Keuntungan Mikroskop Elektron vs Mikroskopi Cahaya
Persamaan dan perbedaan prinsip pencitraan mikroskop optik mikroskop elektron
Mikroskop elektron adalah instrumen yang menggantikan berkas cahaya dan lensa optik dengan berkas elektron dan lensa elektron sesuai dengan prinsip optik elektron, sehingga struktur halus materi dapat dicitrakan dengan perbesaran yang sangat tinggi.
Kekuatan resolusi mikroskop elektron dinyatakan dengan jarak kecil antara dua titik yang berdekatan yang dapat diselesaikannya. Pada tahun 1970s, mikroskop elektron transmisi memiliki resolusi sekitar 0,3 nanometer (mata manusia memiliki daya resolusi sekitar 0,1 milimeter). Sekarang perbesaran maksimum mikroskop elektron lebih dari 3 juta kali, dan perbesaran maksimum mikroskop optik adalah sekitar 2000 kali, sehingga atom logam berat tertentu dan kisi atom yang tersusun rapi dalam kristal dapat langsung diamati melalui mikroskop elektron.
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska di Jerman memodifikasi osiloskop bertegangan tinggi dengan sumber elektron pelepasan katoda dingin dan tiga lensa elektron, dan memperoleh gambar yang diperbesar lebih dari sepuluh kali, yang mengonfirmasi kemungkinan pencitraan pembesar oleh mikroskop elektron. . . Pada tahun 1932, setelah perbaikan Ruska, daya pisah mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, yang kira-kira sepuluh kali lipat daya pisah mikroskop optik pada waktu itu, sehingga mikroskop elektron mulai menarik perhatian orang.
Pada tahun 1940s, Hill di Amerika Serikat mengkompensasi asimetri rotasi lensa elektron dengan astigmatis, yang membuat terobosan baru dalam daya resolusi mikroskop elektron dan secara bertahap mencapai tingkat modern. Di Cina, mikroskop elektron transmisi dengan resolusi 3 nanometer berhasil dikembangkan pada tahun 1958, dan mikroskop elektron skala besar dengan resolusi 0,3 nanometer dibuat pada tahun 1979.
Meskipun kekuatan resolusi mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sulit untuk mengamati organisme hidup karena mikroskop elektron harus bekerja dalam kondisi vakum, dan iradiasi berkas elektron juga akan menyebabkan kerusakan radiasi pada sampel biologis. Masalah lain, seperti peningkatan kecerahan senjata elektron dan kualitas lensa elektron, juga perlu dipelajari lebih lanjut.
Resolving power merupakan indikator penting dari mikroskop elektron, yang terkait dengan sudut datang kerucut dan panjang gelombang berkas elektron yang melewati sampel. Panjang gelombang cahaya tampak sekitar 300 hingga 700 nanometer, sedangkan panjang gelombang berkas elektron terkait dengan tegangan percepatan. Ketika tegangan percepatan adalah 50-100 kV, panjang gelombang berkas elektron sekitar 0.0053-0.0037 nm. Karena panjang gelombang berkas elektron jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak, bahkan jika sudut kerucut berkas elektron hanya 1 persen dari mikroskop optik, daya pisah mikroskop elektron masih jauh lebih tinggi dari itu. dari mikroskop optik.
Mikroskop elektron terdiri dari tiga bagian: tabung lensa, sistem vakum, dan kabinet catu daya. Laras lensa terutama mencakup senjata elektron, lensa elektron, tempat sampel, layar fluoresen, dan mekanisme kamera, yang biasanya dirangkai menjadi silinder dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri dari pompa vakum mekanis, pompa difusi dan katup vakum, dll. Pipa gas terhubung dengan laras lensa; kabinet catu daya terdiri dari generator tegangan tinggi, penstabil arus eksitasi, dan berbagai unit penyesuaian dan kontrol.
Lensa elektron adalah bagian penting dari laras mikroskop elektron. Ia menggunakan medan listrik spasial atau medan magnet yang simetris terhadap sumbu laras untuk membengkokkan lintasan elektron ke sumbu untuk membentuk fokus. Fungsinya mirip dengan lensa kaca cembung untuk memfokuskan berkas, sehingga disebut lensa elektron. . Sebagian besar mikroskop elektron modern menggunakan lensa elektromagnetik, yang memfokuskan elektron dengan medan magnet kuat yang dihasilkan oleh arus eksitasi DC yang sangat stabil melalui koil dengan sepatu tiang.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri dari katoda panas filamen tungsten, kisi-kisi dan katoda. Itu dapat memancarkan dan membentuk berkas elektron dengan kecepatan seragam, sehingga stabilitas tegangan percepatan tidak kurang dari 1/10,000.
