Elektron mikroskobu ve optik mikroskopinin avantajları
Alt mikroskop, maddenin ince yapılarını çok yüksek büyütmelerde görüntülemek için, elektron optiği prensiplerine dayanan ışık ışınları ve optik mercekler yerine elektron ışınları ve mercekleri kullanan bir araçtır.
Bir elektron mikroskobunun çözünürlüğü, ayırt edebildiği bitişik iki nokta arasındaki küçük mesafe ile temsil edilir. 1970'lerde, transmisyon elektron mikroskobunun çözünürlüğü yaklaşık 0,3 nanometreydi (insan gözünün çözünürlüğü yaklaşık 0,1 milimetreydi). Günümüzde elektron mikroskopları 3 milyon katın üzerinde büyütmeye sahipken, optik mikroskoplar yaklaşık 2000 kat büyütmeye sahiptir. Bu nedenle elektron mikroskopları, bazı ağır metallerin atomlarında ve kristallerinde düzgün bir şekilde düzenlenmiş atomik kafesi doğrudan gözlemleyebilir.
1931'de Almanya'dan Knorr ve Ruska, soğuk katot deşarjlı elektron kaynağına ve üç elektron merceğine sahip yüksek voltajlı bir osiloskopu modifiye ettiler ve on kattan fazla büyütülmüş görüntüler elde ederek elektron mikroskobu büyütmeli görüntüleme olasılığını doğruladılar. 1932 yılında Ruska'nın gelişmesiyle elektron mikroskoplarının çözünürlüğü 50 nanometreye ulaştı; bu o zamanki optik mikroskopların çözünürlüğünün yaklaşık on katıydı. Bunun sonucunda elektron mikroskopları ilgi görmeye başladı.
1940'lerde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hill, elektron merceklerinin dönme asimetrisini bir astigmatizörle telafi etti ve bunun sonucunda elektron mikroskoplarının çözünürlüğünde yeni bir çığır açıldı ve giderek modern seviyelere ulaştı. Çin'de 1958'de 3 nanometre çözünürlüğe sahip bir transmisyon elektron mikroskobu başarıyla geliştirildi. 1979'da 0,3 nanometre çözünürlüğe sahip büyük bir elektron mikroskobu da geliştirildi.
Elektron mikroskoplarının çözünürlüğü optik mikroskoplardan çok daha üstün olmasına rağmen, vakum koşullarında çalışma gereği nedeniyle canlı organizmaları gözlemlemek zordur ve elektron ışını ışınlaması biyolojik örneklerde radyasyon hasarına da neden olabilir. Elektron tabancası parlaklığının ve elektron merceği kalitesinin iyileştirilmesi gibi diğer konular da daha fazla araştırma gerektirir.
Çözünürlük, numuneden geçen elektron ışınının gelen koni açısı ve dalga boyu ile ilişkili olan elektron mikroskobunun önemli bir göstergesidir. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık {{0}} nanometre iken, elektron ışınının dalga boyu hızlanma voltajıyla ilişkilidir. Hızlanma voltajı 50-100 kV olduğunda, elektron ışınının dalga boyu yaklaşık 0.0053-0.0037 nanometredir. Elektron ışınının dalga boyunun görünür ışıktan çok daha küçük olması nedeniyle, elektron ışınının koni açısı optik mikroskobun yalnızca %1'i olsa bile, elektron mikroskobunun çözünürlüğü hala çok daha iyidir. optik mikroskoptan daha fazladır.
Elektron mikroskobu üç bölümden oluşur: bir tüp, bir vakum sistemi ve bir güç kabini. Ayna namlusu temel olarak genellikle yukarıdan aşağıya doğru bir silindire monte edilen elektron tabancası, elektron merceği, numune tutucu, floresan ekran ve fotoğraf mekanizması gibi bileşenlerden oluşur; Vakum sistemi, bir ekstraksiyon boru hattı yoluyla ayna tüpüne bağlanan bir mekanik vakum pompası, bir difüzyon pompası ve bir vakum valfinden oluşur; Güç kabini, yüksek voltaj jeneratörü, uyarma akımı dengeleyicisi ve çeşitli düzenleme ve kontrol ünitelerinden oluşur.
Bir alt mercek, elektron mikroskobunun tüpündeki önemli bir bileşendir. Elektron yörüngesini eksene doğru bükmek ve bir odak oluşturmak için tüpün eksenine simetrik bir uzaysal elektrik veya manyetik alan kullanır. İşlevi, ışık ışınını odaklamak için cam dışbükey merceğe benzer, bu nedenle buna elektron merceği denir. Çoğu modern elektron mikroskobu, kutup pabuçlu bir bobinden geçen sabit bir DC uyarma akımı tarafından oluşturulan güçlü bir manyetik alanla elektronları odaklayan elektromanyetik lensler kullanır.
Elektron tabancası, tungsten tel sıcak katot, kapı ve katottan oluşan bir bileşendir. Düzgün hızda elektron ışınları yayabilir ve oluşturabilir, bu nedenle hızlanma voltajının kararlılığının binde birinden az olmaması gerekir.
