Tipi di microscopi elettronici
I microscopi elettronici possono essere suddivisi in microscopi elettronici a trasmissione, microscopi elettronici a scansione, microscopi elettronici a riflessione e microscopi elettronici a emissione secondo le loro strutture e usi.
I microscopi elettronici a trasmissione sono spesso usati per osservare le fini strutture materiali che non possono essere risolte dai normali microscopi;
I microscopi elettronici a scansione sono utilizzati principalmente per osservare la morfologia delle superfici solide e possono anche essere combinati con diffrattometri a raggi X o spettrometri di energia elettronica per formare microsonde elettroniche per l'analisi della composizione dei materiali;
La microscopia elettronica ad emissione viene utilizzata per lo studio delle superfici di elettroni autoemittenti.
(1) Microscopio elettronico a trasmissione
I componenti di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) includono:
1. Cannone elettronico: emette elettroni, composto da catodo, griglia e anodo.
2. Lente del condensatore: è una lente elettronica che concentra il fascio di elettroni e può essere utilizzata per controllare l'intensità dell'illuminazione e l'angolo di apertura.
3. Camera del campione: posizionare il campione da osservare ed è dotata di una tavola rotante per modificare l'angolazione del campione, nonché dotata di riscaldamento, raffreddamento e altre apparecchiature.
4. Lente dell'obiettivo: è una lente a breve distanza ad alto ingrandimento e la sua funzione è quella di ingrandire l'immagine elettronica. La lente dell'obiettivo è la chiave per determinare il potere di risoluzione e la qualità dell'immagine del microscopio elettronico a trasmissione.
5. Specchio intermedio: è una lente debole con ingrandimento variabile e la sua funzione è quella di ingrandire nuovamente l'immagine elettronica. Regolando la corrente dello specchio intermedio, è possibile selezionare l'immagine o il modello di diffrazione elettronica dell'oggetto per l'amplificazione.
6. Specchio di trasmissione: è una lente forte ad alto ingrandimento, che viene utilizzata per ingrandire ulteriormente l'immagine intermedia dopo il secondo ingrandimento e quindi formare un'immagine sullo schermo fluorescente.
7. Pompa a vuoto secondaria: aspirare la camera del campione.
8. Dispositivo fotocamera: utilizzato per registrare immagini. Poiché gli elettroni sono facili da disperdere o essere assorbiti dagli oggetti, il potere di penetrazione è basso e la densità e lo spessore del campione influenzeranno la qualità finale dell'immagine. Devono essere preparate sezioni ultrasottili più sottili, solitamente 50-100 nm.
Pertanto, il campione deve essere elaborato molto sottile se osservato con un microscopio elettronico a trasmissione. Solitamente preparato mediante sezionamento sottile o incisione congelata:
(1) Metodo a fette sottili
Il campione viene solitamente fissato con acido osmico e glutaraldeide, incorporato con resina epossidica e tagliato mediante espansione termica o propulsione a spirale. Lo spessore della fetta è 20-50 nm e colorato con sali di metalli pesanti per aumentare il contrasto.
(2) Metodo di incisione per congelamento noto anche come metodo di frattura per congelamento
Dopo che i campioni sono stati congelati in ghiaccio secco a -100 gradi o azoto liquido a -196 gradi, i campioni sono stati rapidamente tagliati con un coltello freddo. Dopo che il campione fratturato si è riscaldato, il ghiaccio sublima immediatamente in condizioni di vuoto, esponendo la struttura fratturata, che è chiamata incisione. Una volta completata l'incisione, uno strato di platino vaporizzato viene spruzzato con un angolo di 45° rispetto alla sezione e uno strato di carbonio viene spruzzato con un angolo di 90° per migliorare il contrasto e la forza. Il campione viene quindi digerito con una soluzione di ipoclorito di sodio e il film di carbonio e platino viene staccato, che è chiamato film complesso, che può rivelare la morfologia della superficie incisa del campione. L'immagine ottenuta al microscopio elettronico rappresenta la struttura sulla superficie fratturata della cellula nel campione.
(2) Microscopio elettronico a scansione
Il microscopio elettronico a scansione (SEM) è uscito negli anni '60 e attualmente la risoluzione può raggiungere 6-10 nm.
Il suo principio di funzionamento è che il fascio di elettroni finemente focalizzato emesso dal cannone elettronico colpisce il campione attraverso la lente del condensatore a due stadi, la bobina di deflessione e la lente dell'obiettivo, scansiona la superficie del campione ed eccita gli elettroni secondari. La quantità di elettroni secondari generati è correlata all'angolo di incidenza del fascio di elettroni, cioè alla struttura superficiale del campione. Dopo che gli elettroni secondari sono stati raccolti dal rilevatore, vengono convertiti in segnali ottici dallo scintillatore e quindi convertiti in segnali elettrici dal tubo fotomoltiplicatore e dall'amplificatore per controllare l'intensità del fascio di elettroni sullo schermo fluorescente e visualizzare un'immagine di scansione sincronizzato con il fascio di elettroni. L'immagine è un'immagine tridimensionale, che riflette la struttura superficiale del campione.
Prima dell'ispezione, i campioni del microscopio elettronico a scansione devono essere fissati, disidratati e quindi spruzzati con uno strato di particelle di metalli pesanti. I metalli pesanti emettono segnali elettronici secondari sotto il bombardamento del fascio di elettroni.