Mikroskop elektron dapat dibagi menjadi mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron pemindaian, mikroskop elektron refleksi dan mikroskop elektron emisi sesuai dengan struktur dan penggunaannya. Mikroskop elektron transmisi sering digunakan untuk mengamati struktur material halus yang tidak dapat dibedakan dengan mikroskop biasa; mikroskop elektron pemindaian terutama digunakan untuk mengamati morfologi permukaan padat, dan juga dapat dikombinasikan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer energi elektron untuk membentuk elektron. Microprobes untuk analisis komposisi bahan; Mikroskop Elektron Emisi untuk mempelajari permukaan elektron yang memancarkan sendiri.
Mikroskop elektron proyeksi dinamai setelah berkas elektron menembus sampel dan kemudian menggunakan lensa elektron untuk mencitrakan dan memperbesar. Jalur optiknya mirip dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron ini, kontras detail gambar dibuat oleh hamburan berkas elektron oleh atom-atom sampel. Bagian sampel yang lebih tipis atau kurang padat, pancaran elektron lebih sedikit, sehingga lebih banyak elektron melewati bukaan objektif, berpartisipasi dalam pencitraan, dan tampak lebih terang pada gambar. Sebaliknya, bagian sampel yang lebih tebal atau padat tampak lebih gelap pada gambar. Jika sampel terlalu tebal atau terlalu padat, kontras gambar akan menurun atau bahkan rusak atau hancur karena menyerap energi berkas elektron.
Bagian atas tabung mikroskop elektron transmisi adalah senjata elektron, elektron dipancarkan oleh katoda panas filamen tungsten, melewati laser, dan dua lensa kondensor kedua memfokuskan berkas elektron. Setelah melewati sampel, berkas elektron dicitrakan pada cermin perantara oleh lensa objektif, dan kemudian diperbesar secara bertahap melalui cermin perantara dan cermin proyeksi, dan kemudian dicitrakan pada layar fluoresen atau pelat kering fotografi.
Cermin perantara terutama menyesuaikan arus eksitasi, dan pembesaran dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali; dengan mengubah panjang fokus cermin perantara, gambar mikroskop elektron dan gambar difraksi elektron dapat diperoleh pada bagian kecil dari sampel yang sama. . Untuk mempelajari sampel irisan logam yang lebih tebal, Laboratorium Optik Elektron French Dulos telah mengembangkan mikroskop elektron tegangan ultra tinggi dengan tegangan percepatan 3500 kV. Skema Struktur Mikroskop Elektron Pemindaian
Berkas elektron dari mikroskop elektron pemindaian tidak melewati sampel, tetapi hanya memindai permukaan sampel untuk membangkitkan elektron sekunder. Kristal kilau yang ditempatkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini dan memodulasi intensitas berkas elektron dari tabung gambar setelah amplifikasi, sehingga mengubah kecerahan layar tabung gambar. Kuk defleksi tabung gambar terus memindai secara sinkron dengan berkas elektron pada permukaan sampel, sehingga layar neon tabung gambar menampilkan gambar topografi permukaan sampel, yang mirip dengan prinsip kerja televisi industri.
Resolusi mikroskop elektron pemindaian terutama ditentukan oleh diameter berkas elektron pada permukaan sampel. Pembesaran adalah rasio amplitudo pemindaian pada tabung gambar dengan amplitudo pemindaian pada sampel, yang dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali. Pemindaian mikroskop elektron tidak memerlukan sampel yang sangat tipis; gambar memiliki efek tiga dimensi yang kuat; itu dapat menganalisis komposisi materi menggunakan informasi seperti elektron sekunder, elektron yang diserap dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron dengan materi.
Senapan elektron dan kondensor mikroskop elektron pemindai kira-kira sama dengan yang ada pada mikroskop elektron transmisi, tetapi untuk membuat berkas elektron lebih tipis, lensa objektif dan astigmatis ditambahkan di bawah kondensor, dan dua set elektron pemindai. yang tegak lurus satu sama lain dipasang di dalam lensa objektif. gulungan. Ruang sampel di bawah lensa objektif menampung tahap sampel yang dapat dipindahkan, diputar, dan dimiringkan.
