Elektronmikroskoobi koosseis Elektronmikroskoobi arengulugu
Elektronmikroskoobi komponendid
Elektronide allikas: see on katood, mis vabastab vabu elektrone ja rõngakujuline anood kiirendab elektrone. Katoodi ja anoodi pinge erinevus peab olema väga suur, tavaliselt mitme tuhande volti ja kolme miljoni volti vahel.
Elektronid: kasutatakse elektronide fokuseerimiseks. Üldjuhul kasutatakse magnetläätsi, mõnikord kasutatakse ka elektrostaatilisi läätsi. Elektronläätse funktsioon on sama, mis optilise mikroskoobi optilise läätse oma. Optilise läätse fookus on fikseeritud, kuid elektroonilise läätse fookust saab reguleerida, mistõttu ei ole elektronmikroskoobil optilise mikroskoobi moodi liigutatavat läätsesüsteemi.
Vaakumseade: vaakumseadet kasutatakse vaakumoleku tagamiseks mikroskoobi sees, nii et elektronid ei neelduks ega kalduks oma teel kõrvale.
Proovihoidik: proove saab stabiilselt proovihoidjale asetada. Lisaks on sageli seadmeid, millega saab proovi muuta (näiteks liigutada, pöörata, soojendada, jahutada, pikendada jne).
Detektor: signaal või sekundaarne signaal, mida kasutatakse elektronide kogumiseks. Proovi projektsiooni saab otse saada, kasutades ülekandeelektronmikroskoobi (Transmission Electron Microscopy TEM). Elektronid läbivad selles mikroskoobis proovi, seega peab proov olema väga õhuke. Proovi moodustavate aatomite aatommass, elektronide kiirendamise pinge ja soovitud eraldusvõime määravad proovi paksuse. Proovi paksus võib varieeruda mõnest nanomeetrist mõne mikromeetrini. Mida suurem on aatommass ja madalam pinge, seda õhem peab proov olema.
Objektiivi läätsesüsteemi muutmisega saab otse suurendada pilti objektiivi fookuspunktis. Sellest saab saada elektronide difraktsioonipilte. Seda pilti kasutades saab analüüsida proovi kristallstruktuuri.
Elektronmikroskoobi koostise põhimõte
Elektronmikroskoop koosneb kolmest osast: läätse silinder, vaakumsüsteem ja toitekapp. Objektiivi silinder sisaldab peamiselt elektronpüstoleid, elektronläätsi, proovihoidjaid, fluorestseeruvaid ekraane ja kaameramehhanisme. Need komponendid on tavaliselt kokku pandud kolonniks ülalt alla; vaakumsüsteem koosneb mehaanilistest vaakumpumpadest, difusioonipumpadest ja vaakumventiilidest. Gaasitoru on ühendatud objektiivi silindriga; toitekapp koosneb kõrgepingegeneraatorist, ergutusvoolu stabilisaatorist ja erinevatest reguleerimisjuhtplokkidest.
Elektronlääts on elektronmikroskoobi läätse silindri kõige olulisem osa. See kasutab kosmose elektrivälja või magnetvälja, mis on sümmeetriline läätse silindri telje suhtes, et painutada elektronide rada fookuse moodustamiseks telje suhtes. Selle funktsioon on sarnane klaasist kumerläätse funktsiooniga kiire fokuseerimiseks, seetõttu nimetatakse seda elektronideks. objektiiv. Enamikus kaasaegsetes elektronmikroskoopides kasutatakse elektromagnetläätsi, mis fokusseerivad elektronid läbi tugeva magnetvälja, mille tekitab väga stabiilne alalisvoolu ergutusvool, mis läbib pooluskingadega mähist.
Elektronpüstol on komponent, mis koosneb volframfilamendist kuumkatoodist, võrgust ja katoodist. See võib kiirata ja moodustada ühtlase kiirusega elektronkiire, seega peab kiirenduspinge stabiilsus olema vähemalt üks kümnetuhandik.
Elektronmikroskoobid võib nende struktuuri ja kasutusala järgi jagada transmissioonielektronmikroskoobideks, skaneerivateks elektronmikroskoopideks, peegelduselektronmikroskoobideks ja emissioonielektronmikroskoobideks. Transmissioonelektronmikroskoope kasutatakse sageli materjalide peenstruktuuride vaatlemiseks, mida tavamikroskoobid ei suuda lahendada; skaneerivaid elektronmikroskoope kasutatakse peamiselt tahkete pindade morfoloogia jälgimiseks ning neid saab kombineerida ka röntgendifraktomeetrite või elektronenergia spektromeetritega, et moodustada elektrooniline Mikrosfäärid tekivad elektronkiire hajumisel proovi aatomite poolt. Proovi õhemas või väiksema tihedusega osas on elektronkiire hajumine väiksem, nii et rohkem elektrone läbib objektiivi diafragmat ja osaleb pildistamisel ning paistab pildil heledam. Seevastu näidise paksemad või tihedamad osad paistavad pildil tumedamad. Kui proov on liiga paks või liiga tihe, siis kujutise kontrastsus halveneb või isegi kahjustub või hävib elektronkiire energia neelamisel.
