Kaip elektroninis mikroskopas padidina objektus
Elektroninis mikroskopas yra prietaisas, kuris naudoja elektronų pluoštus ir elektronų lęšius, o ne šviesos pluoštus ir optinius lęšius, kad būtų galima atvaizduoti smulkias medžiagų struktūras esant labai dideliam padidinimui, remiantis elektronų optikos principu.
Elektroninio mikroskopo skiriamoji geba parodoma minimaliu atstumu tarp dviejų gretimų taškų, kurį jis gali nustatyti. 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 viršija 3 milijonus kartų, o maksimalus optinio mikroskopo padidinimas yra apie 2000 kartų, todėl kai kurių sunkiųjų metalų atomai ir tvarkingai išsidėsčiusios atominės gardelės kristale gali būti tiesiogiai stebimos per elektroninį mikroskopą. .
1931 m. Vokietijos Knorr-Bremse ir Ruska permontavo aukštos įtampos osciloskopą su šalto katodo išlydžio elektronų šaltiniu ir trimis elektronų lęšiais ir gavo daugiau nei dešimt kartų padidintą vaizdą, kuris patvirtino elektroninio mikroskopo padidinimo galimybę. 1932 m., Ruskai patobulinus, elektroninio mikroskopo skiriamoji geba siekė 50 nanometrų, maždaug dešimt kartų didesnę nei tuo metu optinio mikroskopo skiriamoji geba, todėl elektroninis mikroskopas ėmė sulaukti žmonių dėmesio.
194 0s. Hillas JAV naudojo astigmatizatorių, kad kompensuotų elektroninio lęšio sukimosi asimetriją, o tai padarė naują elektroninio mikroskopo skiriamosios gebos proveržį ir palaipsniui pasiekė šiuolaikinį lygį. Kinijoje 1958 metais buvo sėkmingai sukurtas transmisinis elektroninis mikroskopas, kurio skiriamoji geba buvo 3 nanometrai, o 1979 metais buvo pagamintas didelis elektroninis mikroskopas, kurio skiriamoji geba – 0,3 nanometrų.
Nors elektroninio mikroskopo skiriamoji geba yra daug geresnė nei optinio mikroskopo, sunku stebėti gyvus organizmus, nes elektroninis mikroskopas turi veikti vakuume, o elektronų pluošto apšvitinimas taip pat sukels biologinių mėginių sunaikinimą. būti pažeistas radiacijos. Taip pat reikia toliau tirti kitus klausimus, tokius kaip elektronų patrankos ryškumo ir elektroninio lęšio kokybės gerinimas.
Skiriamoji galia yra svarbus elektronų mikroskopijos rodiklis, susijęs su krintančio kūgio kampu ir elektronų pluošto, einančio per mėginį, bangos ilgiu. Matomos šviesos bangos ilgis yra apie {{0}} nanometrų, o elektronų pluoštų bangos ilgis yra susijęs su greitėjimo įtampa. Kai greitinimo įtampa yra 50-100 kV, elektronų pluošto bangos ilgis yra apie 0.0053-0.0037 nanometrų. Kadangi elektronų pluošto bangos ilgis yra daug mažesnis už matomos šviesos bangos ilgį, net jei elektronų pluošto kūgio kampas yra tik 1 procentas optinio mikroskopo, elektroninio mikroskopo skiriamoji geba vis tiek yra daug geresnė už tą. optinio mikroskopo.
Elektroninis mikroskopas susideda iš trijų dalių: lęšio cilindro, vakuuminės sistemos ir maitinimo spintos. Objektyvo vamzdį daugiausia sudaro elektroniniai ginklai, elektroniniai lęšiai, mėginių laikikliai, fluorescenciniai ekranai ir fotoaparato mechanizmai. Šie komponentai paprastai surenkami į koloną iš viršaus į apačią; Vakuuminė sistema susideda iš mechaninių vakuuminių siurblių, difuzijos siurblių ir vakuuminių vožtuvų. Dujotiekis yra sujungtas su objektyvo cilindru; maitinimo spinta sudaryta iš aukštos įtampos generatoriaus, žadinimo srovės stabilizatoriaus ir įvairių reguliavimo valdymo blokų.
Elektroninis lęšis yra svarbiausia elektroninio mikroskopo objektyvo cilindro dalis. Jis naudoja erdvės elektrinį lauką arba magnetinį lauką, simetrišką objektyvo cilindro ašiai, kad sulenktų elektronų takelį į ašį, kad susidarytų židinys. Jo funkcija yra panaši į stiklo išgaubto lęšio funkciją, kad sufokusuotų spindulį, todėl jis vadinamas elektronu. objektyvas. Daugumoje šiuolaikinių elektroninių mikroskopų naudojami elektromagnetiniai lęšiai, kurie sufokusuoja elektronus per stiprų magnetinį lauką, kurį sukuria labai stabili nuolatinės srovės sužadinimo srovė, einanti per ritę su polių bateliais.
