Электронная микроскопия виды. Электронная микроскопия: виды, устройство и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие существуют основные виды электронных микроскопов. Как устроены просвечивающий и растровый электронные микроскопы. В чем преимущества и недостатки разных типов электронных микроскопов. Для каких задач и исследований используется электронная микроскопия.

Содержание

Основные виды электронных микроскопов

Электронная микроскопия — это метод исследования структуры материалов с помощью пучка электронов. Существует несколько основных видов электронных микроскопов:

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)
Растровый (сканирующий) электронный микроскоп (РЭМ)
Эмиссионный электронный микроскоп
Отражательный электронный микроскоп
Зеркальный электронный микроскоп

Наиболее распространенными и востребованными являются просвечивающие и растровые электронные микроскопы. Рассмотрим их устройство и принцип работы подробнее.

Устройство и принцип работы просвечивающего электронного микроскопа

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) использует пучок электронов, проходящий через сверхтонкий образец. Основные элементы ПЭМ:

Источник электронов (электронная пушка)
Система электромагнитных линз для фокусировки электронного пучка
Предметный столик с образцом
Проекционная система для формирования увеличенного изображения
Система регистрации изображения (флуоресцентный экран, ПЗС-камера)

Принцип работы ПЭМ заключается в следующем:

Пучок электронов генерируется электронной пушкой
Электронный пучок фокусируется системой линз и проходит через образец
Проходящие электроны взаимодействуют с атомами образца
Прошедшие электроны формируют увеличенное изображение в проекционной системе
Изображение регистрируется на флуоресцентном экране или ПЗС-камерой

Особенности и применение растрового электронного микроскопа

Растровый (сканирующий) электронный микроскоп (РЭМ) использует сфокусированный электронный зонд для сканирования поверхности образца. Основные компоненты РЭМ:

Электронная пушка
Система электромагнитных линз
Система сканирования
Детекторы вторичных и отраженных электронов
Предметный столик
Система формирования изображения

Принцип работы РЭМ:

Электронный пучок фокусируется в тонкий зонд
Зонд сканирует поверхность образца
Детекторы регистрируют вторичные и отраженные электроны
Сигнал от детекторов преобразуется в изображение

РЭМ позволяет получать трехмерные изображения поверхности с высоким разрешением и большой глубиной резкости. Это делает его незаменимым для исследования морфологии и состава поверхности материалов.

Сравнение возможностей ПЭМ и РЭМ

Просвечивающий и растровый электронные микроскопы имеют ряд отличий:

Параметр	ПЭМ	РЭМ
Принцип формирования изображения	Прошедшие электроны	Вторичные и отраженные электроны
Максимальное разрешение	До 0.05 нм	До 0.4 нм
Увеличение	До 50 000 000x	До 2 000 000x
Толщина образца	До 100 нм	Любая
Тип информации	Внутренняя структура	Поверхность и состав

Преимущества и недостатки электронной микроскопии

Электронная микроскопия обладает рядом преимуществ:

Сверхвысокое пространственное разрешение (до 0.05 нм)
Большая глубина резкости
Возможность получения информации о внутренней структуре и составе
Широкий диапазон увеличений
Возможность исследования динамических процессов

Однако у метода есть и некоторые недостатки:

Сложность и дороговизна оборудования
Необходимость специальной подготовки образцов
Высокие требования к вакууму
Возможность повреждения образца электронным пучком
Ограниченная цветопередача изображений

Области применения электронной микроскопии

Электронная микроскопия широко применяется в различных областях науки и техники:

Материаловедение (исследование структуры и свойств материалов)
Биология и медицина (изучение клеточных структур, вирусов)
Нанотехнологии (анализ наноструктур и наноматериалов)
Полупроводниковая промышленность (контроль качества микросхем)
Криминалистика (анализ микрочастиц)
Геология (исследование минералов и горных пород)

Новейшие разработки в области электронной микроскопии

Электронная микроскопия продолжает активно развиваться. Некоторые современные направления развития:

Криоэлектронная микроскопия для исследования биологических образцов

Атомно-разрешающая электронная микроскопия
Сверхбыстрая электронная микроскопия для изучения динамических процессов
Комбинированные системы, сочетающие возможности ПЭМ и РЭМ
Интеграция с другими аналитическими методами (спектроскопия, томография)

Эти инновации расширяют возможности метода и открывают новые перспективы для исследований в различных областях науки и техники.

