Kelebihan Mikroskopi Elektron berbanding Mikroskopi Cahaya
Mikroskop elektron mikroskop optik pengimejan prinsip persamaan dan perbezaan
Mikroskop elektron ialah alat yang menggantikan pancaran cahaya dan kanta optik dengan pancaran elektron dan kanta elektron mengikut prinsip optik elektron, supaya struktur halus jirim boleh digambarkan di bawah pembesaran yang sangat tinggi.
Kuasa penyelesaian mikroskop elektron dinyatakan dengan jarak kecil antara dua titik bersebelahan yang boleh diselesaikannya. Pada tahun 1970s, mikroskop elektron penghantaran mempunyai resolusi kira-kira 0.3 nanometer (mata manusia mempunyai kuasa penyelesaian kira-kira 0.1 milimeter). Sekarang pembesaran maksimum mikroskop elektron adalah lebih daripada 3 juta kali, dan pembesaran maksimum mikroskop optik adalah kira-kira 2000 kali, jadi atom-atom logam berat tertentu dan kekisi atom yang tersusun rapi dalam kristal boleh terus diperhatikan melalui mikroskop elektron.
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska di Jerman mengubah suai osiloskop voltan tinggi dengan sumber elektron nyahcas katod sejuk dan tiga kanta elektron, dan memperoleh imej yang diperbesarkan lebih daripada sepuluh kali, yang mengesahkan kemungkinan pengimejan pembesar oleh mikroskop elektron. . . Pada tahun 1932, selepas penambahbaikan Ruska, kuasa penyelesaian mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, iaitu kira-kira sepuluh kali ganda kuasa penyelesaian mikroskop optik pada masa itu, jadi mikroskop elektron mula menarik perhatian orang ramai.
Pada 1940s, Hill di Amerika Syarikat mengimbangi asimetri putaran kanta elektron dengan astigmatist, yang membuat satu kejayaan baharu dalam kuasa penyelesaian mikroskop elektron dan secara beransur-ansur mencapai tahap moden. Di China, mikroskop elektron penghantaran dengan resolusi 3 nanometer berjaya dibangunkan pada tahun 1958, dan mikroskop elektron berskala besar dengan resolusi 0.3 nanometer telah dibuat pada tahun 1979.
Walaupun kuasa penyelesaian mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sukar untuk memerhati organisma hidup kerana mikroskop elektron perlu berfungsi di bawah keadaan vakum, dan penyinaran pancaran elektron juga akan menyebabkan kerosakan sinaran kepada sampel biologi. Isu lain, seperti peningkatan kecerahan pistol elektron dan kualiti kanta elektron, juga perlu dikaji lebih lanjut.
Kuasa penyelesaian adalah penunjuk penting mikroskop elektron, yang berkaitan dengan sudut kon kejadian dan panjang gelombang pancaran elektron yang melalui sampel. Panjang gelombang cahaya kelihatan adalah kira-kira 300 hingga 700 nanometer, manakala panjang gelombang pancaran elektron berkaitan dengan voltan pecutan. Apabila voltan pecutan ialah 50-100 kV, panjang gelombang rasuk elektron ialah kira-kira 0.0053-0.0037 nm. Oleh kerana panjang gelombang pancaran elektron adalah jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat, walaupun sudut kon pancaran elektron hanya 1 peratus daripada mikroskop optik, kuasa penyelesaian mikroskop elektron masih jauh lebih baik daripada itu. daripada mikroskop optik.
Mikroskop elektron terdiri daripada tiga bahagian: tiub kanta, sistem vakum dan kabinet bekalan kuasa. Tong kanta terutamanya termasuk pistol elektron, kanta elektron, pemegang sampel, skrin pendarfluor dan mekanisme kamera, yang biasanya dipasang ke dalam silinder dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri daripada pam vakum mekanikal, pam resapan dan injap vakum, dsb. Saluran paip gas disambungkan dengan tong kanta; kabinet bekalan kuasa terdiri daripada penjana voltan tinggi, penstabil arus pengujaan dan pelbagai unit pelarasan dan kawalan.
Kanta elektron adalah bahagian penting dalam laras mikroskop elektron. Ia menggunakan medan elektrik spatial atau medan magnet yang simetri kepada paksi tong untuk membengkokkan trajektori elektron ke paksi untuk membentuk fokus. Fungsinya adalah serupa dengan kanta cembung kaca untuk memfokuskan rasuk, jadi ia dipanggil kanta elektron. . Kebanyakan mikroskop elektron moden menggunakan kanta elektromagnet, yang memfokuskan elektron oleh medan magnet yang kuat yang dihasilkan oleh arus pengujaan DC yang sangat stabil melalui gegelung dengan kasut tiang.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri daripada katod panas filamen tungsten, grid dan katod. Ia boleh memancarkan dan membentuk pancaran elektron dengan kelajuan seragam, jadi kestabilan voltan pecutan tidak kurang daripada 1/10,000.
Mikroskop elektron boleh dibahagikan kepada mikroskop elektron penghantaran, mikroskop elektron pengimbasan, mikroskop elektron pantulan dan mikroskop elektron pelepasan mengikut struktur dan penggunaannya. Mikroskop elektron penghantaran sering digunakan untuk memerhati struktur bahan halus yang tidak dapat dibezakan oleh mikroskop biasa; mikroskop elektron pengimbasan digunakan terutamanya untuk memerhati morfologi permukaan pepejal, dan juga boleh digabungkan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer tenaga elektron untuk membentuk elektron. Mikroprob untuk analisis komposisi bahan; Mikroskopi Elektron Pelepasan untuk kajian permukaan elektron pemancar sendiri.
Mikroskop elektron unjuran dinamakan sempena pancaran elektron menembusi sampel dan kemudian menggunakan kanta elektron untuk imej dan pembesaran. Laluan optiknya adalah serupa dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron ini, kontras butiran imej dicipta oleh penyerakan pancaran elektron oleh atom sampel. Bahagian sampel yang lebih nipis atau kurang tumpat, pancaran elektron tersebar lebih sedikit, jadi lebih banyak elektron melalui apertur objektif, mengambil bahagian dalam pengimejan, dan kelihatan lebih cerah dalam imej. Sebaliknya, bahagian sampel yang lebih tebal atau lebih padat kelihatan lebih gelap dalam imej. Jika sampel terlalu tebal atau terlalu padat, kontras imej akan merosot atau rosak atau musnah dengan menyerap tenaga pancaran elektron.
Bahagian atas tiub mikroskop elektron penghantaran ialah pistol elektron, elektron dipancarkan oleh katod panas filamen tungsten, melalui laser, dan dua kanta pemeluwap kedua memfokuskan pancaran elektron. Selepas melalui sampel, pancaran elektron diimej pada cermin perantaraan oleh kanta objektif, dan kemudian dibesarkan langkah demi langkah melalui cermin perantaraan dan cermin unjuran, dan kemudian diimej pada skrin pendarfluor atau plat kering fotografi.
Cermin perantaraan terutamanya melaraskan arus pengujaan, dan pembesaran boleh terus ditukar daripada berpuluh-puluh kali kepada ratusan ribu kali; dengan menukar jarak fokus cermin perantaraan, imej mikroskop elektron dan imej pembelauan elektron boleh diperolehi pada bahagian kecil sampel yang sama. . Untuk mengkaji sampel kepingan logam yang lebih tebal, Makmal Optik Elektron Dulos Perancis telah membangunkan mikroskop elektron voltan ultra tinggi dengan voltan pecutan 3500 kV. Skema Struktur Mikroskop Elektron Mengimbas
Rasuk elektron mikroskop elektron pengimbasan tidak melalui sampel, tetapi hanya mengimbas permukaan sampel untuk merangsang elektron sekunder. Kristal kilauan yang diletakkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini dan memodulasi keamatan pancaran elektron tiub gambar selepas penguatan, dengan itu menukar kecerahan pada skrin tiub gambar. Kuk pesongan tiub gambar terus mengimbas secara serentak dengan pancaran elektron pada permukaan sampel, supaya skrin pendarfluor tiub gambar memaparkan imej topografi permukaan sampel, yang serupa dengan prinsip kerja televisyen industri.
Resolusi mikroskop elektron pengimbasan ditentukan terutamanya oleh diameter pancaran elektron pada permukaan sampel. Pembesaran ialah nisbah amplitud pengimbasan pada tiub gambar kepada amplitud pengimbasan pada sampel, yang boleh ditukar secara berterusan daripada berpuluh-puluh kali kepada ratusan ribu kali. Mengimbas mikroskop elektron tidak memerlukan sampel yang sangat nipis; imej mempunyai kesan tiga dimensi yang kuat; ia boleh menganalisis komposisi jirim menggunakan maklumat seperti elektron sekunder, elektron yang diserap dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi pancaran elektron dengan jirim.
Pistol elektron dan pemeluwap mikroskop elektron pengimbasan adalah lebih kurang sama dengan mikroskop elektron penghantaran, tetapi untuk menjadikan pancaran elektron lebih nipis, kanta objektif dan astigmatist ditambah di bawah pemeluwap, dan dua set elektron pengimbasan yang berserenjang antara satu sama lain dipasang di dalam kanta objektif. gegelung. Ruang sampel di bawah kanta objektif menempatkan peringkat sampel yang boleh digerakkan, diputar dan dicondongkan.
