Предности електронске микроскопије у односу на светлосну микроскопију
Електронски микроскоп је инструмент који користи електронске зраке и електронска сочива уместо светлосних зрака и оптичких сочива за снимање финих структура супстанци при веома великим увећањима на основу принципа електронске оптике.
Резолуциона моћ електронског микроскопа је представљена малим растојањем између две суседне тачке које он може да разреши. У 1970с, трансмисиони електронски микроскопи имали су резолуцију од око 0.3 нанометра (моћ резолуције људског ока је око 0,1 милиметар). Сада максимално увећање електронског микроскопа премашује 3 милиона пута, док је максимално увећање оптичког микроскопа око 2000 пута, тако да се атоми неких тешких метала и уредно распоређене атомске решетке у кристалу могу директно посматрати кроз електронски микроскоп. .
Године 1931. Кнорр-Бремсе и Руска из Немачке су поново опремили високонапонски осцилоскоп са извором електрона са хладном катодом и три електронска сочива и добили слику увећану више од десет пута, што је потврдило могућност увећања слике електронским микроскопом. 1932. године, после Рускиног побољшања, моћ раздвајања електронског микроскопа достигла је 50 нанометара, око десет пута више од тадашњег оптичког микроскопа, па је електронски микроскоп почео да привлачи пажњу људи.
Током 1940их година, Хил у Сједињеним Државама користио је астигматизатор за компензацију ротационе асиметрије електронског сочива, чиме је направљен нови пробој у моћи разрешавања електронског микроскопа и постепено достигао савремени ниво. У Кини је 1958. године успешно развијен трансмисиони електронски микроскоп са резолуцијом од 3 нанометра, а 1979. године произведен је велики електронски микроскоп резолуције 0,3 нанометра.
Иако је моћ разлучивања електронског микроскопа далеко боља од оне оптичког микроскопа, тешко је посматрати живе организме јер електронски микроскоп треба да ради 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 индекс електронског микроскопа, који се односи на угао упадног конуса и таласну дужину снопа електрона који пролази кроз узорак. Таласна дужина видљиве светлости је око {{0}} 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 нанометара. Пошто је таласна дужина електронског снопа много мања од таласне дужине видљиве светлости, чак и ако је угао конуса снопа електрона 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 електронске топове, електронска сочива, држаче узорака, флуоресцентне екране и механизме камере. Ове компоненте се обично склапају у колону од врха до дна; вакуумски систем се састоји од механичких вакуум пумпи, дифузионих пумпи и вакуумских вентила. Гасовод је повезан са цеви сочива; енергетски орман се састоји од генератора високог напона, стабилизатора струје побуде и разних контролних јединица за подешавање.
Електронско сочиво је важан део цеви сочива електронског микроскопа. Користи свемирско електрично поље или магнетно поље симетрично у односу на ос цеви сочива да савије електронску стазу до осе и формира фокус. Његова функција је слична оној стакленог конвексног сочива за фокусирање зрака, па се назива електронским сочивом. . Већина савремених електронских микроскопа користи електромагнетна сочива, која фокусирају електроне кроз јако магнетно поље које генерише веома стабилна ДЦ побудна струја која пролази кроз калем са ципелама.
Електронски пиштољ се састоји од волфрамове вруће катоде, решетке и катоде. Може да емитује и формира електронски сноп са уједначеном брзином, тако да се захтева да стабилност убрзаног напона не буде мања од једне десетохиљадитинке.
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 финих структура материјала које се не могу разлучити 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 формирале електронске микропробе 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 и затим увећава слику помоћу електронског сочива. Његова оптичка путања је слична путањи оптичког микроскопа. У овом типу електронског микроскопа, контраст у детаљима слике се ствара расипањем снопа електрона од стране атома узорка. Тањи део узорка или део мање густине има мање расејања снопа електрона, тако да више електрона пролази кроз дијафрагму објектива и учествује у снимању, а на слици изгледа светлије. Насупрот томе, дебљи или гушћи делови узорка изгледају тамнији на слици. Ако је узорак превише дебео или превише густ, контраст слике ће се погоршати, или ће чак бити оштећен или уништен апсорбовањем енергије електронског зрака.
Врх цеви сочива трансмисионог електронског микроскопа је електронски пиштољ. Електроне емитује врела катода од волфрама и пролазе кроз *, а друга два кондензатора фокусирају електронски сноп. Након проласка кроз узорак, електронски сноп се снима на средњем огледалу сочивом објектива, а затим се увећава корак по корак кроз средње огледало и пројекционо огледало, а затим се снима на флуоресцентном екрану или фотокохерентној плочи.
Увећање средњег огледала може се континуирано мењати од десетина пута до стотина хиљада пута углавном кроз подешавање струје побуде; променом жижне даљине средњег огледала, електронски микроскопске слике 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. Шематски дијаграм структуре скенирајућег електронског микроскопа
Електронски сноп скенирајућег електронског микроскопа не пролази кроз узорак, већ само скенира и побуђује секундарне електроне на површини узорка. Сцинтилациони кристал постављен поред узорка прима ове секундарне електроне, појачава и модулира интензитет електронског снопа дигиталне цеви, мењајући тако осветљеност на екрану цијевне цеви. Одвојни калем цеви са сликом одржава синхроно скенирање са електронским снопом на површини узорка, тако да флуоресцентни екран цеви са сликом приказује топографску слику површине узорка, што је слично принципу рада индустријског ТВ-а. .
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. Скенирајућа електронска микроскопија не захтева веома танке узорке; слика има снажан тродимензионални ефекат; може да користи информације као што су секундарни електрони, апсорбовани електрони и рендгенски зраци генерисани интеракцијом између електронских зрака и супстанци за анализу састава супстанци.
Електронски пиштољ и кондензаторско сочиво скенирајућег електронског микроскопа су отприлике исти као они трансмисионог електронског микроскопа, али да би се електронски сноп учинио тањим, сочиво објектива и астигматизатор се додају испод кондензаторског сочива и два сета међусобно окомити скенирајући снопови уграђени су унутар сочива објектива. калем. Комора за узорке испод сочива објектива опремљена је степеном узорка који може да се креће, ротира и нагиње.
