Предности електронске микроскопије у односу на светлосну микроскопију
Сличности и разлике принципа снимања оптичког микроскопа са електронским микроскопом
Електронски микроскоп је инструмент који замењује светлосни сноп и оптичко сочиво електронским снопом и електронским сочивом по принципу електронске оптике, тако да се фина структура материје може снимити под веома великим увећањем.
Резолуциона моћ електронског микроскопа се изражава малим растојањем између две суседне тачке које он може да разреши. 1970с, трансмисиони електронски микроскопи су имали резолуцију од око 0.3 нанометра (људско око има моћ резолуције од око 0,1 милиметар). Сада је максимално увећање електронског микроскопа више од 3 милиона пута, а максимално увећање оптичког микроскопа је око 2000 пута, тако да се атоми одређених тешких метала и уредно распоређена атомска решетка у кристалима могу директно посматрати кроз електронски микроскоп.
Кнорр-Бремсе и Руска у Немачкој су 1931. модификовали високонапонски осцилоскоп са извором електрона са хладном катодом и три електронска сочива и добили увећану слику више од десет пута, што је потврдило могућност увећања слике помоћу електронског микроскопа. . . 1932. године, после Рускиног побољшања, моћ раздвајања електронског микроскопа достигла је 50 нанометара, што је било око десет пута веће од тада оптичког микроскопа, па је електронски микроскоп почео да привлачи пажњу људи.
Током 1940их година, Хил у Сједињеним Државама је компензовао ротациону асиметрију електронског сочива астигматистом, чиме је направио нови пробој у моћи разрешавања електронског микроскопа и постепено достигао савремени ниво. У Кини је 1958. успешно развијен трансмисиони електронски микроскоп резолуције 3 нанометра, а 1979. године направљен је електронски микроскоп великих размера резолуције 0,3 нанометра.
Иако је моћ разлучивања електронских микроскопа далеко боља од оне оптичких микроскопа, тешко је посматрати живе организме јер електронски микроскопи морају да раде у условима вакуума, а зрачење електронских снопова ће такође узроковати радијацијско оштећење биолошких узорака. Остала питања, као што је побољшање светлине електронског пиштоља и квалитета електронског сочива, такође треба даље проучавати.
Резолуциона моћ је важан индикатор електронског микроскопа, који је повезан са углом упадног конуса и таласном дужином снопа електрона који пролази кроз узорак. Таласна дужина видљиве светлости је око 300 до 700 нанометара, док је таласна дужина снопа електрона повезана са напоном убрзања. Када је напон убрзања 50-100 кВ, таласна дужина снопа електрона је око 0.0053-0.0037 нм. Пошто је таласна дужина електронског снопа много мања од таласне дужине видљиве светлости, чак и ако је угао конуса електронског снопа само 1 проценат од оног оптичког микроскопа, моћ раздвајања електронског микроскопа је и даље далеко боља од те оптичког микроскопа.
Електронски микроскоп се састоји од три дела: цеви сочива, вакуумског система и ормарића за напајање. Цијев сочива углавном укључује електронски пиштољ, електронска сочива, држач узорка, флуоресцентни екран и механизам камере, који се обично склапају у цилиндар од врха до дна; вакуумски систем се састоји од механичке вакуум пумпе, дифузионе пумпе и вакуум вентила, итд. Гасовод је повезан са цеви сочива; ормар за напајање се састоји од високонапонског генератора, стабилизатора побудне струје и разних јединица за подешавање и управљање.
Електронско сочиво је важан део цеви електронског микроскопа. Користи просторно електрично поље или магнетно поље симетрично у односу на ос цеви да савије путању електрона до осе и формира фокус. Његова функција је слична функцији стакленог конвексног сочива за фокусирање зрака, па се назива електронским сочивом. . Већина савремених електронских микроскопа користи електромагнетна сочива, која фокусирају електроне јаким магнетним пољем које генерише веома стабилна ДЦ побудна струја кроз калем са ципелом.
