电子显微镜

电子显微镜,显微镜使用一个,达到分辨率极高电子束而不是一束光来照亮研究的对象。

历史

第一季度基本许多物理学家的研究20世纪的建议阴极射线(例如,电子)可能会在某种程度上增加使用显微镜决议。法国物理学家路易德布罗意1924年开辟了道路与电子束的建议可能会被视为一种波动。德布罗意公式推导出的波长,这表明,例如,电子加速的60000伏(或60千伏[k]),有效波长将0.05埃(A)即:,1/100,000绿光。如果这样的波可用于显微镜,分辨率会有成倍的增长。在1926年,它被证明可以作为磁或静电字段镜头电子或其他带电粒子。这一发现发起的研究电子光学,到1931年德国电气工程师马克斯·诺尔和恩斯特Ruska有设计了晶状体核电子显微镜产生的电子图像来源。1933年原始电子显微镜成像一个标本,而不是电子源,并在1935年Knoll产生固体表面的扫描图像。光学显微镜的分辨率很快就超越。

德国物理学家曼弗雷德,Freiherr冯Ardenne(男爵),和英国电子工程师查尔斯·奥特利的传播奠定了基础电子显微镜(电子束穿过标本)和扫描电子显微镜(电子束放出其他电子样本,然后分析),尤其是记录在Ardenne的书Elektronen-Ubermikroskopie(1940)。进一步发展在电子显微镜的建设被推迟第二次世界大战但是收到了动力1946年消象散器的发明,它弥补了散光的目的镜头后,生产变得更加普遍。

的透射电子显微镜(TEM)可以形象标本1微米的厚度。高压电子显微镜类似于显微镜,但在更高的电压工作。的扫描电子显微镜(SEM),一束电子在固体表面扫描,用于建立一个图像的表面结构的细节。的环境扫描电子显微镜(整体)可以生成扫描图像的标本在一个氛围,与SEM,有义务的研究湿标本,包括一些生物。

导致的组合技术扫描透射电子显微镜(杆)、TEM和SEM方法相结合,电子探针显微分析仪或微探针分析仪,它允许一个化学分析的作文材料是用入射电子束激发发射的特点x射线化学元素的标本。这些x射线检测并分析了光谱分析仪内置仪器。微探针分析程序能够产生一个电子扫描图像,这样的结构和成分可能容易相关。

是另一种类型的电子显微镜场发射显微镜,一个强大的电场用于绘制电子从电线安装在吗阴极射线管。

工作原理

虽然有相似之处之间的光学和电子显微镜的布局原则,在实践中这两个是不同的。的传统的电子显微镜需要电子束在真空通常,因为电子不能在空中旅行一个明显的距离大气压力。电子显微镜的列是由泵、疏散和标本和任何其他必要设备的真空通过引入空气锁。与光学显微镜,镜头的焦点和样品之间的距离都是固定的和客观的镜头是多种多样,电子显微镜吗提出的镜头和样品之间的距离和物镜镜片的分离保持不变。的放大确定主要的价值当前的(磁透镜)通过中间和投影仪镜头线圈。形象主要是通过改变电流通过物镜线圈。另一个区别是光学显微镜通常是这图像是一个虚拟的一个操作,在电子显微镜下最终的图像总是真实的,是可视化荧光屏或记录学习摄影板在传统乐器或更通常在今天的实验室数字成像系统。

在光学显微镜的图像是由光的吸收标本;在电子显微镜图像结果从一个原子散射的电子的标本。一个重原子有效散射比低之一原子序数和重原子的存在会增加图像对比度。电子显微镜工作者可能更重原子合并到标本。

早期显微镜依靠静电透镜,但现代仪器使用电磁透镜。这些包括一个电磁丝在一起的磁极创建和集中磁场。镜片用于显微镜的冷凝器和投影仪系统不同于物镜只在细节。例如,制造和性能公差冷凝器或投影仪镜头物镜的要求较低。

努力改善电子显微镜的分辨率往往对生产的单字段condenser-objective镜头的低畸变。在这样一个镜头,作为电容器上部和较低的目标;标本是插入镜头的中心,在轴向磁场(仪器)的磁场沿轴最大。

所有电子镜头显示球面像差、变形、昏迷、散光,曲率场,色差由于电子束的波长的变化。这样的电子速度的变化可能是由于高压供应的变化电子枪或由于能量损失电子与原子碰撞的标本。第一个效应可以通过精心的高压稳定供应;和非常薄的标本和常用的电子能量高,第二个效应通常会被忽视。显微镜的分辨能力最终是有限的球形像差物镜。不可能纠正这种偏差通过添加第二个镜头相反的特点,为光学显微镜可以做,因为磁电子镜头总是收敛。计算机辅助透镜设计导致了巨大的改进性能,但电子镜头仍然需要小得多比光学透镜数值孔径以功能优化。

散光在电子显微镜主要是由于偏差从圆柱对称的径向分量透镜的磁场,是不完美的结果建设的镜头。电子束与残余气体分子的交互作用列沿着光束路径也可能导致存款的影响下充电梁和引入不对称。散光通常可以完全纠正使用消象散器安装物镜。