Elektron Mikroskobu Nedir?

Elektron Mikroskobu Nedir?

De Broglie, dalga boyu için, 60.000 volt (veya 60 kilovolt [k]) ile hızlanan elektronlar için, efektif dalga boyunun 0.05 angstrom (Å) —y, 1 / 100.000 yeşilin olduğunu gösterir. Işık. Böyle bir dalga bir mikroskopta kullanılabiliyorsa, çözünürlükte önemli bir artış olur. 1926’da manyetik veya elektrostatik alanların elektronlar veya diğer yüklü parçacıklar için lensler olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu keşif elektron optiği çalışmasını başlattı ve 1931 Alman elektrik mühendisleri tarafındanMax Knoll ve Ernst Ruska, elektron kaynağının görüntülerini üreten iki lensli bir elektron mikroskobu tasarladı. 1933’te elektron kaynağı yerine bir örneği görüntüleyen bir ilkel elektron mikroskobu yapıldı ve 1935’te Knoll bir katı yüzeyin taranmış bir görüntüsünü üretti. Optik mikroskopun çözünürlüğü kısa sürede aşıldı.

Alman fizikçi Manfred, Freiherr (baron) von Ardenne ve İngiliz elektronik mühendisi Charles Oatley, transmisyon elektron mikroskobu (elektron ışınının örnek boyunca ilerlediği) ve taramalı elektron mikroskopisini (elektron ışınının daha sonra analiz edilen diğer elektronlardan çıkardığı) temellerini attı. Bunlar, en önemlisi Ardenne’nin kitabında kaydedildi.Elektronen-Übermikroskopie (1940). Elektron mikroskoplarının yapımında daha fazla ilerleme, II. Dünya Savaşı sırasında ertelenmişti, ancak 1946’da, objektif lensin astigmatizmasını telafi eden ve ardından üretimin daha yaygın hale geldiği, stigmatorun icadı ile bir ivme kazandı.

Transmisyon elektron mikroskobu (TEM), 1 mikrometre kalınlığa kadar örnekleri görüntüleyebilir. Yüksek voltajlı elektron mikroskopları, TEM’lere benzer, ancak daha yüksek voltajlarda çalışır. Bir elektron ışınının katı bir cismin yüzeyi üzerinden taranmasını sağlayan taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüzey yapısının detaylarının bir görüntüsünü oluşturmak için kullanılır. çevresel taramalı elektron mikroskobu (ESEM), SEM’in aksine bir ortamda bir numunenin taranmış görüntüsünü oluşturabilir ve bazı canlı organizmalar da dahil olmak üzere nemli örneklerin çalışmasına uygundur. Tekniklerin kombinasyonları ortaya çıktı TEM ve SEM metodlarını birleştiren transmisyon elektron mikroskobu (STEM) ve elektron probu microanalyzer bir sağlar veya mikroprob analiz, kimyasal analiz ve bileşimin maddelerin karakteristik emisyonunu uyarmak için olay elektron ışını kullanarak yapılacak X-ışınları numune kimyasal elementler tarafından. Bu X-ışınları enstrümanın içine yerleştirilmiş spektrometreler tarafından tespit edilir ve analiz edilir. Mikroprobre analizörleri, bir elektron taraması görüntüsünü üretebilmekte, böylece yapı ve bileşim kolayca ilişkilendirilebilmektedir.

Bir başka tip elektron mikroskobu bir katot-ışını tüpüne monte edilmiş bir telden elektron çekmek için güçlü bir elektrik alanın kullanıldığı alan emisyon mikroskobu.

