Vantagens da Microscopia Eletrônica vs. Microscopia Óptica
Microscópio Eletrônico Microscópio Óptico Princípio de Imagem Semelhanças e Diferenças
Um microscópio eletrônico é um instrumento que usa feixes de elétrons e lentes de elétrons em vez de feixes de luz e lentes ópticas para obter imagens das estruturas finas de substâncias em ampliações muito altas com base no princípio da óptica eletrônica.
O poder de resolução de um microscópio eletrônico é representado pela pequena distância entre dois pontos adjacentes que ele pode resolver. Nos anos 1970, os microscópios eletrônicos de transmissão tinham uma resolução de cerca de 0,3 nanômetros (o poder de resolução do olho humano é de cerca de 0,1 milímetros). Agora, a ampliação máxima do microscópio eletrônico excede 3 milhões de vezes, enquanto a ampliação máxima do microscópio óptico é de cerca de 2.000 vezes, de modo que os átomos de alguns metais pesados e as redes atômicas bem organizadas no cristal podem ser observadas diretamente através do microscópio eletrônico. .
Em 1931, Knorr-Bremse e Ruska da Alemanha reajustaram um osciloscópio de alta tensão com uma fonte de elétrons de descarga catódica fria e três lentes de elétrons, e obtiveram uma imagem ampliada mais de dez vezes, o que confirmou a possibilidade de imagens ampliadas por microscópio eletrônico. Em 1932, após o aperfeiçoamento de Ruska, o poder de resolução do microscópio eletrônico atingiu 50 nanômetros, cerca de dez vezes o poder de resolução do microscópio óptico da época, então o microscópio eletrônico começou a receber a atenção das pessoas.
Na década de 1940, Hill nos Estados Unidos usou um astigmatizador para compensar a assimetria rotacional da lente eletrônica, o que fez um novo avanço no poder de resolução do microscópio eletrônico e gradualmente atingiu o nível moderno. Na China, um microscópio eletrônico de transmissão foi desenvolvido com sucesso em 1958 com uma resolução de 3 nanômetros e, em 1979, um grande microscópio eletrônico com resolução de 0,3 nanômetros foi fabricado.
Embora o poder de resolução do microscópio eletrônico seja muito melhor do que o do microscópio óptico, é difícil observar organismos vivos porque o microscópio eletrônico precisa trabalhar sob condições de vácuo, e a irradiação do feixe de elétrons também fará com que as amostras biológicas ser danificado pela radiação. Outras questões, como a melhoria do brilho do canhão de elétrons e a qualidade da lente de elétrons, também precisam ser mais estudadas.
O poder de resolução é um importante indicador da microscopia eletrônica, que está relacionado ao ângulo do cone incidente e ao comprimento de onda do feixe de elétrons que passa pela amostra. O comprimento de onda da luz visível é de cerca de {{0}} nanômetros, enquanto o comprimento de onda dos feixes de elétrons está relacionado à tensão de aceleração. Quando a tensão de aceleração é 50-100 kV, o comprimento de onda do feixe de elétrons é de cerca de 0,0053-0,0037 nanômetros. Como o comprimento de onda do feixe de elétrons é muito menor do que o comprimento de onda da luz visível, mesmo que o ângulo do cone do feixe de elétrons seja apenas 1% daquele do microscópio óptico, o poder de resolução do microscópio eletrônico ainda é muito superior ao do microscópio óptico.
O microscópio eletrônico consiste em três partes: barril da lente, sistema de vácuo e gabinete de fonte de alimentação. O barril da lente inclui principalmente canhões de elétrons, lentes de elétrons, porta-amostras, telas fluorescentes e mecanismos de câmera. Esses componentes geralmente são montados em uma coluna de cima para baixo; o sistema de vácuo é composto por bombas de vácuo mecânicas, bombas de difusão e válvulas de vácuo. O gasoduto é conectado ao barril da lente; o gabinete de energia é composto por um gerador de alta tensão, um estabilizador de corrente de excitação e várias unidades de controle de ajuste.
A lente eletrônica é uma parte importante do barril da lente do microscópio eletrônico. Ele usa um campo elétrico espacial ou campo magnético simétrico ao eixo do barril da lente para dobrar a trilha de elétrons para o eixo para formar um foco. Sua função é semelhante à de uma lente convexa de vidro para focalizar o feixe, por isso é chamada de lente eletrônica. . A maioria dos microscópios eletrônicos modernos usa lentes eletromagnéticas, que focalizam os elétrons através de um forte campo magnético gerado por uma corrente de excitação CC muito estável que passa por uma bobina com sapatas polares.
