Kính hiển vi điện tử là gì? Phân loại kính hiển vi điện tử

Khi nhắc đến kính hiển vi điện tử, chắc chắn mọi người đều nghĩ ngay đến khả năng quan sát các vật bằng cách phóng to lên rất nhiều lần để hình ảnh hiển thị một cách rõ nét. Vậy kính hiển vi điện tử là gì? Có những loại kính hiển vi điện tử nào? Đặc điểm và ứng dụng của kính hiển vi điện tử ra sao? Hãy cùng LabVIETCHEM đi tìm câu trả lời qua nội dung bài viết dưới đây nhé.

Kính hiển vi điện tử là gì?

Kính hiển vi điện tử là thiết bị khoa học chuyên dùng để quan sát cấu trúc của các vật có kích thước siêu nhỏ, hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng sóng điện tử được tăng tốc ở hiệu điện thế cao, dao động từ vài chục kV đến vài trăm kV để quan sát.

Đây là thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, trường đại học, trung tâm công nghệ nano. Tại đây, cấu trúc của mẫu vật được quan sát một cách chi tiết, từ đó cung cấp thông tin về chức năng của mẫu vật đó. Những kết quả này có thể sẽ được các cơ quan, tổ chức khác sử dụng. 

Đặc điểm của kính hiển vi điện tử

Cấu tạo của kính hiển vi điện tử

Khác với kính hiển vi quang học quan sát bằng ánh sáng khả kiến, kính hiển vi điện tử sử dụng một chùm electron để tạo ra một hình ảnh của mẫu vậy. Do bước sóng điện tử nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng ánh sáng khả kiến nên việc sử dụng sóng điện tử này giúp cho kính hiển vi điện tử có độ phân giải và phóng đại cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học để nhìn thấy nhiều vật thể nhỏ hơn một cách chi tiết hơn.

Kính hiển vi điện tử sử dụng các loại thấu kính từ để hội tụ chùm điện tử thay vì thấu kính thủy tinh. Chân không chính là môi trường cần thiết cho sự vận hành kính hiển vi điện tử nên cả hệ được đặt trong buồng chân không cao.

Phân loại kính hiển vi điện tử

Dựa vào cách thức tương tác của chùm điện tử với mẫu vật mà hiện nay, kính hiển vi điện tử được phân ra làm 2 loại phổ biến là Kính hiển vi điện tử truyền qua (có tên viết tắt là TEM) và Kính hiển vi điện tử quét (viết tắt là SEM).

1. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy – TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc của vật rắn bằng cách sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn hơn tới hàng triệu lần. Hình ảnh có thể được tạo ra trên màn huỳnh quang, film quang học hoặc ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.

1.1. Cấu tạo của kính hiển vi điện tử truyền qua

TEM gồm các bộ phận chính là:

- Cột kính: Súng điện tử, tụ kính.

-Hệ thống thấu kính tạo ảnh: Vật kính, kính phóng, kính trung gian.

- Buồng đặt mẫ.

- Buồng quan sát.

- Bộ phận ghi ảnh.

Các bộ phận cấu tạo kính hiển vi điện tử truyền qua

1.2. Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua

Nguyên lý tạo ảnh của TEM là theo các cơ chế quang học nhưng tính chất của ảnh phụ thuộc vào từng chế độ ghi ảnh và độ tương phản xuất phát từ khả năng tán xạ điện tử. Điện tử được tạo ra từ nguồn phát điện tử là súng phát xạ điện tử, có thể là súng phát xạ nhiệt hoặc súng phát xạ trường.

- Súng phát xạ nhiệt hoạt động bằng cách đốt nóng một dây tóc điện tử để cung cấp năng lượng nhiệt cho điện tử thoát ra khỏi bề mặt kim loại. Vật liệu phổ biến được sử dụng để làm dây tóc điện tử là W, Pt, LaB6,…vì chúng có giá thành rẻ, dễ sử dụng. Tuy nhiên, nhược điểm là tuổi thọ của chúng khá thấp, cường độ dòng điện và độ đơn sắc của chùm điện tử thấp.

