Sestava elektronskega mikroskopa
Sestava elektronskega mikroskopa
Glavne komponente so:
Vir elektronov: katoda, ki sprošča proste elektrone, in anoda v obliki obroča, ki pospešuje elektrone. Napetostna razlika med katodo in anodo mora biti zelo velika, običajno med tisoč volti in 3 milijoni voltov.
Elektron: 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, medtem ko je žarišče elektronske leče mogoče nastaviti, zato elektronski mikroskop nima sistema premičnih leč kot optični mikroskop.
Vakuumska naprava: vakuumska naprava, ki se uporablja za vzdrževanje stanja vakuuma v mikroskopu, tako da se elektroni ne absorbirajo ali odklonijo na svoji poti.
Stojalo za vzorce: Vzorec je mogoče stabilno postaviti na stojalo za vzorce. Poleg tega pogosto obstajajo naprave, ki jih je mogoče uporabiti za spreminjanje vzorca (kot so premikanje, vrtenje, ogrevanje, hlajenje, raztezanje itd.).
Detektor: signal ali sekundarni signal, ki se uporablja za zbiranje elektronov. Projekcijo vzorca je mogoče pridobiti neposredno z uporabo transmisijskega elektronskega mikroskopa (TEM). V tem mikroskopu gredo elektroni skozi vzorec, zato mora biti vzorec zelo tanek. Atomska teža atomov, ki sestavljajo vzorec, napetost pospeševajočih elektronov in želena ločljivost določajo debelino vzorca. Debelina vzorca je lahko od nekaj nanometrov do nekaj mikronov. Večja kot je atomska teža in nižja napetost, tanjši mora biti vzorec.
S spremembo sistema leč leče objektiva lahko neposredno povečate sliko goriščne točke leče objektiva. Iz tega lahko dobimo slike elektronske difrakcije. S to sliko lahko analizirate kristalno strukturo vzorca.
V transmisijskem elektronskem mikroskopu s filtriranjem energije (EFTEM) ljudje merijo spremembo hitrosti elektronov, ko gredo skozi vzorec. Iz tega lahko sklepamo na kemično sestavo vzorca, kot je porazdelitev kemičnih elementov v vzorcu.
Razvojni potek elektronskega mikroskopa
Leta 1931 sta M. Noel in E. Ruska iz Nemčije modificirala visokonapetostni osciloskop z virom elektronov s hladno katodo in tremi elektronskimi lečami ter dobila slike, ki so bile več kot desetkrat povečane. Izumili so transmisijski elektronski mikroskop in potrdili možnost povečave slikanja z elektronskim mikroskopom. Leta 1932 je po Ruskovi izboljšavi ločljivost elektronskega mikroskopa dosegla 50 nanometrov, kar je približno desetkrat več od ločljivosti takratnega optičnega mikroskopa, s čimer je bila presežena meja ločljivosti optičnega mikroskopa. Zato je elektronski mikroskop začel dobivati pozornost. V štiridesetih letih 20. stoletja je Hill iz Združenih držav uporabil astigmatizer za kompenzacijo rotacijske asimetrije elektronske leče, s čimer je naredil nov preboj v ločljivosti elektronskega mikroskopa in postopoma dosegel sodobno raven. Na Kitajskem so leta 1958 uspešno razvili presevni elektronski mikroskop z ločljivostjo 3 nanometre. Leta 1979 so razvili veliki elektronski mikroskop z ločljivostjo 0,3 nanometra.
Načelo zgradbe elektronskega mikroskopa
Elektronski mikroskop je sestavljen iz tulca leče, vakuumskega sistema in napajalne omarice. Cev objektiva vključuje predvsem komponente, kot so elektronska puška, elektronska leča, držalo vzorca, fluorescentni zaslon in fotografski mehanizem. Te komponente so običajno sestavljene v stolpec od zgoraj navzdol; Vakuumski sistem je sestavljen iz mehanske vakuumske črpalke, difuzijske črpalke, vakuumskega ventila itd. in je povezan s tulcem leče prek cevi za odvod zraka; Napajalna omara je sestavljena iz visokonapetostnega generatorja, stabilizatorja vzbujalnega toka ter različnih nastavitvenih in krmilnih enot.
Elektronska leča je najpomembnejši sestavni del tulca leče elektronskega mikroskopa. Uporablja prostorsko električno ali magnetno polje, ki je simetrično glede na os tulca leče, da ukrivi pot elektronov proti osi in tako oblikuje žarišče. Njena funkcija je podobna funkciji steklene konveksne leče, da fokusira svetlobni žarek, zato se imenuje elektronska leča. Večina sodobnih elektronskih mikroskopov uporablja elektromagnetne leče, ki fokusirajo elektrone z močnim magnetnim poljem, ki ga ustvari stabilen enosmerni vzbujalni tok, ki teče skozi tuljavo s poličnimi čevlji.
Elektronska pištola je komponenta, sestavljena iz vroče katode iz volframove žice, zaporne elektrode in katode. Lahko oddaja in tvori elektronski žarek z enakomerno hitrostjo, zato mora biti stabilnost pospeševalne napetosti najmanj 1/10000.
