Zloženie elektrónového mikroskopu História vývoja elektrónového mikroskopu
Komponenty elektrónového mikroskopu
Zdroj elektrónov: Je to katóda, ktorá uvoľňuje voľné elektróny a anóda v tvare prstenca urýchľuje elektróny. Rozdiel napätia medzi katódou a anódou musí byť veľmi vysoký, typicky medzi niekoľkými tisíckami voltov a tromi miliónmi voltov.
Elektróny: Používa sa na zaostrenie elektrónov. Vo všeobecnosti sa používajú magnetické šošovky a niekedy sa používajú aj elektrostatické šošovky. Funkcia elektrónovej šošovky je rovnaká ako funkcia optickej šošovky v optickom mikroskope. Ohnisko optickej šošovky je pevné, ale ohnisko elektronickej šošovky sa dá nastaviť, takže elektrónový mikroskop nemá systém pohyblivých šošoviek ako optický mikroskop.
Vákuové zariadenie: Vákuové zariadenie sa používa na zabezpečenie vákuového stavu vo vnútri mikroskopu, takže elektróny nebudú absorbované alebo vychýlené na ich dráhe.
Držiak vzoriek: Vzorky je možné umiestniť na držiak vzoriek stabilne. Okrem toho často existujú zariadenia, ktoré sa dajú použiť na zmenu vzorky (ako je pohyb, otáčanie, zahrievanie, chladenie, predlžovanie atď.).
Detektor: Signál alebo sekundárny signál používaný na zber elektrónov. Projekciu vzorky možno získať priamo pomocou transmisného elektrónového mikroskopu (Transmission Electron Microscopy TEM). Elektróny v tomto mikroskope prechádzajú vzorkou, takže vzorka musí byť veľmi tenká. Atómová hmotnosť atómov tvoriacich vzorku, napätie, pri ktorom sú elektróny urýchlené, a požadované rozlíšenie určujú hrúbku vzorky. Hrúbka vzorky sa môže meniť od niekoľkých nanometrov do niekoľkých mikrometrov. Čím vyššia je atómová hmotnosť a čím nižšie napätie, tým musí byť vzorka tenšia.
Zmenou systému šošoviek objektívu je možné priamo zväčšiť obraz v ohnisku objektívu. Z toho je možné získať obrazy elektrónovej difrakcie. Pomocou tohto obrázku je možné analyzovať kryštálovú štruktúru vzorky.
Princíp zloženia elektrónového mikroskopu
Elektrónový mikroskop sa skladá z troch častí: tubus šošovky, vákuový systém a napájacia skrinka. Tubus objektívu obsahuje hlavne elektrónové pištole, elektrónové šošovky, držiaky vzoriek, fluorescenčné obrazovky a kamerové mechanizmy. Tieto komponenty sú zvyčajne zostavené do stĺpca zhora nadol; vákuový systém sa skladá z mechanických vákuových čerpadiel, difúznych čerpadiel a vákuových ventilov. Plynové potrubie je spojené s tubusom šošovky; Napájacia skriňa sa skladá z vysokonapäťového generátora, stabilizátora budiaceho prúdu a rôznych nastavovacích riadiacich jednotiek.
Elektrónová šošovka je najdôležitejšou súčasťou tubusu šošovky elektrónového mikroskopu. Využíva priestorové elektrické pole alebo magnetické pole symetrické k osi tubusu šošovky na ohýbanie dráhy elektrónov k osi, aby sa vytvorilo ohnisko. Jeho funkcia je podobná funkcii sklenenej konvexnej šošovky na zaostrenie lúča, preto sa nazýva elektrón. šošovka. Väčšina moderných elektrónových mikroskopov používa elektromagnetické šošovky, ktoré zaostrujú elektróny prostredníctvom silného magnetického poľa generovaného veľmi stabilným jednosmerným budiacim prúdom prechádzajúcim cievkou s pólovými nástavcami.
Elektrónové delo je komponent pozostávajúci z horúcej katódy s volfrámovým vláknom, mriežky a katódy. Dokáže vyžarovať a vytvárať elektrónový lúč s rovnomernou rýchlosťou, preto sa vyžaduje, aby stabilita urýchľovacieho napätia nebola menšia ako jedna desaťtisícina.
Elektrónové mikroskopy možno podľa štruktúry a použitia rozdeliť na transmisné elektrónové mikroskopy, rastrovacie elektrónové mikroskopy, reflexné elektrónové mikroskopy a emisné elektrónové mikroskopy. Transmisné elektrónové mikroskopy sa často používajú na pozorovanie štruktúr jemných materiálov, ktoré nemožno rozlíšiť bežnými mikroskopmi; rastrovacie elektrónové mikroskopy sa používajú najmä na pozorovanie morfológie pevných povrchov a môžu sa kombinovať aj s röntgenovými difraktometrami alebo spektrometrami elektrónovej energie na vytvorenie elektrónky Mikroguľôčky vznikajú rozptylom elektrónového lúča atómami vzorky. Tenšia časť vzorky alebo časť vzorky s nižšou hustotou má menší rozptyl elektrónového lúča, takže cez clonu objektívu prechádza viac elektrónov a podieľa sa na zobrazovaní a na obrázku sa javia ako jasnejšie. Naopak, hrubšie alebo hustejšie časti vzorky sa javia na obrázku tmavšie. Ak je vzorka príliš hrubá alebo príliš hustá, absorbovaním energie elektrónového lúča sa kontrast obrazu zhorší, alebo sa dokonca poškodí alebo zničí.