O canhão de elétrons é um componente que consiste em um cátodo quente de filamento de tungstênio, uma grade e um cátodo. Ele pode emitir e formar um feixe de elétrons com uma velocidade uniforme, de modo que a estabilidade da tensão de aceleração não deve ser inferior a um décimo de milésimo.
Os microscópios eletrônicos podem ser divididos em microscópios eletrônicos de transmissão, microscópios eletrônicos de varredura, microscópios eletrônicos de reflexão e microscópios eletrônicos de emissão de acordo com suas estruturas e usos. Microscópios eletrônicos de transmissão são frequentemente usados para observar as estruturas de materiais finos que não podem ser resolvidas por microscópios comuns; os microscópios eletrônicos de varredura são usados principalmente para observar a morfologia de superfícies sólidas e também podem ser combinados com difratômetros de raios X ou espectrômetros de energia eletrônica para formar microssondas eletrônicas para análise de composição de materiais; microscopia eletrônica de emissão para o estudo de superfícies de elétrons auto-emissores.
O microscópio eletrônico de transmissão é nomeado após o feixe de elétrons penetrar na amostra e, em seguida, ampliar a imagem com a lente de elétrons. Seu caminho óptico é semelhante ao de um microscópio óptico. Neste tipo de microscópio eletrônico, o contraste no detalhe da imagem é criado pela dispersão do feixe de elétrons pelos átomos da amostra. A parte mais fina ou de menor densidade da amostra tem menos espalhamento do feixe de elétrons, de modo que mais elétrons passam pelo diafragma da objetiva e participam da geração de imagens, aparecendo mais brilhantes na imagem. Por outro lado, partes mais espessas ou densas da amostra aparecem mais escuras na imagem. Se a amostra for muito espessa ou muito densa, o contraste da imagem se deteriorará, ou até mesmo será danificado ou destruído pela absorção da energia do feixe de elétrons.
O topo da coluna do microscópio eletrônico de transmissão é o canhão de elétrons, os elétrons são emitidos pelo cátodo quente de tungstênio, passam pelo primeiro e os segundos dois espelhos condensadores focam o feixe de elétrons. Depois de passar pela amostra, o feixe de elétrons é visualizado no espelho intermediário pela lente objetiva e, em seguida, ampliado passo a passo através do espelho intermediário e do espelho de projeção e, em seguida, visualizado na tela fluorescente ou na placa fotocoerente.
A ampliação do espelho intermediário pode ser alterada continuamente de dezenas a centenas de milhares de vezes, principalmente por meio do ajuste da corrente de excitação; alterando a distância focal do espelho intermediário, imagens de microscopia eletrônica e imagens de difração de elétrons podem ser obtidas nas pequenas partes da mesma amostra. Para estudar amostras de fatias de metal mais espessas, o Laboratório Francês de Ótica Eletrônica Dulos desenvolveu um microscópio eletrônico de ultra-alta tensão com uma tensão de aceleração de 3500 kV. Diagrama esquemático da estrutura do microscópio eletrônico de varredura
O feixe de elétrons do microscópio eletrônico de varredura não passa pela amostra, mas apenas varre e excita elétrons secundários na superfície da amostra. O cristal de cintilação colocado próximo à amostra recebe esses elétrons secundários, amplifica e modula a intensidade do feixe de elétrons do tubo de imagem, alterando assim o brilho na tela do tubo de imagem. A bobina de deflexão do tubo de imagem mantém a varredura síncrona com o feixe de elétrons na superfície da amostra, de modo que a tela fluorescente do tubo de imagem exiba a imagem topográfica da superfície da amostra, semelhante ao princípio de funcionamento de uma TV industrial .
A resolução de um microscópio eletrônico de varredura é determinada principalmente pelo diâmetro do feixe de elétrons na superfície da amostra. A ampliação é a razão entre a amplitude de varredura no tubo de imagem e a amplitude de varredura na amostra, que pode ser alterada continuamente de dezenas a centenas de milhares de vezes. A microscopia eletrônica de varredura não requer amostras muito finas; a imagem tem um forte efeito tridimensional; ele pode usar informações como elétrons secundários, elétrons absorvidos e raios X gerados pela interação entre feixes de elétrons e substâncias para analisar a composição das substâncias.
O canhão de elétrons e a lente condensadora de um microscópio eletrônico de varredura são aproximadamente os mesmos de um microscópio eletrônico de transmissão, mas para tornar o feixe de elétrons mais fino, uma lente objetiva e um astigmatizador são adicionados sob a lente condensadora e dois conjuntos de feixes de varredura mutuamente perpendiculares são instalados dentro da lente objetiva. bobina. A câmara de amostra abaixo da lente objetiva é equipada com um estágio de amostra que pode se mover, girar e inclinar.
