Эта статья посвящается тем, кого интересует, как работает электронный микроскоп, как он выглядит и что же через него видно.

Недавно я выполнял работу по изучению просвечивающего электронного микроскопа. Одновременно старался заснять весь процесс.


Сначала я проведу небольшой экскурс в теорию, потом покажу несколько установок, и, наконец, опишу сам процесс работы.
Хочу сразу извиниться - я был очень увлечён процессом и, иногда, забывал делать фотографии.
Как известно, микроскопы используются для увеличения различных объектов. Способность оптической системы к увеличению связана с её разрешающей способность (возможностью выдавать чёткое изображение двух соседних точек объекта) - сколь сильно ты не увеличивай, если разрешающая способность не позволяет - получишь какую-то мутоту. Разрешающая способность зависит от самой оптической системы и от длины используемого электромагнитного излучения - мы не можем увидеть объекты меньше, чем половина длины волны. Длина волны зеленого цвета 555 нм, синего - 440 нм или 0,4 мкм. То есть максимальная разрешающая способность оптического микроскопа - 0,2 мкм - максимальная, но трудно достижимая. При этом максимальное увеличение составляет примерно 2000 раз.
Если мы будем использовать электроны в виде излучения, разгоняя их до разности потенциалов около 100 кэВ, то можно получить увеличение порядка 1000000. При этом длину волны электрона можно посчитать по формуле E = eV = hν.
В просвечивающем микроскопе электроны пропускаются через образец, одни проходят через него - другие нет. Так формируется изображение. Потом оно увеличивается с помощью магнитных линз. Самый главный недостаток такой конструкции - исследуемый образец должен быть очень тонким.
На фотографии выше показан микроскоп JEOL JEM-4000EX. Производство Япония, 90е года.

Вот более простая и ранняя модель - JEOL JEM-100CX II
Эта установка почти не используется.
Вот растровый микроскоп этой же фирмы. Вообще, в этой лаборатории структурного анализа всё оборудование японское.
Опять же, старый японский спектрометр.
Вот неведомая вакуумная установка, подготовленная к утилизации.
Вы не думайте, что в институте одно старьё. В последнее время закупили несколько самых современных устройств. Я, например, видел самые новые сканирующий , растровый и силовой микроскопы, а в этом институте они стоят чуть ли не в каждом помещении (ну это я загнул).

Сначала нужно подготовить образец. Учитывая, что он должен быть очень тонким - это нетривиальная задача.

Мы будем рассматривать просто углерод. Я просил клетку, но на это нужно слишком много времени.

Чтобы рассмотреть углерод, нужно получить тонкую пленку. Легче всего её куда-нибудь напылить. Потом её нужно как-то снять. Снять проще всего с кристалла поваренной соли, потому что он растворяется в воде.

Для начала приготовим коллоидный раствор (взвесь частиц) карбонильного железа. Для этого его поместим в ультразвуковую ванночку.
Карбонильным железом нужно обработать кристалл соли. Без него углеродная пленка рассыпется.

Вот наш кристалл соли и карбонильное железо в маленькой баночке.
После обработки карбонильным железом, помещаем кристалл под два электрода.
Подав большое напряжение на электроды, получим дугу. В зависимости от продолжительности разряда меняется толщина напыляемой пленки.
Но перед этим нужно откачать воздух.
Бумажка была белой - стала коричневой. Это углеродная пленка.
Разрежем её на квадратики и поместим в воду. Тогда квадратные куски пленки всплывут.

Далее кладём образец на такую вот сетку, и можно смотреть.

Вот так выглядит предметный столик микроскопа. Сам держатель я не сфотографировал, это просто палка с углублением для сетки на конце, которая вставляется в вакуумную систему микроскопа.
Вот микроскоп, на котором мы будем проводить исследование. Это тот же самый JEM-100CX II, только им никто долго не пользовался. Он двадцать лет стоял в институте кинематографии без дела. Теперь вот используется.
У нас раньше тоже делали электронные микроскопы. Но они были не очень. Как мне сказали, там все диоды и триоды работали в предельном режиме.
Это сетка под увеличением 100. В комнате было очень тускло, поэтому качество соответствующее.
Это углеродная пленка под увеличением 40000. Максимальное увеличение у этого микроскопа 400000.
Вот экран микроскопа при дневном свете. Белые ручки справа и слева служат для перемещения образца.
Под микроскопом можно легко посмотреть фольгу. Для этого в ней нужно проделать дырку. Тогда на краях дырки образуются тонкие места, которые можно рассматривать.
Можно посмотреть дифракцию на какой-нибудь части образца и узнать вещество.
Вот ещё пара фотографий. К сожалению, фотоаппарат неправильно сфокусировался.
На этом всё. Надеюсь было интересно.