Soorten elektronenmicroscopen
Elektronenmicroscopen kunnen worden onderverdeeld in transmissie-elektronenmicroscopen, scanning-elektronenmicroscopen, reflectie-elektronenmicroscopen en emissie-elektronenmicroscopen op basis van hun structuren en toepassingen.
Transmissie-elektronenmicroscopen worden vaak gebruikt om de fijne materiaalstructuren te observeren die niet kunnen worden opgelost door gewone microscopen;
Scanning-elektronenmicroscopen worden voornamelijk gebruikt om de morfologie van vaste oppervlakken te observeren, en kunnen ook worden gecombineerd met röntgendiffractometers of elektronenenergiespectrometers om elektronische microsondes te vormen voor analyse van de materiaalsamenstelling;
Emissie-elektronenmicroscopie wordt gebruikt voor de studie van zelfuitstralende elektronenoppervlakken.
(1) Transmissie-elektronenmicroscoop
Onderdelen van een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) zijn onder meer:
1. Elektronenkanon: zendt elektronen uit, bestaande uit kathode, rooster en anode.
2. Condensatorlens: het is een elektronische lens die de elektronenbundel concentreert en kan worden gebruikt om de verlichtingsintensiteit en de openingshoek te regelen.
3. Monsterkamer: plaats het te observeren monster en is uitgerust met een roterende tafel om de hoek van het monster te veranderen, evenals uitgerust met verwarming, koeling en andere apparatuur.
4. Objectieflens: het is een korteafstandslens met een hoge vergroting en zijn functie is het vergroten van het elektronische beeld. De objectieflens is de sleutel om het oplossend vermogen en de beeldkwaliteit van de transmissie-elektronenmicroscoop te bepalen.
5. Tussenspiegel: Het is een zwakke lens met variabele vergroting en zijn functie is om het elektronische beeld opnieuw te vergroten. Door de stroom van de tussenspiegel aan te passen, kan het beeld- of elektronendiffractiepatroon van het object worden geselecteerd voor versterking.
6. Transmissiespiegel: het is een sterke lens met een sterke vergroting, die wordt gebruikt om het tussenbeeld na de tweede vergroting verder te vergroten en vervolgens een beeld op het fluorescerende scherm te vormen.
7. Secundaire vacuümpomp: vacuüm de monsterkamer.
8. Camera-apparaat: gebruikt om beelden op te nemen. Omdat elektronen gemakkelijk worden verstrooid of door objecten worden geabsorbeerd, is het penetratievermogen laag en hebben de dichtheid en dikte van het monster invloed op de uiteindelijke beeldkwaliteit. Dunnere ultradunne secties moeten worden voorbereid, meestal 50-100 nm.
Daarom moet het monster zeer dun worden verwerkt wanneer het wordt waargenomen met een transmissie-elektronenmicroscoop. Gewoonlijk bereid door dun snijden of vriesetsen:
(1) Dunne plakmethode
Het monster wordt meestal gefixeerd met osmic zuur en glutaaraldehyde, ingebed met epoxyhars en gesneden door thermische uitzetting of spiraalvormige voortstuwing. De schijfdikte is 20-50 nm en gekleurd met zouten van zware metalen om het contrast te vergroten.
(2) Freeze-etsmethode ook bekend als vriesbreukmethode
Nadat de monsters waren ingevroren in droogijs bij -100 graden of vloeibare stikstof bij -196 graden, werden de monsters snel afgesneden met een koud mes. Nadat het gebroken monster is opgewarmd, sublimeert het ijs onmiddellijk onder vacuümomstandigheden, waardoor de gebroken structuur zichtbaar wordt, wat etsen wordt genoemd. Nadat het etsen is voltooid, wordt een laag verdampt platina onder een hoek van 45o ten opzichte van de sectie gespoten en wordt een laag koolstof onder een hoek van 90o gespoten om het contrast en de sterkte te verbeteren. Het monster wordt vervolgens verteerd met natriumhypochlorietoplossing en de koolstof- en platinafilm wordt afgepeld, wat een complexe film wordt genoemd, die de morfologie van het geëtste oppervlak van het monster kan onthullen. Het beeld verkregen onder de elektronenmicroscoop vertegenwoordigt de structuur op het gebroken oppervlak van de cel in het monster.
(2) Rasterelektronenmicroscoop
Scanning-elektronenmicroscoop (SEM) kwam uit in de jaren zestig en de resolutie kan momenteel 6-10 nm bereiken.
Het werkingsprincipe is dat de fijn gefocusseerde elektronenstraal die door het elektronenkanon wordt uitgezonden, het monster raakt door de tweetraps condensorlens, de afbuigspoel en de objectieflens, het oppervlak van het monster scant en secundaire elektronen opwekt. De hoeveelheid gegenereerde secundaire elektronen is gerelateerd aan de invalshoek van de elektronenbundel, dat wil zeggen gerelateerd aan de oppervlaktestructuur van het monster. Nadat de secundaire elektronen door de detector zijn verzameld, worden ze door de scintillator omgezet in optische signalen en vervolgens door de fotovermenigvuldigerbuis en versterker omgezet in elektrische signalen om de intensiteit van de elektronenstraal op het fluorescerende scherm te regelen en een scanbeeld weer te geven gesynchroniseerd met de elektronenbundel. De afbeelding is een driedimensionale afbeelding die de oppervlaktestructuur van het preparaat weergeeft.
Vóór de inspectie moeten de monsters van de scanning-elektronenmicroscoop worden gefixeerd, uitgedroogd en vervolgens worden besproeid met een laag zware metaaldeeltjes. De zware metalen zenden secundaire elektronische signalen uit onder het bombardement van de elektronenbundel.