Подготовка образцов для электронной микроскопии

Правильная подготовка образцов критически важна для получения качественных результатов в электронной микроскопии. Методы подготовки различаются для ПЭМ и РЭМ:

Подготовка образцов для ПЭМ:

Ультрамикротомия (получение ультратонких срезов)
Ионное утонение
Электрохимическое полирование
Приготовление реплик

Подготовка образцов для РЭМ:

Напыление проводящих покрытий
Химическая фиксация биологических образцов
Сушка в критической точке
Криофиксация

Выбор метода подготовки зависит от типа образца и задач исследования. Правильная подготовка позволяет минимизировать артефакты и получить достоверные результаты.

Виды электронных микроскопов.

Многообразие явлений, требующих изучения при помощи электронной микроскопии, определяет разнообразие и специфику ее методов и соответствующих устройств. Мы уже знакомы с принципом действия просвечивающего электронного микроскопа. С его помощью можно исследовать тонкие образцы, пропускающие падающий на них пучок электронов.

В ряде случаев и в первую очередь для исследования массивных объектов применяются электронные микроскопы других типов.

Эмиссионный электронный микроскоп формирует изображение с помощью электронов, испускаемых самим объектом. Такое испускание достигается путем нагревания объекта (термоэлектронная эмиссия), освещения его (фотоэлектронная эмиссия), бомбардировки электронами или ионами (вторичная электронная эмиссия), а также помещением его в сильное электрическое поле (автоэлектронная эмиссия). Увеличенное изображение формируется подобно тому, как это делается в микроскопе просвечивающего типа.

Образование изображения в эмиссионном электронном микроскопе происходит в основном за счет различного испускания электронов микроучастками объекта. При эмиссионных исследованиях объектов разрешающая способность микроскопов составляет 300А.

Эмиссионная электронная микроскопия нашла широкое применение в исследованиях и разработках катодов электровакуумных приборов различного, в том числе радиолокационного применения, а также в физических исследованиях металлов и полупроводников.

В отражательном электронном микроскопе изображение создается с помощью электронов, отраженных (рассеянных) поверхностным слоем объекта. Образование изображения в нем обусловлено различием рассеяния электронов в разных точках объекта в зависимости от материала и микрорельефа. Обычно образцы получаются под малым углом (приблизительно несколько градусов) к поверхности. Практически на электронных микроскопах такого типа достигнуто разрешение порядка 100 ангстрем.

Одна из особенностей отражательного электронного микроскопа — различие увеличений в различных направления вдоль плоскости объекта связано с наклонным положением объекта по отношению к оптической оси микроскопа. Поэтому увеличение такого микроскопа характеризуют обычно двумя величинами: увеличением в плоскости падения пучка электронов и увеличением в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

Растровый электронный микроскоп основан на использовании предварительно сформированного тонкого электронного луча (зонда), положением которого управляют с помощью электромагнитных полей. Это управление (сканирование) во многом аналогично процессу развертки в телевизионных кинескопах. Электронный зонд последовательно проходит по поверхности исследуемого образца. Под воздействием электронов пучка происходит ряд процессов, характерных для данного материала и его структуры. К их числу относятся рассеяние первичных электронов, испускание (эмиссия) вторичных электронов, появление электронов, прошедших сквозь объект (в случае тонких объектов), возникновение рентгеновского излучения.

В ряде специальных случаев (люминесцирующие материалы, полупроводники) возникает также световое излучение. Регистрация электронов, выходящих из объекта, а также других видов излучения (рентгеновского, светового) дает информацию о различных свойствах микроучастков изучаемого объекта. Соответственно этому системы индикации и другие элементы растровых микроскопов различаются в зависимости от вида регистрируемого излучения.

Синхронно с разверткой электронного зонда осуществляется развертка луча большого кинескопа. Рассмотрим работу растрового электронного микроскопа в режиме индикации тока вторичных электронов. В этом случае величина вторичного электронного тока определяет глубину модуляции яркости на экране кинескопа. Растровый электронный микроскоп такого типа позволяет получить увеличение 100 100 000 при достаточной контрастности изображения. Разрешающая способность растровых электронных микроскопов определяется диаметром электронного зонда и в случае получения изображения в электронных лучах составляет 300À. Растровые электронные микроскопы позволяют изучать, например, так называемые p-n переходы в полупроводниках.

