Elektroninės mikroskopijos ir šviesos mikroskopijos pranašumai
Elektroninio mikroskopo optinio mikroskopo vaizdavimo principų panašumai ir skirtumai
Elektroninis mikroskopas yra prietaisas, kuris pagal elektronų optikos principą pakeičia šviesos spindulį ir optinį lęšį elektronų pluoštu ir elektroniniu lęšiu, kad smulkią medžiagos struktūrą būtų galima atvaizduoti esant labai dideliam padidinimui.
Elektroninio mikroskopo skiriamoji geba išreiškiama mažu atstumu tarp dviejų gretimų taškų, kuriuos jis gali išspręsti. 197 0s. perdavimo elektronų mikroskopų skiriamoji geba buvo apie 0,3 nanometro (žmogaus akies skiriamoji geba yra apie 0,1 milimetro). Dabar didžiausias elektroninio mikroskopo padidinimas yra daugiau nei 3 milijonai kartų, o maksimalus optinio mikroskopo padidinimas yra apie 2000 kartų, todėl tam tikrų sunkiųjų metalų atomai ir tvarkingai išdėstyta atominė gardelė kristaluose gali būti tiesiogiai stebimi per elektroninį mikroskopą.
1931 metais Knorr-Bremse ir Ruska Vokietijoje modifikavo aukštos įtampos osciloskopą su šalto katodo išlydžio elektronų šaltiniu ir trimis elektroniniais lęšiais ir gavo daugiau nei dešimt kartų padidintą vaizdą, kuris patvirtino galimybę padidinti vaizdą elektroniniu mikroskopu. . . 1932 m., Ruskai patobulinus, elektroninio mikroskopo skiriamoji geba siekė 50 nanometrų, o tai apie dešimt kartų viršijo tuometinio optinio mikroskopo skiriamąją gebą, todėl elektroninis mikroskopas pradėjo traukti žmonių dėmesį.
194 0 s Hilas elektroninio lęšio sukimosi asimetriją JAV kompensavo astigmatiku, kuris padarė naują proveržį elektroninio mikroskopo skiriamosios gebos srityje ir palaipsniui pasiekė šiuolaikinį lygį. Kinijoje 1958 metais buvo sėkmingai sukurtas 3 nanometrų skiriamosios gebos perdavimo elektroninis mikroskopas, o 1979 metais – 0,3 nanometrų skiriamosios gebos didelio masto elektroninis mikroskopas.
Nors elektroninių mikroskopų skiriamoji geba yra daug geresnė nei optinių mikroskopų, sunku stebėti gyvus organizmus, nes elektroniniai mikroskopai turi veikti vakuuminėmis sąlygomis, o elektronų pluoštų apšvitinimas taip pat darys radiacinę žalą biologiniams mėginiams. Taip pat reikia toliau tirti kitus klausimus, tokius kaip elektronų patrankos ryškumo ir elektroninio lęšio kokybės gerinimas.
Skiriamoji galia yra svarbus elektroninio mikroskopo rodiklis, susijęs su krintančio kūgio kampu ir elektronų pluošto, einančio per mėginį, bangos ilgiu. Matomos šviesos bangos ilgis yra apie 300–700 nanometrų, o elektronų pluošto bangos ilgis yra susijęs su greitėjimo įtampa. Kai greitinimo įtampa yra 50-100 kV, elektronų pluošto bangos ilgis yra apie 0.0053-0,0037 nm. Kadangi elektronų pluošto bangos ilgis yra daug mažesnis nei matomos šviesos bangos ilgis, net jei elektronų pluošto kūgio kampas yra tik 1 procentas optinio mikroskopo, elektroninio mikroskopo skiriamoji geba vis tiek yra daug pranašesnė už tą. optinio mikroskopo.
Elektroninis mikroskopas susideda iš trijų dalių: lęšio vamzdžio, vakuuminės sistemos ir maitinimo spintos. Objektyvo cilindrą daugiausia sudaro elektronų pistoletas, elektroninis lęšis, mėginių laikiklis, fluorescencinis ekranas ir fotoaparato mechanizmas, kurie paprastai surenkami į cilindrą iš viršaus į apačią; vakuuminę sistemą sudaro mechaninis vakuuminis siurblys, difuzinis siurblys ir vakuuminis vožtuvas ir kt. Dujotiekis yra sujungtas su objektyvo cilindru; maitinimo spinta sudaryta iš aukštos įtampos generatoriaus, žadinimo srovės stabilizatoriaus ir įvairių reguliavimo ir valdymo blokų.
Elektroninis lęšis yra svarbi elektroninio mikroskopo statinės dalis. Jis naudoja erdvinį elektrinį lauką arba magnetinį lauką, simetrišką statinės ašiai, kad sulenktų elektronų trajektoriją į ašį, kad susidarytų fokusas. Jo funkcija yra panaši į stiklo išgaubto lęšio funkciją, kad sufokusuotų spindulį, todėl jis vadinamas elektroniniu lęšiu. . Daugumoje šiuolaikinių elektroninių mikroskopų naudojami elektromagnetiniai lęšiai, kurie sufokusuoja elektronus stipriu magnetiniu lauku, kurį sukuria labai stabili nuolatinės srovės sužadinimo srovė per ritę su poliaus bateliu.
