انواع میکروسکوپ های الکترونی
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 ترکیب شوند تا میکروپروب‌های الکترونیکی برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد تشکیل دهند.
میکروسکوپ الکترونی گسیلی برای مطالعه سطوح الکترونی خود ساطع کننده استفاده می شود.
(1) میکروسکوپ الکترونی عبوری
اجزای یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) عبارتند از:
1. تفنگ الکترونی: الکترون های متشکل از کاتد، شبکه و آند را ساطع می کند.
2. لنز کندانسور: یک عدسی الکترونیکی است که پرتو الکترونی را متمرکز می کند و می تواند برای کنترل شدت روشنایی و زاویه دیافراگم استفاده شود.
3. محفظه نمونه: نمونه مورد نظر را قرار دهید و مجهز به میز چرخشی برای تغییر زاویه نمونه و همچنین مجهز به گرمایش، سرمایش و سایر تجهیزات است.
4. عدسی شیئی: عدسی با فاصله کوتاه با بزرگنمایی زیاد است و وظیفه آن بزرگنمایی تصویر الکترونیکی است. لنز شیئی کلید تعیین قدرت تفکیک و کیفیت تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری است.
5. آینه میانی: عدسی ضعیف با بزرگنمایی متغیر است و وظیفه آن بزرگنمایی مجدد تصویر الکترونیکی است. با تنظیم جریان آینه میانی می توان تصویر یا الگوی پراش الکترونی جسم را برای تقویت انتخاب کرد.
6. آینه انتقال: یک عدسی قوی با بزرگنمایی بالا است که برای بزرگنمایی بیشتر تصویر میانی پس از بزرگنمایی دوم و سپس تشکیل تصویر در صفحه فلورسنت استفاده می شود.
7. پمپ خلاء ثانویه: محفظه نمونه را وکیوم کنید.
8. دستگاه دوربین: برای ضبط تصاویر استفاده می شود. از آنجایی که الکترون ها به راحتی توسط اجسام پراکنده می شوند یا جذب می شوند، قدرت نفوذ کم است و چگالی و ضخامت نمونه بر کیفیت تصویربرداری نهایی تأثیر می گذارد. بخش های بسیار نازک تر باید تهیه شود، معمولاً 50-100 نانومتر.
بنابراین، هنگام مشاهده با میکروسکوپ الکترونی عبوری، نمونه باید بسیار نازک پردازش شود. معمولاً با برش نازک یا فریز اچ تهیه می شود:
(1) روش برش نازک
نمونه معمولاً با اسید اسمیک و گلوتارآلدئید ثابت می‌شود، با رزین اپوکسی تعبیه می‌شود و با انبساط حرارتی یا نیروی محرکه مارپیچی برش داده می‌شود. ضخامت برش 20-50 نانومتر است و برای افزایش کنتراست با نمک‌های فلزات سنگین رنگ‌آمیزی می‌شود.
(2) روش انجماد اچ نیز به عنوان روش شکست انجماد شناخته شده است
پس از اینکه نمونه ها در یخ خشک در درجه -100 یا نیتروژن مایع در درجه -196 منجمد شدند، نمونه ها به سرعت با یک چاقوی سرد بریده شدند. پس از گرم شدن نمونه شکسته، یخ بلافاصله در شرایط خلاء تصعید می شود و ساختار شکسته را آشکار می کند که به آن اچ می گویند. پس از اتمام اچینگ، یک لایه پلاتین تبخیر شده با زاویه 45 درجه نسبت به قسمت پاشیده می شود و یک لایه کربن با زاویه 90 درجه برای افزایش کنتراست و استحکام اسپری می شود. سپس نمونه با محلول هیپوکلریت سدیم هضم می شود و لایه کربن و پلاتین جدا می شود که به آن فیلم پیچیده می گویند که می تواند مورفولوژی سطح اچ شده نمونه را آشکار کند. تصویر به دست آمده در زیر میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده ساختار سطح شکسته سلول در نمونه است.
(2) میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در دهه 1960 عرضه شد و وضوح آن در حال حاضر می تواند به 6-10 نانومتر برسد.
اصل کار آن این است که پرتو الکترونی متمرکز ساطع شده توسط تفنگ الکترونی از طریق عدسی کندانسور دو مرحله ای، سیم پیچ انحرافی و عدسی شیئی به نمونه برخورد می کند، سطح نمونه را اسکن می کند و الکترون های ثانویه را تحریک می کند. مقدار الکترون های ثانویه تولید شده مربوط به زاویه برخورد پرتو الکترونی است، یعنی مربوط به ساختار سطح نمونه است. پس از جمع‌آوری الکترون‌های ثانویه توسط آشکارساز، آنها توسط سوسوزن به سیگنال‌های نوری تبدیل می‌شوند و سپس توسط لوله و تقویت‌کننده فتومولتی‌پلایر به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند تا شدت پرتو الکترونی روی صفحه فلورسنت کنترل شود و یک تصویر اسکن نمایش داده شود. هماهنگ با پرتو الکترونی تصویر یک تصویر سه بعدی است که ساختار سطح نمونه را منعکس می کند.
قبل از بازرسی، نمونه‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی باید ثابت شده، آب‌گیری شوند و سپس با لایه‌ای از ذرات فلزات سنگین اسپری شوند. فلزات سنگین سیگنال های الکترونیکی ثانویه را تحت بمباران پرتو الکترونی منتشر می کنند.