Из электронных микроскопов упомянем зеркальный электронный микроскоп, основной особенностью которого является чувствительность к микроскопическим электрическим и магнитным полям на отражающем массивном объекте. При этом достигается разрешение деталей порядка 1000А и увеличение почти в 2000*. Работа такого микроскопа основана на действии микроскопических электрических и магнитных полей на электронный поток. Зеркальный электронный микроскоп позволяет изучать, например, доменную структуру ферромагнитных материалов, структуру сегнетоэлектриков.

В теневом электронном микроскопе, так же как и в растровом, формируется электронный зонд, однако положение его остается неизменным. Электронные лучи зонда служат для получения увеличенного теневого изображения объекта, помещенного в непосредственной близости от зонда. Образование изображения обусловлено рассеянием и поглощением электронов различными участками объекта. Следует отметить, что интенсивность конечного изображения в теневом электронном микроскопе незначительна, поэтому обычно в них используются усилители света типа электронно-оптических преобразователей.

Важной разновидностью электронных микроскопов растрового типа является микрорентгеноспектральный анализатор. Прибор основан на возбуждении так называемого характеристического рентгеновского излучения атомов малого участка поверхности — образца с помощью тонкого высокоскоростного электронного зонда. Электронный зонд с помощью системы развертки обегает исследуемую поверхность. При торможении электронов на поверхности возникает наряду с так называемым тормозным излучением характеристическое рентгеновское излучение, свойства которого существенно определяются строением электронных оболочек в атомах вещества. Это излучение обязано своим возникновением энергетическим переходом между глубокими энергетическими уровнями атомов.

Возникающее характеристическое излучение регистрируется с помощью рентгеноспектральной аппаратуры. Диаметр электронного зонда может изменяться от 360 до 0,5 мкм, а размер просматриваемой площадки представляет собой квадрат со стороной 360, 180, 90 или 45 мкм. В одном из приборов такого типа скорость анализа по одному химическому элементу соответствует движению зонда 8 или 96 мкм/мин (при механическом перемещении объекта). Анализировать можно все элементы периодической системы элементов Менделеева, легких (от атомного номера 11 — натрия).минимальный объем вещества, поддающегося количественному анализу, составляет 0,1 мкг. С помощью микрорентгеновского анализатора получают распределение физико-химического состава вдоль исследуемой поверхности.

В СССР серийно выпускается (выпускался) микрорентгеновский анализатор типа МАР-1 (диаметр зонда около 1 мкм, наименьшая анализируемая площадь 1мкм2). Приборы такого вида находят применение в электронной промышленности и в других областях науки и техники.

Читатель, видимо, обратил внимание на тот факт, что в электронных микроскопах не достигается разрешающая способность, предсказываемая теорией. В чем же дело? Вспомним, что в формировании изображения в электронных микроскопах важную роль играют элементы электронной оптики, позволяющие осуществлять управление электронными пучками. Этим элементам — электронным линзам свойственны различного рода отклонения от идеального (требуемого расчетом) распределения электрических и магнитных полей. Положение здесь во многом аналогично ограничениям в оптической микроскопии, связанным с неточностью изготовления оптических линз, зеркал и других элементов. Кроме того, ряд трудностей связан с особенностями изготовления и работы источников электронных потоков (катодов), а также с проблемой создания потоков, в которых электроны мало отличаются по скоростям. В соответствии с этими фактами, действующими в реальных условиях, различают определённые виды искажений в электронных микроскопах, используя при этом терминологию, заимствованную из световой оптики.

Основными видами искажений электронных линз в просвечивающих микроскопах являются сферическая и хроматическая аберрации, а также дифракция и приосевой астигматизм. Не останавливаясь на происхождении различных видов искажений, связанных с нарушениями симметрии полей и взаимным расположением элементов электронной оптики, упомянем лишь о хроматической аберрации. Последний вид искажений аналогичен возникновению окрашенных изображений в простых биноклях и лупах. Использование спектрально чистого монохроматического света в оптике (вместо белого) устраняет этот вид искажений. Аналогично этому в электронной микроскопии используют по возможности пучки электронов, скорости которых отличаются мало (вспомним соотношение =h/(mv) для электрона!). Этого достигают применением высокостабильных источников электрического питания.

