Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Probe
Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, das einen Strahl beschleunigter Elektronen als Beleuchtungsquelle verwendet. Da die Wellenlänge eines Elektrons bis zu 100.000-mal kürzer sein kann als die von sichtbaren Lichtphotonen, haben Elektronenmikroskope eine höhere Auflösung als Lichtmikroskope und können die Struktur kleinerer Objekte offenbaren.
Elektronenmikroskope werden verwendet, um die Ultrastruktur einer Vielzahl biologischer und anorganischer Proben zu untersuchen, darunter Mikroorganismen, Zellen, große Moleküle, Biopsieproben, Metalle und Kristalle. Industriell werden Elektronenmikroskope häufig zur Qualitätskontrolle und Fehleranalyse eingesetzt.
Wenn der Elektronenstrahl mit der Probe wechselwirkt, verliert er durch verschiedene Mechanismen Energie. Die verlorene Energie wird in alternative Formen umgewandelt, wie Wärme, Emission von niederenergetischen Sekundärelektronen und hochenergetischen rückgestreuten Elektronen, Lichtemission (Kathodolumineszenz) oder Röntgenemissionen, die alle Signale liefern, die Informationen über die Eigenschaften der Probeoberfläche wie Topographie und Zusammensetzung liefern. Das von einem SEM dargestellte Bild bildet die variierende Intensität eines dieser Signale in das Bild ab, in einer Position, die der Position des Strahls auf der Probe entspricht, als das Signal erzeugt wurde.
Elektronenmikroskope sind teuer im Bau und in der Instandhaltung, aber die Investitions- und Betriebskosten von konfokalen Lichtmikroskopsystemen überschneiden sich inzwischen mit denen einfacher Elektronenmikroskope. Die Proben müssen größtenteils im Vakuum betrachtet werden, da die Moleküle, aus denen Luft besteht, die Elektronen streuen würden.
Rasterelektronenmikroskope, die im herkömmlichen Hochvakuummodus arbeiten, bilden meist leitfähige Proben ab; Daher benötigen nichtleitende Materialien eine leitfähige Beschichtung (Gold/Palladiumlegierung, Kohlenstoff, Osmium usw.). Der Niederspannungsmodus von Mikroskopen ermöglicht die Beobachtung nichtleitender Proben ohne Beschichtung.
Nichtleitende Materialien können auch mit einem variabelen Druck- (oder Umwelt-) Rasterelektronenmikroskop abgebildet werden. Kleine, stabile Proben wie Kohlenstoffnanoröhren, Diaatome-Frusteln und kleine Mineralkristalle (zum Beispiel Asbestfasern) benötigen vor der Untersuchung im Elektronenmikroskop keine besondere Behandlung. Proben hydratisierter Materialien, einschließlich fast aller biologischen Proben, müssen auf verschiedene Weise vorbereitet werden, um sie zu stabilisieren, ihre Dicke durch ultradünne Schnitte zu reduzieren und ihren optischen Elektronenkontrast (Färbung) zu erhöhen.