Vrch tubusu šošovky transmisného elektrónového mikroskopu je elektrónové delo. Elektróny sú emitované horúcou katódou volfrámu a elektrónové lúče sú zaostrené prvým a druhým kondenzátorom. Po prechode cez vzorku sa elektrónový lúč zobrazí na strednom zrkadle šošovkou objektívu a potom sa krok za krokom zväčší cez stredné zrkadlo a projekčné zrkadlo a potom sa zobrazí na fluorescenčnej obrazovke alebo fotokoherentnej doske.
Zväčšenie medzizrkadla je možné plynule meniť od desaťnásobku až po stotisícnásobok, a to najmä úpravou budiaceho prúdu; zmenou ohniskovej vzdialenosti stredného zrkadla je možné získať elektrónové mikroskopické obrazy a elektrónové difrakčné obrazy na malých častiach tej istej vzorky. Na štúdium hrubších vzoriek kovových plátkov vyvinulo francúzske laboratórium Dulos Electron Optics Laboratory ultravysokonapäťový elektrónový mikroskop s urýchľovacím napätím 3500 kV.
Elektrónový lúč rastrovacieho elektrónového mikroskopu neprechádza cez vzorku, ale iba sníma a excituje sekundárne elektróny na povrchu vzorky. Scintilačný kryštál umiestnený vedľa vzorky prijíma tieto sekundárne elektróny, zosilňuje a moduluje intenzitu elektrónového lúča obrazovky, čím mení jas na obrazovke obrazovky. Vychyľovacia cievka obrazovky udržiava synchrónne skenovanie s elektrónovým lúčom na povrchu vzorky, takže fluorescenčná obrazovka obrazovky zobrazuje topografický obraz povrchu vzorky, ktorý je podobný princípu fungovania priemyselnej TV. .
Rozlíšenie rastrovacieho elektrónového mikroskopu je určené hlavne priemerom elektrónového lúča na povrchu vzorky. Zväčšenie je pomer amplitúdy skenovania na obrazovke k amplitúde skenovania na vzorke, ktorá sa môže plynule meniť od desaťnásobku po státisíckrát. Skenovacia elektrónová mikroskopia nevyžaduje veľmi tenké vzorky; obraz má silný trojrozmerný efekt; na analýzu zloženia látok môže využívať informácie ako sekundárne elektróny, absorbované elektróny a röntgenové lúče generované interakciou elektrónových lúčov a látok.
Elektrónové delo a kondenzorová šošovka rastrovacieho elektrónového mikroskopu sú približne rovnaké ako šošovky transmisného elektrónového mikroskopu, ale aby bol elektrónový lúč tenší, sú pod kondenzorovú šošovku pridané šošovky objektívu a astigmatizér a dve sady vo vnútri šošovky objektívu sú inštalované vzájomne kolmé skenovacie lúče. cievka. Vzorková komora pod šošovkou objektívu je vybavená vzorkovým stolíkom, ktorý sa môže pohybovať, otáčať a nakláňať.
Použitie elektrónových mikroskopov
Elektrónové mikroskopy možno podľa štruktúry a použitia rozdeliť na transmisné elektrónové mikroskopy, rastrovacie elektrónové mikroskopy, reflexné elektrónové mikroskopy a emisné elektrónové mikroskopy. Transmisné elektrónové mikroskopy sa často používajú na pozorovanie štruktúr jemných materiálov, ktoré nemožno rozlíšiť bežnými mikroskopmi; rastrovacie elektrónové mikroskopy sa používajú hlavne na pozorovanie morfológie pevných povrchov a môžu sa tiež kombinovať s röntgenovými difraktometrami alebo elektrónovými energetickými spektrometrami na vytvorenie elektronických mikrosond na analýzu zloženia materiálu; emisná elektrónová mikroskopia na štúdium povrchov samovyžarujúcich elektrónov.
Transmisný elektrónový mikroskop je pomenovaný podľa toho, že elektrónový lúč prenikne do vzorky a následne zväčší obraz pomocou elektrónovej šošovky. Jeho optická dráha je podobná dráhe optického mikroskopu. V tomto type elektrónového mikroskopu je kontrast v detaile obrazu vytvorený rozptylom elektrónového lúča atómami vzorky. Tenšia časť vzorky alebo časť vzorky s nižšou hustotou má menší rozptyl elektrónového lúča, takže cez clonu objektívu prechádza viac elektrónov a podieľa sa na zobrazovaní a na obrázku sa javia ako jasnejšie. Naopak, hrubšie alebo hustejšie časti vzorky sa javia na obrázku tmavšie. Ak je vzorka príliš hrubá alebo príliš hustá, absorbovaním energie elektrónového lúča sa kontrast obrazu zhorší, alebo sa dokonca poškodí alebo zničí.
