Elektronowy mikroskop transmisyjny

Elektronowy mikroskop transmisyjny rejestruje elektrony przechodzące przez próbkę. Próbka w takim mikroskopie musi być cienką płytką o grubości mniejszej od 0,1 mikrometra. Przygotowanie takiej próbki jest trudne i znacznie ogranicza zastosowania mikroskopu.

Najważniejszym elementem mikroskopu elektronowego jest kolumna mikroskopu, która zawiera działo elektronowe wytwarzające (np. w wyniku termoemisji) wiązkę elektronów. Wstępnie uformowana wiązka elektronów w obszarze pomiędzy katodą i anodą zostaje rozpędzona. Zwiększenie napięcia pozwala na zwiększenie pędu elektronów, co zmniejsza długości fali. Aby elektrony mogły przebyć drogę od działa elektronowego do ekranu konieczne jest utrzymywanie w kolumnie bardzo dobrej próżni. Soczewkom optycznym odpowiada odpowiednio ukształtowane pole magnetyczne zmieniające bieg elektronów w cewkach ogniskujących. Istotną zaletą soczewek magnetycznych jest możliwość płynnej zmiany ich ogniskowych poprzez regulację natężenia prądu przypływającego przez soczewkę.

Komórka Bacillus subtilis. Zdjęcie wykonano mikroskopem transmisyjnym.

Gdy rozpędzona wiązka elektronów pada na preparat zachodzi szereg efektów, które są wykorzystywane w różnych urządzeniach badawczych. W przypadku dostatecznie cienkich preparatów część elektronów przechodzi przez preparat i jest wykorzystywana w transmisyjnych mikroskopach elektronowych. Elektrony mogą być odbite od preparatu lub mogą wybijać z preparatu elektrony zwane wtórnymi. Te dwa rodzaje elektronów wykorzystuje się w mikroskopach odbiciowych. Elektrony padające na preparat mogą ponadto wzbudzać elektrony atomów badanej próbki, które następnie emitują rentgenowskie promieniowanie charakterystyczne dla atomów próbki. Wiele mikroskopów elektronowych, zarówno transmisyjnych jak i skaningowych, wyposażonych jest w spektrometr(y) EDS i/lub WDS, pozwalające na wykonanie analizy składu chemicznego próbki.

Wiązka elektronowa po przejściu przez preparat może być kształtowana podobnie jak promienie świetlne, z wykorzystaniem układu obiektyw - okular. W przypadku elektronów zamiast szklanych elementów optycznych wykorzystywane są cewki zmieniające bieg naładowanych cząstek. Mikroskop może pracować w trybie obrazu wówczas wiązka tworzy obraz preparatu na detektorze. Mikroskop pracujący w trybie dyfrakcji może nie mieć cewek obiektywu i okulary, obraz tworzą elektrony w wyniku zjawiska dyfrakcji na strukturze próbki. W pierwszych konstrukcjach detektor był ekranem elektronoluminescencyjny (obecnie też stosowane), w obecnych konstrukcjach detektor w postaci matrycy CCD, pobudzanej elektronami, umożliwia odczytanie obrazu jako sygnałów elektrycznych, a odpowiednia aparatura pomiarowa pozwala na zapisywanie informacji i tworzenie obrazu próbki.

Elektronowy mikroskop skaningowy

Elektronowy mikroskop skaningowy (SEM - Scanning Electron Microscope) jest przyrządem, rodzajem mikroskopu elektronowego, w którym obraz uzyskiwany jest w wyniku "bombardowania" próbki wiązką elektronów, która skupiona jest na przedmiocie w postaci małej plamki. Wiązka omiata obserwowany obszar linia po linii. Układ rejestruje elektrony odbite, przechodzące przez próbkę lub elektrony wtórne emitowane przez próbkę w wyniku pobudzenia próbki przez elektrony wiązki.

Pierwsze konstrukcje mikroskopu były prostymi konstrukcjami elektronooptycznymi (patrz schemat), obecnie są rozwiniętymi systemami badawczymi, do analizowania własności elektronów oraz promieniowania elektromagnetycznego emitowanego w wyniku bombardowania próbki elektronami. Stosuję się w nich metody wypracowane przez tomografię komputerową do tworzenia obrazów, spektroskopię elektronową i fal elektromagnetycznych.

Zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest znacznie większa od mikroskopu optycznego zależy głównie od wielkości plamki wiązki elektronowej na próbce. Tak samo jak w mikroskopie optycznym również w mikroskopie elektronowym, poza ograniczeniem technicznym (dokładność wykonania układu) istnieje ograniczenie fizyczne ograniczające zdolność rozdzielczą wynikające z dyfrakcji fali fali de Broglie'a elektronów

Pyłek kwiatowy, ziarna pyłku - męskie elementy rozrodcze występujące u roślin nasiennych wytwarzane w komorach pyłkowych pylników z tkanki archesporialnej. Na zdjęciu widoczne ziarna pyłku różnych gatunków.

Płatek śniegu widoczny pod mikroskopem SEM

Skaningowy mikroskop tunelowy

Skaningowy mikroskop tunelowy (STM od ang. Scanning Tunneling Microscope) - rodzaj SPM, mikroskopu ze skanującą sondą (ang. Scannning Probe Microscope) - umożliwia uzyskanie obrazu powierzchni materiałów przewodzących ze zdolnością rozdzielczą rzędu pojedynczego atomu. Uzyskanie obrazu powierzchni jest możliwe dzięki wykorzystaniu zjawiska tunelowego, od którego przyrząd ten wziął swoją nazwę. Ten sam skrót używany jest do określenia gałęzi mikroskopii - STM (ang. Scanning Tunneling Microscopy).

Możliwości STM w zakresie obrazowania zapoczątkowały burzliwy rozwój nowej dziedziny zwanej mikroskopią sond skanujących (inna nazwa to - skaningowa mikroskopia bliskich oddziaływań). Skonstruowano różne odmiany mikroskopów STM i AFM spośród których najbardziej znane to: mikroskop sił tarcia (FFM od ang. Friction Force Microscope), mikroskop optyczny bliskiego pola (SNOM lub NSOM od ang. Scanning Near-field Optical Microscope), mikroskop sił magnetycznych (MFM od ang. Magnetic Force Microscope) i mikroskop sił elektrostatycznych (EFM od ang. Electrostatic Force Microscope).