Принципы визуализации под микроскопом
Электронный микроскоп состоит из трех частей: корпуса объектива, вакуумной системы и блока питания. Корпус объектива в основном включает в себя электронные пушки, электронные линзы, держатели образцов, флуоресцентные экраны и механизмы камеры. Эти компоненты обычно собираются в колонну сверху вниз; вакуумная система состоит из механических вакуумных насосов, диффузионных насосов и вакуумных клапанов. Газопровод соединяется с оправой объектива; силовой шкаф состоит из генератора высокого напряжения, стабилизатора тока возбуждения и различных блоков управления регулировкой.
Электронная линза является наиболее важной частью тубуса объектива электронного микроскопа. Он использует пространственное электрическое поле или магнитное поле, симметричное оси оправы объектива, чтобы согнуть дорожку электрона к оси, чтобы сформировать фокус. Его функция аналогична функции стеклянной выпуклой линзы для фокусировки луча, поэтому ее называют электронной линзой. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы, которые фокусируют электроны с помощью сильного магнитного поля, создаваемого очень стабильным постоянным током возбуждения, проходящим через катушку с полюсными башмаками.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из горячего катода с вольфрамовой нитью, сетки и катода. Он может излучать и формировать электронный пучок с равномерной скоростью, поэтому требуется стабильность ускоряющего напряжения не менее одной десятитысячной.
Электронные микроскопы можно разделить на просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы, отражательные электронные микроскопы и эмиссионные электронные микроскопы в соответствии с их структурой и назначением. Просвечивающие электронные микроскопы часто используются для наблюдения за тонкими структурами материалов, которые не могут быть разрешены обычными микроскопами; сканирующие электронные микроскопы в основном используются для наблюдения за морфологией твердых поверхностей, а также могут быть объединены с рентгеновскими дифрактометрами или электронно-энергетическими спектрометрами для формирования электронных микрозондов для анализа состава материалов; эмиссионная электронная микроскопия для изучения самоизлучающих электронных поверхностей.
Трансмиссионный электронный микроскоп назван в честь того, что электронный луч проникает в образец, а затем увеличивает изображение с помощью электронной линзы. Его оптический путь аналогичен пути оптического микроскопа. В электронном микроскопе этого типа контраст в деталях изображения создается за счет рассеяния электронного луча атомами образца. Более тонкая часть образца или часть образца с меньшей плотностью имеет меньшее рассеяние электронного пучка, поэтому больше электронов проходит через диафрагму объектива и участвует в формировании изображения, а также выглядит на изображении ярче. И наоборот, более толстые или плотные участки образца выглядят на изображении темнее. Если образец слишком толстый или слишком плотный, контрастность изображения ухудшится или даже будет повреждена или разрушена из-за поглощения энергии электронного луча.
Верхняя часть колонны трансмиссионного электронного микроскопа представляет собой электронную пушку, электроны испускаются вольфрамовым горячим катодом, а электронный пучок фокусируется двумя конденсорными зеркалами. Пройдя через образец, электронный пучок отображается на промежуточном зеркале с помощью объектива, затем шаг за шагом увеличивается через промежуточное зеркало и проекционное зеркало, а затем отображается на флуоресцентном экране или фотокогерентной пластине.
Увеличение промежуточного зеркала может плавно изменяться от десятков до сотен тысяч раз в основном за счет регулировки тока возбуждения; изменяя фокусное расстояние промежуточного зеркала, можно получать электронно-микроскопические изображения и изображения дифракции электронов на крошечных частях одного и того же образца. Для исследования более толстых металлических срезов французская лаборатория электронной оптики Dulos разработала сверхвысоковольтный электронный микроскоп с ускоряющим напряжением 3500 кВ. Принципиальная схема структуры сканирующего электронного микроскопа
Электронный луч сканирующего электронного микроскопа не проходит через образец, а только сканирует и возбуждает вторичные электроны на поверхности образца. Сцинтилляционный кристалл, расположенный рядом с образцом, принимает эти вторичные электроны, усиливает и модулирует интенсивность электронного пучка кинескопа, тем самым изменяя яркость на экране кинескопа. Отклоняющая катушка кинескопа поддерживает синхронное сканирование с электронным лучом на поверхности образца, так что флуоресцентный экран кинескопа отображает топографическое изображение поверхности образца, что аналогично принципу работы промышленного телевизора. .
Разрешение сканирующего электронного микроскопа в основном определяется диаметром электронного луча на поверхности образца. Увеличение — это отношение амплитуды сканирования на кинескопе к амплитуде сканирования на образце, которое может непрерывно изменяться от десятков до сотен тысяч раз. Сканирующая электронная микроскопия не требует очень тонких образцов; изображение обладает сильным трехмерным эффектом; он может использовать такую информацию, как вторичные электроны, поглощенные электроны и рентгеновские лучи, генерируемые взаимодействием между электронными пучками и веществами, для анализа состава веществ.
Электронная пушка и конденсор сканирующего электронного микроскопа примерно такие же, как и в просвечивающем электронном микроскопе, но для того, чтобы сделать электронный пучок тоньше, под конденсором добавляются объектив и астигматизатор, а также два набора внутри объектива установлены взаимно перпендикулярные сканирующие лучи. катушка. Камера для образцов под объективом оснащена предметным столиком, который можно перемещать, поворачивать и наклонять.
