Elektronu un gaismas mikroskopijas priekšrocību salīdzinājums
Elektronu mikroskopa izšķirtspēja ir attēlota ar nelielu attālumu starp diviem blakus esošajiem punktiem, ko tas var izšķirt. 197. g Tagad elektronu mikroskopa maksimālais palielinājums pārsniedz 3 miljonus reižu, savukārt optiskā mikroskopa maksimālais palielinājums ir aptuveni 2000 reižu, tāpēc dažu smago metālu atomi un glīti sakārtotie atomu režģi kristālā ir tieši novērojami caur elektronu mikroskopu. .
1931. gadā Knorr-Bremse un Ruska no Vācijas no jauna uzstādīja augstsprieguma osciloskopu ar aukstā katoda izlādes elektronu avotu un trim elektronu lēcām, un ieguva attēlu, kas palielināts vairāk nekā desmit reizes, kas apstiprināja elektronu mikroskopa palielinātas attēlveidošanas iespēju. 1932. gadā pēc Ruska uzlabojumiem elektronu mikroskopa izšķirtspēja sasniedza 50 nanometrus, aptuveni desmit reizes pārsniedzot toreizējā optiskā mikroskopa izšķirtspēju, tāpēc elektronu mikroskops sāka pievērst cilvēku uzmanību.
194. gados 0Hils ASV izmantoja astigmatizatoru, lai kompensētu elektronu lēcas rotācijas asimetriju, kas radīja jaunu izrāvienu elektronu mikroskopa izšķirtspējā un pakāpeniski sasniedza mūsdienu līmeni. Ķīnā 1958. gadā veiksmīgi tika izstrādāts transmisijas elektronu mikroskops ar 3 nanometru izšķirtspēju, bet 1979. gadā tika izgatavots liels elektronu mikroskops ar izšķirtspēju 0,3 nanometri.
Lai gan elektronu mikroskopa izšķirtspēja ir daudz labāka nekā optiskajam mikroskopam, ir grūti novērot dzīvos organismus, jo elektronu mikroskopam ir jādarbojas vakuuma apstākļos, un elektronu stara apstarošana izraisīs arī bioloģisko paraugu iznīcināšanu. tikt bojātam starojuma ietekmē. Arī citi jautājumi, piemēram, elektronu lielgabala spilgtuma un elektronu lēcas kvalitātes uzlabošana, ir jāturpina pētīt.
Izšķirtspēja ir svarīgs elektronu mikroskopijas rādītājs, kas ir saistīts ar krītošā konusa leņķi un elektronu stara viļņa garumu, kas iet cauri paraugam. Redzamās gaismas viļņa garums ir aptuveni {{0}} nanometri, savukārt elektronu staru viļņa garums ir saistīts ar paātrinājuma spriegumu. Kad paātrinājuma spriegums ir 50-100 kV, elektronu staru kūļa viļņa garums ir aptuveni 0.0053-0,0037 nanometri. Tā kā elektronu stara viļņa garums ir daudz mazāks par redzamās gaismas viļņa garumu, pat tad, ja elektronu stara konusa leņķis ir tikai 1 procents no optiskā mikroskopa izšķirtspējas, elektronu mikroskopa izšķirtspēja joprojām ir daudz labāka par to. no optiskā mikroskopa.
Elektronu mikroskops sastāv no trim daļām: objektīva cilindra, vakuuma sistēmas un barošanas skapja. Objektīva stobrā galvenokārt ietilpst elektronu pistoles, elektronu lēcas, paraugu turētāji, dienasgaismas ekrāni un kameru mehānismi. Šīs sastāvdaļas parasti tiek saliktas kolonnā no augšas uz leju; Vakuuma sistēma sastāv no mehāniskiem vakuumsūkņiem, difūzijas sūkņiem un vakuuma vārstiem. Gāzes vads ir savienots ar lēcas mucu; barošanas skapis sastāv no augstsprieguma ģeneratora, ierosmes strāvas stabilizatora un dažādiem regulēšanas vadības blokiem.
Elektronu lēca ir svarīga elektronu mikroskopa lēcas stobra daļa. Tas izmanto kosmosa elektrisko lauku vai magnētisko lauku, kas ir simetrisks objektīva cilindra asij, lai saliektu elektronu celiņu pret asi, veidojot fokusu. Tā funkcija ir līdzīga stikla izliekta lēcai, lai fokusētu staru, tāpēc to sauc par elektronisko lēcu. . Lielākajā daļā mūsdienu elektronu mikroskopu tiek izmantotas elektromagnētiskās lēcas, kas fokusē elektronus caur spēcīgu magnētisko lauku, ko rada ļoti stabila līdzstrāvas ierosmes strāva, kas iet caur spoli ar polu kurpēm.
Elektronu lielgabals ir sastāvdaļa, kas sastāv no volframa kvēldiega karstā katoda, režģa un katoda. Tas var izstarot un veidot elektronu staru ar vienmērīgu ātrumu, tāpēc paātrinājuma sprieguma stabilitātei ir jābūt ne mazākai par vienu desmittūkstošdaļu.
Elektronu mikroskopus var iedalīt transmisijas elektronu mikroskopos, skenējošajos elektronu mikroskopos, atstarošanas elektronu mikroskopos un emisijas elektronu mikroskopos atbilstoši to struktūrai un izmantošanai. Transmisijas elektronu mikroskopus bieži izmanto, lai novērotu smalkas materiāla struktūras, kuras nevar atrisināt ar parastajiem mikroskopiem; skenējošos elektronu mikroskopus galvenokārt izmanto, lai novērotu cieto virsmu morfoloģiju, un tos var arī kombinēt ar rentgenstaru difraktometriem vai elektronu enerģijas spektrometriem, lai izveidotu elektroniskas mikrozondes materiālu sastāva analīzei; emisijas elektronu mikroskopija pašemitāro elektronu virsmu izpētei.
Transmisijas elektronu mikroskops ir nosaukts pēc tam, kad elektronu stars iekļūst paraugā un pēc tam palielina attēlu ar elektronu lēcu. Tā optiskais ceļš ir līdzīgs optiskajam mikroskopam. Šāda veida elektronu mikroskopā attēla detaļu kontrastu rada parauga atomu elektronu stara izkliede. Parauga plānākajai vai mazāka blīvuma daļai ir mazāka elektronu staru izkliede, tāpēc vairāk elektronu iziet cauri objektīva diafragmai un piedalās attēlveidošanā, un attēlā parādās gaišāki. Un otrādi, biezākas vai blīvākas parauga daļas attēlā šķiet tumšākas. Ja paraugs ir pārāk biezs vai pārāk blīvs, attēla kontrasts pasliktināsies vai pat tiks bojāts vai iznīcināts, absorbējot elektronu stara enerģiju.
uz
Transmisijas elektronu mikroskopa kolonnas augšdaļa ir elektronu lielgabals, elektronus izstaro volframa karstais katods, tie iet caur pirmo, un otrie divi kondensatora spoguļi fokusē elektronu staru. Pēc tam, kad elektronu stars ir izlaists cauri paraugam, objektīvs tiek attēlots uz starpposma spoguļa un pēc tam pakāpeniski tiek palielināts caur starpspoguļu un projekcijas spoguli, un pēc tam tiek attēlots uz fluorescējošā ekrāna vai fotokoherentās plāksnes.
Starpposma spoguļa palielinājumu var nepārtraukti mainīt no desmitiem reižu līdz simtiem tūkstošu reižu, galvenokārt regulējot ierosmes strāvu; mainot starpposma spoguļa fokusa attālumu, tā paša parauga sīkajās daļās var iegūt elektronu mikroskopiskus attēlus un elektronu difrakcijas attēlus. Lai pētītu biezākus metāla šķēles paraugus, franču Dulos elektronu optikas laboratorija izstrādāja īpaši augsta sprieguma elektronu mikroskopu ar paātrinājuma spriegumu 3500 kV. Skenējošā elektronu mikroskopa struktūras shematiskā diagramma
Skenējošā elektronu mikroskopa elektronu stars neiziet cauri paraugam, bet tikai skenē un ierosina sekundāros elektronus uz parauga virsmas. Blakus paraugam novietotais scintilācijas kristāls saņem šos sekundāros elektronus, pastiprina un modulē attēla lampas elektronu stara intensitāti, tādējādi mainot attēla lampas ekrāna spilgtumu. Attēla caurules novirzes spole nodrošina sinhronu skenēšanu ar elektronu staru uz parauga virsmas, lai attēla caurules fluorescējošais ekrāns parādītu parauga virsmas topogrāfisko attēlu, kas ir līdzīgs industriālā televizora darbības principam. .
Skenējošā elektronu mikroskopa izšķirtspēju galvenokārt nosaka elektronu stara diametrs uz parauga virsmas. Palielinājums ir attēla caurules skenēšanas amplitūdas attiecība pret parauga skenēšanas amplitūdu, ko var nepārtraukti mainīt no desmitiem reižu līdz simtiem tūkstošu reižu. Skenējošajai elektronu mikroskopijai nav nepieciešami ļoti plāni paraugi; attēlam ir spēcīgs trīsdimensiju efekts; tā var izmantot tādu informāciju kā sekundārie elektroni, absorbētie elektroni un rentgena stari, ko rada mijiedarbība starp elektronu stariem un vielām, lai analizētu vielu sastāvu.
Skenējošā elektronu mikroskopa elektronu lielgabals un kondensatora lēca ir aptuveni tādi paši kā transmisijas elektronu mikroskopam, taču, lai padarītu elektronu staru plānāku, zem kondensatora lēcas tiek pievienota objektīva lēca un astigmatizators, kā arī divi objektīva iekšpusē ir uzstādīti savstarpēji perpendikulāri skenēšanas stari. spole. Paraugu kamera zem objektīva ir aprīkota ar parauga skatuvi, kas var pārvietoties, griezties un noliekt.
