Úvod do principu složení elektronového mikroskopu
Elektronový mikroskop se skládá z tubusu čočky, vakuového systému a napájecí skříně. Tubus objektivu se skládá hlavně z elektronové pistole, elektronové čočky, držáku vzorku, fluorescenční clony a mechanismu fotoaparátu, které jsou obvykle sestaveny do sloupce shora dolů; Vakuový systém se skládá z mechanické vývěvy, difúzní vývěvy a vakuového ventilu a je spojen s tubusem čočky potrubím pro odsávání vzduchu; Napájecí skříň se skládá z vysokonapěťového generátoru, stabilizátoru budícího proudu a různých nastavovacích řídicích jednotek.
Elektronová čočka je nejdůležitější částí tubusu čočky elektronového mikroskopu. Využívá prostorové elektrické pole nebo magnetické pole symetrické k ose tubusu čočky k ohnutí trajektorie elektronů k ose za účelem vytvoření ohniska, které je podobné jako u skleněné konvexní čočky k zaostření světelného paprsku, takže se nazývá elektronová čočka. Většina moderních elektronových mikroskopů používá elektromagnetické čočky a silné magnetické pole generované velmi stabilním stejnosměrným budicím proudem procházejícím cívkou s pólovými nástavci soustřeďuje elektrony.
Elektronová tryska je součást skládající se z žhavé katody s wolframovým vláknem, mřížky a katody. Může emitovat a tvořit elektronový paprsek s rovnoměrnou rychlostí, takže stabilita urychlovacího napětí nesmí být menší než jedna desetitisícina.
Elektronový mikroskop lze rozdělit na transmisní elektronový mikroskop, rastrovací elektronový mikroskop, reflexní elektronový mikroskop a emisní elektronový mikroskop podle struktury a použití. Transmisní elektronový mikroskop (TEM) se často používá k pozorování jemné struktury materiálu, kterou nelze rozlišit běžným mikroskopem. Rastrovací elektronový mikroskop (SEM) se používá především k pozorování morfologie pevného povrchu a lze jej také kombinovat s rentgenovým difraktometrem nebo elektronovým energetickým spektrometrem. Elektronové mikro je tvořeno rozptylem elektronového paprsku atomy vzorku. V tenké nebo nízkohustotní části vzorku se elektronový paprsek rozptyluje méně, takže přes clonu objektivu projde více elektronů a účastní se zobrazování, díky čemuž se na snímku jeví jako jasnější. Naopak tlustší nebo hustší část vzorku se na obrázku jeví jako tmavší. Pokud je vzorek příliš tlustý nebo příliš hustý, kontrast obrazu se zhorší a dokonce se poškodí nebo zničí absorbcí energie elektronového paprsku.
Horní část tubusu čočky transmisního elektronového mikroskopu je elektronová pistole. Elektrony jsou emitovány horkou katodou s wolframovým vláknem a zaostřeny první a druhou kondenzorovou čočkou. Poté, co elektronový paprsek projde vzorkem, je zobrazen na mezilehlém zrcadle čočkou objektivu a poté postupně zesílen mezilehlým zrcadlem a projekčním zrcadlem a zobrazen na fluorescenční obrazovce nebo fotografické desce.
Zvětšení mezizrcadla lze plynule měnit od několika desítek do několika set tisíckrát úpravou budícího proudu. Změnou ohniskové vzdálenosti mezilehlého zrcadla lze získat elektronový mikroskopický obraz a elektronový difrakční obraz na malé části stejného vzorku. Aby bylo možné studovat vzorky tlustých kovových plátků, vyvinula laboratoř elektronové optiky v Dulosu ve Francii ultravysokonapěťový elektronový mikroskop s urychlovacím napětím 3500 kV.
Elektronový paprsek rastrovacího elektronového mikroskopu neprochází vzorkem, ale pouze skenuje na povrchu vzorku, aby excitoval sekundární elektrony. Scintilační krystal umístěný vedle vzorku přijímá tyto sekundární elektrony a po zesílení moduluje intenzitu elektronového paprsku obrazovky, čímž mění jas na obrazovce obrazovky. Vychylovací cívka obrazovky udržuje synchronní skenování s elektronovým paprskem na povrchu vzorku, takže fluorescenční stínítko obrazovky zobrazuje morfologický obraz povrchu vzorku, což je podobné principu činnosti průmyslových televizorů.
Rozlišení rastrovacího elektronového mikroskopu závisí především na průměru elektronového paprsku na povrchu vzorku. Zvětšení je poměr amplitudy skenování na obrazovce k amplitudě skenování na vzorku, který lze plynule měnit od desítek až po stovky tisíckrát. Rastrovací elektronový mikroskop nepotřebuje velmi tenké vzorky; Obraz má silný trojrozměrný smysl; Složení látky lze analyzovat pomocí informací sekundárních elektronů, absorbovaných elektronů a rentgenových paprsků generovaných interakcí mezi elektronovým paprskem a látkou.
Elektronové dělo a kondenzor rastrovacího elektronového mikroskopu jsou téměř stejné jako u transmisního elektronového mikroskopu, ale aby byl elektronový paprsek tenčí, je pod kondenzor přidána čočka objektivu a astigmatický difuzor a dvě sady rastrovacího cívky navzájem kolmé jsou také instalovány v čočce objektivu. Vzorkový stůl, který se může pohybovat, otáčet a naklánět, je instalován ve vzorkové komoře pod čočkou objektivu.
