Elektron ve ışık mikroskobunun faydalarının karşılaştırılması
Bir elektron mikroskobunun çözme gücü, çözebileceği iki bitişik nokta arasındaki küçük mesafe ile temsil edilir. 1970lerde, transmisyon elektron mikroskoplarının çözünürlüğü yaklaşık 0,3 nanometreydi (insan gözünün çözme gücü yaklaşık 0,1 milimetredir). Şimdi elektron mikroskobunun maksimum büyütmesi 3 milyon katı aşarken, optik mikroskobun maksimum büyütmesi yaklaşık 2000 kattır, bu nedenle bazı ağır metallerin atomları ve kristalde düzgün bir şekilde düzenlenmiş atomik kafesler elektron mikroskobu aracılığıyla doğrudan gözlemlenebilir. .
1931'de Almanya'dan Knorr-Bremse ve Ruska, yüksek voltajlı bir osiloskopu soğuk katot deşarjlı bir elektron kaynağı ve üç elektron merceği ile yeniden donattılar ve on kattan fazla büyütülmüş bir görüntü elde ettiler, bu da elektron mikroskobu ile büyütülmüş görüntüleme olasılığını doğruladı. 1932'de Ruska'nın geliştirmesinden sonra, elektron mikroskobunun çözme gücü, o zamanki optik mikroskobun çözme gücünün yaklaşık on katı olan 50 nanometreye ulaştı ve böylece elektron mikroskobu insanların dikkatini çekmeye başladı.
1940lerde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hill, elektron merceğinin dönme asimetrisini telafi etmek için bir astigmatizör kullandı, bu da elektron mikroskobunun çözme gücünde yeni bir atılım yaptı ve yavaş yavaş modern düzeye ulaştı. Çin'de 1958'de 3 nanometre çözünürlüğe sahip bir transmisyon elektron mikroskobu başarıyla geliştirildi ve 1979'da 0.3 nanometre çözünürlüğe sahip büyük bir elektron mikroskobu üretildi.
Elektron mikroskobunun çözme gücü optik mikroskoba göre çok daha iyi olmasına rağmen, canlı organizmaları gözlemlemek zordur çünkü elektron mikroskobunun vakum koşulları altında çalışması gerekir ve elektron ışınının ışınlaması da biyolojik numunelerin bozulmasına neden olur. radyasyondan zarar görebilir. Elektron tabancasının parlaklığının iyileştirilmesi ve elektron merceğinin kalitesi gibi diğer konuların da daha fazla çalışılması gerekiyor.
Çözme gücü, numuneden geçen elektron demetinin gelen koni açısı ve dalga boyu ile ilgili olan elektron mikroskobunun önemli bir göstergesidir. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık {{0}} nanometre iken, elektron ışınlarının dalga boyu hızlanan voltajla ilişkilidir. Hızlanma voltajı 50-100 kV olduğunda, elektron ışını dalga boyu yaklaşık 0.0053-0.0037 nanometredir. Elektron ışınının dalga boyu, görünür ışığın dalga boyundan çok daha küçük olduğu için, elektron ışınının koni açısı optik mikroskobun sadece yüzde 1'i kadar olsa bile, elektron mikroskobunun çözme gücü yine de bundan çok daha üstündür. optik mikroskoptan.
Elektron mikroskobu üç bölümden oluşur: mercek çerçevesi, vakum sistemi ve güç kaynağı kabini. Mercek namlusu esas olarak elektron tabancalarını, elektron merceklerini, numune tutucuları, flüoresan ekranları ve kamera mekanizmalarını içerir. Bu bileşenler genellikle yukarıdan aşağıya bir sütun halinde birleştirilir; vakum sistemi mekanik vakum pompaları, difüzyon pompaları ve vakum valflerinden oluşur. Gaz boru hattı mercek çerçevesine bağlıdır; güç kabini, bir yüksek voltaj jeneratörü, bir uyarma akımı dengeleyici ve çeşitli ayar kontrol ünitelerinden oluşur.
Elektron merceği, elektron mikroskobu merceğinin önemli bir parçasıdır. Bir odak oluşturmak için elektron izini eksene doğru bükmek için lens namlusunun eksenine simetrik bir uzay elektrik alanı veya manyetik alan kullanır. Işlevi, ışını odaklamak için bir cam dışbükey merceğinkine benzer, bu nedenle elektronik mercek olarak adlandırılır. . Modern elektron mikroskoplarının çoğu, kutup pabuçlu bir bobinden geçen çok kararlı bir DC uyarma akımı tarafından üretilen güçlü bir manyetik alan yoluyla elektronları odaklayan elektromanyetik lensler kullanır.
Elektron tabancası, bir tungsten filament sıcak katot, bir ızgara ve bir katottan oluşan bir bileşendir. Tekdüze bir hızla bir elektron ışını yayabilir ve oluşturabilir, bu nedenle hızlanan voltajın kararlılığının on binde birden az olmaması gerekir.