Близким “родственником” электронного микроскопа является электронограф прибор, использующий явление дифракции электронов, той самой дифракции, которая в своё время подтвердила наличие волновых свойств у электронов и ставит в наши дни предел разрешения в электронном микроскопе. В случае электронов объектами, в которых может происходить дифракция на периодической структуре (аналогичной объёмной дифракционной решётке в оптике), служат кристаллические структуры. Известно, что в кристаллах атомы расположены в строгом геометрическом порядке на расстояниях порядка единиц ангстрем. Особенно правильно это расположение в так называемых монокристаллах. При взаимодействии электронов с такими структурами возникает рассеяние электронов в преимущественных направлениях в соответствии с предсказываемыми теорией соотношениями. Регистрируя рассеянные электроны (например, фотографируя их), можно получать информацию об атомной структуре вещества. В современных условиях электронография широко применяется при исследованиях не только твёрдых, но и жидких, газообразных тел. О виде получаемых электронограмм можно судить по фотографиям (см. рис.6).

Рис. 6. Электорнограмма высокого разрешения (окись цинка):

вверху электронограмма; внизу увеличенное изображение участка А.

В нашей стране и за рубежом применяются специализированные электронографы промышленного типа. Кроме того, в некоторых электронных микроскопах предусмотрена возможность работы в режиме электронографии.

Следует заметить, что с точки зрения физики получение электронограмм представляет собой процесс, во многом близкий процессу получению рентгенограмм в рентгеноструктурном анализе. Действительно, если в электрографии используется дифракция электронов, то в рентгеноструктурном анализе происходит дифракция рентгеновских лучей на атомных структурах. Естественно, что каждый из этих методов имеет свою область применения.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)

Методика исследования тонких образцов/фольг (<< 1мкм) посредством анализа проходящего сквозь них высокоэнергетичного пучка электронов. Высокая энергия взаимодействующих с образцом электронов позволяет наблюдать за объектами с высоким, вплоть до атомарного, разрешением.

ПЭМ исследования МРЦ НТ НП СПбГУ проводятся на просвечивающем электронном микроскопе LIBRA 200FE со встроенным Ω-фильтром. Ускоряющее напряжение микроскопа – 200кэВ.

При ПЭМ исследованиях и анализе изображений необходимо различать природу наблюдаемых контрастов.

1. Абсорбционный контраст

Контраст формируется в результате неупругого рассеяния проходящих через образец электронов. В случае исследования однородной по толщине фольги, содержащей частицы более плотного материала, последние наблюдаются в виде темных областей на более светлом общем фоне. При исследовании однородной по составу фольги разной толщины, участки большей толщины также могут контрастировать на уровне общего фона.

Контраст используется для исследования микрочастиц на аморфной плёнке (рис. 2.1). Также его используют для исследования толщины фольги или химического состава в области неоднородного контраста.

Рис. 2.1 Частицы TiO₂ на углеродной пленке

2. Дифракционный контраст

Контраст формируется в результате упругого рассеяния проходящих электронов на регулярно расположенных атомах в кристаллической решётке.

Контраст используется для определения кристалличности плёнки, определения параметра решётки (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Дифракционная картина решетки кремния в направлении [100]

3. Амплитудный контраст

Формируется при выделении из дифракционной картины определенного рефлекса и выводе его изображения на оптическую ось. При выделении прямого пучка – изображение называется светлопольным, при выделении дифрагированного пучка – темнопольным. Неоднородности на изображении формируются из-за рассеяния электронов на локальных несовершенствах кристаллической решетки.

Амплитудный контраст зачастую используется для идентификации дефектов в кристаллической решетке/установления их природы и свойств (рис. 2.3).

Рис. 2.3. ПЭМ изображение дефектов упаковки в кремнии, возникающих после имплантации Er и отжига. Слева – светлопольное, справа – темнопольное ПЭМ изображение

4. Фазовый (интерференционный) контраст

Формируется в условиях многопучковой дифракции электронов. Данный контраст является следствием интерференции электронных волн с различным фазовым сдвигом. Наиболее часто используемым типом фазового контраста является контраст кристаллической решетки, возникающий в результате интерференции нескольких электронных волн (рис. 2.4).

Контраст может быть использован для выявления и оценки ориентации кристаллических решеток разных фаз материала. Также данный вид контраста используется при изучении несовершенств кристаллических решеток.

