W mikroskopii elektronowej zamiast wiązki światła, jak w mikroskopie optycznym, próbka jest oświetlana za pomocą strumienia (tudzież wiązki) elektronów. Francuski fizyk Louis de Broglie w 1924 roku zasugerował, że wiązki elektronów można uznać za formę ruchu falowego. Użycie tych fal w mikroskopie może poprawić rozdzielczość. Dwa lata później odkryto, że pola magnetyczne lub elektrostatyczne mogą służyć jako soczewki dla elektronów, a w latach trzydziestych XX wieku wyprodukowano pierwsze mikroskopy elektronowe. Dwa przykłady technik mikroskopii elektronowej to skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) [2].
In electron microscopy, instead of a beam of light like in an optical microscope, the specimen is illuminated using a stream of electrons, called an electron beam. French physicist Louis de Broglie in 1924 suggested that electron beams could be considered a form of wave motion. The use of these waves in a microscope could improve the resolution. Two years later it was found that magnetic or electrostatic fields could serve as lenses for electrons, and in the 1930s first electron microscopes were produced. Two examples of electron microscopy techniques are scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) [2].
W TEM wiązka elektronów przechodzi przez próbkę i może obrazować próbki o grubości do 1 mikrometra. W SEM wiązka elektronów jest skanowana po powierzchni ciała stałego, powoduje emisję innych elektronów z próbki, a następnie te elektrony są analizowane, aby pokazać szczegóły struktury powierzchni ciała stałego. Skaningowy transmisyjny mikroskop elektronowy łączy te dwie techniki [2].
In TEM the electron beam travels through the specimen, and it can image samples up to 1 micrometre in thickness. In SEM the electron beam is scanned over the surface of a solid object, it ejects other electrons from the specimen, and those electrons are then analysed to show an image of the details of the surface structure of a solid object. Scanning transmission electron microscope combines these two techniques [2].
W mikroskopie elektronowym wiązka elektronów musi znajdować się w próżni, aby umożliwić przemieszczanie się elektronów. Soczewki mają zmienną ostrość, a odległość między próbką a obiektywem jest stała. Obraz powstaje w wyniku rozpraszania elektronów przez atomy w próbce. Powiększenie i ostrość obrazu zależą od prądu przepływającego przez odpowiednią cewkę soczewki. Ostateczny obraz zapisywany jest w systemie obrazowania cyfrowego [2].
In an electron microscope, the electron beam need to be in a vacuum to allow the electrons to travel. The lenses are of variable focus, while the distance between sample and objective lens is fixed. The image is formed by scattering of electrons by atoms in the sample. The magnification and focus of the image depend on the current through respective lens coil. The final image is recorded on a digital imaging system [2].
W SEM elektrony są emitowane z działa elektronowego i przechodzą przez soczewki i szczeliny w celu wytworzenia skupionej wiązki elektronów, która następnie uderza w powierzchnię próbki i umożliwia jej obserwację. Niektóre próbki wymagają odpowiedniego przygotowania, aby zwiększyć ich przewodność elektryczną, np. poprzez pokrycie ich cienką warstwą złota [3,5]. Skaningowe mikroskopy elektronowe są wykorzystywane do badania nanomateriałów, do produkcji mikroczipów, w badaniach kryminalistycznych, biologii, medycynie, geologii, a nawet w sztuce [6].
In SEM, the electrons are emitted from the electron gun and passed through lenses and apertures to produce a focused beam of electrons, which then hits the surface of the specimen and allows its observation. Some samples need to be properly prepared to increase their electrical conductivity, for example by coating them with a thin layer of gold [3,5]. Scanning electron microscopes are used to examine nanomaterials, to produce microchips, in forensic research and investigations, in biology, medicine, geology, and even to create art [6].
TEM może powiększać obiekty do 2 milionów razy. Podobnie jak w SEM, wiązka elektronów jest generowana u góry, a następnie przechodzi przez bardzo cienką próbkę. Elektrony albo rozpraszają się, albo trafiają na ekran fluorescencyjny na dole mikroskopu, a na ekranie powstaje obraz [7]. TEM może dostarczyć informacji topograficznych, morfologicznych, składowych i krystalicznych o próbce. Znajduje zastosowanie m.in. w nanotechnologii, biologii, medycynie, naukach przyrodniczych, kryminalistyce i geologii [8].
TEM can magnify objects up to 2 million times. Like in SEM, an electron beam is generated at the top and then passes through a very thin specimen. The electrons either scatter or hit a fluorescent screen at the bottom of the microscope, and an image is created on the screen [7]. TEM can provide topographical, morphological, compositional, and crystalline information about the sample. It is used, for example, in nanotechnology, biology, medicine, life sciences, forensic research, and geology [8].
Bibliografia/References:
[1] https://www.jeol.co.jp/en/products/detail/JSM-IT700HR.html [Accessed 25.04.2021]
[2] https://www.britannica.com/technology/electron-microscope [Accessed 25.04.2021]
[3] https://www.britannica.com/technology/scanning-electron-microscope [Accessed 25.04.2021]
[4] https://www.britannica.com/technology/transmission-electron-microscope [Accessed 25.04.2021]
[5] https://www.nanoscience.com/techniques/scanning-electron-microscopy/ [Accessed 25.04.2021]
[6] https://www.atascientific.com.au/sem-imaging-applications-practical-uses-scanning-electron-microscopes/ [Accessed 25.04.2021]
[7] https://www.ccber.ucsb.edu/ucsb-natural-history-collections-botanical-plant-anatomy/transmission-electron-microscope [Accessed 25.04.2021]
[8] https://www.microscopemaster.com/transmission-electron-microscope.html [Accessed 25.04.2021]