¿Cuáles son las diferencias en los principios de obtención de imágenes entre la microscopía electrónica de barrido y la microscopía electrónica de transmisión?
La microscopía electrónica de barrido se trata principalmente de imágenes electrónicas secundarias después de que el haz de electrones irradia la muestra, y la imagen de campo brillante de la microscopía electrónica de transmisión es la imagen electrónica de transmisión.
El microscopio electrónico, conocido como microscopio electrónico, nombre en inglés Electron Microscope (EM para abreviar), se ha convertido en una herramienta indispensable e importante en la ciencia y la tecnología modernas después de más de 50 años de desarrollo.
El microscopio electrónico consta de tres partes: tubo de lente, dispositivo de vacío y gabinete de alimentación.
El cilindro de la lente incluye principalmente componentes como fuente de electrones, lente de electrones, soporte de muestra, pantalla fluorescente y detector. Estos componentes generalmente se ensamblan en un cilindro de arriba a abajo.
La lente electrónica se utiliza para enfocar los electrones y es el componente más importante del cilindro del microscopio electrónico. Generalmente se utilizan lentes magnéticas y, en ocasiones, también se utilizan lentes electrostáticas. Utiliza un campo eléctrico espacial o campo magnético que es simétrico al eje del cilindro de la lente para doblar la trayectoria del electrón hacia el eje para formar un foco. Su función es la misma que la lente óptica (lente convexa) en un microscopio óptico. enfoca el haz, por eso se llama lente de electrones. El enfoque de la lente óptica es fijo, mientras que el enfoque de la lente electrónica se puede ajustar. Por lo tanto, el microscopio electrónico no tiene un sistema de lentes móviles como el microscopio óptico. La mayoría de los microscopios electrónicos modernos utilizan lentes electromagnéticas. El fuerte campo magnético generado por una corriente de excitación CC muy estable que pasa a través de una bobina con zapatas polares enfoca los electrones. La fuente de electrones está compuesta por un cátodo que libera electrones libres, una rejilla y un ánodo que acelera los electrones en un anillo. La diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo debe ser muy alta, normalmente entre unos pocos miles de voltios y 3 millones de voltios. Puede emitir y formar haces de electrones con velocidad uniforme, por lo que se requiere que la estabilidad del voltaje de aceleración sea al menos una diezmilésima.
La muestra se puede colocar de forma estable en el soporte de muestra. Además, a menudo existen dispositivos que se pueden utilizar para cambiar la muestra (como mover, rotar, calentar, enfriar, estirar, etc.).
¿Por qué utilizar una pantalla fluorescente? Debido a que el haz de electrones no puede verse a simple vista, se utiliza una pantalla fluorescente para convertir el haz de electrones en una fuente de luz visible para formar una imagen que pueda verse con los ojos.
Los detectores se utilizan para recoger señales electrónicas o señales secundarias.
El dispositivo de vacío se utiliza para garantizar el estado de vacío dentro del microscopio de modo que los electrones no sean absorbidos ni desviados en su camino. Consta de una bomba de vacío mecánica, una bomba de difusión, una válvula de vacío, etc. ., y está conectado al microscopio a través de un tubo de escape. Los tubos están conectados.
El microscopio electrónico de transmisión recibe su nombre porque el haz de electrones penetra en la muestra y luego utiliza una lente electrónica para obtener imágenes y ampliarlas. Su trayectoria de luz es similar a la de un microscopio óptico y puede obtener directamente la proyección de una muestra. Al cambiar el sistema de lentes del objetivo se puede ampliar directamente la imagen en el punto focal del objetivo. A partir de aquí se pueden obtener imágenes de difracción de electrones. Esta imagen se puede utilizar para analizar la estructura cristalina de la muestra. En este tipo de microscopio electrónico, el contraste de los detalles de la imagen se forma mediante la dispersión del haz de electrones por los átomos de la muestra. Como los electrones necesitan viajar a través de la muestra, ésta debe ser muy delgada. El espesor de la muestra está determinado por el peso atómico de los átomos que componen la muestra, el voltaje al que se aceleran los electrones y la resolución deseada. El espesor de la muestra puede variar desde unos pocos nanómetros hasta varios micrómetros. Cuanto mayor sea el peso atómico y menor el voltaje, más delgada debe ser la muestra. La parte más delgada o de menor densidad de la muestra tiene menos dispersión del haz de electrones, por lo que pasan más electrones a través de la apertura del objetivo y participan en la obtención de imágenes, apareciendo más brillantes en la imagen. Por el contrario, las partes más gruesas o densas de la muestra aparecerán más oscuras en la imagen. Si la muestra es demasiado gruesa o densa, el contraste de la imagen se deteriorará e incluso podrá dañarse o destruirse al absorber la energía del haz de electrones.
