Načela mikroskopskega slikanja
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. Njena funkcija je podobna funkciji steklene konveksne leče za fokusiranje žarka, zato se imenuje elektronska leča. 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, ki jo sestavljajo vroča katoda iz volframovega filamenta, mreža in katoda. 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 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.
Vrh stolpca transmisijskega elektronskega mikroskopa je elektronska pištola, elektrone oddaja volframova vroča katoda, elektronski žarek pa fokusirata dve kondenzatorski zrcali. 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. Shematski diagram strukture vrstičnega elektronskega mikroskopa
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 pri interakciji med elektronskimi žarki in snovmi.
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 sklopa medsebojno pravokotni skenirni žarki so nameščeni znotraj leče objektiva. tuljava. Komora za vzorčenje pod lečo objektiva je opremljena z mizo za vzorčenje, ki jo je mogoče premikati, vrteti in nagibati
