Ievads elektronu mikroskopā

Firefly Productions / Getty Images

Elektronu mikroskopa izmantošanas priekšrocības salīdzinājumā ar optisko mikroskopu ir daudz lielāks palielinājums un izšķirtspēja. Trūkumi ir aprīkojuma izmaksas un izmērs, prasība pēc īpašas apmācības, lai sagatavotu paraugus mikroskopijai un izmantotu mikroskopu, kā arī nepieciešamība apskatīt paraugus. vakuumā (lai gan var izmantot dažus hidratētus paraugus).

Vienkāršākais veids, kā saprast, kā darbojas elektronu mikroskops, ir salīdzināt to ar parastu gaismas mikroskopu. Optiskajā mikroskopā jūs skatāties caur okulāru un objektīvu, lai redzētu palielinātu parauga attēlu. Optiskā mikroskopa iestatījums sastāv no parauga, lēcām, gaismas avota un attēla, ko varat redzēt.

Elektronu mikroskopā gaismas stara vietu ieņem elektronu stars. Paraugs ir īpaši jāsagatavo, lai elektroni varētu ar to mijiedarboties. Gaiss parauga kamerā tiek izsūknēts, veidojot vakuumu, jo elektroni gāzē netiek tālu. Lēcu vietā elektromagnētiskās spoles fokusē elektronu staru. Elektromagnēti saliek elektronu staru līdzīgi kā lēcas saliek gaismu. Attēlu veido elektroni , tāpēc tas tiek skatīts vai nu fotografējot (elektronu mikrogrāfiju), vai apskatot paraugu caur monitoru.

Ir trīs galvenie elektronu mikroskopijas veidi, kas atšķiras atkarībā no attēla veidošanas, parauga sagatavošanas un attēla izšķirtspējas. Tie ir transmisijas elektronu mikroskopija (TEM), skenējošā elektronu mikroskopija (SEM) un skenējošā tunelēšanas mikroskopija (STM).

Transmisijas elektronu mikroskops (TEM)

avid_creative / Getty Images

Skenējošā elektronu mikroskopijā elektronu stars tiek skenēts pāri parauga virsmai rastra veidā. Attēlu veido sekundārie elektroni, kas izstaro no virsmas, kad tos ierosina elektronu stars. Detektors kartē elektronu signālus, veidojot attēlu, kas parāda lauka dziļumu papildus virsmas struktūrai. Lai gan izšķirtspēja ir zemāka nekā TEM, SEM piedāvā divas lielas priekšrocības. Pirmkārt, tas veido parauga trīsdimensiju attēlu. Otrkārt, to var izmantot biezākiem paraugiem, jo ​​tiek skenēta tikai virsma.

Gan TEM, gan SEM ir svarīgi saprast, ka attēls ne vienmēr ir precīzs parauga attēlojums. Paraugs var mainīties, jo tas ir sagatavots mikroskopu , no vakuuma vai elektronu stara iedarbības.

Skenējošais tunelēšanas mikroskops (STM)

Ženēvas pilsētas Zinātnes vēstures muzejs / Wikimedia Commons / CC BY 3.0

Skenējošais tunelēšanas mikroskops (STM) attēlo virsmas atomu līmenī. Tas ir vienīgais elektronu mikroskopijas veids, kas var attēlot indivīdu atomi . Tā izšķirtspēja ir aptuveni 0,1 nanometrs, un dziļums ir aptuveni 0,01 nanometrs. STM var izmantot ne tikai vakuumā, bet arī gaisā, ūdenī un citās gāzēs un šķidrumos. To var izmantot plašā temperatūras diapazonā no gandrīz absolūtās nulles līdz virs 1000 grādiem C.

STM pamatā ir kvantu tunelēšana. Parauga virsmas tuvumā tiek novietots elektrību vadošs uzgalis. Kad tiek pielietota sprieguma starpība, elektroni var tuneli starp galu un paraugu. Uzgaļa strāvas izmaiņas tiek mērītas, kad tas tiek skenēts visā paraugā, lai izveidotu attēlu. Atšķirībā no citiem elektronu mikroskopijas veidiem, instruments ir par pieņemamu cenu un viegli izgatavojams. Tomēr STM ir nepieciešami ārkārtīgi tīri paraugi, un to iedarbināšana var būt sarežģīta.

Skenējošā tuneļa mikroskopa izstrāde 1986. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā Gerdam Binigam un Heinriham Roreram.