مزایای میکروسکوپ الکترونی در مقابل میکروسکوپ نوری
شباهت ها و تفاوت های اصلی تصویربرداری میکروسکوپ نوری میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ الکترونی ابزاری است که با توجه به اصل اپتیک الکترونی، پرتو نور و عدسی نوری را با پرتو الکترونی و عدسی الکترونی جایگزین میکند، به طوری که ساختار ظریف ماده با بزرگنمایی بسیار بالا قابل تصویربرداری است.
قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی با فاصله کمی بین دو نقطه مجاور که می تواند تفکیک کند بیان می شود. در دهه ۱۹۷0، میکروسکوپهای الکترونی عبوری دارای قدرت تفکیک 0.3 نانومتر بودند (قدرت تفکیک چشم انسان حدود 0.1 میلیمتر). در حال حاضر حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ الکترونی بیش از 3 میلیون برابر و حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ نوری حدود 2000 برابر است، بنابراین اتم های برخی از فلزات سنگین و شبکه اتمی منظم در کریستال ها را می توان مستقیماً از طریق میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد.
در سال 1931، Knorr-Bremse و Ruska در آلمان، یک اسیلوسکوپ ولتاژ بالا را با منبع الکترونی تخلیه کاتد سرد و سه عدسی الکترونی اصلاح کردند و تصویری با بزرگنمایی بیش از ده برابر به دست آوردند که امکان بزرگنمایی تصویربرداری توسط میکروسکوپ الکترونی را تایید کرد. . . در سال 1932، پس از بهبود Ruska، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به 50 نانومتر رسید که حدود ده برابر قدرت تفکیک میکروسکوپ نوری در آن زمان بود، بنابراین میکروسکوپ الکترونی توجه مردم را به خود جلب کرد.
در دهه 194، هیل در ایالات متحده، عدم تقارن چرخشی عدسی الکترونی را با یک آستیگماتیست جبران کرد، که پیشرفت جدیدی در قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی ایجاد کرد و به تدریج به سطح مدرن رسید. در چین، یک میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح 3 نانومتر در سال 1958 با موفقیت ساخته شد و یک میکروسکوپ الکترونی در مقیاس بزرگ با وضوح 0.3 نانومتر در سال 1979 ساخته شد.
اگرچه قدرت تفکیک میکروسکوپ های الکترونی به مراتب بهتر از میکروسکوپ های نوری است، اما مشاهده موجودات زنده دشوار است زیرا میکروسکوپ های الکترونی باید در شرایط خلاء کار کنند و تابش پرتوهای الکترونی نیز باعث آسیب تشعشع به نمونه های بیولوژیکی می شود. مسائل دیگری مانند بهبود روشنایی تفنگ الکترونی و کیفیت عدسی الکترونی نیز نیاز به مطالعه بیشتر دارد.
قدرت تفکیک نشانگر مهم میکروسکوپ الکترونی است که به زاویه مخروط فرودی و طول موج پرتو الکترونی عبوری از نمونه مربوط می شود. طول موج نور مرئی حدود 300 تا 700 نانومتر است، در حالی که طول موج پرتو الکترونی مربوط به ولتاژ شتاب دهنده است. وقتی ولتاژ شتاب دهنده 50-100 کیلوولت باشد، طول موج پرتو الکترونی حدود 0.0037.{4}} نانومتر است. از آنجایی که طول موج پرتو الکترونی بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، حتی اگر زاویه مخروط پرتو الکترونی فقط 1 درصد از یک میکروسکوپ نوری باشد، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی هنوز بسیار بالاتر از آن است. از یک میکروسکوپ نوری
میکروسکوپ الکترونی از سه بخش تشکیل شده است: لوله عدسی، سیستم خلاء و کابینت منبع تغذیه. لوله لنز عمدتاً شامل تفنگ الکترونی، لنز الکترونی، نگهدارنده نمونه، صفحه فلورسنت و مکانیسم دوربین است که معمولاً در یک استوانه از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از پمپ خلاء مکانیکی، پمپ انتشار و شیر خلاء و غیره تشکیل شده است. خط لوله گاز با بشکه لنز متصل می شود کابینت منبع تغذیه از یک ژنراتور ولتاژ بالا، یک تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای تنظیم و کنترل مختلف تشکیل شده است.
عدسی الکترونی بخش مهمی از لوله میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی متقارن با محور بشکه برای خم کردن مسیر الکترون به محور برای ایجاد تمرکز استفاده میکند. عملکرد آن شبیه به عدسی محدب شیشه ای برای تمرکز پرتو است، بنابراین به آن عدسی الکترونی می گویند. . بیشتر میکروسکوپهای الکترونی مدرن از عدسیهای الکترومغناطیسی استفاده میکنند که الکترونها را توسط یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار از طریق یک سیم پیچ با یک کفشک قطبی متمرکز میکنند.