La resolución de un microscopio electrónico de transmisión es de 0,1 a 0,2 nm y el aumento es de decenas de miles a cientos de miles de veces. Dado que los objetos dispersan o absorben fácilmente los electrones, el poder de penetración es bajo y se deben preparar secciones ultrafinas más delgadas (generalmente de 50 a 100 nm).
La parte superior del cilindro del microscopio electrónico de transmisión es un cañón de electrones. Los electrones se emiten desde el cátodo caliente del filamento de tungsteno y pasan a través del primer y segundo condensadores para enfocar el haz de electrones. Después de que el haz de electrones pasa a través de la muestra, la lente objetivo toma una imagen en el espejo intermedio y luego se amplifica gradualmente a través del espejo intermedio y el espejo de proyección, y toma una imagen en la pantalla fluorescente o en la placa fotográfica seca. El espejo intermedio ajusta principalmente la corriente de excitación y el aumento se puede cambiar continuamente desde docenas de veces hasta cientos de miles de veces. Al cambiar la longitud focal del espejo intermedio, se pueden obtener imágenes de microscopía electrónica e imágenes de difracción de electrones en partes pequeñas. de la misma muestra.
El haz de electrones de un microscopio electrónico de barrido no atraviesa la muestra, sino que solo enfoca el haz de electrones en un área pequeña de la muestra tanto como sea posible y luego escanea la muestra línea por línea. .
Los electrones incidentes provocan que los electrones secundarios se exciten en la superficie de la muestra. Lo que observa el microscopio son los electrones esparcidos desde cada punto. El cristal de centelleo colocado junto a la muestra recibe estos electrones secundarios y modula la intensidad del haz de electrones del tubo de imagen mediante amplificación, cambiando así el brillo de la pantalla fluorescente del tubo de imagen. La imagen es tridimensional y refleja la estructura de la superficie de la muestra. La bobina de desviación del tubo de imagen sigue escaneando sincrónicamente con el haz de electrones sobre la superficie de la muestra, de modo que la pantalla fluorescente del tubo de imagen muestra la imagen topográfica de la superficie de la muestra, que es similar al principio de funcionamiento de la televisión industrial. Dado que los electrones en un microscopio de este tipo no tienen que transmitirse a través de la muestra, el voltaje al que se aceleran no tiene por qué ser muy alto.
La resolución de un microscopio electrónico de barrido está determinada principalmente por el diámetro del haz de electrones sobre la superficie de la muestra. La ampliación es la relación entre la amplitud de escaneo en el tubo de imagen y la amplitud de escaneo en la muestra, y puede variar continuamente desde docenas hasta cientos de miles de veces. Los microscopios electrónicos de barrido no requieren muestras muy delgadas; las imágenes tienen un fuerte efecto tridimensional; pueden utilizar información como electrones secundarios, electrones de absorción y rayos X generados por la interacción entre haces de electrones y sustancias para analizar la composición de las sustancias. .
La fabricación de microscopios electrónicos de barrido se basa en la interacción entre los electrones y la materia. Cuando un haz de electrones artificiales de alta energía bombardea la superficie de un material, el área excitada producirá electrones secundarios, electrones Auger, rayos X característicos y radiación electromagnética de espectro continuo producida en la región luminosa. Al mismo tiempo, también se pueden generar pares electrón-hueco, vibraciones de la red (fonones) y oscilaciones de electrones (plasma).