इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी बनाम लाइट माइक्रोस्कोपी के लाभ
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप इमेजिंग सिद्धांत समानताएं और अंतर
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप एक ऐसा उपकरण है जो इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी के सिद्धांत के अनुसार प्रकाश किरण और ऑप्टिकल लेंस को इलेक्ट्रॉन बीम और इलेक्ट्रॉन लेंस से बदल देता है, ताकि बहुत उच्च आवर्धन के तहत पदार्थ की ठीक संरचना की छवि बनाई जा सके।
एक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की विभेदन क्षमता दो आसन्न बिंदुओं के बीच की छोटी दूरी द्वारा व्यक्त की जाती है जिसे यह हल कर सकता है। 1970 के दशक में, संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का विभेदन लगभग 0.3 नैनोमीटर था (मानव नेत्र की विभेदन क्षमता लगभग 0.1 मिलीमीटर होती है)। अब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का अधिकतम आवर्धन 3 मिलियन गुना से अधिक है, और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का अधिकतम आवर्धन लगभग 2000 गुना है, इसलिए कुछ भारी धातुओं के परमाणुओं और क्रिस्टल में बड़े करीने से व्यवस्थित परमाणु जाली को सीधे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के माध्यम से देखा जा सकता है।
1931 में, जर्मनी में नॉर-ब्रेमसे और रुस्का ने एक कोल्ड-कैथोड डिस्चार्ज इलेक्ट्रॉन स्रोत और तीन इलेक्ट्रॉन लेंस के साथ एक उच्च-वोल्टेज ऑसिलोस्कोप को संशोधित किया, और दस गुना से अधिक आवर्धित छवि प्राप्त की, जिसने एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा आवर्धन इमेजिंग की संभावना की पुष्टि की। . . 1932 में, रुस्का के सुधार के बाद, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति 50 नैनोमीटर तक पहुंच गई, जो उस समय के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति का लगभग दस गुना थी, इसलिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ने लोगों का ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया।
194 0 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हिल ने एक दृष्टिवैषम्य के साथ इलेक्ट्रॉन लेंस की घूर्णी विषमता के लिए मुआवजा दिया, जिसने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति में एक नई सफलता हासिल की और धीरे-धीरे आधुनिक स्तर पर पहुंच गया। चीन में, 1958 में 3 नैनोमीटर के रिज़ॉल्यूशन वाला एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप सफलतापूर्वक विकसित किया गया था, और 1979 में 0.3 नैनोमीटर के रिज़ॉल्यूशन वाला एक बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बनाया गया था।
यद्यपि इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की संकल्प शक्ति ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी की तुलना में कहीं बेहतर है, जीवित जीवों का निरीक्षण करना मुश्किल है क्योंकि इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी को निर्वात स्थितियों के तहत काम करने की आवश्यकता होती है, और इलेक्ट्रॉन बीम के विकिरण से जैविक नमूनों को विकिरण क्षति भी होगी। अन्य मुद्दों, जैसे इलेक्ट्रॉन बंदूक की चमक में सुधार और इलेक्ट्रॉन लेंस की गुणवत्ता पर भी और अध्ययन किए जाने की आवश्यकता है।
संकल्प शक्ति इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का एक महत्वपूर्ण संकेतक है, जो नमूना के माध्यम से गुजरने वाले घटना शंकु कोण और इलेक्ट्रॉन बीम की तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। दृश्यमान प्रकाश की तरंग दैर्ध्य लगभग 300 से 700 नैनोमीटर होती है, जबकि इलेक्ट्रॉन बीम की तरंग दैर्ध्य त्वरित वोल्टेज से संबंधित होती है। जब त्वरित वोल्टेज 50-100 kV होता है, तो इलेक्ट्रॉन बीम तरंग दैर्ध्य लगभग 0.0053-0.0037 एनएम होता है। चूंकि इलेक्ट्रॉन बीम की तरंग दैर्ध्य दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत कम है, भले ही इलेक्ट्रॉन बीम का शंकु कोण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का केवल 1 प्रतिशत हो, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति अभी भी उससे बेहतर है एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में तीन भाग होते हैं: लेंस ट्यूब, वैक्यूम सिस्टम और बिजली आपूर्ति कैबिनेट। लेंस बैरल में मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन गन, इलेक्ट्रॉन लेंस, सैंपल होल्डर, फ्लोरोसेंट स्क्रीन और कैमरा मैकेनिज्म शामिल होते हैं, जिन्हें आमतौर पर ऊपर से नीचे तक एक सिलेंडर में इकट्ठा किया जाता है; वैक्यूम सिस्टम यांत्रिक वैक्यूम पंप, प्रसार पंप और वैक्यूम वाल्व, आदि से बना है। गैस पाइपलाइन लेंस बैरल से जुड़ा हुआ है; बिजली आपूर्ति कैबिनेट एक उच्च वोल्टेज जनरेटर, एक उत्तेजना वर्तमान स्टेबलाइजर और विभिन्न समायोजन और नियंत्रण इकाइयों से बना है।
इलेक्ट्रॉन लेंस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बैरल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह फोकस बनाने के लिए अक्ष पर इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र को मोड़ने के लिए बैरल के अक्ष के सममित एक स्थानिक विद्युत क्षेत्र या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। इसका कार्य किरणपुंज को फोकस करने के लिए कांच के उत्तल लेंस के समान होता है, इसलिए इसे इलेक्ट्रॉन लेंस कहा जाता है। . अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप इलेक्ट्रोमैग्नेटिक लेंस का उपयोग करते हैं, जो पोल शू के साथ कॉइल के माध्यम से एक बहुत स्थिर डीसी उत्तेजना वर्तमान द्वारा उत्पन्न एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉनों को केंद्रित करते हैं।
इलेक्ट्रॉन गन टंगस्टन फिलामेंट हॉट कैथोड, ग्रिड और कैथोड से बना एक घटक है। यह समान गति के साथ एक इलेक्ट्रॉन बीम का उत्सर्जन और निर्माण कर सकता है, इसलिए त्वरित वोल्टेज की स्थिरता 1/10, 000 से कम नहीं है।
इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी को उनकी संरचना और उपयोग के अनुसार संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, प्रतिबिंब इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में विभाजित किया जा सकता है। संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग अक्सर उन सूक्ष्म भौतिक संरचनाओं का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है जिन्हें सामान्य सूक्ष्मदर्शी द्वारा अलग नहीं किया जा सकता है; स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप मुख्य रूप से ठोस सतहों के आकारिकी का निरीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाता है, और इलेक्ट्रॉनों को बनाने के लिए एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रोमीटर के साथ भी जोड़ा जा सकता है। सामग्री संरचना के विश्लेषण के लिए माइक्रोप्रोब्स; स्व-उत्सर्जक इलेक्ट्रॉन सतहों के अध्ययन के लिए उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी।
प्रोजेक्शन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का नाम इलेक्ट्रॉन बीम के नमूने में प्रवेश करने के बाद रखा गया है और फिर इलेक्ट्रॉन लेंस का उपयोग छवि और आवर्धन के लिए किया जाता है। इसका प्रकाशीय पथ प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी के समान होता है। इस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, नमूने के परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रॉन बीम के बिखरने से छवि विवरण के विपरीत बनाया जाता है। नमूने के पतले या कम घने हिस्से, इलेक्ट्रॉन बीम कम बिखरते हैं, इसलिए अधिक इलेक्ट्रॉन वस्तुनिष्ठ छिद्र से गुजरते हैं, इमेजिंग में भाग लेते हैं, और छवि में उज्जवल दिखाई देते हैं। इसके विपरीत, नमूने के मोटे या सघन भाग छवि में गहरे रंग के दिखाई देते हैं। यदि नमूना बहुत मोटा या बहुत घना है, तो इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा को अवशोषित करके छवि का कंट्रास्ट बिगड़ जाएगा या क्षतिग्रस्त या नष्ट हो जाएगा।
