Техника микроскопии

Человеческий глаз, позволяющий нам видеть и изучать окружа­ющий мир, представляет собой довольно простую оптическую систему, главным элементом которой является хрусталик, фактически представляющий собой линзу из жидкокристаллического вещест­ва. Минимальные объекты, которые можно разглядеть при помощи такой оптической системы, имеют размеры около 0,1 мм, а для раз­глядывания и изучения более мелких предметов стали при­менять очки или лупы, а затем и сложные конструкции из оптических линз, называемые оптическими микроскопами. Независимо от вида используемых линз и способа их соединения, разрешающая способность таких приборов ограничивается основным правилом оптической техники, сформулированным еще в 1873 году (так на­зываемый дифракционный предел разрешения Рэлея), в соответст­вии с которым минимальные размеры различаемых деталей рас­сматриваемого объекта не могут быть меньше, чем длина волны света, используемого для освещения. Поскольку самые короткие длины волн диапазона соответствуют примерно 400 нм, разрешающая способность оптических микроскопов принципиально ограничена половиной этой величины, т. е. составляет около 200 нм. Единст­венным выходом из возникшей ситуации стало создание приборов, в которых используются волновые излучения с меньшей длиной волны, т. е. излучения не световой природы.

Выше уже упоминалось, что в квантовой механике электрон может рассматриваться в качестве волны, на которую, в свою очередь, можно воздействовать электрическимиили магнитными «линзами» (в полной аналогии с законами привычной геометрической оптики). На этом основан принцип действия электронных микроскопов, позволяющих значительно расширить возможности исследования вещества на микроскопическом уровне (за счёт увеличения разре­шающей способности на порядки). В электронном микроскопе вместо света используются сами электроны, представляющие собой в данной ситуации излучение со значительно более короткой дли­ной волны. В таких устройствах вместо стеклянных линз, естествен­но, применяются электронные линзы (т. е. поля соответствующей конфигурации). Электронные пучки не могут распространяться без рассеяния даже в газовых средах, поэтому внутри электронного ми­кроскопа, вдоль всей траектории электронов, должен поддержи­ваться высокий вакуум.

Электронные микроскопы разделяются на два больших класса по методике применения: просвечивающие эле­ктронные микроскопы (ПЭМ) и сканирующие (СЭМ). Основное различие между ними заключается в том, что в ПЭМ электронный пучок пропускается через очень тонкие слои исследуемого вещест­ва, с толщиной менее 1 мкм (как бы «просвечивая» эти слои наск­возь), а в сканирующих микроскопах электронный пучок последо­вательно отражается от маленьких участков поверхности (структура поверхности и её характерные особенности могут быть определены при этом регистрацией отражённых электронов или вторичных эле­ктронов, возникающих при взаимодействии пучка с поверхностью).

Работа с электронными микроскопами является достаточно сложной, в первую очередь, из-за необходимости тщательной подготовки образцов и обеспечения высокого вакуума внутри всей экспериментальной установки. Этих недостатков лишены так на­зываемые сканирующие электронно-зондовые микроскопы (СЭЗМ), разработанные в 1970 году.

Основные этапы развития техники микроскопии