Рис. 2.4. ПЭМ изображение частиц ZnO на поверхности углеродной пленки, снятое в многолучевых условиях

5. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ВРЭМ)

Изображение высокого разрешения формируется в ПЭМ в условиях фазового контраста, когда падающий пучок электронов ориентирован параллельно оси зоны кристалла. Пример такого изображения приведен на рис. 2.5.

Данная методика эффективно используется для характеризации малых неоднородностей кристаллической решетки, для установления природы выделений второй фазы, для наблюдения соединений решеток на границе двух фаз, и др.

Рис. 2.5. Поперечное изображение соединения двух взаимно разориентированных пластин кремния. Ориентация верхней пластины (110)

Электронная микроскопия | TEM против SEM | Thermo Fisher Scientific

Электронные микроскопы стали мощным инструментом для определения характеристик широкого спектра материалов. Их универсальность и чрезвычайно высокое пространственное разрешение делают их очень ценным инструментом для многих приложений. Двумя основными типами электронных микроскопов являются просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) и сканирующий электронный микроскоп (СЭМ). Здесь мы кратко опишем их сходства и различия.

Разница между SEM и TEM

Основное различие между SEM и TEM заключается в том, что SEM создает изображение путем обнаружения отраженных или выбитых электронов, в то время как TEM использует прошедшие электроны (электроны, проходящие через образец) для создания изображения. В результате ПЭМ предоставляет ценную информацию о внутренней структуре образца, такую как кристаллическая структура, морфология и информация о напряженном состоянии, а СЭМ предоставляет информацию о поверхности образца и его составе.

Принцип работы сканирующих электронных микроскопов и просвечивающих электронных микроскопов

Начнем с сходства. В обоих методах для получения изображений образцов используются электроны. Их основные компоненты одинаковы:

Источник электронов
Серия электромагнитных и электростатических линз для управления формой и траекторией электронного луча
Электронные апертуры

Все эти компоненты размещены внутри камеры, которая под высоким вакуумом.

Теперь о различиях. РЭМ используют определенный набор катушек для сканирования луча в виде растрового изображения и сбора рассеянных электронов.

Принцип просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), как следует из названия, заключается в использовании прошедших электронов, электронов, которые проходят через образец до того, как они собираются. В результате ПЭМ предоставляет бесценную информацию о внутренней структуре образца, такую как кристаллическая структура, морфология и информация о напряженном состоянии, в то время как СЭМ предоставляет информацию о поверхности образца и его составе.

Более того, одним из наиболее заметных различий между двумя методами является оптимальное пространственное разрешение, которого они могут достичь. Разрешение СЭМ ограничено ~ 0,5 нм, в то время как с недавним развитием ПЭМ с коррекцией аберраций сообщалось об изображениях с пространственным разрешением даже менее 50 пм.

Какой метод электронной микроскопии лучше всего подходит для вашего анализа?

Все зависит от того, какой тип анализа вы хотите выполнить. Например, если вы хотите получить информацию о поверхности вашего образца, такую как обнаружение шероховатости или загрязнения, вам следует выбрать РЭМ. С другой стороны, если вы хотите узнать, какова кристаллическая структура вашего образца, или если вы хотите найти возможные структурные дефекты или примеси, то использование ПЭМ — единственный способ сделать это.

РЭМ обеспечивает трехмерное изображение поверхности образца, тогда как изображения ПЭМ представляют собой двумерные проекции образца, что в некоторых случаях затрудняет интерпретацию результатов для оператора.

Из-за требований к проходящим электронам образцы для ПЭМ должны быть очень тонкими (как правило, менее 150 нм), а в случаях, когда требуется получение изображений с высоким разрешением, даже ниже 30 нм, тогда как для изображений с помощью СЭМ таких конкретных требований нет .

Это показывает еще одно существенное различие между двумя методами: подготовка проб. Образцы СЭМ не требуют особых усилий для подготовки образцов и могут быть отображены непосредственно путем установки их на алюминиевой заглушке.

Подготовка проб для ПЭМ, напротив, представляет собой довольно сложную и утомительную процедуру, успешно следовать которой могут только обученные и опытные пользователи. Образцы должны быть очень тонкими, как можно более плоскими, а метод подготовки не должен привносить в образец никаких артефактов (таких как осадки или аморфизация). Было разработано множество методов, включая электрополировку, механическую полировку и измельчение сфокусированным ионным пучком. Для крепления образцов ПЭМ используются специальные сетки и держатели.

