Elektronu mikroskopa sastāvs Elektronu mikroskopa attīstības vēsture
Elektronu mikroskopa sastāvdaļas
Elektronu avots: tas ir katods, kas atbrīvo brīvos elektronus, un gredzenveida anods paātrina elektronus. Sprieguma starpībai starp katodu un anodu jābūt ļoti lielai, parasti no vairākiem tūkstošiem voltu līdz trīs miljoniem voltu.
Elektroni: izmanto elektronu fokusēšanai. Parasti tiek izmantotas magnētiskās lēcas, un dažreiz tiek izmantotas arī elektrostatiskās lēcas. Elektronu lēcas funkcija ir tāda pati kā optiskajai lēcai optiskajā mikroskopā. Optiskās lēcas fokuss ir fiksēts, bet elektroniskās lēcas fokusu var regulēt, tāpēc elektronu mikroskopam nav tādas kustīgas lēcu sistēmas kā optiskajam mikroskopam.
Vakuuma ierīce: Vakuuma ierīci izmanto, lai nodrošinātu vakuuma stāvokli mikroskopa iekšpusē, lai elektroni netiktu absorbēti vai novirzīti savā ceļā.
Paraugu turētājs: paraugus var stabili novietot uz paraugu turētāja. Turklāt bieži vien ir ierīces, ar kurām var mainīt paraugu (piemēram, pārvietošanu, rotēšanu, sildīšanu, dzesēšanu, pagarināšanu utt.).
Detektors: signāls vai sekundārais signāls, ko izmanto elektronu savākšanai. Parauga projekciju var iegūt tieši, izmantojot transmisijas elektronu mikroskopu (Transmission Electron Microscopy TEM). Elektroni šajā mikroskopā iziet cauri paraugam, tāpēc paraugam jābūt ļoti plānam. Paraugu veidojošo atomu svars, spriegums, pie kura elektroni tiek paātrināti, un vēlamā izšķirtspēja nosaka parauga biezumu. Parauga biezums var atšķirties no dažiem nanometriem līdz dažiem mikrometriem. Jo lielāka ir atommasa un zemāks spriegums, jo plānākam jābūt paraugam.
Mainot objektīva lēcu sistēmu, var tieši palielināt attēlu objektīva fokusa punktā. No tā var iegūt elektronu difrakcijas attēlus. Izmantojot šo attēlu, var analizēt parauga kristālisko struktūru.
Elektronu mikroskopa sastāva princips
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 vissvarīgākā 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. Tās funkcija ir līdzīga stikla izliektas lēcas funkcijai, lai fokusētu staru, tāpēc to sauc par elektronu. objektīvs. 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, veidojot elektroniskos Mikrosfēras veidojas, elektronu staram izkliedējot parauga atomus. 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.
Transmisijas elektronu mikroskopa objektīva stobra augšdaļa ir elektronu lielgabals. Elektronus izstaro volframa karstais katods, un elektronu starus fokusē pirmais un otrais kondensators. 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 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 elektronu staru un vielu mijiedarbība, 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.
Elektronu mikroskopu izmantošana
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.
