องค์ประกอบของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
องค์ประกอบของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ส่วนประกอบหลักของคือ:
แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน: แคโทดที่ปล่อยอิเล็กตรอนอิสระ และแอโนดรูปวงแหวนที่เร่งอิเล็กตรอน ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแคโทดและแอโนดต้องสูงมาก โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างหลายพันโวลต์ถึง 3 ล้านโวลต์
อิเล็กตรอน: ใช้เพื่อโฟกัสอิเล็กตรอน โดยทั่วไปจะใช้เลนส์แม่เหล็ก และบางครั้งใช้เลนส์ไฟฟ้าสถิต หน้าที่ของเลนส์อิเล็กตรอนจะเหมือนกับเลนส์ออปติกในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โฟกัสของเลนส์ออปติคัลเป็นแบบคงที่ ในขณะที่โฟกัสของเลนส์อิเล็กทรอนิกส์สามารถปรับได้ ดังนั้นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กทรอนิกส์จึงไม่มีระบบเลนส์ที่เคลื่อนที่ได้เหมือนกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
อุปกรณ์สุญญากาศ: อุปกรณ์สุญญากาศที่ใช้เพื่อรักษาสถานะสุญญากาศภายในกล้องจุลทรรศน์ เพื่อไม่ให้อิเล็กตรอนถูกดูดกลืนหรือหักเหในเส้นทางของพวกมัน
ชั้นวางตัวอย่าง: สามารถวางตัวอย่างได้อย่างมั่นคงบนชั้นวางตัวอย่าง นอกจากนี้ มักจะมีอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนตัวอย่างได้ (เช่น การเคลื่อนย้าย การหมุน การทำความร้อน การทำความเย็น การยืด เป็นต้น)
เครื่องตรวจจับ: สัญญาณหรือสัญญาณทุติยภูมิที่ใช้ในการรวบรวมอิเล็กตรอน สามารถฉายภาพตัวอย่างได้โดยตรงโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) ในกล้องจุลทรรศน์นี้ อิเล็กตรอนจะผ่านตัวอย่าง ดังนั้นตัวอย่างจึงต้องบางมาก น้ำหนักอะตอมของอะตอมที่ประกอบเป็นตัวอย่าง แรงดันไฟฟ้าของอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็ว และความละเอียดที่ต้องการจะเป็นตัวกำหนดความหนาของตัวอย่าง ความหนาของตัวอย่างมีตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรไปจนถึงไม่กี่ไมครอน ยิ่งน้ำหนักอะตอมสูงและแรงดันยิ่งต่ำ ตัวอย่างยิ่งต้องบางลง
ด้วยการเปลี่ยนระบบเลนส์ของเลนส์ใกล้วัตถุ เราสามารถขยายภาพของจุดโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุได้โดยตรง จากนี้สามารถรับภาพการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน การใช้ภาพนี้สามารถวิเคราะห์โครงสร้างผลึกของตัวอย่างได้
ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านแบบกรองพลังงาน (EFTEM) ผู้คนจะวัดการเปลี่ยนแปลงความเร็วของอิเล็กตรอนเมื่อผ่านตัวอย่าง จากนี้ เราสามารถสรุปองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่าง เช่น การกระจายตัวขององค์ประกอบทางเคมีภายในตัวอย่าง
หลักสูตรการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ในปี 1931 M. Noel และ E. Ruska จากเยอรมนีได้ดัดแปลงออสซิลโลสโคปไฟฟ้าแรงสูงที่มีแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนแบบปล่อยประจุแคโทดเย็นและเลนส์อิเล็กตรอนสามตัว และได้ภาพที่ขยายมากกว่าสิบเท่า พวกเขาคิดค้นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน เพื่อยืนยันความเป็นไปได้ของการถ่ายภาพขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ในปี 1932 หลังจากการปรับปรุงของ Ruska ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสูงถึง 50 นาโนเมตร ซึ่งเป็นความละเอียดประมาณสิบเท่าของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในเวลานั้น ซึ่งทำลายขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ดังนั้นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงเริ่มได้รับความสนใจ ในปี 1940 ฮิลแห่งสหรัฐอเมริกาใช้เครื่องมือวัดสายตาเพื่อชดเชยความไม่สมมาตรในการหมุนของเลนส์อิเล็กตรอน ทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งใหม่ในความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และค่อยๆ ก้าวสู่ระดับที่ทันสมัย ในประเทศจีน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่มีความละเอียด 3 นาโนเมตรได้รับการพัฒนาสำเร็จในปี พ.ศ. 2501 ในปี พ.ศ. 2522 ได้มีการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขนาดใหญ่ที่มีความละเอียด 0.3 นาโนเมตร
หลักการสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประกอบด้วยกระบอกเลนส์ ระบบสุญญากาศ และตู้ไฟ กระบอกเลนส์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น ปืนยิงอิเล็กตรอน เลนส์อิเล็กตรอน ที่เก็บตัวอย่าง หน้าจอเรืองแสง และกลไกการถ่ายภาพ ส่วนประกอบเหล่านี้มักจะประกอบเป็นคอลัมน์จากบนลงล่าง ระบบสุญญากาศประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศเชิงกล ปั๊มกระจาย วาล์วสุญญากาศ ฯลฯ และเชื่อมต่อกับกระบอกเลนส์ผ่านท่อดูดอากาศ ตู้ไฟฟ้าประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง เครื่องควบคุมกระแสไฟกระตุ้น และชุดควบคุมและปรับแต่งต่างๆ
เลนส์อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในกระบอกเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มันใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กเชิงพื้นที่ที่สมมาตรกับแกนของกระบอกเลนส์เพื่อทำให้วิถีโคจรของอิเล็กตรอนโค้งเข้าหาแกนเพื่อสร้างจุดโฟกัส มีหน้าที่คล้ายกับเลนส์นูนแก้วเพื่อโฟกัสลำแสง จึงเรียกว่าเลนส์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เลนส์แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งโฟกัสอิเล็กตรอนด้วยสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เกิดจากกระแสกระตุ้น DC ที่เสถียรซึ่งไหลผ่านขดลวดที่มีขั้วรองเท้า
ปืนอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบที่ประกอบด้วยแคโทดร้อนของลวดทังสเตน อิเล็กโทรดเกต และแคโทด มันสามารถปล่อยและสร้างลำแสงอิเล็กตรอนด้วยความเร็วสม่ำเสมอ ดังนั้นความเสถียรของแรงดันการเร่งจะต้องไม่น้อยกว่า 1/10000