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ट्यूब के ऊपर इलेक्ट्रॉन गन है, इलेक्ट्रॉन टंगस्टन फिलामेंट हॉट कैथोड द्वारा उत्सर्जित होते हैं, लेजर से गुजरते हैं, और दूसरे दो कंडेनसर लेंस इलेक्ट्रॉन बीम पर ध्यान केंद्रित करते हैं। नमूने से गुजरने के बाद, इलेक्ट्रॉन बीम को ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा इंटरमीडिएट मिरर पर इमेज किया जाता है, और फिर इंटरमीडिएट मिरर और प्रोजेक्शन मिरर के माध्यम से कदम दर कदम बढ़ाया जाता है, और फिर फ्लोरोसेंट स्क्रीन या फोटोग्राफिक ड्राई प्लेट पर इमेज किया जाता है।
मध्यवर्ती दर्पण मुख्य रूप से उत्तेजना वर्तमान को समायोजित करता है, और आवर्धन को दसियों बार से सैकड़ों हजारों बार लगातार बदला जा सकता है; मध्यवर्ती दर्पण की फोकल लंबाई को बदलकर, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों और इलेक्ट्रॉन विवर्तन छवियों को एक ही नमूने के छोटे भागों पर प्राप्त किया जा सकता है। . मोटे धातु के टुकड़े के नमूनों का अध्ययन करने के लिए, फ्रांसीसी डुलोस इलेक्ट्रॉन ऑप्टिक्स प्रयोगशाला ने 3500 केवी के त्वरित वोल्टेज के साथ एक अति-उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप विकसित किया है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप संरचना योजनाबद्ध
एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का इलेक्ट्रॉन बीम नमूने के माध्यम से नहीं गुजरता है, लेकिन केवल माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए नमूने की सतह को स्कैन करता है। नमूने के बगल में रखा एक जगमगाहट क्रिस्टल इन माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है और प्रवर्धन के बाद पिक्चर ट्यूब के इलेक्ट्रॉन बीम की तीव्रता को नियंत्रित करता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की स्क्रीन पर चमक बदल जाती है। पिक्चर ट्यूब का विक्षेपण योक नमूना सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के साथ समकालिक रूप से स्कैन करता रहता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की फ्लोरोसेंट स्क्रीन नमूना सतह की स्थलाकृतिक छवि प्रदर्शित करती है, जो औद्योगिक टेलीविजन के कार्य सिद्धांत के समान है।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से नमूने की सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के व्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है। आवर्धन पिक्चर ट्यूब पर स्कैनिंग आयाम और नमूने पर स्कैनिंग आयाम का अनुपात है, जिसे दसियों बार से सैकड़ों हजारों बार लगातार बदला जा सकता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को बहुत पतले नमूनों की आवश्यकता नहीं होती है; छवि का एक मजबूत त्रि-आयामी प्रभाव है; यह पदार्थ के साथ इलेक्ट्रॉन बीम की बातचीत से उत्पन्न माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों, अवशोषित इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे जैसी जानकारी का उपयोग करके पदार्थ की संरचना का विश्लेषण कर सकता है।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की इलेक्ट्रॉन गन और कंडेनसर मोटे तौर पर ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के समान होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बीम को पतला बनाने के लिए, कंडेनसर के तहत एक वस्तुनिष्ठ लेंस और एक दृष्टिवैषम्य जोड़ा जाता है, और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉनों के दो सेट जो एक दूसरे के लम्बवत् होते हैं, वस्तुनिष्ठ लेंस के अंदर स्थापित होते हैं। कुंडल। वस्तुनिष्ठ लेंस के नीचे नमूना कक्ष में नमूना चरण होता है जिसे स्थानांतरित, घुमाया और झुकाया जा सकता है।