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 turi būti ne mažesnis kaip dešimtoji tūkstantoji dalis.
Elektroniniai mikroskopai gali būti skirstomi į perdavimo elektronų mikroskopus, skenuojančius elektroninius mikroskopus, atspindinčius elektroninius mikroskopus ir emisijos elektroninius mikroskopus pagal jų struktūrą ir paskirtį. Perdavimo elektroniniai mikroskopai dažnai naudojami smulkioms medžiagų struktūroms, kurių neįmanoma nustatyti įprastais mikroskopais, stebėti; skenuojantys elektroniniai mikroskopai daugiausia naudojami kietų paviršių morfologijai stebėti, taip pat gali būti derinami su rentgeno spindulių difraktometrais arba elektronų energijos spektrometrais, kad būtų suformuoti elektroniniai mikrozondai medžiagų sudėties analizei; emisijos elektronų mikroskopija, skirta savarankiškai spinduliuojančių elektronų paviršiams tirti.
Perdavimo elektronų mikroskopas pavadintas po to, kai elektronų pluoštas prasiskverbia į mėginį ir padidina vaizdą elektroniniu lęšiu. Jo optinis kelias panašus į optinio mikroskopo. Šio tipo elektroniniame mikroskope vaizdo detalių kontrastas sukuriamas elektronų pluoštui išsklaidant mėginio atomus. Plonesnė arba mažesnio tankio mėginio dalis turi mažiau elektronų pluošto sklaidos, todėl daugiau elektronų praeina per objektyvo diafragmą ir dalyvauja vaizdavime, o 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 sugadins ar sunaikins sugeriant elektronų pluošto energiją.
Perdavimo elektroninio mikroskopo objektyvo vamzdžio viršus yra elektronų pistoletas. Elektronus skleidžia karštasis volframo katodas, o elektronų pluoštus fokusuoja pirmasis ir antrasis kondensatoriai. Praleidus pavyzdį, elektronų spindulys atvaizduojamas ant tarpinio veidrodžio objektyvo, o po to žingsnis po žingsnio padidinamas per tarpinį veidrodį ir projekcinį veidrodį, o po to atvaizduojamas fluorescenciniame ekrane arba fotokoherentinėje plokštėje.
Tarpinio veidrodžio padidinimas gali būti nuolat keičiamas nuo dešimčių iki šimtų tūkstančių kartų, daugiausia reguliuojant sužadinimo srovę; pakeitus tarpinio veidrodžio židinio nuotolį, mažose to paties mėginio dalyse galima gauti elektronų mikroskopinius 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. Scheminė skenuojančio elektroninio mikroskopo sandaros schema
Skenuojančio elektroninio mikroskopo elektronų pluoštas nepraeina pro mėginį, o tik nuskaito ir sužadina antrinius elektronus mėginio paviršiuje. Šalia mėginio esantis scintiliacinis kristalas priima šiuos antrinius elektronus, sustiprina ir moduliuoja vaizdo vamzdžio elektronų pluošto intensyvumą, taip pakeisdamas vaizdo vamzdžio ekrano ryškumą. Vaizdo vamzdžio nukreipimo ritė palaiko sinchroninį nuskaitymą su elektronų pluoštu mėginio paviršiuje, todėl vaizdo vamzdžio fluorescencinis ekranas rodo mėginio paviršiaus topografinį vaizdą, kuris yra panašus į pramoninio televizoriaus 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; ji gali naudoti tokią informaciją kaip antriniai elektronai, absorbuoti elektronai ir rentgeno spinduliai, sukurti sąveikaujant tarp elektronų pluoštų ir medžiagų, kad būtų galima analizuoti medžiagų sudėtį.
Skenuojančio elektroninio mikroskopo elektronų pistoletas ir kondensatoriaus lęšis yra maždaug tokie patys kaip ir transmisinio elektronų mikroskopo, tačiau siekiant, kad elektronų pluoštas būtų plonesnis, po kondensatoriaus lęšiu pridedamas objektyvas ir astigmatizatorius bei du objektyvo lęšio viduje sumontuoti vienas kitą statmeni skenavimo pluoštai. ritė. Mėginio kameroje, esančioje po objektyvo lęšiu, yra pavyzdinė pakopa, kuri gali judėti, suktis ir pakreipti.
