Оптички принцип и обим примене електронског микроскопа
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 минималним растојањем између две суседне тачке које он може да разреши. У 1970с, резолуција трансмисионог електронског микроскопа је била око 0.3 нанометра (резолуција људског ока је око 0,1 мм). Сада максимално увећање електронског микроскопа премашује 3 милиона пута, а максимално увећање оптичког микроскопа је 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 Руског побољшања, резолуција електронског микроскопа је достигла 50 нанометара, што је било око десет пута већа резолуција од тадашњег оптичког микроскопа, па је електронски микроскоп почео да привлачи пажњу људи.
Током 1940их година, Хил у Сједињеним Државама је користио астигматизатор да би компензовао ротационе асиметрије електронског сочива, чиме је направио нови продор у моћи разрешавања електронског микроскопа и постепено достигао савремени ниво. У Кини је 1958. успешно развијен трансмисиони електронски микроскоп са резолуцијом од 3 нанометра, а велики електронски микроскоп са резолуцијом од 0.3 нанометра је произведен 1979. Иако је резолуциона моћ електронског микроскопа далеко боље од оптичког микроскопа, тешко је посматрати живе организме јер електронски микроскоп треба да ради у вакуумским условима, а зрачење електронског снопа ће такође узроковати оштећење биолошких узорака радијацијом. Остала питања, као што је побољшање осветљености електронског пиштоља и квалитета електронског сочива, тек треба да се проуче. 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 300-700 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 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 ормара 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 најважнија компонента у цеви електронског микроскопа. Користи свемирско електрично поље или магнетно поље симетрично у односу на ос цеви сочива да савије путању електрона до осе како би формирао фокус, а његова функција је слична оној стакленог конвексног сочива за фокусирање зрака, тако да је названо електронско сочиво. Већина модерних електронских микроскопа користи електромагнетна сочива, која фокусирају електроне кроз јако магнетно поље које генерише веома стабилна ДЦ побудна струја која пролази кроз калем са половима.
Електронски топ се састоји од волфрамове вруће катоде, решетке и катоде.
комада. Може да емитује и формира електронске зраке са уједначеном брзином, тако да стабилност убрзавајућег напона не сме бити мања од десетхиљадиног дела.
Електронски микроскопи се могу поделити на трансмисионе електронске микроскопе према њиховој структури и употреби.
Микроскопи, скенирајући електронски микроскопи и емисиони електронски микроскопи, итд. 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.
Трансмисиони електронски микроскоп је назван по томе што електронски сноп продире у узорак, а 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. Делови узорка који су тањи или мање густи мање се распршују електронским снопом, тако да више електрона пролази кроз дијафрагму објектива да би учествовали у снимању и изгледали 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 ће чак бити оштећен или уништен апсорбовањем енергије електронског зрака.
Врх цеви сочива трансмисионог електронског микроскопа је електронски пиштољ, а електроне емитује волфрамова врућа катода, а електронски сноп је фокусиран помоћу првог и другог кондензаторског сочива. Након проласка кроз узорак, електронски сноп се снима на средњем огледалу помоћу сочива објектива, а затим се корак по корак увећава помоћу средњег огледала и пројекционог огледала, 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; Промена жижне даљине средњег огледала може добити електронско микроскопску слику на малом делу истог узорка
и слике дифракције електрона. Да би могли да проучавају узорке дебљих металних кришки, Лабораторија за електронску оптику у Дулосу у Француској развила је електронски микроскоп ултра високог напона са убрзавајућим напоном од 3500 кВ.
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 те секундарне електроне, појачава и модулира интензитет електронског снопа цијевне цеви, мењајући тако осветљеност на флуоресцентном екрану цијевне цеви. Одбојни калем кинескопа наставља да скенира синхроно са електронским снопом на површини узорка, тако да флуоресцентни екран кинескопа приказује топографску слику површине узорка, што је слично принципу рада индустријске телевизије.
Резолуција скенирајућег електронског микроскопа је првенствено 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 се може померати, окретати и нагињати.
