مزایای میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ نوری

مزایای میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ نوری

میکروسکوپ الکترونی ابزاری مبتنی بر اصول اپتیک الکترونیکی است که از پرتوها و عدسی های الکترونی به جای پرتوهای نور و عدسی های نوری برای تصویربرداری از ساختارهای ظریف ماده با بزرگنمایی بسیار بالا استفاده می کند.

توانایی تفکیک میکروسکوپ الکترونی با فاصله کمی بین دو نقطه مجاور که می تواند تشخیص دهد نشان داده می شود. در دهه ۱۹۷0، وضوح یک میکروسکوپ الکترونی عبوری حدود 0.3 نانومتر بود (رزولوشن چشم انسان حدود 0.1 میلی‌متر). امروزه میکروسکوپ های الکترونی بیش از 3 میلیون برابر بزرگنمایی دارند در حالی که میکروسکوپ های نوری حدود 2000 برابر بزرگنمایی دارند. بنابراین، میکروسکوپ‌های الکترونی می‌توانند مستقیماً شبکه اتمی منظم اتم‌ها و کریستال‌های فلزات سنگین را مشاهده کنند.

اگرچه میکروسکوپ‌های الکترونی وضوح بسیار بهتری نسبت به میکروسکوپ‌های نوری دارند، اما به دلیل نیاز به کار در شرایط خلاء، مشاهده موجودات زنده دشوار است و تابش پرتوهای الکترونی نیز می‌تواند باعث آسیب تشعشع به نمونه‌های بیولوژیکی شود. مسائل دیگری مانند بهبود روشنایی تفنگ الکترونی و کیفیت لنزهای الکترونی نیز نیاز به مطالعه بیشتر دارند.

وضوح یک شاخص مهم میکروسکوپ الکترونی است که به زاویه مخروط و طول موج پرتو الکترونی عبوری از نمونه مربوط می شود. طول موج نور مرئی تقریباً {0}} نانومتر است، در حالی که طول موج پرتو الکترونی مربوط به ولتاژ شتاب است. وقتی ولتاژ شتاب 50-100 کیلوولت باشد، طول موج پرتو الکترونی تقریباً 0.0037.{3}} نانومتر است. با توجه به این واقعیت که طول موج پرتو الکترونی بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، حتی اگر زاویه مخروط پرتو الکترونی تنها 1 درصد از یک میکروسکوپ نوری باشد، وضوح میکروسکوپ الکترونی همچنان بسیار زیاد است. بهتر از میکروسکوپ نوری

میکروسکوپ الکترونی از سه بخش تشکیل شده است: یک لوله آینه، یک سیستم خلاء و یک کابینت برق. لوله لنز عمدتاً از تفنگ های الکترونیکی، لنزهای الکترونیکی، قفسه های نمونه، صفحه های فلورسنت و مکانیسم های دوربین تشکیل شده است که معمولاً در یک ستون از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از پمپ های خلاء مکانیکی، پمپ های انتشار و دریچه های خلاء تشکیل شده است و از طریق یک خط لوله استخراج هوا به لوله آینه متصل می شود. کابینت برق از یک ژنراتور ولتاژ بالا، تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای تنظیم و کنترل مختلف تشکیل شده است.

عدسی الکترونی جزء مهمی در لوله میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی فضایی متقارن با محور لوله استفاده می کند تا مسیر الکترون را به سمت محور خم کند و یک کانون را تشکیل دهد. عملکرد آن شبیه به عدسی محدب شیشه ای برای متمرکز کردن پرتو نور است، بنابراین به آن عدسی الکترونی می گویند. اکثر میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که الکترون‌ها را از طریق یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط جریان تحریک DC پایدار که از یک سیم‌پیچ با کفشک‌های قطبی عبور می‌کند، متمرکز می‌کنند.

تفنگ الکترونی جزئی است که از یک کاتد داغ سیم تنگستن، یک دروازه و یک کاتد تشکیل شده است. می تواند پرتوهای الکترونی را با سرعت یکنواخت ساطع و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب کمتر از یک هزارم نیست.

پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند و فقط الکترون های ثانویه را روی سطح نمونه اسکن و تحریک می کند. کریستال سوسوزن که در کنار نمونه قرار می گیرد، این الکترون های ثانویه را دریافت می کند و شدت پرتو الکترونی لوله تصویر را پس از تقویت تعدیل می کند، در نتیجه روشنایی صفحه فلورسنت لوله تصویر را تغییر می دهد. سیم پیچ انحراف لوله تصویر برای اسکن با پرتو الکترونی روی سطح نمونه هماهنگ می شود، به طوری که صفحه فلورسنت لوله تصویر تصویر مورفولوژی سطح نمونه را نشان می دهد که مشابه اصل کار تلویزیون صنعتی است.

وضوح یک میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً به قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه بستگی دارد. بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها بار تا صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصاویر دارای حس قوی تصویربرداری هستند. می‌تواند ترکیب مواد را با استفاده از اطلاعاتی مانند الکترون‌های ثانویه، الکترون‌های جذب‌شده، و اشعه ایکس که از برهمکنش بین پرتوهای الکترونی و مواد ایجاد می‌شود، تجزیه و تحلیل کند.

تفنگ الکترونی و کندانسور یک میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای اینکه پرتو الکترونی ظریف‌تر شود، یک عدسی شیئی و یک آستیگماتایزر در زیر کندانسور و دو مجموعه عمود بر یکدیگر اضافه می‌شود. سیم پیچ های اسکن نیز در داخل لنز شیئی نصب می شوند. محفظه نمونه زیر عدسی شیئی مجهز به یک مرحله نمونه است که می تواند حرکت، چرخش و کج شود.