Úvod do zobrazovacích principů transmisní elektronové mikroskopie
Konstrukce transmisního elektronového mikroskopu se skládá ze dvou částí: hlavní částí je osvětlovací systém, zobrazovací systém a pozorovací studio; pomocnou částí je vakuový systém a elektrický systém.
1. Systém osvětlení
Systém je rozdělen na dvě části: elektronové dělo a kondenzátor. Elektronová tryska se skládá z vlákna (katody), mřížky a anody. Topné vlákno vysílá paprsek elektronů. Když se na anodu přivede napětí, elektrony se urychlí. Potenciální rozdíl mezi anodou a katodou je celkové urychlovací napětí. Urychlené elektrony s energií jsou vyhazovány z otvorů v anodové desce. Energie emitovaného elektronového paprsku souvisí s urychlovacím napětím a mřížka hraje roli při řízení tvaru elektronového paprsku. Elektronový paprsek má určitý úhel divergence. Po seřízení kondenzorové čočky je vidět paralelní elektronový paprsek s malým nebo dokonce nulovým úhlem divergence. Proudovou hustotu (proud paprsku) elektronového paprsku lze upravit úpravou proudu kondenzorové čočky.
Velikost plochy na vzorku, kterou je potřeba osvětlit, souvisí se zvětšením. Čím větší zvětšení, tím menší osvětlená plocha. Proto je k ozáření vzorku potřeba jemnější elektronový paprsek. Velikost bodu paprsku elektronového paprsku přímo emitovaného elektronovým dělem je větší a koherence je také špatná. Aby bylo možné tyto elektrony využít efektivněji a získat osvětlovací elektronové paprsky s vysokou jasností a dobrou koherencí, aby vyhovovaly potřebám transmisních elektronových mikroskopů při různých zvětšeních, je třeba elektronové paprsky emitované elektronovým dělem dále konvergovat, aby poskytly různé body paprsku. velikost. , přibližně rovnoběžné osvětlovací paprsky. Tento úkol obvykle plní dvě elektromagnetické čočky nazývané kondenzátory. Na obrázku C1 a C2 představují první kondenzátor, respektive druhý kondenzátor. C1 většinou zůstává stejný a jeho úlohou je nastavit průsečík elektronových děl tak, aby se velikost obrazu zmenšila o více než řád. Kromě toho je v osvětlovacím systému instalováno zařízení na naklánění paprsku, které může snadno naklonit elektronový paprsek v rozsahu 2 stupňů až 3 stupně pro osvětlení vzorku v různých úhlech náklonu.
2. Zobrazovací systém
Systém obsahuje elektronické optické prvky, jako je vzorková komora, čočka objektivu, mezizrcátko, kontrastní clona, difrakční clona, projekční čočka atd. Vzorková komora má mechanismus, který zajišťuje, že při častých výměnách vzorku nedojde k poškození vakua hlavního tělesa . Vzorek lze posouvat ve směru X a Y za účelem nalezení polohy, která má být pozorována. Paralelní elektronový paprsek získaný konvergující čočkou ozařuje vzorek a nese informaci odrážející charakteristiky vzorku po průchodu vzorkem. Elektronický obraz se vytváří působením čočky objektivu a kontrastní clony a poté se zvětšuje mezilehlým zrcadlem a projekční čočkou. Konečný elektronický obraz se získá na fluorescenční obrazovce.
Osvětlovací systém poskytuje koherentní osvětlovací elektronový paprsek, který po průchodu vzorkem nese strukturní informaci vzorku a šíří se v různých směrech (například když existuje skupina tváří krystalu splňující Braggovu rovnici, mohou být generovány 2 úhly v směr protínající dopadající paprsek difraktovaný paprsek). Objektivy budou pocházet z různých částí vzorku se stejným směrem šíření. Elektrony se sbíhají do jediného bodu na zadní ohniskové rovině a elektrony pohybující se v různých směrech podle toho tvoří různé body. Přímý paprsek s nulovým úhlem rozptylu se sbíhá v ohnisku objektivu a tvoří centrální bod. Tímto způsobem se na zadní ohniskové rovině objektivu vytvoří difrakční obrazec. V obrazové rovině objektivu se tyto elektronové paprsky rekombinují pro koherentní zobrazení. Nastavením proudu čočky mezičočky se rovina objektu mezičočky a zadní ohnisková rovina čočky objektivu shodují, což lze zobrazit na fluorescenční obrazovce. Difrakční obrazec získaný výše může způsobit, že se objektová rovina mezilehlé čočky shoduje s rovinou obrazu objektivu, čímž se získá mikroskopický obraz. Prostřednictvím spolupráce dvou mezizrcátek lze nastavit délku a zvětšení kamery ve větším rozsahu.
3. Pozorovací studio
Elektronický obraz se odráží na fluorescenčním stínítku. Fluorescenční světlo je úměrné proudu elektronového paprsku. K fotografování použijte místo fluorescenčního stínítka elektronickou suchou desku. Fotosenzitivní schopnost suché desky souvisí s její vlnovou délkou.
4. Vakuový systém
Vakuový systém se skládá z mechanické pumpy, olejové difúzní pumpy, iontové pumpy, vakuoměru a vakuového potrubí. Jeho funkcí je odstranit plyn z tubusu objektivu, takže stupeň vakua v tubusu objektivu musí dosáhnout alespoň 10-5 Torr a nejlepší stupeň vakua může dosáhnout 10-9-10-10 Torr. Pokud je vakuum nízké, srážky mezi elektrony a molekulami plynu mohou způsobit rozptyl a ovlivnit kontrast. Způsobí také vysokonapěťovou ionizaci mezi elektronovou mřížkou a anodou, což způsobí mezielektrodový výboj. Zbytkové plyny mohou také korodovat vlákno a kontaminovat vzorek.
5. Systém řízení výkonu
Nestabilita urychlujícího napětí a magnetického proudu čočky může způsobit vážnou chromatickou aberaci a snížit rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu. Proto je stabilita urychlovacího napětí a proudu čočky důležitým kritériem pro měření výkonu elektronového mikroskopu. Obvod TEM se skládá hlavně z následujících částí: vysokonapěťový stejnosměrný zdroj, zdroj buzení čočky, zdroj vychylovací cívky, zdroj ohřevu vlákna elektronové pistole, řídicí obvod vakuového systému, napájení vakuové pumpy, zařízení pro pohon kamery a automatická expozice obvod.
Kromě toho je mnoho vysoce výkonných elektronových mikroskopů vybaveno skenovacím příslušenstvím, energetickou spektroskopií, elektronovou energetickou spektroskopií.