- Súng phát xạ trường hoạt động bằng cách đặt một hiệu điện thế khoảng vài kV để giúp các điện tử bật ra khỏi bề mặt kim loại. Súng phát xạ trường tuy rất đắt tiền, đòi hỏi môi trường chân không siêu cao nhưng có thể tạo ra chùm điện tử với độ đơn sắc rất cao, cường độ lớn, có tuổi thọ rất cao.

Điện tử khi được tạo ra sẽ bay đến cathode rỗng và được tăng tốc nhờ một thế cao áp một chiều khoảng vài trăm kV. Bước sóng của sóng điện tử được xác định theo công thức.

Trong đó, m0 là khối lượng nghỉ của điện tử.

Với thế tăng tốc V = 100 kV, bước sóng điện tử là 0,00386 nm còn với thế tăng tốc cỡ từ 200 kV trở nên, vận tốc của điện tử trở nên đáng kể so với vận tốc của ánh sáng và khối lượng điện tử cũng thay đổi đáng kể. Bước sóng điện tử lúc này được tính theo công thức.

1.3. Các chế độ tương phản trong kính hiển vi điện tử truyền qua

- Tương phản biên độ: Xảy ra do hiệu ứng hấp thụ điện tử như độ dày, thành phần hóa học của mẫu vật.

- Tương phản pha: Xảy ra do các điện tử bị tán xạ dưới các góc khác nhau.

- Tương phản nhiễu xạ: Xảy ra do các điện tử bị tán xạ theo các hướng khác nhau bởi tính chất của vật rắn tinh thể.

1.4. Các khả năng của kính hiển vi điện tử truyền qua

Khả năng rõ ràng nhất của kính hiển vi điện tử truyền qua là tạo ra những bức ảnh thật của các cấu trúc nano với độ phân giải rất cao tới cấp độ nguyên tử. Ngoài ra, nó còn có một số khả năng khác như sau:

Nhiễu xạ điện tử

Điện tử bị tán xạ trên các mặt tinh thể của mạng tinh thể chất rắn khi chùm điện tử chiếu xuyên qua mẫu vật rắn giúp phép phân tích cấu trúc tinh thể có độ chính xác rất cao. Ngoài ra, hệ thống các khẩu độ và thấu kính hội tụ của TEM cho phép phân tích tính chất tinh thể của một vùng nhỏ được lựa chọn thông qua kỹ thuật nhiễu xạ lựa chọn vùng hoặc hội tụ chùm tia điện tử thành một đầu dò cực nhỏ để phân tích cấu trúc các hạt cực nhỏ, gọi là nhiễu xạ chùm tia hội tụ.

Các phép phân tích tia X

Phép phân tích tia X dựa trên hiện tượng chùm điện tử có năng lượng cao, tương tác với các lớp điện tử bên trong của vật rắn dẫn để tạo ra các tia X đặc trưng với thành phần hóa học của chất rắn. Có một số phép phân tích phổ biến là phổ tán sắc năng lượng tia X, phổ huỳnh quang tia X,…

 Phân tích năng lượng điện tử

Các phép phân tích năng lượng điện tử liên quan đến việc chùm điện tử sau khi tương tác với mẫu truyền qua bị tổn hao năng lượng hoặc phát ra các điện tử thứ cấp hoặc bị tán xạ ngược. Phép phân tích này giúp nghiên cứu phân bố các nguyên tố hóa học, liên kết hóa học, các cấu trúc điện từ… để vẽ ra bản đồ phân tích hóa học trong mẫu với độ phân giải lên tới 0,1 nm.

2. Kính hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm các electron hẹp quét trên bề mặt mẫu.

2.1. Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM

SEM gồm các bộ phận chính như sau:

- Cột kính: Súng điện tử, vật kính, tụ kính.

- Buồng đặt mẫu.

- Đầu dò tín hiệu điện tử.

Các bộ phận cấu tạo kính hiển vi điện tử quét

2.2. Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử quét 

Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử quét cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong TEM, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử và được tăng tốc. Do sự hạn chế của thấu kính từ nên việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn nên thế tăng tốc của kính hiển vi điện tử quét thường chỉ dao động từ 10 kV đến 50 kV.  Điện tử được phát ra, sau đó tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp khoảng vài trăm Angstrong đến vài nm nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó sẽ quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện.

Độ phân giải của kính hiển vi điện tử quét thấp hơn độ phân giải của TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật sẽ phát ra bức xạ. Các bức xạ này chủ yếu là:

- Điện tử thứ cấp: Là chế độ ghi ảnh phổ biến nhất của kính hiển vi điện tử quét. Chùm điện tử thứ cấp có năng lượng nhỏ hơn 50 eV được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy và các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nm. Chính vì vậy mà hình ảnh mẫu tạo ra là ảnh 2 chiều.

- Điện tử tán xạ ngược: Là chùm điện tử ban đầu bị bật ngược trở lại khi tương tác với bề mặt mẫu. Vì vậy, chúng thường mang năng lượng cao. Sự tán xạ ngược phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, ngoài ra còn có liên kết điện tại bề mặt mẫu nên ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho việc phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Điện tử tán xạ ngược cũng có thể được dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược để phục vụ cho việc phân tích cấu trúc tinh thể,

2.3. Các tính năng của kính hiển vi điện tử quét 

- Tùy chọn quan sát bề mặt mẫu rắn ở các độ phóng đại khác nhau

- So với kính hiển vi quang học, độ sâu trường quan sát của kính hiển vi điện tử quét lớn hơn rất nhiều nên ảnh thu được sẽ là ảnh lập thể.

- Kết hợp với đầu thu phổ tán xạ năng lượng tia X cho phép phân tích thành phần các nguyên tố của vùng quan sát.

Một số loại kính hiển vi điện tử được lựa chọn nhiều nhất hiện nay

Kính hiển vi ba mắt VE-B15 Velab

- Vật kính phẳng tiêu sắc chuẩn màu vô cực cung cấp hệ quang học quan sát với hình ảnh chất lượng cao.

- Phạm vi quan sát rộng và nguồn sáng LED kohler giúp kính trở thành thiết bị hoàn chỉnh và linh hoạt.

- Đáp ứng nhu cầu sử dụng, thị kính thứ 3 cho phép kết nối các thiết bị kỹ thuật số để lưu trữ dữ liệu và nó cũng tương thích với cấu hình tùy chọn cho bộ phân cực.

Kính hiển vi ba mắt VE-B15 Velab

Kính hiển vi sinh học 2 mắt B-352A Optika

- Dùng trong khoa học đời sống giáo dục, Y tế cũng như nhiều ứng dụng nghiên cứu sinh học,...

- Để quan sát mẫu vật, phân tích tế bào, tinh dịch và xét nghiệm vi sinh với chất lượng hình ảnh luôn ổn định.

- Sử dụng trong các phòng thí nghiệm trường học, viện nghiên cứu,...

Kính hiển vi sinh học 3 mắt Excel Dewinter Ấn Độ

- Hệ thống lấy nét đồng trục. Rủi ro trước và rủi ro điều chỉnh

- Bốn mũi xoay trên ổ bi

- Hệ thống chiếu sáng tích hợp sẵn với nguồn sáng lạnh LED 3W độ sáng cực cao

- Đầu ra 3 camera Megapixels tích hợp & đầu ra USB 2.0

Kính hiển vi sinh học 3 mắt Excel Dewinter Ấn Độ

Kính hiển vi kim tương VE-146 Velab

- Kính hiển vi kim tương phù hợp cho nghiên cứu khoa học vật liệu, nó bao gồm ánh sáng truyền qua với bộ phân cực.

- Ứng dụng cho quan sát kim loại, tinh thể, bột và vật liệu trong suốt.

- Kính hiển vi VE-146 Velab cung cấp hình ảnh cấp sắc nét, không bị biến dạng, độ phân giải cao trong nhiều chế độ hoạt động, lắp sẵn cổng nối máy ảnh để chụp lại kết quả mẫu nhanh và dễ dàng.

- Bàn soi có thể được sử dụng cho cả ánh sáng truyền qua và ánh sáng phản xạ. Nó có thể được trang bị thêm một vài loại giá giữ mẫu để phù hợp với các mẫu vật có đường kính khác nhau.

Kính hiển vi kim tương VE-146 Velab

Kính hiển vi sinh học 2 mắt BM1000 Genius

- Kính có thị trường rộng, cho hình ảnh phóng to trung thực, rõ nét và tính năng ưu việt là Zoom liên tục.

- Kính được thiết kế và xử lý đảm bảo chống bụi, chống nước, chống nấm mốc, chống rung và có thể sử dụng trong nhiều điều kiện khác nhau mà vẫn đảm bảo độ bền cao, chất lượng hình ảnh luôn ổn định. 

- Thiết kế gọn nhẹ - tiện dụng – thao tác đơn giản

- Tích hợp bàn xa trượt theo trục XY, kích thước 132x142mm, khoảng dịch chuyển theo phương X-Y là 75x40mm với độ chia 0,1mm.

- Hệ thống chiếu sáng dưới đáy đèn S-LED 3W, độ sáng có thể điều chỉnh và tuổi thọ đèn ~20.000 giờ.

- Bộ tụ quang kết hợp vòng chắn sáng giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh lượng ánh sáng phù hợp khi quan sát mẫu.

- Kẹp tiêu bản cải tiến, giữ được các loại tiêu bản đa dạng.

Kính hiển vi ba mắt optika B-383PL

- Kính hiển vi ba mắt optika B-383PL kèm camera là dòng kính hiển vi quang học đa năng(lưu hành từ tháng 1 năm 2014), thiết kế module hóa, lý tưởng sử dụng cho nghiên cứu, hoặc các ứng dụng phòng thí nghiệm y sinh nâng cao với hệ thống quang học hiệu chỉnh vô cực

- Thiết kế giúp cho người vận hành hoàn toàn thoải mái.

- Điều chỉnh tiêu cự: Điều chỉnh thô và chỉnh tinh đồng trục (độ chia, 0.002mm) với cơ cấu giới hạn phía trên, tránh vật kính va chạm vào mẫu. Có khả năng điều chỉnh độ căng của núm vặn, lấy tiêu cự tốt, cho hình ảnh rõ ràng, quang trường rộng, độ tương phản cao.

Kính hiển vi ba mắt optika B-383PL

- Mâm kính hai lớp với hệ thống dịch chuyển cơ, kích thước 160×140 mm, khoảng dịch chuyển theo chiều X-Y là 78×54 mm, hệ thống kẹp tiêu bản sử dụng cho một tiêu bản. Có thang chia trên cả hai chiều, độ chia 0,1 mm.

- Hệ thống chiếu sáng bằng đèn X-LED3 kết hợp hệ thống quang. Hệ thống này được phát triển từ phòng R&D của OPTIKA, hệ thống là sự kết hợp hoàn hảo giữa đèn LED và công nghệ quang học. Ánh sáng phản chiếu và ánh sáng truyền qua có thể sử dụng đồng thời hoặc độc lập.

Kính hiển vi huỳnh quang 3 mắt VE – 146YT Velab

- Kính hiển vi huỳnh quang 3 mắt với hiệu ứng quan sát màu vàng – xanh trên dải B với phạm vi ứng dụng cho FITC, vàng cam, vàng ô. Dải G cho màu đỏ với ứng dụng cho dải TRITC, Rhodamin B200 và propidium iodide.

- Được sử dụng trong chuẩn đoán bệnh, hóa sinh, thần kinh, sinh học phân tử, di truyền, vi sinh và nghiên cứu.

Kính hiển vi huỳnh quang 3 mắt VE – 146YT Velab

Trên đây là một số thông tin về kính hiển vi điện tử mà LabVIETCHEM muốn chia sẻ đến bạn đọc. Để được tư vấn chi tiết hơn về kính hiển vi điện tử, các bạn hãy liên hệ ngay tới số HOTLINE 1900 2639 để các tư vấn viên của chúng tôi có thể hỗ trợ TỐT nhất.

Xem thêm:

• Kính hiển vi điện tử, soi nổi, soi vi khuẩn, olympus tại TPHCM, Hà Nội
• Quang phổ là gì? Phân loại và đặc điểm của từng loại quang phổ