Mikroskoobi pildistamise põhimõtted
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 omaga kiire fokuseerimiseks, seetõttu nimetatakse seda elektronläätseks. 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 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.
Edastuselektronmikroskoobi kolonni ülaosa on elektronpüstol, elektronid kiirgavad volframi kuumkatoodiga ja elektronkiire fokusseeritakse kahe kondensaatorpeegli abil. 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 struktuuri skemaatiline diagramm
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 vastastikusest mõjust tekkinud röntgenikiirgus.
Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronpüstol ja kondensaatorlääts on ligikaudu samad, mis ülekandeelektronmikroskoobi omad, kuid elektronkiire õhemaks muutmiseks lisatakse kondensaatorläätse alla objektiivi ja astigmatisaatorit ning kaks komplekti Objektiivi sisse on paigaldatud vastastikku risti asetsevad skaneerimiskiired. mähis. Objektiivi all olev proovikamber on varustatud proovilavaga, mida saab liigutada, pöörata ja kallutada
