徕卡热台显微镜并不是一个单一的产品型号,而是一套将徕卡高质量光学显微镜与专业温控系统(热台)相结合的完整解决方案。这套系统主要用于在精确控制样品温度的条件下,对样品进行动态观察和记录,是材料科学、化学、生物医学等领域研究热致相变、反应过程、晶体形态等现象的强大工具。
一、核心概念与工作原理
该系统由两大核心部分集成:
1.徕卡显微镜主机:提供光学成像质量。根据应用需求,可以是正置显微镜(如 DM2700P, DM4P, DM6M)或倒置显微镜(如 DMi8)。
2.专业热台:徕卡通常与全球顶级的专业热台制造商合作,将其热台与自己的显微镜进行适配和优化。热台本身是一个精密的温控装置,其核心部件包括:
样品台:内部嵌有加热和/或冷却元件,通常由银或合金制成以确保温度均一。
温度控制器:可编程的控制器,用于设置复杂的时间-温度程序(如升温、降温、恒温、循环)。
传感器:实时监测并精确反馈样品台的实际温度。
工作原理:将样品(如高分子薄膜、金属合金、药物晶体、活细胞等)放置在热台的专用样品皿或盖玻片上,通过控制器设定所需的温度程序。研究人员则通过显微镜的目镜或相机,实时观察并记录样品在温度变化过程中发生的形态、结构、相态或行为的动态变化。
二、核心技术特点
1.精确与快速的温度控制
宽温度范围:根据型号不同,范围可从 -196°C (液氮冷却) 到高达 1500°C。
高精度与控制速率:升温速率可达 100°C/min 以上,降温速率通过液氮冷却也可非常迅速。温度稳定性和均匀性佳。
可编程性:可设置复杂的多步温度程序,模拟各种工艺条件(如退火、淬火、循环测试)。
2.光学性能与适配性
长工作距离物镜:这是关键!为了能让物镜靠近热台(其本身有一定厚度),必须使用特殊的长工作距离(LWD)物镜,以确保高分辨率成像。
偏振光功能:许多热台应用(如晶体熔化/结晶、高分子取向)强烈依赖偏振光。徕卡可提供配备高质量起偏器和检偏器的显微镜,如 DM2700 P,非常适合这类分析。
防热漂移设计:系统设计考虑了热膨胀,最大限度地减少加热过程中视野的漂移,保证长时间观察的稳定性。
3.完整的成像与分析解决方案
高灵敏度相机:可集成高速、高灵敏度的科学相机,用于捕捉快速动态过程(如结晶 nucleation)或弱光现象。
专业软件:徕卡的应用软件(如 LAS X)不仅可以控制显微镜和相机,还能同步记录温度数据并将其直接叠加在视频画面上,实现数据与图像的关联,便于后续分析。
三、主要应用领域
1.材料科学
高分子材料:研究玻璃化转变温度(Tg)、熔点(Tm)、结晶/熔融过程、液晶相变、取向等。
金属与合金:观察固溶、析出、相变等微观结构变化。
半导体:研究焊料回流、界面反应等。
地质学:模拟地质条件,研究矿物包裹体、熔融行为。
2.化学与制药
晶体工程:研究多晶型、晶体成核与生长、溶剂化/去溶剂化过程。
药物开发:分析活性药物成分(API)的稳定性、熔点和溶解行为。
化学反应:原位观察热驱动化学反应的进程。
3.生命科学(使用较低温度范围的热台)
细胞生物学:研究温度敏感性细胞系、热休克蛋白反应、细胞膜流动性等。
植物学:研究花粉管生长、叶绿体对温度的反应等。
四、典型配置示例
一个典型的徕卡热台显微镜系统可能包括:
显微镜:Leica DM2700 P(带偏振功能的正置显微镜)
热台:Linkam HSC621(温度范围:-196°C 至 600°C,液氮冷却)
物镜:5x, 10x, 20x, 50x 长工作距离(LWD)物镜
相机:Leica MC190 HD 彩色相机
软件:Leica LAS X Core
