elektronmikroskop

Elektronmikroskop. Sammenligning mellem et lysmikroskop, et transmissions-elektronmikroskop og et scanning-elektronmikroskop. Strålegangen i lysmikroskopet er modsat strålegangen i de to elektronmikroskoper.

.

Elektronmikroskop. Skematisk tværsnit af elektronkanonen i et elektronmikroskop, hvor elektronkilden enten er en tilspidset wolframtråd eller spidsen af en LaB6-krystal.

.

Elektronmikroskop. 1,25 MV transmissions-elektronmikroskop på Max-Planck-Institut für Metallforschung i Stuttgart, Tyskland. Det japansk fremstillede mikroskop har en opløsningsevne på 0,095 nm. Mikroskopet huses i en treetagers bygning.

.

Elektronmikroskop. Strålegangen i en magnetisk linse, hvor pilespidsen i prøven tv. afbildes i billedet th. Elektronbanen snor sig gennem linsen, og billedet er drejet i forhold til prøven.

.

Artikelstart

Elektronmikroskop, mikroskop, hvori der anvendes en elektronstråle i stedet for synligt lys, og hvor glaslinserne er erstattet af magnetfelter. Elektronmikroskopet er baseret på, at en elektron kan tilskrives en bølgelængde, men samtidig kan afbøjes som en partikel i et magnetfelt. I teorien er et mikroskops opløsningsevne det halve af bølgelængden af den anvendte elektromagnetiske stråle. Elektronmikroskopet bruger elektronstråler, der typisk har en bølgelængde omkring 2,5 pm, hvilket er ca. 200.000 gange mindre end synligt lys; men da magnetiske linser, i modsætning til glaslinser, ikke er fejlfri, er opløsningsevnen for de bedste elektronmikroskoper omkring 0,1-0,2 nm, hvilket er 1000 gange bedre end lysmikroskopets opløsningsevne. Denne opløsning gør det muligt at afbilde atomer. Der findes to forskellige typer elektronmikroskoper: Transmissions- og scanning-elektronmikroskopet.

Transmissions-elektronmikroskopet er optisk analogt til et lysmikroskop. Med en elektronkanon frembringes en elektronstråle, der accelereres over en spændingsforskel på 100-400 kV. Specielle transmissions-elektronmikroskoper anvendt til mikroskopi af meget tykke prøver eller ved ekstrem høj opløsning anvender spændinger på 1-3 MV. Med et sæt kondensorlinser fokuseres elektronstrålen på prøven til en plet med en diameter på typisk 1 μm. Prøven er anbragt midt i objektivlinsens magnetfelt. Det forstørrede billede, der dannes af objektivet, bliver yderligere forstørret af 4-5 linser og projiceres til slut ned på en fluorescensskærm. Her kan billedet iagttages visuelt, eller det kan optages på film med et CCD-kamera. Billedets forstørrelse kan varieres ved at ændre på styrken af de enkelte linser. Da disse består af magnetfelter, sker det simpelt ved at ændre strømmen i de spoler, der frembringer felterne. Transmissions-elektronmikroskopet kan forstørre fra 100 til mere end 10 mio. gange, hvilket er atomar opløsning. Prøver til transmissions-elektronmikroskopi skal være ekstremt tynde, normalt mindre end 100 nm; ved mikroskopi med atomar opløsning skal prøven være 5-10 nm. Næsten alle slags materialer kan undersøges; transmissions-elektronmikroskopet benyttes derfor inden for forskellige fagområder som biologi, fysik, geologi, kemi, materialeforskning, medicin og miljøforskning.

Transmissions-elektronmikroskopet anvendes også til diffraktionsundersøgelser, hvorved der kan opnås viden om prøvernes krystallinske struktur i lighed med røntgendiffraktion og neutrondiffraktion. Mikroskopets konstruktion og elektronstrålens lille bølgelængde betyder, at det er muligt på samme tid at observere billeddetaljer og diffraktionsmønstre fra prøveområder, der kun er nogle få nm store.

I scanning-elektronmikroskopet, der benytter acceleratorspændinger på 20-50 kV, anvendes de magnetiske linser til at frembringe en elektronstråle med en diameter på nogle få mm. Når strålen rammer en prøves overflade, løsrives der elektroner med meget lille energi, de såkaldte sekundærelektroner. Elektronstrålen styres i et linjemønster hen over prøvens overflade; ved synkront med scanningen at måle strømmen af sekundærelektroner, der afhænger af overfladens beskaffenhed, frembringes et billede af overfladen. Alternativt kan billedet frembringes ved at måle på de tilbagespredte elektroner eller fluorescens-røntgenstråling. I modsætning til transmissions-elektronmikroskopet er scanning-elektronmikroskopet uafhængig af prøvens tykkelse. Til gengæld kræves det, at prøvens overflade er elektrisk ledende; på ikke-ledende prøver kan dette opnås ved at dække prøven med et 10-20 nm tykt guldlag. Med sekundærelektroner er det i scanning-elektronmikroskopet muligt at opnå en opløsningsevne på 1 nm. Opløsningsevnen for billeder fremstillet med tilbagespredte elektroner eller røntgenstråling er væsentlig mindre.

Principperne for scanning- og transmissions-elektronmikroskoperne kan kombineres i det såkaldte scanning-transmissions-elektronmikroskop, der specielt anvendes på tynde prøver. Med dette mikroskop er det muligt med et såkaldt elektronenergifilter både at måle elektronernes energitab ved passagen gennem den tynde prøve og at fremstille billeder.

I elektronmikroskopets prøvekammer kan prøverne undersøges på stedet ved opvarmning, køling og deformation. Både den inducerede fluorescens-røntgenstråling og elektronernes energitab er specifikke for de grundstoffer, som prøverne indeholder; ved at måle disse størrelser kan prøvernes kemiske sammensætning bestemmes.

Historie

Det første transmissions-elektronmikroskop blev fremstillet i Berlin i 1931 af M. Knoll og E. Ruska. I 1934 lykkedes det for første gang at fremstille billeder med bedre opløsning end lysmikroskopet, og i 1939 blev det første kommercielle mikroskop fremstillet af Siemens. Det første scanning-elektronmikroskop blev fremstillet af M. Baron von Ardenne i 1938, og den første serieproducerede udgave kom på markedet i 1965.

Læs mere om elektronmikroskop i underemnerne herunder.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig