इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी बनाम प्रकाश माइक्रोस्कोपी के लाभ
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप एक उपकरण है जो इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी के सिद्धांत के आधार पर बहुत उच्च आवर्धन पर पदार्थों की बारीक संरचनाओं की छवि बनाने के लिए प्रकाश किरणों और ऑप्टिकल लेंस के बजाय इलेक्ट्रॉन बीम और इलेक्ट्रॉन लेंस का उपयोग करता है।
एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की विभेदन शक्ति को दो आसन्न बिंदुओं के बीच की छोटी दूरी द्वारा दर्शाया जाता है जिसे वह हल कर सकता है। 197 के दशक में, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का रिज़ॉल्यूशन लगभग 0.3 नैनोमीटर था (मानव आंख की संकल्प शक्ति लगभग 0.1 मिलीमीटर है)। अब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का अधिकतम आवर्धन 3 मिलियन गुना से अधिक है, जबकि 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 इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के माध्यम से सीधे देखा जा सकता है .
1931 में, जर्मनी के नॉर-ब्रेमसे और रुस्का ने एक ठंडे कैथोड डिस्चार्ज इलेक्ट्रॉन स्रोत और तीन इलेक्ट्रॉन लेंस के साथ एक उच्च-वोल्टेज ऑसिलोस्कोप को परिष्कृत किया, और दस गुना से अधिक आवर्धित छवि प्राप्त की, जिसने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आवर्धित 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 ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति से लगभग दस गुना अधिक थी, इसलिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ने लोगों का ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया।
194 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हिल ने इलेक्ट्रॉन लेंस की घूर्णी विषमता की भरपाई के लिए एक दृष्टिवैषम्य का उपयोग किया, 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 रेजोल्यूशन के साथ एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप सफलतापूर्वक विकसित किया गया था, और 1979 में 0.3 नैनोमीटर के रेजोल्यूशन के साथ एक बड़े इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का निर्माण किया गया था।
यद्यपि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की विभेदन शक्ति ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से कहीं बेहतर है, जीवित जीवों का निरीक्षण करना मुश्किल है क्योंकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को वैक्यूम परिस्थितियों में काम करने की आवश्यकता होती है, और इलेक्ट्रॉन किरणों के विकिरण से जैविक नमूनों को विकिरण क्षति भी होगी। . अन्य मुद्दों, जैसे इलेक्ट्रॉन गन की चमक में सुधार और इलेक्ट्रॉन लेंस की गुणवत्ता पर भी आगे अध्ययन करने की आवश्यकता है।
विभेदन शक्ति इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का एक महत्वपूर्ण सूचकांक है, जो नमूने से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन किरण के आपतित शंकु कोण और तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्घ्य लगभग {0}} नैनोमीटर होती है, जबकि इलेक्ट्रॉन किरणों की तरंगदैर्घ्य त्वरित वोल्टेज से संबंधित होती है। जब त्वरित वोल्टेज 50-100 kV होता है, तो इलेक्ट्रॉन बीम तरंग दैर्ध्य लगभग 0.0053-0.0037 नैनोमीटर होता है। चूँकि इलेक्ट्रॉन किरण की तरंग दैर्ध्य दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटी होती है, भले ही इलेक्ट्रॉन किरण का शंकु कोण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का केवल 1 प्रतिशत हो, फिर भी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की विभेदन शक्ति उससे कहीं बेहतर होती है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का.
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में तीन भाग होते हैं: लेंस बैरल, वैक्यूम सिस्टम और बिजली आपूर्ति कैबिनेट। लेंस बैरल में मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन गन, इलेक्ट्रॉन लेंस, नमूना धारक, फ्लोरोसेंट स्क्रीन और कैमरा तंत्र शामिल हैं। ये घटक आमतौर पर ऊपर से नीचे तक एक कॉलम में इकट्ठे होते हैं; वैक्यूम सिस्टम यांत्रिक वैक्यूम पंप, प्रसार पंप और वैक्यूम वाल्व से बना है। गैस पाइपलाइन लेंस बैरल से जुड़ी हुई है; पावर कैबिनेट एक उच्च वोल्टेज जनरेटर, एक उत्तेजना वर्तमान स्टेबलाइज़र और विभिन्न समायोजन नियंत्रण इकाइयों से बना है।
इलेक्ट्रॉन लेंस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लेंस बैरल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह फोकस बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन ट्रैक को अक्ष पर मोड़ने के लिए लेंस बैरल की धुरी के सममित एक अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। इसका कार्य किरण को फोकस करने के लिए कांच के उत्तल लेंस के समान है, इसलिए इसे इलेक्ट्रॉनिक लेंस कहा जाता है। . अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी विद्युत चुम्बकीय लेंस का उपयोग करते हैं, जो पोल जूते के साथ एक कुंडल के माध्यम से गुजरने वाले एक बहुत ही स्थिर डीसी उत्तेजना वर्तमान द्वारा उत्पन्न एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
इलेक्ट्रॉन गन टंगस्टन हॉट कैथोड, ग्रिड और कैथोड से बनी होती है। यह एक समान गति के साथ एक इलेक्ट्रॉन किरण उत्सर्जित और बना सकता है, इसलिए त्वरित वोल्टेज की स्थिरता एक दस-हज़ारवें हिस्से से कम नहीं होनी चाहिए।
इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी को उनकी संरचना और उपयोग के अनुसार ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, प्रतिबिंब इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में विभाजित किया जा सकता है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग अक्सर बारीक सामग्री संरचनाओं का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है जिन्हें सामान्य माइक्रोस्कोप द्वारा हल नहीं किया जा सकता है; स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग मुख्य रूप से ठोस सतहों की आकृति विज्ञान का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है, और सामग्री संरचना विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोप्रोब बनाने के लिए एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रोमीटर के साथ भी जोड़ा जा सकता है; स्व-उत्सर्जक इलेक्ट्रॉन सतहों के अध्ययन के लिए उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी।
प्रक्षेपण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का नाम इलेक्ट्रॉन किरण के नमूने में प्रवेश करने और फिर इलेक्ट्रॉन लेंस के साथ छवि को बड़ा करने के बाद रखा गया है। इसका ऑप्टिकल पथ ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के समान है। इस प्रकार के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, नमूने के परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रॉन किरण के बिखरने से छवि विवरण में कंट्रास्ट पैदा होता है। नमूने के पतले या कम घनत्व वाले हिस्से में इलेक्ट्रॉन किरण का प्रकीर्णन कम होता है, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन वस्तुनिष्ठ डायाफ्राम से गुजरते हैं और इमेजिंग में भाग लेते हैं, और छवि में उज्जवल दिखाई देते हैं। इसके विपरीत, नमूने के मोटे या सघन हिस्से छवि में गहरे दिखाई देते हैं। यदि नमूना बहुत मोटा या बहुत घना है, तो इलेक्ट्रॉन किरण की ऊर्जा को अवशोषित करके छवि का कंट्रास्ट खराब हो जाएगा, या क्षतिग्रस्त या नष्ट भी हो जाएगा।
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लेंस बैरल का शीर्ष इलेक्ट्रॉन गन है। इलेक्ट्रॉन टंगस्टन गर्म कैथोड द्वारा उत्सर्जित होते हैं और * से गुजरते हैं, और दूसरे दो कंडेनसर इलेक्ट्रॉन किरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। नमूने से गुजरने के बाद, इलेक्ट्रॉन किरण को वस्तुनिष्ठ लेंस द्वारा मध्यवर्ती दर्पण पर चित्रित किया जाता है, और फिर मध्यवर्ती दर्पण और प्रक्षेपण दर्पण के माध्यम से चरण दर चरण बढ़ाया जाता है, और फिर फ्लोरोसेंट स्क्रीन या फोटोकोहेरेंट प्लेट पर चित्रित किया जाता है।
मध्यवर्ती दर्पण के आवर्धन को लगातार मुख्य रूप से उत्तेजना धारा के समायोजन के माध्यम से दसियों गुना से सैकड़ों हजारों गुना तक बदला जा सकता है; मध्यवर्ती दर्पण की फोकल लंबाई को बदलकर, एक ही नमूने के छोटे हिस्सों पर इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म छवियां और इलेक्ट्रॉन विवर्तन छवियां प्राप्त की जा सकती हैं। 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 अल्ट्रा-हाई वोल्टेज इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप विकसित किया। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप संरचना का योजनाबद्ध आरेख
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का इलेक्ट्रॉन बीम नमूने से नहीं गुजरता है, बल्कि केवल नमूने की सतह पर माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को स्कैन और उत्तेजित करता है। नमूने के बगल में रखा जगमगाहट क्रिस्टल इन माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, पिक्चर ट्यूब की इलेक्ट्रॉन बीम तीव्रता को बढ़ाता है और नियंत्रित करता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की स्क्रीन पर चमक बदल जाती है। पिक्चर ट्यूब का विक्षेपण कुंडल नमूने की सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के साथ समकालिक स्कैनिंग रखता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की फ्लोरोसेंट स्क्रीन नमूना सतह की स्थलाकृतिक छवि प्रदर्शित करती है, जो एक औद्योगिक टीवी के कार्य सिद्धांत के समान है .
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से नमूना सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के व्यास से निर्धारित होता है। आवर्धन चित्र ट्यूब पर स्कैनिंग आयाम और नमूने पर स्कैनिंग आयाम का अनुपात है, जिसे लगातार दसियों बार से लेकर सैकड़ों हजारों बार तक बदला जा सकता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए बहुत पतले नमूनों की आवश्यकता नहीं होती है; छवि में एक मजबूत त्रि-आयामी प्रभाव है; यह पदार्थों की संरचना का विश्लेषण करने के लिए माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों, अवशोषित इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन बीम और पदार्थों के बीच बातचीत से उत्पन्न एक्स-रे जैसी जानकारी का उपयोग कर सकता है।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के इलेक्ट्रॉन गन और कंडेनसर लेंस मोटे तौर पर ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के समान ही होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बीम को पतला बनाने के लिए, कंडेनसर लेंस के नीचे एक ऑब्जेक्टिव लेंस और एक एस्टिग्मेटाइज़र जोड़ा जाता है, और दो सेट जोड़े जाते हैं। ऑब्जेक्टिव लेंस के अंदर परस्पर लंबवत स्कैनिंग किरणें स्थापित की जाती हैं। कुंडल. ऑब्जेक्टिव लेंस के नीचे का नमूना कक्ष एक नमूना चरण से सुसज्जित है जो घूम सकता है, घूम सकता है और झुक सकता है।