РЭМ и ТЭМ: различия в работе

Две системы ЭМ также различаются по принципу работы. В РЭМ обычно используется ускоряющее напряжение до 30 кВ, а пользователи ТЭМ могут устанавливать его в диапазоне 60–300 кВ.

Увеличение, предлагаемое ПЭМ, также намного выше по сравнению с РЭМ. Пользователи TEM могут увеличивать свои образцы более чем в 50 миллионов раз, в то время как для SEM это ограничено 1–2 миллионами раз.

Однако максимальное поле зрения (FOV), которого может достичь SEM, намного больше, чем у TEM, а это означает, что пользователи TEM могут отображать только очень небольшую часть своего образца. Точно так же глубина резкости систем SEM намного выше, чем в системах TEM.

Электронно-микроскопические изображения кремния. а) СЭМ-изображение с SED дает информацию о морфологии поверхности, а б) ПЭМ-изображение показывает структурную информацию о внутреннем образце.

Кроме того, способы создания изображений в этих двух системах различаются. В РЭМ образцы располагаются в нижней части электронного столба, а рассеянные электроны (обратно рассеянные или вторичные) улавливаются электронными детекторами. Затем фотоумножители используются для преобразования этого сигнала в сигнал напряжения, который усиливается для создания изображения на экране ПК.

В ПЭМ-микроскопе образец находится в середине колонки. Прошедшие электроны проходят через него и через ряд линз под образцом (промежуточные и проекционные линзы). Изображение выводится непосредственно на флуоресцентный экран или через камеру устройства с зарядовой связью (ПЗС) на экран ПК.

Краткое изложение основных различий между SEM и TEM.