Edastuselektronmikroskoobi läätse silindri ülaosa on elektronpüstol. Elektronid kiirgavad volframi kuumkatood ning elektronkiired fokusseeritakse esimese ja teise kondensaatoriga. Pärast proovi läbimist pildistatakse elektronkiir vahepeeglile objektiivi abil ja seejärel suurendatakse seda samm-sammult läbi vahepeegli ja projektsioonpeegli ning seejärel kuvatakse fluorestsentsekraanile või fotokoherentsele plaadile.
Vahepeegli suurendust saab pidevalt muuta kümnetest kordadest sadade tuhandeteni peamiselt ergutusvoolu reguleerimise kaudu; vahepeegli fookuskaugust muutes saab sama proovi pisikestel osadel saada elektronmikroskoopilisi pilte ja elektronide difraktsioonipilte. Paksemate metallilõigude proovide uurimiseks töötas Prantsuse Dulos Electron Optics Laboratory välja ülikõrgepinge elektronmikroskoobi, mille kiirenduspinge on 3500 kV.
Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronkiir ei läbi proovi, vaid ainult skaneerib ja ergastab proovi pinnal olevaid sekundaarseid elektrone. Proovi kõrvale asetatud stsintillatsioonikristall võtab need sekundaarsed elektronid vastu, võimendab ja moduleerib pilditoru elektronkiire intensiivsust, muutes seeläbi pilditoru ekraani heledust. Pilditoru läbipaindemähis hoiab sünkroonset skaneerimist proovi pinnal oleva elektronkiirega, nii et pilditoru fluorestseeruv ekraan kuvab proovi pinna topograafilist kujutist, mis on sarnane tööstusliku teleri tööpõhimõttega. .
Skaneeriva elektronmikroskoobi eraldusvõime määrab peamiselt proovi pinnal oleva elektronkiire läbimõõt. Suurendus on pilditoru skaneerimisamplituudi ja proovi skaneerimise amplituudi suhe, mida saab pidevalt muuta kümnetest kordadest sadade tuhandeteni. Skaneeriv elektronmikroskoopia ei vaja väga õhukesi proove; pildil on tugev kolmemõõtmeline efekt; see võib kasutada ainete koostise analüüsimiseks sellist teavet nagu sekundaarsed elektronid, neeldunud elektronid ja elektronkiirte ja ainete koosmõjul tekkinud röntgenikiirgus.
Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronpüstol ja kondensaatorlääts on ligikaudu samad, mis transmissioonielektronmikroskoobi omad, kuid elektronkiire õhemaks muutmiseks lisatakse kondensaatorläätse alla objektiiv ja astigmatisaator ning kaks komplekti Objektiivi sisse on paigaldatud vastastikku risti asetsevad skaneerimiskiired. mähis. Objektiivi all olev proovikamber on varustatud proovialusega, mida saab liigutada, pöörata ja kallutada.
Elektronmikroskoopide kasutusalad
Elektronmikroskoobid võib nende struktuuri ja kasutusala järgi jagada transmissioonielektronmikroskoobideks, skaneerivateks elektronmikroskoopideks, peegelduselektronmikroskoobideks ja emissioonielektronmikroskoobideks. Transmissioonelektronmikroskoope kasutatakse sageli materjalide peenstruktuuride vaatlemiseks, mida tavamikroskoobid ei suuda lahendada; skaneerivaid elektronmikroskoope kasutatakse peamiselt tahkete pindade morfoloogia jälgimiseks ning neid saab kombineerida ka röntgendifraktomeetrite või elektronenergia spektromeetritega, et moodustada elektroonilisi mikrosonde materjali koostise analüüsiks; emissioonelektronmikroskoopia iseemiteerivate elektronpindade uurimiseks.
Läbilaskev elektronmikroskoop on saanud nime selle järgi, et elektronkiir tungib proovi ja suurendab seejärel pilti elektronläätsega. Selle optiline tee on sarnane optilise mikroskoobi omaga. Seda tüüpi elektronmikroskoobis loob kujutise detailide kontrasti elektronkiire hajumine proovi aatomite poolt. Proovi õhemas või väiksema tihedusega osas on elektronkiire hajumine väiksem, nii et rohkem elektrone läbib objektiivi diafragmat ja osaleb pildistamisel ning paistab pildil heledam. Seevastu näidise paksemad või tihedamad osad paistavad pildil tumedamad. Kui proov on liiga paks või liiga tihe, siis kujutise kontrastsus halveneb või isegi kahjustub või hävib elektronkiire energia neelamisel.
