analysis. Taylor & Francis Inc.,New York, 2001, pp. 1-19.
¾ Jorge Jr, A. M.; Botta, W. J. Notas de classe – Escola de Microscopia.
Laboratório de Caracterização Estrutural, DEMa/UFSCar.
http://www.lce.dema.ufscar.br/cursos/escola.html
¾ Bibliografia: