Kính hiển vi điện tử được nhắc đến khá phổ biến trong việc quan sát các vật bằng cách phóng đại hình ảnh lên nhiều lần để hiển thị rõ nét nhất một vật siêu nhỏ. Đây là một vật được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm hoặc kiểm tra, sửa chữa. Để hiểu rõ hơn kính hiển vi điện tử là gì, cấu tạo và ứng dụng của thiết bị này, hãy cùng đón đọc bài viết dưới đây nhé!
Kính hiển vi điện tử là gì?
Kính hiển vi điện tử được ra đời năm 1938 bởi E.Ruska và Van Borries tại Mỹ, đây là một thiết bị khoa học được sử dụng để quan sát cấu trúc của vật có kích thước siêu nhỏ. Thiết bị này hoạt động trên nguyên tắc sử dụng sóng điện tử được tăng tốc ở hiệu điện thế cao để quan sát, hiệu điện thế dao động từ vài chục đến vài trăm kV.
Kính hiển vi điện tử được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu ở các phòng thí nghiệm, trung tâm công nghệ nano, các trường đại học. Khi đó, cấu trúc của một mẫu vật sẽ được quan sát một cách chi tiết, thông qua đó thông tin về chức năng của mẫu vật đó sẽ được cung cấp. Kết quả cho ra có thể được cơ quan, tổ chức khác sử dụng.
Kính hiển vi điện tử ra đời năm nào (Ảnh: Internet)
Đặc điểm của kính hiển vi điện tử là gì?
Nếu kính hiển vi quang học sử dụng quan sát bằng ánh sáng khả kiến, thì kính hiển vi điện tử lại sử dụng một chùm electron để tạo ra hình ảnh của mẫu vật. Bởi bước sóng của ánh sáng khả kiến lớn hơn rất nhiều bước sóng điện tử nên việc sử dụng sóng điện tử của kính hiển vi điện tử sẽ mang lại độ phân giải và phóng đại cao hơn nhiều khi quan sát được nhiều vật thể nhỏ hơn một cách chi tiết hơn là kính hiển vi quang học.
Thay vì thấu kính thủy tinh, kính hiển vi điện tử sử dụng các loại thấu kính từ để hội tụ chùm điện tử. Kính hiển vi điện tử cần môi trường chân không để có thể vận hành tốt. Chính vì vậy mà hệ thống kính hiển vi điện tử cần được đặt trong buồng chân không cao.
Phân loại kính hiển vi điện tử
Phân loại theo cơ chế hoạt động
Kính hiển vi điện tử được chia thành hai loại phổ biến là kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi đện tử truyền qua (TEM). Vậy sự khác nhau giữa hai loại kính hiển vi điện tử là gì?
Điểm khác biệt lớn nhất của TEM và SEM là SEM tạo ra hình ảnh bằng cách phát hiện các điện tử bị đánh bật hoặc phản xạ, TEM lại sử dụng các điện tử truyền qua hay điện tử đang đi qua mẫu để tạo ra hình ảnh. Chính vì thế là TEM đưa ra thông tin có giá trị về mặt cấu trúc bên trong của mẫu như cấu trúc hình thái, tinh thể và thông tin trang thái ứng suất. SEM sẽ cho biết thông tin về bề mặt và thành phần của mẫu.
Vì yêu cầu với các điện tử truyền qua mà các mẫu kính hiển vi điện tử TEM phải rất mỏng, thông thường cần nhỏ hơn 150nm hoặc cần có hình ảnh độ phân giải cao như dưới 30nm. Điều này lại không có yêu cầu cụ thể với hình ảnh SEM.
Phân loại theo kích thước và loại thiết bị
Kính hiển vi điện tử cầm tay: Có đặc điểm là dễ di động, tiện dụng, hình ảnh quan sát chất lượng tốt nên được ứng dụng phổ biến cho công việc cần độ di chuyển cao như nghiên cứu thực địa, điều tra,…
Kính hiển vi điện tử để bàn: Có độ phóng đại cao nên được tin tưởng để sử dụng trong các phòng thí nghiệm, phòng khám, cơ sở kiểm tra, sửa chữa. Đặc biệt, một số loại được trang bị sẵn màn hình LCD, màn hình chiếu giúp quá trình quan sát trở nên dễ dàng, nhanh chóng hơn và độ chính xác cao. Người sử dụng khi quan sát có thể tùy ý điều chỉnh mẫu vật một các chủ động.
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử
Với mỗi loại kính hiển vi điện tử sẽ có cấu tạo khác nhau, cụ thể:
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử TEM sẽ bao gồm:
- Nguồn điện tử
- Tụ kính
- Súng điện tử
- Vật kính
- Mẫu
- Thấu kính chiếu
- Thấu kính trung gian
- Thấu kính huỳnh quang
Cấu tạo của kính hiển vi SEM bao gồm:
- Nguồn điện tử
- Tụ kính
- Súng điện tử
- Vật kính
- Mẫu
- Cuộn quét, mạch quét
- Khuếch đại ảnh
- Đầu dò
- CRT
- Cuộn làm lệch
Cấu tạo kính hiển vi điện tử TEM và SEM (Ảnh: Internet)
Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử
Tất cả các loại kính hiển vi điện tử đều sử dụng ống kính tĩnh điện hoặc điện tử để điều khiển đường đi của các electron. Thấu kính thủy tinh được sử dụng với kính hiển vi ánh sáng sẽ không ảnh hưởng đến chùm electron.
Ống kính điện tử có solenoid hay một cuộn dây xung quanh bên ngoài một ống, nhờ đó người ta có gây ra một trường điện từ. Tia điện tử sẽ đi qua trung tâm của các solenoids trên đường đi xuống cột kính hiển vi điện tử về phía mẫu. Electron rất nhạy cảm với từ trường, điều này dẫn đến việc có thể điều khiển bằng việc thay đổi dòng điện qua thấu kính.
Khi các electron di chuyển càng nhanh, bước sóng sẽ càng ngắn. Sức mạnh phân phải của các kính hiển vi điện tử lại liên quan trực tiếp đến bước sóng của bức xạ đang sử dụng để tạo ra hình ảnh. Khi làm giảm bước sóng sẽ làm tăng độ phân giải.
Kính hiển vi điện tử sẽ có độ phân giải tăng lên nếu điện áp gia tốc của chùm electron tăng. Trong đó, điện áp tăng tốc của chùm tia kính hiển vi điện tử tính bằng kilovolt (kV)
Ứng dụng của kính hiển vi điện tử
Ngày nay, kính hiển vi điện tử được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Phổ biến nhất là trong ngành y – sinh học khi nghiên cứu cấu trúc chi tiết của tế bào, mô, bào quan,… Bởi thiết bị này cho khả năng xem cấu trúc hiển vi của mẫu cao hơn nhiều lần so với kính hiểu vi quang học. Vậy ứng dụng của kính hiển vi điện tử là gì? Cụ thể, thiết bị này có một số ứng dụng chính sau đây:
Trong y tế
Kính hiển vi điện tử được sử dụng trong nghiên cứu, phân tích các mẫu vật có kích thước nhỏ. Thiết bị này hỗ trợ sử dụng camera để ghi lại hình ảnh hoặc trình chiếu trực tiếp lên màn hình mẫu vật quan sát để đưa ra kết luận phục vụ cho việc chẩn đoán bệnh, biểu hiển của bệnh, tìm ra được nguyên nhân gây bệnh.
Trong Pháp y
Cùng với công nghệ camera có độ phóng đại cực lớn sẽ hỗ trợ các cơ quan chức năng khi thực hiện công việc. Loại thiết bị kính hiển vi điện tử cầm tay vừa có thể di chuyển vừa cho phép tiến hành thu thập dữ liệu một cách chính xác, sắc nét.
Trong giáo dục
Hình ảnh mà kính hiển vi điện tử chụp được đem lại hữu ích lớn trong việc giảng dạy. Một số thiết bị có kết nối ghi lại qua USB giúp kết nối dễ dàng hình ảnh của vật lên màn hình chiếu lớn.
Kính hiển vi điện tử dạng để bàn nhỏ gọn được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu, giảng dạy (Ảnh: Internet)
Trong nghiên cứu thực địa
Kính hiển vi điện tử là công cụ rất hữu ích với các nhà nghiên cứu. Với đặc thù di chuyển nhiều, các nhà nghiên cứu chỉ cần mang theo kính hiển vi điện tử cầm tay, máy tính xách tay và kết nối USB để có thể tiến hành công việc.
Trong các ngành công nghiệp
Trong ngành này, kính hiển vi điện tử được sử dụng để hỗ trợ các sản phẩm mới và quá trình sản xuất. Thiết bị này sẽ giúp phân tích các lỗi công nghiệp và có thể kiểm soát quá trình của các ngành công nghiệp. Ví dụ như, kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao được ứng dụng rất rộng rãi trong quá trình sản xuất, phát triển chất bán dẫn và các thiết bị điện tử khác.
>>> Có thể bạn quan tâm: Danh sách thiết bị Kính hiển vi điện tử
Kết luận
Có thể thấy, kính hiển vi điện tử dần được sử dụng rộng rãi và thiết yếu trong nhiều ngành nghề đặc thù như nghiên cứu, kiểm tra, phân tích, thẩm định,… bởi những đặc điểm nổi bật của nó. Hy vọng qua bài viết trên, bạn đọc đã hiểu rõ được kính hiển vi điện tử là gì và những điểm khác biệt vượt trội của thiết bị này mang lại.
Jasmine Wu – Hapoin
