Sestava elektronskega mikroskopa Zgodovina razvoja elektronskega mikroskopa
Sestavni deli elektronskega mikroskopa
Vir elektronov: je katoda, ki sprošča proste elektrone, anoda v obliki obroča pa pospešuje elektrone. Napetostna razlika med katodo in anodo mora biti zelo velika, običajno med nekaj tisoč volti in tremi milijoni voltov.
Elektroni: Uporablja se za fokusiranje elektronov. Na splošno se uporabljajo magnetne leče, včasih pa tudi elektrostatične leče. Funkcija elektronske leče je enaka funkciji optične leče v optičnem mikroskopu. Gorišče optične leče je fiksno, vendar je žarišče elektronske leče mogoče prilagoditi, zato elektronski mikroskop nima sistema premičnih leč kot optični mikroskop.
Vakuumska naprava: Vakuumska naprava se uporablja za zagotavljanje stanja vakuuma v mikroskopu, tako da se elektroni na svoji poti ne absorbirajo ali odklonijo.
Držalo za vzorce: Vzorce je mogoče stabilno namestiti na držalo za vzorce. Poleg tega pogosto obstajajo naprave, ki jih je mogoče uporabiti za spreminjanje vzorca (kot so premikanje, vrtenje, ogrevanje, hlajenje, podaljšanje itd.).
Detektor: signal ali sekundarni signal, ki se uporablja za zbiranje elektronov. Projekcijo vzorca lahko pridobimo neposredno z uporabo transmisijskega elektronskega mikroskopa (Transmission Electron Microscopy TEM). V tem mikroskopu skozi vzorec prehajajo elektroni, zato mora biti vzorec zelo tanek. Atomska teža atomov, ki sestavljajo vzorec, napetost, pri kateri se pospešijo elektroni, in želena ločljivost določajo debelino vzorca. Debelina vzorca se lahko spreminja od nekaj nanometrov do nekaj mikrometrov. Večja kot je atomska masa in nižja napetost, tanjši mora biti vzorec.
S spremembo sistema leč objektiva lahko neposredno povečamo sliko v gorišču objektiva. Iz tega lahko dobimo slike elektronske difrakcije. S to sliko je mogoče analizirati kristalno strukturo vzorca.
Načelo sestave elektronskega mikroskopa
Elektronski mikroskop je sestavljen iz treh delov: tulca leče, vakuumskega sistema in napajalne omarice. Cev objektiva vključuje predvsem elektronske puške, elektronske leče, držala za vzorce, fluorescentne zaslone in mehanizme fotoaparata. Te komponente so običajno sestavljene v stolpec od zgoraj navzdol; vakuumski sistem je sestavljen iz mehanskih vakuumskih črpalk, difuzijskih črpalk in vakuumskih ventilov. Plinovod je povezan s tulcem leče; napajalna omarica je sestavljena iz visokonapetostnega generatorja, stabilizatorja vzbujalnega toka in različnih regulacijskih enot.
Elektronska leča je najpomembnejši del tulca leč elektronskega mikroskopa. Uporablja vesoljsko električno polje ali magnetno polje, ki je simetrično glede na os tulca leče, da upogiba elektronsko sled proti osi in oblikuje žarišče. Njegova funkcija je podobna funkciji steklene konveksne leče za fokusiranje žarka, zato se imenuje elektron. objektiv. Večina sodobnih elektronskih mikroskopov uporablja elektromagnetne leče, ki fokusirajo elektrone skozi močno magnetno polje, ki ga ustvari zelo stabilen enosmerni vzbujalni tok, ki poteka skozi tuljavo s poličnimi čevlji.
Elektronska pištola je komponenta, sestavljena iz vroče katode z volframovo nitko, mreže in katode. Lahko oddaja in tvori elektronski žarek z enakomerno hitrostjo, zato mora biti stabilnost pospeševalne napetosti najmanj ena desettisočinka.
Elektronske mikroskope lahko razdelimo na transmisijske elektronske mikroskope, vrstične elektronske mikroskope, refleksijske elektronske mikroskope in emisijske elektronske mikroskope glede na njihovo zgradbo in uporabo. Transmisijski elektronski mikroskopi se pogosto uporabljajo za opazovanje finih materialnih struktur, ki jih običajni mikroskopi ne morejo razločiti; vrstični elektronski mikroskopi se večinoma uporabljajo za opazovanje morfologije trdnih površin in jih je mogoče kombinirati tudi z rentgenskimi difraktometri ali spektrometri elektronske energije, da tvorijo elektronske mikrosfere, ki nastanejo s sipanjem elektronskega žarka na atomih vzorca. Tanjši del vzorca ali del vzorca z nižjo gostoto ima manj sipanja elektronskega žarka, tako da več elektronov preide skozi diafragmo objektiva in sodeluje pri slikanju ter so na sliki videti svetlejši. Nasprotno pa so debelejši ali gostejši deli vzorca na sliki videti temnejši. Če je vzorec predebel ali pregost, se bo kontrast slike poslabšal ali celo poškodoval ali uničil zaradi absorpcije energije elektronskega žarka.
