電子顕微鏡の種類

電子顕微鏡の種類

電子顕微鏡は、その構造や用途により透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、反射型電子顕微鏡、放射型電子顕微鏡に分けられます。

透過型電子顕微鏡は、通常の顕微鏡では分解できない微細な材料構造を観察するためによく使用されます。

走査電子顕微鏡は主に固体表面の形態を観察するために使用され、X 線回折装置や電子エネルギー分光計と組み合わせて材料組成分析用の電子マイクロプローブを形成することもできます。

放出電子顕微鏡は、自己放出電子表面の研究に使用されます。

(1) 透過型電子顕微鏡
透過型電子顕微鏡 (TEM) のコンポーネントには次のものがあります。

1. 電子銃: カソード、グリッド、アノードで構成される電子を放出します。

2. コンデンサーレンズ: 電子ビームを集中させ、照明強度と開口角を制御するために使用できる電子レンズです。

3. 試料室：観察する試料を置き、試料の角度を変えるための回転テーブルや加熱、冷却などの設備が備えられています。

4. 対物レンズ: 高倍率の短距離レンズであり、その機能は電子画像を拡大することです。 透過型電子顕微鏡の分解能と像質を決める鍵となるのが対物レンズです。

5. 中間ミラー: 可変倍率の弱いレンズであり、その機能は電子画像を再拡大することです。 中間ミラーの電流を調整することにより、対象物の画像または電子回折パターンを増幅用に選択できます。

6. 透過ミラー：2倍後の中間像をさらに拡大して蛍光板上に結像させるための高倍率の強力なレンズです。

7. 二次真空ポンプ: サンプルチャンバーを真空にします。

8. カメラデバイス: 画像を記録するために使用されます。 電子は散乱しやすい、または物体に吸収されやすいため、透過力が低く、サンプルの密度と厚さが最終的なイメージングの品質に影響します。 より薄い極薄切片（通常は 50-100 nm）を準備する必要があります。

そのため、透過型電子顕微鏡で観察する場合には、試料を非常に薄く加工する必要があります。 通常、薄切片作成または凍結エッチングによって準備されます。

(1) 薄切り法

通常、サンプルはオスミン酸とグルタルアルデヒドで固定され、エポキシ樹脂で包埋され、熱膨張や螺旋推進によりスライスされます。 スライスの厚さは 20-50 nm で、コントラストを高めるために重金属塩で染色されています。

(2) フリーズエッチング法、別名フリーズフラクチャー法

標本をドライアイス中で -100 度、または液体窒素中で -196 度で凍結させた後、冷たいナイフで素早く切り落としました。 破砕試験片を加熱すると、真空条件下で氷が直ちに昇華し、破砕構造が露出します。これをエッチングと呼びます。 エッチングが完了したら、蒸発させたプラチナの層を断面に対して 45 度の角度でスプレーし、カーボンの層を 90 度の角度でスプレーして、コントラストと強度を高めます。 次に、サンプルを次亜塩素酸ナトリウム溶液で浸漬し、複合膜と呼ばれるカーボンとプラチナの膜を剥がします。これにより、エッチングされた試料の表面の形態が明らかになります。 電子顕微鏡で得られた画像は、試験片の細胞の破断面の構造を表しています。

(2) 走査型電子顕微鏡
走査型電子顕微鏡（SEM）は 1960 年代に登場し、現在その分解能は 6-10 nm に達します。

その動作原理は、電子銃から発せられた細かく集束された電子ビームが、2段のコンデンサーレンズ、偏向コイル、対物レンズを通って試料に当たり、試料表面を走査して二次電子を励起するというものです。 発生する二次電子の量は電子線の入射角、つまり試料の表面構造に関係します。 二次電子は検出器で収集された後、シンチレータで光信号に変換され、さらに光電子増倍管とアンプで電気信号に変換され、蛍光板上の電子線の強度を制御して走査像を表示します。電子ビームと同期します。 画像は、試料の表面構造を反映した 3 次元画像です。

検査の前に、走査型電子顕微鏡の標本を固定し、脱水し、重金属粒子の層をスプレーする必要があります。 重金属は、電子ビームの照射下で二次電子信号を放出します。