היתרונות של מיקרוסקופיה אלקטרונית לעומת מיקרוסקופיה אור
עיקרון הדמיה במיקרוסקופ אלקטרוני במיקרוסקופ אופטי דמיון והבדלים
מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מכשיר המחליף את קרן האור והעדשה האופטית בקרן אלקטרונים ועדשת אלקטרונים על פי עקרון אופטיקה אלקטרונים, כך שניתן לצלם את המבנה העדין של החומר בהגדלה גבוהה מאוד.
כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרוני מתבטא במרחק הקטן בין שתי נקודות סמוכות שהוא יכול לפתור. בשנות ה-1970, למיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת הייתה רזולוציה של כ-0.3 ננומטר (לעין האנושית יש כוח רזולוציה של כ-0.1 מילימטר). כעת ההגדלה המקסימלית של מיקרוסקופ אלקטרונים היא יותר מפי 3 מיליון, וההגדלה המקסימלית של מיקרוסקופ אופטי היא בערך פי 2000, כך שניתן לצפות ישירות באטומים של מתכות כבדות מסוימות והסריג האטומי המסודר בקפידה בקריסטלים דרך מיקרוסקופ אלקטרונים.
בשנת 1931 שינו קנור-ברמסה ורוסקה בגרמניה אוסילוסקופ במתח גבוה עם מקור אלקטרוני פריקה של קתודה קרה ושלוש עדשות אלקטרונים, והשיגו תמונה מוגדלת יותר מפי עשרה, שאישרה את האפשרות להגדיל את ההדמיה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים. . . בשנת 1932, לאחר השיפור של רוסקה, הגיע כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים ל-50 ננומטר, שהיה בערך פי עשרה מעוצמת הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי באותה תקופה, ולכן מיקרוסקופ האלקטרונים החל למשוך את תשומת לבם של אנשים.
בשנות ה-1940, היל בארצות הברית פיצה על האסימטריה הסיבובית של עדשת האלקטרונים עם אסטיגמטיקאי, שעשה פריצת דרך חדשה בכוח הפתרון של מיקרוסקופ האלקטרונים והגיע בהדרגה לרמה המודרנית. בסין פותח בהצלחה בשנת 1958 מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת ברזולוציה של 3 ננומטר, ומיקרוסקופ אלקטרונים בקנה מידה גדול ברזולוציה של 0.3 ננומטר נוצר בשנת 1979.
למרות שכוח הרזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרונים טוב בהרבה מזה של מיקרוסקופים אופטיים, קשה לצפות באורגניזמים חיים מכיוון שמיקרוסקופים אלקטרונים צריכים לעבוד בתנאי ואקום, והקרנה של קרני אלקטרונים תגרום גם לנזק קרינה לדגימות ביולוגיות. נושאים אחרים, כמו שיפור הבהירות של רובה האלקטרונים ואיכות עדשת האלקטרונים, צריכות להיבדק גם הן.
כוח הרזולוציה הוא אינדיקטור חשוב של מיקרוסקופ האלקטרונים, הקשור לזווית החרוט הנכנסת ולאורך הגל של קרן האלקטרונים העוברת דרך המדגם. אורך הגל של האור הנראה הוא בערך 300 עד 700 ננומטר, בעוד שאורך הגל של אלומת האלקטרונים קשור למתח האצה. כאשר מתח האצה הוא 50-100 קילו וולט, אורך הגל של אלומת האלקטרונים הוא בערך 0.0053-0.0037 ננומטר. מכיוון שאורך הגל של קרן האלקטרונים קטן בהרבה מאורך הגל של האור הנראה, גם אם זווית החרוט של קרן האלקטרונים היא רק 1 אחוז מזו של מיקרוסקופ אופטי, עוצמת הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים עדיין גבוהה בהרבה מזה. של מיקרוסקופ אופטי.
מיקרוסקופ האלקטרונים מורכב משלושה חלקים: צינור העדשה, מערכת הוואקום וארון אספקת החשמל. קנה העדשה כולל בעיקר אקדח אלקטרונים, עדשת אלקטרונים, מחזיק לדוגמא, מסך פלורסנט ומנגנון מצלמה, המורכבים לרוב לגליל מלמעלה למטה; מערכת הוואקום מורכבת ממשאבת ואקום מכנית, משאבת דיפוזיה ושסתום ואקום וכו'. צינור הגז מחובר לחבית העדשה; ארון אספקת החשמל מורכב מגנרטור מתח גבוה, מייצב זרם עירור ויחידות התאמה ובקרה שונות.
עדשת האלקטרונים היא חלק חשוב מחבית מיקרוסקופ האלקטרונים. הוא משתמש בשדה חשמלי מרחבי או בשדה מגנטי סימטרי לציר הקנה כדי לכופף את מסלול האלקטרונים לציר כדי ליצור מיקוד. תפקידו דומה לזה של עדשת זכוכית קמורה למקד את הקרן, ולכן היא נקראת עדשת אלקטרונים. . רוב מיקרוסקופי האלקטרונים המודרניים משתמשים בעדשות אלקטרומגנטיות, הממקדות את האלקטרונים על ידי שדה מגנטי חזק שנוצר על ידי זרם עירור DC יציב מאוד דרך סליל עם נעל מוט.
אקדח האלקטרונים הוא רכיב המורכב מקתודה חמה חוט טונגסטן, רשת וקתודה. הוא יכול לפלוט וליצור אלומת אלקטרונים במהירות אחידה, כך שהיציבות של מתח האצה אינה פחותה מ-1/10,000.