تفنگ الکترونی جزئی است که از یک کاتد داغ رشته تنگستن، یک شبکه و یک کاتد تشکیل شده است. می تواند یک پرتو الکترونی با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب دهنده کمتر از 1/10 نیست،{2}}.
میکروسکوپ های الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربردشان به میکروسکوپ های الکترونی عبوری، میکروسکوپ های الکترونی روبشی، میکروسکوپ های الکترونی بازتابی و میکروسکوپ های الکترونی گسیلی تقسیم کرد. میکروسکوپهای الکترونی عبوری اغلب برای مشاهده ساختارهای مواد ظریفی که با میکروسکوپهای معمولی قابل تشخیص نیستند استفاده میشوند. میکروسکوپهای الکترونی روبشی عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطوح جامد استفاده میشوند و همچنین میتوانند با پراش سنجهای اشعه ایکس یا طیفسنجهای انرژی الکترونی برای تشکیل الکترون ترکیب شوند. میکروپروب برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد؛ میکروسکوپ الکترونی گسیلی برای مطالعه سطوح الکترون خود ساطع.
نام میکروسکوپ الکترونی پروژکشن پس از نفوذ پرتو الکترونی به نمونه و سپس استفاده از عدسی الکترونی برای تصویربرداری و بزرگنمایی است. مسیر نوری آن شبیه به یک میکروسکوپ نوری است. در این میکروسکوپ الکترونی کنتراست جزئیات تصویر با پراکندگی پرتو الکترونی توسط اتم های نمونه ایجاد می شود. قسمتهای نازکتر یا چگالتر نمونه، پرتو الکترونی کمتر پراکنده میشود، بنابراین الکترونهای بیشتری از دیافراگم هدف عبور میکنند، در تصویربرداری شرکت میکنند و در تصویر روشنتر به نظر میرسند. برعکس، قسمت های ضخیم تر یا متراکم تر نمونه در تصویر تیره تر به نظر می رسند. اگر نمونه خیلی ضخیم یا خیلی متراکم باشد، کنتراست تصویر بدتر می شود یا حتی با جذب انرژی پرتو الکترونی آسیب دیده یا از بین می رود.
بالای لوله میکروسکوپ الکترونی عبوری تفنگ الکترونی است، الکترون ها توسط کاتد داغ رشته تنگستن ساطع می شوند، از لیزر عبور می کنند و دو عدسی کندانسور دوم پرتو الکترونی را متمرکز می کنند. پس از عبور از نمونه، پرتو الکترونی توسط عدسی شیئی روی آینه میانی تصویربرداری می شود و سپس گام به گام از طریق آینه میانی و آینه طرح ریزی بزرگ می شود و سپس روی صفحه فلورسنت یا صفحه خشک عکاسی تصویربرداری می شود.
آینه میانی عمدتاً جریان تحریک را تنظیم می کند و بزرگنمایی را می توان به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر داد. با تغییر فاصله کانونی آینه میانی، می توان تصاویر میکروسکوپ الکترونی و تصاویر پراش الکترونی را بر روی قسمت های کوچک همان نمونه به دست آورد. . به منظور مطالعه نمونههای برش فلز ضخیمتر، آزمایشگاه اپتیک الکترون Dulos فرانسوی یک میکروسکوپ الکترونی با ولتاژ فوقالعاده با ولتاژ شتابدهنده 3500 کیلو ولت ایجاد کرده است. شماتیک ساختار میکروسکوپ الکترونی روبشی
پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند، بلکه فقط سطح نمونه را اسکن می کند تا الکترون های ثانویه را تحریک کند. یک 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 و در نتیجه روشنایی صفحه نمایش لوله تصویر را تغییر می دهد. یوغ انحراف لوله تصویر به طور همزمان با پرتو الکترونی روی سطح نمونه اسکن می شود، به طوری که صفحه فلورسنت لوله تصویر تصویر توپوگرافی سطح نمونه را نشان می دهد که مشابه اصل کار تلویزیون صنعتی است.
وضوح یک میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً با قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه تعیین می شود. بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصویر دارای یک اثر سه بعدی قوی است. میتواند ترکیب ماده را با استفاده از اطلاعاتی مانند الکترونهای ثانویه، الکترونهای جذبشده و اشعه ایکس که از برهمکنش پرتوهای الکترونی با ماده ایجاد میشود، تجزیه و تحلیل کند.
تفنگ الکترونی و کندانسور میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای نازکتر کردن پرتو الکترونی، یک عدسی شیئی و یک آستیگماتیست زیر کندانسور و دو مجموعه الکترون روبشی اضافه میشود. که عمود بر یکدیگر هستند در داخل عدسی شیئی نصب می شوند. سیم پیچ محفظه نمونه زیر عدسی شیئی، مرحله نمونه را در خود جای می دهد که می تواند حرکت، چرخش و کج شود.