Vrh leče transmisijskega elektronskega mikroskopa je elektronska pištola. Elektrone oddaja vroča katoda iz volframa, žarke elektronov pa fokusirata prvi in drugi kondenzator. Po prehodu skozi vzorec se elektronski žarek prikaže na vmesnem zrcalu z lečo objektiva, nato pa se korak za korakom poveča skozi vmesno zrcalo in projekcijsko zrcalo, nato pa se posname na fluorescentnem zaslonu ali fotokoherentni plošči.
Povečavo vmesnega zrcala je mogoče nenehno spreminjati od desetkrat do stotisočkrat, predvsem s prilagajanjem vzbujalnega toka; s spreminjanjem goriščne razdalje vmesnega zrcala lahko dobimo elektronske mikroskopske slike in slike elektronske difrakcije na drobnih delih istega vzorca. Za preučevanje debelejših vzorcev kovinskih rezin je francoski Dulos Electron Optics Laboratory razvil ultravisokonapetostni elektronski mikroskop s pospeševalno napetostjo 3500 kV.
Elektronski žarek vrstičnega elektronskega mikroskopa ne prehaja skozi vzorec, ampak samo skenira in vzbudi sekundarne elektrone na površini vzorca. Scintilacijski kristal, nameščen poleg vzorca, sprejme te sekundarne elektrone, ojača in modulira intenzivnost elektronskega žarka slikovne cevi ter tako spremeni svetlost na zaslonu slikovne cevi. Odklonska tuljava slikovne cevi ohranja sinhrono skeniranje z elektronskim žarkom na površini vzorca, tako da fluorescentni zaslon slikovne cevi prikazuje topografsko sliko površine vzorca, kar je podobno principu delovanja industrijskega televizorja. .
Ločljivost vrstičnega elektronskega mikroskopa je v glavnem določena s premerom elektronskega žarka na površini vzorca. Povečava je razmerje med amplitudo skeniranja na slikovni cevi in amplitudo skeniranja na vzorcu, ki se lahko nenehno spreminja od desetkrat do stotisočkrat. Vrstična elektronska mikroskopija ne zahteva zelo tankih vzorcev; slika ima močan tridimenzionalni učinek; za analizo sestave snovi lahko uporablja informacije, kot so sekundarni elektroni, absorbirani elektroni in rentgenski žarki, ki nastanejo zaradi interakcije elektronskih žarkov in snovi.
Elektronski top in zbiralna leča vrstičnega elektronskega mikroskopa sta približno enaki kot pri transmisijskem elektronskem mikroskopu, vendar sta za tanjši elektronski žarek pod zbiralno lečo dodana leča objektiva in astigmatizer ter dva niza medsebojno pravokotni skenirni žarki so nameščeni znotraj leče objektiva. tuljava. Vzorčna komora pod lečo objektiva je opremljena z vzorčno mizo, ki se lahko premika, vrti in nagiba.
Uporaba elektronskih mikroskopov
Elektronske mikroskope lahko razdelimo na transmisijske elektronske mikroskope, vrstične elektronske mikroskope, refleksijske elektronske mikroskope in emisijske elektronske mikroskope glede na njihovo zgradbo in uporabo. Transmisijski elektronski mikroskopi se pogosto uporabljajo za opazovanje finih materialnih struktur, ki jih običajni mikroskopi ne morejo razločiti; vrstični elektronski mikroskopi se večinoma uporabljajo za opazovanje morfologije trdnih površin in jih je mogoče kombinirati tudi z rentgenskimi difraktometri ali spektrometri elektronske energije za oblikovanje elektronskih mikrosond za analizo materialne sestave; emisijska elektronska mikroskopija za preučevanje samoemisivnih elektronskih površin.
Transmisijski elektronski mikroskop je dobil ime po tem, da elektronski žarek prodre v vzorec in nato poveča sliko z elektronsko lečo. Njegova optična pot je podobna poti optičnega mikroskopa. Pri tej vrsti elektronskega mikroskopa se kontrast v podrobnostih slike ustvari z sipanjem elektronskega žarka na atomih vzorca. Tanjši del vzorca ali del vzorca z nižjo gostoto ima manj sipanja elektronskega žarka, tako da več elektronov preide skozi diafragmo objektiva in sodeluje pri slikanju ter so na sliki videti svetlejši. Nasprotno pa so debelejši ali gostejši deli vzorca na sliki videti temnejši. Če je vzorec predebel ali pregost, se bo kontrast slike poslabšal ali celo poškodoval ali uničil zaradi absorpcije energije elektronskega žarka.