Електронски топ је компонента која се састоји од вруће катоде од волфрамове нити, решетке и катоде. Може да емитује и формира електронски сноп са уједначеном брзином, тако да стабилност напона убрзања није мања од 1/10,000.
Електронски микроскопи се могу поделити на трансмисионе електронске микроскопе, скенирајуће електронске микроскопе, рефлексионе електронске микроскопе и емисионе електронске микроскопе према њиховој структури и употреби. Трансмисиони електронски микроскопи се често користе за посматрање оних финих структура материјала које се не могу разликовати обичним микроскопима; скенирајући електронски микроскопи се углавном користе за посматрање морфологије чврстих површина, а такође се могу комбиновати са рендгенским дифрактометрима или спектрометрима електронске енергије да би се формирали електрони. Микросонде за анализу састава материјала; Емисиона електронска микроскопија за проучавање самоемитујућих електронских површина.
Пројекциони електронски микроскоп је назван по томе што електронски сноп продире у узорак, а затим користи електронско сочиво за снимање и увећање. Његова оптичка путања је слична путањи оптичког микроскопа. У овом електронском микроскопу, контраст детаља слике се ствара расипањем електронског зрака од стране атома узорка. Тањи или мање густи делови узорка, електронски сноп се мање распршује, па више електрона пролази кроз отвор објектива, учествује у снимању и делује светлије на слици. Насупрот томе, дебљи или гушћи делови узорка изгледају тамније на слици. Ако је узорак превише дебео или превише густ, контраст слике ће се погоршати или чак оштетити или уништити апсорбовањем енергије електронског зрака.
Врх цеви трансмисионог електронског микроскопа је електронски пиштољ, електроне емитује врућа катода од волфрамове нити, пролазе кроз ласер, а друга два кондензаторска сочива фокусирају електронски зрак. Након проласка кроз узорак, електронски сноп се снима на средњем огледалу помоћу сочива објектива, а затим се увећава корак по корак кроз средње огледало и пројекционо огледало, а затим се снима на флуоресцентном екрану или фотографској сувој плочи.
Међуогледало углавном подешава струју побуде, а увећање се може континуирано мењати од десетина пута до стотина хиљада пута; променом жижне даљине средњег огледала, слике електронским микроскопом и слике дифракције електрона могу се добити на ситним деловима истог узорка. . У циљу проучавања дебљих узорака металних кришки, француска лабораторија за електронску оптику Дулос развила је електронски микроскоп ултра високог напона са убрзавајућим напоном од 3500 кВ. Шема структуре скенирајућег електронског микроскопа
Електронски сноп скенирајућег електронског микроскопа не пролази кроз узорак, већ само скенира површину узорка да би побудио секундарне електроне. Сцинтилациони кристал постављен поред узорка прима ове секундарне електроне и модулира интензитет електронског снопа цијевне цеви након појачања, мењајући тако осветљеност на екрану цијевне цеви. Отклонски јарам цеви са сликом наставља да скенира синхроно са електронским снопом на површини узорка, тако да флуоресцентни екран цеви за слику приказује топографску слику површине узорка, што је слично принципу рада индустријске телевизије.
Резолуција скенирајућег електронског микроскопа је углавном одређена пречником електронског зрака на површини узорка. Увећање је однос амплитуде скенирања на сликовној цеви и амплитуде скенирања на узорку, која се може континуирано мењати од десетина пута до стотина хиљада пута. Скенирајући електронски микроскоп не захтева веома танке узорке; слика има снажан тродимензионални ефекат; може анализирати састав материје користећи информације као што су секундарни електрони, апсорбовани електрони и рендгенски зраци настали интеракцијом електронских зрака са материјом.
Електронски пиштољ и кондензатор скенирајућег електронског микроскопа су отприлике исти као они трансмисионог електронског микроскопа, али да би електронски сноп био тањи, сочиво објектива и астигматист се додају испод кондензатора, а два сета скенирајућих електрона који су окомити један на други уграђени су унутар сочива објектива. калем. У комори за узорке испод сочива објектива налази се степен узорка који се може померати, ротирати и нагињати.