Elektronų pistoletas yra komponentas, sudarytas iš volframo gijų karšto katodo, tinklelio ir katodo. Jis gali skleisti ir suformuoti vienodu greičiu elektronų pluoštą, todėl greitinančios įtampos stabilumas yra ne mažesnis kaip 1/10,000.
Elektroniniai mikroskopai pagal sandarą ir paskirtį gali būti skirstomi į perdavimo elektronų mikroskopus, skenuojančius elektroninius mikroskopus, atspindinčius elektroninius mikroskopus ir emisijos elektroninius mikroskopus. Perdavimo elektroniniai mikroskopai dažnai naudojami stebėti tas smulkias medžiagų struktūras, kurių neįmanoma atskirti įprastais mikroskopais; skenuojantys elektroniniai mikroskopai daugiausia naudojami kietų paviršių morfologijai stebėti, taip pat gali būti derinami su rentgeno spindulių difraktometrais arba elektronų energijos spektrometrais, kad susidarytų elektronai. Mikrozondai medžiagų sudėties analizei; Emisijos elektronų mikroskopija, skirta savarankiškai spinduliuojančių elektronų paviršiams tirti.
Projekcinis elektroninis mikroskopas pavadintas po to, kai elektronų spindulys prasiskverbia į mėginį ir tada naudoja elektroninį lęšį vaizdui ir didinimui. Jo optinis kelias panašus į optinio mikroskopo. Šiame elektroniniame mikroskope vaizdo detalių kontrastas sukuriamas elektronų pluoštui išsklaidant mėginio atomus. Plonesnės ar mažiau tankios mėginio dalys, elektronų spindulys išsklaido mažiau, todėl daugiau elektronų praeina pro objektyvo apertūrą, dalyvauja vaizduojant ir vaizde atrodo ryškesni. Ir atvirkščiai, storesnės arba tankesnės mėginio dalys vaizde atrodo tamsesnės. Jei mėginys yra per storas arba per tankus, vaizdo kontrastas pablogės arba net bus pažeistas ar sunaikintas absorbuojant elektronų pluošto energiją.
Perdavimo elektroninio mikroskopo vamzdžio viršus yra elektronų pistoletas, elektronai skleidžiami volframo gijos karštojo katodo, praeina per lazerį, o antrieji du kondensatoriaus lęšiai sufokusuoja elektronų spindulį. Praleidus mėginį, elektronų pluoštas objektyvo lęšiu atvaizduojamas ant tarpinio veidrodžio, o po to žingsnis po žingsnio padidinamas per tarpinį veidrodį ir projekcinį veidrodį, o po to atvaizduojamas fluorescenciniame ekrane arba fotografinėje sausoje plokštelėje.
Tarpinis veidrodis daugiausia reguliuoja sužadinimo srovę, o didinimą galima nuolat keisti nuo dešimčių iki šimtų tūkstančių kartų; pakeitus tarpinio veidrodžio židinio nuotolį, mažose to paties mėginio dalyse galima gauti elektronų mikroskopo vaizdus ir elektronų difrakcijos vaizdus. . Siekdama tirti storesnius metalo pjūvių pavyzdžius, prancūzų Dulos elektroninės optikos laboratorija sukūrė itin aukštos įtampos elektroninį mikroskopą, kurio greitinamoji įtampa siekia 3500 kV. Skenuojančio elektroninio mikroskopo struktūros schema
Skenuojančio elektroninio mikroskopo elektronų pluoštas nepraeina pro mėginį, o tik nuskaito mėginio paviršių, kad sužadintų antrinius elektronus. Šalia mėginio esantis scintiliacinis kristalas priima šiuos antrinius elektronus ir po stiprinimo moduliuoja vaizdo vamzdžio elektronų pluošto intensyvumą, taip pakeisdamas vaizdo vamzdžio ekrano ryškumą. Vaizdo vamzdžio nukreipimo jungas nuolat nuskaito sinchroniškai su elektronų pluoštu mėginio paviršiuje, todėl vaizdo vamzdžio fluorescencinis ekranas rodo mėginio paviršiaus topografinį vaizdą, kuris yra panašus į pramoninės televizijos veikimo principą.
Skenuojančio elektroninio mikroskopo skiriamąją gebą daugiausia lemia mėginio paviršiuje esančio elektronų pluošto skersmuo. Padidinimas yra vaizdo vamzdžio skenavimo amplitudės ir mėginio nuskaitymo amplitudės santykis, kurį galima nuolat keisti nuo dešimčių iki šimtų tūkstančių kartų. Skenuojantis elektroninis mikroskopas nereikalauja labai plonų mėginių; vaizdas turi stiprų trimatį efektą; jis gali analizuoti medžiagos sudėtį, naudodamas tokią informaciją kaip antriniai elektronai, absorbuoti elektronai ir rentgeno spinduliai, sukurti sąveikaujant elektronų pluoštams su medžiaga.
Skenuojančio elektroninio mikroskopo elektronų pistoletas ir kondensatorius yra maždaug tokie patys kaip ir perdavimo elektronų mikroskopo, tačiau norint, kad elektronų pluoštas būtų plonesnis, po kondensatoriumi pridedamas objektyvas ir astigmatikas bei du skenuojančių elektronų rinkiniai. kurios yra statmenos viena kitai, yra sumontuotos objektyvo lęšio viduje. ritė. Mėginio kameroje po objektyvo lęšiu yra mėginio stadija, kurią galima perkelti, pasukti ir pakreipti.
