Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο Διέλευσης (ΗΜΔ)

Για το σχηματισμό του ειδώλου τα ηλεκτρονιακά μικροσκόπια χρησιμοποιούν δέσμη ηλεκτρονίων. Το κυριότερο πλεονέκτημα των ηλεκτρονιακών μικροσκοπίων έναντι των οπτικών μικροσκοπίων, είναι η πολύ καλύτερη διακριτική ικανότητα, επειδή το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων είναι χιλιάδες φορές μικρότερο από το μήκος κύματος του φωτός.

Οι ηλεκτρομαγνητικοί φακοί έχουν μεταβλητή εστιακή απόσταση που εξαρτάται από την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τα πηνία, γι’ αυτό δεν αντικαθίστανται όπως οι αντικειμενικοί φακοί στα οπτικά μικροσκόπια.

Τα ηλεκτρονιακά μικροσκόπια προσφέρουν καλύτερη διακριτική ικανότητα, μεγαλύτερη μεγέθυνση, μεγαλύτερο βάθος πεδίου απ’ ότι τα οπτικά μικροσκόπια.

Στο ηλεκτρονι(α)κό μικροσκόπιο διέλευσης (ΗΜΔ)

(Transmission Electron Microscope TEM)

τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται θερμιονικά, από ένα πυρακτωμένο νήμα βολφραμίου. Μεταξύ του νήματος που αποτελεί την κάθοδο και της ανόδου εφαρμόζεται μεγάλη τάση (20 με 100 kV)  που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια, αφού περάσουν από τον κύλινδρο Wehnelt, που ρυθμίζει τη διάμετρο της ηλεκτρονιακής δέσμης γεγονός σημαντικό για τη διακριτική ικανότητα του μικροσκοπίου.

Τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από ένα συγκεντρωτικό, συλλέκτη φακό και σχηματίζουν παράλληλη δέσμη πριν διαπεράσουν το δείγμα.

Το προς παρατήρηση δείγμα πρέπει να είναι πολύ λεπτό, από 10 έως 100 nm, ώστε τα ηλεκτρόνια να μην επιβραδύνονται αισθητά καθώς το διαπερνούν.

Ο αντικειμενικός φακός (αντίστοιχος του αντικειμενικού φακού του οπτικού μικροσκόπιου) σχηματίζει ένα ενδιάμεσο είδωλο.

Ο φακός προβολής (αντίστοιχος του προσοφθάλμιου φακού του οπτικού μικροσκοπίου) σχηματίζει το τελικό πραγματικό είδωλο αυτού του ενδιάμεσου ειδώλου.

Η εικόνα σχηματίζεται πάνω σε μια οθόνη επικαλυμμένη με φωσφορίζουσα ουσία η οποία διεγείρεται από τα ηλεκτρόνια που πέφτουν επάνω της, αφού διαπεράσουν το δείγμα.

Τα σημεία του δείγματος που δεν είναι διαπερατά από τα ηλεκτρόνια μας δίνουν σκοτεινές περιοχές, τα σημεία που αφήνουν τα ηλεκτρόνια να περάσουν δίνουν φωτεινές περιοχές. Αυτή η διαφοροποίηση επιτυγχάνεται με την εκλεκτική «χρώση» του δείγματος.

Ο ρόλος του κάθε φακού στο ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο διέλευσης:

1)      Ο συγκεντρωτικός φακός εστιάζει τη δέσμη στο δείγμα

2)      Ο αντικειμενικός φακός εστιάζει την δέσμη στην οθόνη

3)      Ο φακός προβολής ρυθμίζει την μεγέθυνση  

Επειδή τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να ταξιδέψουν στον αέρα, το όλο σύστημα πρέπει να βρίσκεται σε υψηλό κενό της τάξης των 10^-4 Torr τουλάχιστον.

Τα ηλεκτρόνια που ανιχνεύονται για το σχηματισμό του ειδώλου είναι τα ηλεκτρόνια που κατορθώνουν να διαπεράσουν το δείγμα. Επομένως το είδωλο που παρέχει  το ΗΜΔ (Transmission Electron Microskope TEM) δίνει πληροφορίες τόσο για την εξωτερική, όσο και για την εσωτερική μορφολογία του δείγματος που εξετάζεται.

Θα νομίζαμε ότι όταν το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων είναι 0,01nm (για τάση επιτάχυνσης V =15kVolt) η διακριτική ικανότητα θα ήταν επίσης 0,01nm περίπου.

Στην πραγματικότητα, σπανίως είναι καλύτερη από 0,5nm (5A^o) για διάφορους λόγους.

Μαγνητικοί φακοί μεγάλου ανοίγματος έχουν σφάλματα, ανάλογα με εκείνα των φακών των οπτικών μικροσκοπίων.

Η εστιακή απόσταση του μαγνητικού φακού εξαρτάται από το ρεύμα στο πηνίο, το οποίο πρέπει να ρυθμίζεται με μεγάλη ακρίβεια.

Η εστιακή απόσταση εξαρτάται ακόμη από την ταχύτητα των ηλεκτρονίων, η οποία ποτέ δεν είναι ίδια για όλα τα ηλεκτρόνια της δέσμης (αντίστοιχο με το χρωματικό σφάλμα των οπτικών φακών)

Η τιμή της τάσης V εξαρτάται από τη φύση του εξεταζόμενου δείγματος.

Όταν το πάχος του δείγματος είναι αρκετό, χρειάζεται μεγαλύτερη τάση.

Μεγαλύτερη τάση α) αυξάνει τη φωτεινότητα και μειώνει την αντίθεση

β) Μειώνει το μήκος κύματος και επομένως αυξάνει την διακριτική ικανότητα

γ) Αυξάνει την διείσδυση των ηλεκτρονίων στο δείγμα

Πηγές 1) Ιατρική Φυσική, Μαργαρίτα Τζαφλίδου Καθηγήτρια Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων

2) Τα ηλεκτρονιακά μικροσκόπια,  Κωνσταντίνος Φασσέας Καθηγητής Γ.Π.Α.

3) Αρχές μικροσκοπίας,  Νίκος Κουρκουμέλης, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρικής Ιωαννίνων

4) Πανεπιστημιακή Φυσική: Hugh D. Young,  Τόμος Β – σελίδες 1152-1153 

ΣΧΕΤΙΚΑ:
Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης TEM στη Wikipedia