МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Значительное увеличение разрешающей способности в микроскопе можно получить при использовании пучков быстролетящих в вакууме электронов. Эффект взаимодействия электронных пучков с веществом используется в электронных микроскопах. Принципиально разрешение электронного микроскопа могло бы превосходить разрешение светово­го микроскопа в сотни тысяч раз, так как эквивалентная длина волны для электрона

, (4.6)

где h — постоянная Планка; U— ускоряющая разность потенциалов.

Однако разрешение определяется не только явлениями дифракции, но и различными аберрациями электронных линз, используемых для фокусировки электронных пучков. Эти аберрации полностью некоррелируемы, хотя и несколько исправляются главным образом диафрагми­рованием и применением электронных пучков малых апертур. Поэто­му разрешение современных электронных микроскопов не превышает 0,45—0,5 мкм и всего в несколько сот раз выше разрешения лучшего светового (ультрафиолетового) микроскопа (200—250 мкм).

Окончательное изображение в микроскопе формируется на флуо­ресцирующем экране или фотопластинке. Контраст изображения опре­деляется долями электронов, рассеянных на микроучастке и прошед­ших через апертуру. Для управления электронными пучками использу­ются центрированные максимально симметричные электрические и маг­нитные поля, т. е. электронные линзы электростатического или маг­нитного типов. При получении изображений достаточной яркости не­посредственно в электронном микроскопе с увеличением в несколько сот тысяч раз плотность тока на объекте должна достигать нескольких ампер на квадратный сантиметр. Чтобы уменьшить нагрев образца, приходится сильно уменьшать облучаемую область (до нескольких квадратных микрометров). Важным достоинством электронного микроскопа является большая глубина резкости, превосходящая почти на три порядка глубину резкости оптического микроскопа.

Метод эмиссионной электронной микроскопии по­зволяет получить изображение объекта в электронах, которые эмити­рует сам объект. Эмиссия может быть результатом нагрева (термо­электронная эмиссия), освещения (фотоэлектронная эмиссия), бом­бардировки электронами или ионами (вторичная электронная или ионно-электронная эмиссия), действия сильных электрических полей (автоэлектронная эмиссия). Разрешение эмиссионных микроскопов значительно хуже просвечивающих ив зависимости от типа эмиссии достигает 20—100 мкм.

В методе отражательной электронной микроскопии ( ) изображение формируется в отраженных образцом электронах. Распре­деление отраженных электронов существенно зависит от углов облуче­ния и наблюдения, а также от материала образца. Разрешение такого микроскопа не выше 25—30 мкм.

В методе растровой электронной микроскопии (РЭМС) обра­зец сканируется тонким электронным пучком, обегающим за время развертки всю исследуемую поверхность. В каждой точке соприкос­новения электронного луча с веществом возникает ряд излучений: вторичные и рассеянные электроны, рентгеновские лучи, световое излучение и т. д., которые используются для получения изображе­ний на экранах электронно-лучевых трубок. Разрешение растровых микроскопов определяется диаметром пучка и видом используемого излучения.

Теневое изображение объекта получается с помощью метода тене­вой электронной микроскопии (ТЭМС), при котором тонкий элек­тронный пучок, облучающий образец, остается неподвижным. Разре­шение теневого микроскопа определяется диаметром пучка и характе­ром дифракционных явлений. На образование изображения влияют различия в рассеянии и поглощении электронов разными участками образца. Яркость изображения получается значительно ниже, чем при использовании метода просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМС), и для ее увеличения возможно применение способов повы­шения контраста, например, с помощью электронно-оптических преоб­разователей.

Непосредственное исследование жидких проб в электронных мик­роскопах невозможно, поэтому обязательной является предварительная их подготовка: обезвоживание, высушивание и заключение в некото­рую формирующую среду, которая исключает появление артефактов, способных исказить результаты исследований.

Лекция № 12