Çalışma Prensipleri

Prensipte optik ve elektron mikroskoplarının düzeni arasında benzerlikler olsa da, uygulamada ikisi çok farklıdır. Geleneksel elektron mikroskobu, elektron ışınının bir vakumda olmasını gerektirir, çünkü elektronlar normal olarak atmosfer basıncında havada kayda değer bir mesafe kat edemez. Elektron mikroskobunun sütunu pompalar tarafından tahliye edilir ve numuneler ve diğer gerekli aparatlar hava kilidi vasıtasıyla vakuma verilir. Optik mikroskopun aksine,objektifler sabit odaklıdır ve numune ile objektif lens arasındaki mesafe değişir, elektron mikroskobudeğişken odaklı lensler ve örnek ile objektif lens arasındaki mesafe ve lenslerin ayrılması sabit kalır. Büyütme , orta ve projektör merceği bobinler üzerinden (manyetik lensler için) akım değerine göre temel olarak belirlenir. Görüntü, objektif lens bobini üzerinden akımı değiştirerek odaklanmıştır. Diğer bir fark, optik mikroskopun genellikle görüntü sanal bir şekilde çalıştırılmasıdır, elektron mikroskobunda son görüntü her zaman değişmezdir ve bir flüoresan ekran üzerinde görselleştirilir veya geleneksel aletlerde fotografik bir plaka üzerinde çalışmak için kaydedilir veya daha çok günümüzün laboratuvarında – dijital bir görüntüleme sisteminde.

Optik mikroskopta görüntü, numunedeki ışığın emilmesiyle oluşur; elektron mikroskobunda görüntü, numunedeki atomların elektron saçılmasıyla sonuçlanır. Ağır bir atom, saçılmasında düşük atomik sayılardan daha etkilidir ve ağır atomların varlığı, görüntü kontrastını arttıracaktır. Elektron mikroskobu bu amaç için daha ağır atomları numuneye dahil edebilir.

Erken mikroskoplar elektrostatik lenslere dayanıyordu, ancak modern enstrümanlar kullanıldı elektromanyetik mercekler. Bunlar manyetik alan oluşturan ve yoğunlaştıran manyetik bir kutup parçası ile birlikte bir tel solenoidinden oluşur. Kondansatör ve mikroskop projektör sistemi için kullanılan objektifler objektif lenslerden sadece ayrıntılar bakımından farklıdır. Örneğin, bir kondenser veya projektör merceği için üretim ve performans toleransları, objektif bir objektife göre daha az talepkardır.

Elektron mikroskobunun çözünürlüğünü geliştirmeye yönelik çabalar, Düşük sapmalara sahip tek alanlı kondansatör-objektif lens . Böyle bir mercekte, üst kısım bir yoğunlaştırıcı ve daha düşük hedef olarak davranır; Örnek, eksenel manyetik alanın (aletin ekseni boyunca alan) maksimum olduğu merceğin merkezine yerleştirilir. Tüm elektron lensler göster elektron ışını içindeki dalga boylarındaki değişimlere bağlı olarak küresel aberasyon, distorsiyon, koma, astigmatizma, alan eğriliği ve kromatik sapma. Elektron hızındaki bu değişimler, ya elektron tabancasına yüksek voltaj beslemesindeki değişikliklerden ya da numunedeki atomlarla elektronların çarpışmasından kaynaklanan enerji kayıplarından dolayı olabilir. Birinci etki, yüksek voltaj beslemesinin dikkatli bir şekilde dengelenmesiyle en aza indirilebilir; ve çok ince örnekler ve yaygın olarak kullanılan yüksek elektron enerjileri için, ikinci etki genellikle ihmal edilebilir. Mikroskopun çözme gücü nihayetinde küresel aberasyon ile sınırlıdır.objektifin Bu elektromanyetik lensler her zaman yakınsak olduğundan, optik mikroskop için yapılabileceğinden, ikinci bir zıt karakteristik lens ekleyerek bu sapmayı düzeltmek mümkün değildir. Bilgisayar destekli lens tasarımı, performansta büyük iyileşmelere yol açmıştır, ancak elektron lensleri, en iyi şekilde çalışabilmek için optik lenslerden çok daha küçük sayısal açıklıklar gerektirmektedir.

Elektron mikroskobunda astigmatizma büyük ölçüde merceğin manyetik alanının radyal bileşenlerinde silindirik simetriden sapmalara neden olur ve objektifin kusurlu yapısının bir sonucudur. Elektron ışınının kolondaki kalıntı gaz molekülleri ile etkileşimi, kirişin etkisi altında yüklenen ve asimetrileri tanıtan ışın yolu boyunca birikmelere de yol açabilir. Astigmatizma, objektif lense takılan damgalayıcıların kullanımıyla genellikle tamamen düzeltilebilir.