Elektron mikroskopları yapılarına ve kullanımlarına göre transmisyon elektron mikroskopları, taramalı elektron mikroskopları, yansıma elektron mikroskopları ve emisyon elektron mikroskopları olarak ayrılabilir. Geçirgen elektron mikroskopları, sıradan mikroskoplarla çözülemeyen ince malzeme yapılarını gözlemlemek için sıklıkla kullanılır; taramalı elektron mikroskopları esas olarak katı yüzeylerin morfolojisini gözlemlemek için kullanılır ve ayrıca malzeme bileşimi analizi için elektronik Mikroproblar oluşturmak üzere X-ışını difraktometreleri veya elektron enerji spektrometreleri ile birleştirilebilir; kendinden yayılan elektron yüzeylerinin incelenmesi için emisyon elektron mikroskobu.
Transmisyon elektron mikroskobu adını, elektron demetinin numuneye nüfuz etmesinden ve ardından elektron merceği ile görüntüyü büyütmesinden almıştır. Optik yolu, optik mikroskobunkine benzer. Bu tür elektron mikroskobunda, görüntü detayındaki kontrast, numunenin atomları tarafından elektron demetinin saçılmasıyla oluşturulur. Numunenin daha ince veya daha düşük yoğunluklu kısmı daha az elektron ışını saçılmasına sahiptir, bu nedenle objektif diyaframdan daha fazla elektron geçer ve görüntülemeye katılır ve görüntüde daha parlak görünür. Tersine, numunenin daha kalın veya daha yoğun kısımları görüntüde daha koyu görünür. Numune çok kalın veya çok yoğunsa, elektron ışınının enerjisini emerek görüntünün kontrastı bozulacak, hatta zarar görecek veya yok olacaktır.
the
Transmisyon elektron mikroskobu sütununun üst kısmı elektron tabancasıdır, elektronlar tungsten sıcak katot tarafından yayılır, birinciden geçer ve ikinci iki yoğunlaştırıcı ayna elektron ışınını odaklar. Numuneden geçtikten sonra, elektron ışını objektif lens tarafından ara aynada görüntülenir ve ardından ara ayna ve projeksiyon aynası aracılığıyla adım adım büyütülür ve ardından flüoresan ekranda veya fotokoherent plakada görüntülenir.
Ara aynanın büyütmesi, esas olarak uyarma akımının ayarlanması yoluyla sürekli olarak on kereden yüz binlerce defaya kadar değiştirilebilir; ara aynanın odak uzaklığı değiştirilerek aynı numunenin çok küçük parçaları üzerinde elektron mikroskobik görüntüler ve elektron kırınım görüntüleri elde edilebilir. Daha kalın metal dilim örneklerini incelemek için, Fransız Dulos Elektron Optik Laboratuvarı, 3500 kV hızlanma voltajına sahip ultra yüksek voltajlı bir elektron mikroskobu geliştirdi. taramalı elektron mikroskobu yapısının şematik diyagramı
Taramalı elektron mikroskobunun elektron ışını numunenin içinden geçmez, sadece numunenin yüzeyindeki ikincil elektronları tarar ve uyarır. Numunenin yanına yerleştirilen sintilasyon kristali bu ikincil elektronları alır, resim tüpünün elektron ışını yoğunluğunu yükseltir ve modüle eder, böylece resim tüpünün ekranının parlaklığını değiştirir. Resim tüpünün saptırma bobini, numunenin yüzeyindeki elektron ışını ile senkronize taramayı sürdürür, böylece resim tüpünün flüoresan ekranı, endüstriyel bir TV'nin çalışma prensibine benzer şekilde, numune yüzeyinin topografik görüntüsünü gösterir. .
Bir taramalı elektron mikroskobunun çözünürlüğü esas olarak numune yüzeyindeki elektron demetinin çapı ile belirlenir. Büyütme, resim tüpündeki tarama genliğinin numunedeki tarama genliğine oranıdır ve sürekli olarak on kereden yüz binlerce kereye kadar değiştirilebilir. Taramalı elektron mikroskobu çok ince numuneler gerektirmez; görüntünün güçlü bir üç boyutlu etkisi vardır; maddelerin bileşimini analiz etmek için ikincil elektronlar, soğurulan elektronlar ve elektron ışınları ile maddeler arasındaki etkileşim tarafından üretilen X-ışınları gibi bilgileri kullanabilir.
Taramalı elektron mikroskobunun elektron tabancası ve yoğunlaştırıcı merceği, transmisyonlu elektron mikroskobundakilerle kabaca aynıdır, ancak elektron demetini daha ince yapmak için, yoğunlaştırıcı merceğin altına bir objektif mercek ve bir astigmatizör eklenir ve iki set objektif merceğin içine karşılıklı olarak dikey tarama ışınları yerleştirilmiştir. bobin. Objektif merceğin altındaki numune odası, hareket edebilen, dönebilen ve eğilebilen bir numune tablası ile donatılmıştır.
