Bagaimana mikroskop elektron memperbesar benda
Mikroskop elektron adalah instrumen yang menggunakan berkas elektron dan lensa elektron sebagai pengganti berkas cahaya dan lensa optik untuk mencitrakan struktur halus zat pada perbesaran sangat tinggi berdasarkan prinsip optik elektron.
Resolving power dari mikroskop elektron diwakili oleh jarak minimum antara dua titik yang berdekatan yang dapat diselesaikan. Pada tahun 1970s, mikroskop elektron transmisi memiliki resolusi sekitar 0,3 nanometer (kekuatan resolusi mata manusia sekitar 0,1 milimeter). Sekarang perbesaran maksimum mikroskop elektron melebihi 3 juta kali, sedangkan perbesaran maksimum mikroskop optik adalah sekitar 2000 kali, sehingga atom-atom dari beberapa logam berat dan kisi-kisi atom yang tersusun rapi dalam kristal dapat langsung diamati melalui mikroskop elektron. .
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska dari Jerman memasang kembali osiloskop tegangan tinggi dengan sumber elektron pelepasan katoda dingin dan tiga lensa elektron, dan memperoleh gambar yang diperbesar lebih dari sepuluh kali, yang mengkonfirmasi kemungkinan pencitraan mikroskop elektron yang diperbesar. Pada tahun 1932, setelah perbaikan Ruska, kekuatan resolusi mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, sekitar sepuluh kali kekuatan resolusi mikroskop optik pada waktu itu, sehingga mikroskop elektron mulai mendapat perhatian orang.
Pada tahun 1940s, Hill di Amerika Serikat menggunakan astigmatizer untuk mengkompensasi asimetri rotasional lensa elektron, yang membuat terobosan baru dalam daya resolusi mikroskop elektron dan secara bertahap mencapai tingkat modern. Di Cina, mikroskop elektron transmisi berhasil dikembangkan pada tahun 1958 dengan resolusi 3 nanometer, dan pada tahun 1979 dibuat mikroskop elektron besar dengan resolusi 0,3 nanometer.
Meskipun kekuatan penyelesaian mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sulit untuk mengamati organisme hidup karena mikroskop elektron perlu bekerja dalam kondisi vakum, dan penyinaran berkas elektron juga akan menyebabkan sampel biologis menjadi akan rusak oleh radiasi. Masalah lain, seperti peningkatan kecerahan senjata elektron dan kualitas lensa elektron, juga perlu dipelajari lebih lanjut.
Resolving power adalah indikator penting dari mikroskop elektron, yang terkait dengan sudut datang kerucut dan panjang gelombang berkas elektron yang melewati sampel. Panjang gelombang cahaya tampak sekitar {{0}} 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 nanometer. 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: laras lensa, sistem vakum, dan kabinet catu daya. Laras lensa terutama mencakup senjata elektron, lensa elektron, pemegang sampel, layar neon, dan mekanisme kamera. Komponen-komponen ini biasanya dirangkai menjadi kolom dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri dari pompa vakum mekanis, pompa difusi, dan katup vakum. Pipa gas dihubungkan dengan laras lensa; kabinet daya terdiri dari generator tegangan tinggi, penstabil arus eksitasi, dan berbagai unit kontrol penyesuaian.
Lensa elektron adalah bagian terpenting dari laras lensa mikroskop elektron. Ini menggunakan medan listrik ruang atau medan magnet yang simetris dengan sumbu laras lensa untuk membengkokkan jalur elektron ke sumbu untuk membentuk fokus. Fungsinya mirip dengan lensa kaca cembung untuk memfokuskan berkas, sehingga disebut elektron. lensa. Sebagian besar mikroskop elektron modern menggunakan lensa elektromagnetik, yang memfokuskan elektron melalui medan magnet kuat yang dihasilkan oleh arus eksitasi DC yang sangat stabil yang melewati koil dengan sepatu kutub.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri dari katoda panas filamen tungsten, kisi-kisi dan katoda. Itu dapat memancarkan dan membentuk berkas elektron dengan kecepatan yang seragam, sehingga stabilitas tegangan percepatan harus tidak kurang dari sepersepuluh ribu.
Mikroskop elektron dapat dibagi menjadi mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron pemindaian, mikroskop elektron refleksi, dan mikroskop elektron emisi sesuai dengan struktur dan kegunaannya. Mikroskop elektron transmisi sering digunakan untuk mengamati struktur material halus yang tidak dapat diselesaikan dengan mikroskop biasa; pemindaian mikroskop elektron terutama digunakan untuk mengamati morfologi permukaan padat, dan juga dapat dikombinasikan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer energi elektron untuk membentuk Mikroprobe elektronik untuk analisis komposisi bahan; mikroskop elektron emisi untuk mempelajari permukaan elektron yang memancarkan sendiri.
Mikroskop elektron transmisi dinamai setelah berkas elektron menembus sampel dan kemudian memperbesar gambar dengan lensa elektron. Jalur optiknya mirip dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron jenis ini, kontras dalam detail gambar dibuat oleh hamburan berkas elektron oleh atom-atom sampel. Bagian sampel yang lebih tipis atau dengan kepadatan lebih rendah memiliki lebih sedikit hamburan berkas elektron, sehingga lebih banyak elektron yang melewati diafragma objektif dan 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 laras lensa mikroskop elektron transmisi adalah senjata elektron. Elektron dipancarkan oleh katoda panas tungsten, dan berkas elektron difokuskan oleh kondensor pertama dan kedua. Setelah melewati sampel, berkas elektron dicitrakan pada cermin perantara oleh lensa objektif, dan kemudian diperbesar secara bertahap melalui cermin antara dan cermin proyeksi, dan kemudian dicitrakan pada layar fluoresen atau pelat fotokoheren.
Pembesaran cermin perantara dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali terutama melalui penyesuaian arus eksitasi; dengan mengubah panjang fokus cermin perantara, gambar mikroskopis 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 Dulos Prancis mengembangkan mikroskop elektron tegangan ultra tinggi dengan tegangan percepatan 3500 kV. Diagram skematik struktur mikroskop elektron pemindaian
Berkas elektron dari mikroskop elektron pemindaian tidak melewati sampel, tetapi hanya memindai dan membangkitkan elektron sekunder pada permukaan sampel. Kristal kilau yang ditempatkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini, memperkuat dan memodulasi intensitas berkas elektron dari tabung gambar, sehingga mengubah kecerahan layar tabung gambar. Kumparan defleksi tabung gambar menjaga pemindaian sinkron dengan berkas elektron pada permukaan sampel, sehingga layar neon tabung gambar menampilkan gambar topografi permukaan sampel, yang mirip dengan prinsip kerja TV 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 menggunakan informasi seperti elektron sekunder, elektron yang diserap, dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron dan zat untuk menganalisis komposisi zat.
Pistol elektron dan lensa kondensor dari mikroskop elektron pemindaian kira-kira sama dengan mikroskop elektron transmisi, tetapi untuk membuat berkas elektron lebih tipis, lensa objektif dan astigmatizer ditambahkan di bawah lensa kondensor, dan dua set lensa kondensor. balok pemindaian yang saling tegak lurus dipasang di dalam lensa objektif. gulungan. Ruang sampel di bawah lensa objektif dilengkapi dengan tahap sampel yang dapat bergerak, berputar, dan miring.