99912 9996699006er 9. 9912 9912. увеличение

	СЭМ	ТЭМ
Type of electrons	Scattered, scanning electrons	Transmitted electrons
High tension	~1–30 kV	~ 60–300 кВ
Толщина образца	Любая	Обычно 9 <10504 нм
Тип информации	3D Изображение поверхности	2D Проекционное изображение внутренней структуры
До ~1–2 миллионов раз	Более 50 миллионов раз
Макс. FOV	Большой	Limited
Optimal spatial resolution	~0.5 nm	<50 pm
Image formation	Electrons are captured and counted by детекторы, изображение на экране ПК	Прямая визуализация на флуоресцентный экран или экран ПК с ПЗС
Эксплуатация	Незначительная подготовка проб или ее отсутствие, простота в использовании	Трудоемкая подготовка проб, требуются обученные пользователи Пользователям ТЕМ требуется интенсивное обучение, прежде чем они смогут работать с ними. Перед каждым использованием необходимо выполнять специальные процедуры, включающие несколько шагов, которые гарантируют идеальное выравнивание электронного луча. В приведенной выше таблице вы можете увидеть сводку основных различий между SEM и TEM. Комбинация технологии SEM и TEM Следует упомянуть еще об одном методе электронной микроскопии, который представляет собой комбинацию TEM и SEM, а именно сканирующую просвечивающую электронную микроскопию (STEM). Его можно применять к обеим системам, но все его возможности раскрываются при применении к инструменту ТЕМ. Большинство современных ПЭМ можно переключить в «режим STEM», и пользователю нужно только изменить процедуру их юстировки. В режиме STEM луч точно фокусируется и сканирует область образца (как это делает SEM), а изображение генерируется прошедшими электронами (как в TEM). При работе в режиме STEM пользователи могут воспользоваться возможностями обоих методов. Они могут изучать внутреннюю структуру образцов с очень высокой разрешающей способностью (даже выше разрешения ПЭМ), но также использовать другие сигналы, такие как рентгеновские лучи и потери энергии электронами. Эти сигналы можно использовать в спектроскопических методах: энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и спектроскопии потерь энергии электронов (EELS). Конечно, EDX также является обычной практикой в системах SEM и используется для определения химического состава образцов путем обнаружения характеристического рентгеновского излучения, испускаемого материалами при их бомбардировке электронами. EELS может быть реализован только в системе TEM, работающей в режиме STEM, и позволяет исследовать атомный и химический состав, электронные свойства и локальные измерения толщины материалов. Другие факторы, влияющие на решение при выборе и покупке электронного микроскопа Скорость Настольные РЭМ-системы требуют минимальной подготовки образцов, а их несложные требования к вакууму и небольшой откачиваемый объем позволяют системе представлять изображение гораздо быстрее, чем обычная система напольной модели. Кроме того, настольные SEM обычно управляются потребителем информации, что исключает время, необходимое специальному оператору для выполнения анализа, подготовки отчета и сообщения результатов. В дополнение к более быстрым ответам существенную нематериальную ценность представляет оперативность анализа и способность пользователя направлять расследование в режиме реального времени в ответ на наблюдения. Наконец, в некоторых приложениях, таких как инспекция, более длительные задержки влекут за собой ощутимые затраты, поскольку подвергают риску большее количество незавершенных работ. Приложения Хорошо ли определена процедура приложения? Если это так и настольный SEM может предоставить необходимую информацию, зачем тратить больше? Обеспокоенность будущими требованиями, превышающими возможности настольных компьютеров, следует оценивать с точки зрения определенности и сроков потенциальных требований, а также доступности внешних ресурсов для более требовательных приложений. Даже в тех случаях, когда будущие требования превысят возможности настольного компьютера, первоначальные инвестиции в настольный SEM могут продолжать приносить доход, поскольку эта система используется в качестве дополнения к будущей системе напольной модели. Возможно, для проверки или для продолжения выполнения рутинных анализов, в то время как система моделирования пола применяется для более требовательных приложений. Настольная система также может служить поэтапным подходом к обоснованию более крупной системы, устанавливая ценность SEM и позволяя на основе опыта оценить необходимость и стоимость более продвинутых возможностей от внешнего поставщика. Пользователи Сколько человек будет использовать систему? Обучены ли пользователи? Если нет, то сколько времени они готовы инвестировать в обучение? Настольные РЭМ просты в эксплуатации и требуют минимальной подготовки образцов или вообще не требуют их. Получить изображение можно так же просто, как нажать пару кнопок. Доступ к более сложным процедурам могут получить пользователи с особыми потребностями, которые готовы потратить немного времени на обучение. В целом требования к обучению операторов намного ниже при использовании настольной системы, а сама система намного надежнее. Его труднее сломать, а потенциальная стоимость ремонта намного ниже. Выбор между СЭМ и ТЭМ Из всего, что мы упомянули, становится ясно, что «лучшей» методики не существует; все зависит от типа анализа, который вам требуется. ТЭМ — это выбор, когда вы хотите получить информацию о внутренней структуре, в то время как СЭМ предпочтительнее, когда требуется информация о поверхности. Конечно, основными факторами принятия решения являются большая разница в цене между двумя системами, а также простота использования. ПЭМ могут обеспечить гораздо большую разрешающую способность и универсальность для пользователя, но они намного дороже и крупнее, чем РЭМ, и требуют больше усилий для получения и интерпретации результатов. Чтобы узнать больше о СЭМ и понять, соответствует ли он вашим исследовательским требованиям, вы можете ознакомиться с нашим бесплатным электронным руководством: Как выбрать сканирующий электронный микроскоп. Это электронное руководство предназначено для того, чтобы помочь вам выбрать наиболее подходящие системы сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) для ваших исследований. Документ Как