ניתן לחלק את מיקרוסקופי האלקטרונים למיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת, מיקרוסקופים אלקטרונים סורקים, מיקרוסקופי אלקטרונים השתקפות ומיקרוסקופי אלקטרונים פליטה לפי המבנה והשימוש בהם. מיקרוסקופים אלקטרונים שידור משמשים לעתים קרובות כדי לצפות באותם מבנים חומריים עדינים שלא ניתן להבחין בהם על ידי מיקרוסקופים רגילים; מיקרוסקופים סורקים של אלקטרונים משמשים בעיקר כדי לצפות במורפולוגיה של משטחים מוצקים, וניתן לשלב אותם גם עם מדדי דיפרקטומטרים של רנטגן או ספקטרומטרים של אנרגיית אלקטרונים ליצירת אלקטרונים. מיקרופרובס לניתוח הרכב החומר; מיקרוסקופ פליטת אלקטרונים לחקר משטחי אלקטרונים פולטים עצמיים.
מיקרוסקופ אלקטרוני ההקרנה נקרא על שם קרן האלקטרונים חודרת לדגימה ולאחר מכן משתמשת בעדשת האלקטרונים כדי לצלם ולהגדיל. הנתיב האופטי שלו דומה לזה של מיקרוסקופ אופטי. במיקרוסקופ אלקטרוני זה, הניגוד של פרטי התמונה נוצר על ידי פיזור קרן האלקטרונים על ידי האטומים של הדגימה. חלקים דקים יותר או פחות צפופים של הדגימה, אלומת האלקטרונים מתפזרת פחות, כך שיותר אלקטרונים עוברים דרך הצמצם האובייקטיבי, משתתפים בהדמיה ונראים בהירים יותר בתמונה. לעומת זאת, חלקים עבים או צפופים יותר של המדגם נראים כהים יותר בתמונה. אם הדגימה עבה מדי או צפופה מדי, הניגודיות של התמונה תתדרדר או אפילו תיפגע או תיהרס על ידי קליטת האנרגיה של אלומת האלקטרונים.
החלק העליון של צינור מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכה הוא אקדח האלקטרונים, האלקטרונים נפלטים על ידי הקתודה החמה של חוט טונגסטן, עוברים דרך הלייזר, ושתי עדשות הקבל השניות ממקדות את קרן האלקטרונים. לאחר מעבר דרך הדגימה, קרן האלקטרונים מצולם על המראה האמצעית על ידי עדשת האובייקט, ולאחר מכן מוגדלת שלב אחר שלב דרך המראה האמצעית ומראת ההקרנה, ולאחר מכן מצטלמת על מסך הפלורסנט או הצלחת היבשה.
מראת הביניים מתאימה בעיקר את זרם העירור, וניתן לשנות את ההגדלה באופן רציף מעשרות מונים למאות אלפי פעמים; על ידי שינוי אורך המוקד של מראה הביניים, ניתן לקבל תמונות של מיקרוסקופ אלקטרונים ותמונות עקיפות אלקטרונים על חלקים זעירים של אותה דגימה. . על מנת לחקור דגימות פרוסות מתכת עבות יותר, מעבדת האלקטרון האופטיקה של דולוס הצרפתית פיתחה מיקרוסקופ אלקטרונים במתח גבוה במיוחד עם מתח מאיץ של 3500 קילו-וולט. סריקה של מבנה מיקרוסקופ אלקטרוני
אלומת האלקטרונים של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק אינה עוברת דרך המדגם, אלא רק סורקת את פני הדגימה כדי לעורר אלקטרונים משניים. גביש נצנוץ הממוקם ליד הדגימה קולט את האלקטרונים המשניים הללו ומווסת את עוצמת אלומת האלקטרונים של צינור התמונה לאחר ההגברה, ובכך משנה את הבהירות על מסך צינור התמונה. עול הסטייה של צינור התמונה ממשיך לסרוק באופן סינכרוני עם אלומת האלקטרונים על משטח הדגימה, כך שהמסך הפלורסנט של צינור התמונה מציג את התמונה הטופוגרפית של משטח המדגם, הדומה לעקרון העבודה של טלוויזיה תעשייתית.
הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק נקבעת בעיקר על פי קוטר קרן האלקטרונים על פני הדגימה. ההגדלה היא היחס בין משרעת הסריקה בצינור התמונה לבין משרעת הסריקה בדגימה, אותה ניתן לשנות ברציפות מעשרות מונים למאות אלפי פעמים. מיקרוסקופ אלקטרוני סורק אינו דורש דגימות דקות מאוד; לתמונה יש אפקט תלת מימדי חזק; הוא יכול לנתח את הרכב החומר באמצעות מידע כגון אלקטרונים משניים, אלקטרונים נספגים וקרני רנטגן שנוצרות על ידי האינטראקציה של אלומות אלקטרונים עם חומר.
אקדח האלקטרונים והמעבה של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק זהים בערך לאלו של מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכה, אך על מנת להפוך את קרן האלקטרונים לדקה יותר, מוסיפים עדשה אובייקטיבית ואסטיגמטיסט מתחת למעבה, ושתי קבוצות של אלקטרונים סורקים. הניצבים זה לזה מותקנים בתוך עדשת האובייקטיב. סליל. תא הדגימה מתחת לעדשת האובייקטיבית מכיל את שלב הדגימה שניתן להזיז, לסובב ולהטות.