выбрать сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) Рекомендации по выбору подходящего микроскопа для вашего исследования. Загрузить электронное руководство Таблица стилей для изменения стиля h3 на p с классом em-h3-header Типы электронных микроскопов — Science Learning Hub Добавить в коллекцию 0 +1 Создать новую коллекцию4 Электронные микроскопы были разработаны в 1930-х годах, чтобы мы могли рассматривать объекты более пристально, чем это возможно с помощью светового микроскопа. Ученые правильно предсказали, что микроскоп, использующий электроны вместо видимого света в качестве источника освещения, сможет рассматривать объекты с гораздо более высоким разрешением, чем световой микроскоп. Это связано с тем, что длина волны видимого света ограничивает разрешение световых микроскопов, а длина волны электронов намного меньше. Со временем были разработаны специализированные электронные микроскопы, которые могут предоставлять информацию о различных аспектах исследуемого объекта. Это означает, что ученые могут выбрать тот микроскоп, который с наибольшей вероятностью ответит на их вопросы об образце. Природа науки Тип данных, которые могут собирать ученые, сильно зависит от доступных им инструментов. По мере того, как микроскопы становились все более сложными, ученые могли рассматривать объекты все более и более подробно. В свою очередь, они смогли ответить на новые вопросы об объектах, которые они изучают. Что такое электронная микроскопия? В электронных микроскопах для освещения образца используется пучок электронов, а не видимый свет. Они фокусируют электронный пучок с помощью электромагнитных катушек вместо стеклянных линз (как это делают световые микроскопы), потому что электроны не могут пройти через стекло. Электронные микроскопы позволяют нам рассматривать объекты гораздо более подробно, чем это возможно с помощью светового микроскопа. Некоторые электронные микроскопы могут обнаруживать объекты размером примерно в одну двадцатую нанометра (10 ^-9 м) – их можно использовать для визуализации таких маленьких объектов, как вирусы, молекулы или даже отдельные атомы. В отличие от световых микроскопов, электронные микроскопы нельзя использовать для непосредственного наблюдения за живыми существами из-за специальной подготовки, которую должны пройти образцы перед визуализацией. Вместо этого электронные микроскопы стремятся обеспечить «моментальный снимок» с высоким разрешением момента времени в живой ткани. Я думаю, что электронный микроскоп внес в науку больший вклад, чем любой другой когда-либо изобретенный научный прибор. Allan Mitchell, Microscopy Otago Специализированные виды электронной микроскопии Для исследования различных аспектов образца было разработано несколько типов электронных микроскопов. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) был первым разработанным электронным микроскопом. Он работает, направляя пучок электронов на тонкий срез образца и обнаруживая те электроны, которые пробиваются на другую сторону. ПЭМ позволяет нам смотреть в очень высоком разрешении на тонкий срез образца (и, следовательно, аналогичен сложному световому микроскопу). Это делает его особенно полезным для изучения того, как устроены компоненты внутри клетки, такие как органеллы. Электронная томография — это форма ПЭМ, которая позволяет нам увидеть трехмерное изображение изучаемой клетки или ткани. Видение структур в трех измерениях может значительно облегчить понимание того, как они соотносятся друг с другом. Электронная томография также может давать двумерные изображения с более высоким разрешением, чем обычная ПЭМ. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) позволяет нам видеть поверхность трехмерных объектов с высоким разрешением. Он работает путем сканирования поверхности объекта сфокусированным пучком электронов и обнаружения электронов, которые отражаются и выбиваются из поверхности образца. При малом увеличении целые объекты (например, насекомые), видимые на РЭМ, могут быть в фокусе одновременно. Вот почему РЭМ так хорош в создании трехмерных изображений вшей, мух, снежинок и так далее. CryoSEM — это специальная форма SEM, которая удобна для изучения объектов, содержащих влагу (например, растений или продуктов питания). В криоСЭМ образцы перед просмотром замораживают в жидком азоте. Это позволяет избежать сложных этапов подготовки, которые выполняются перед обычной СЭМ (в основном для удаления воды из образца). Ученые часто выбирают криоСЭМ, потому что он дает более точное изображение того, как выглядел образец до того, как он был подготовлен для микроскопии. Дифракция обратного рассеяния электронов (EBSD) используется для детального изучения структуры минералов (например, горных пород). Детекторы EBSD не являются микроскопами сами по себе, а являются дополнением к РЭМ. После того, как электронный луч направлен на породу, EBSD обнаруживает электроны, которые вошли в породу и были рассеяны во всех направлениях. Картина рассеяния может многое рассказать ученым о структуре минерала и ориентации кристаллов внутри него. Идеи для занятий В разделе «Использование теней для создания трехмерных изображений» учащиеся моделируют, как ученые интерпретируют данные микроскопа, используя тени объекта под разными углами для создания трехмерного изображения. В разделе «Какой микроскоп лучше?» учащиеся узнают о различных типах микроскопов и узнают, какой микроскоп лучше всего подходит для конкретного типа образца. Полезная ссылка Узнайте больше о Нобелевской премии по физике 1986 года, половина которой была присуждена Эрнсту Руске за разработку первого электронного микроскопа. Исследования растений и пищевых продуктов (PFR) содержат коллекцию изображений, сделанных с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Изображения были получены в лаборатории микроскопии растений и продуктов питания, а затем подобраны и раскрашены вручную фотографом PFR Варой Буллот. Опубликовано 29 февраля 2012 г., обновлено 16 марта 2021 г. Навигация по записям Оранжевый провод на магнитоле для чего. Оранжевый провод на магнитоле: назначение и подключение Датчик тока arduino. Датчики тока для Arduino: обзор, применение и подключение Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Карта сайта © M-Gen