المجهر الإلكتروني الماسحيستخدم (SEM) شعاعًا مركّزًا من الإلكترونات عالية الطاقة لإنتاج صور عالية الوضوح ومكبرة وثنائية الأبعاد للعينة. ولهذا الغرض، يتم توجيه شعاع الإلكترون إلى أجزاء مختارة من سطح العينة الصلب. يؤدي التفاعل بين إلكترونات الشعاع والعينة إلى توليد إشارات مختلفة. يتم تسجيل هذه الإشارات ومعالجتها لإنتاج صور بتنسيق رقمي. ويمكن استخدامه للكشف عن معلومات مثل البنية الداخلية للعينة، والملمس الخارجي للعينة، والتركيب الكيميائي للمادة، واتجاه وترتيب العناصر التي تشكل العينة. تم بناء المجهر الإلكتروني الماسح لأول مرة في عام 1937 من قبل الباحث الألماني والفيزيائي التطبيقي والمخترع مانفريد فون أردن. يتراوح تكبير المجاهر الإلكترونية الماسحة عادةً من 20X إلى 30,000X تقريبًا. تتراوح الدقة المكانية للمجهر الإلكتروني الماسح من 50 إلى 100 نانومتر.
فهرس المقالة (انقر للانتقال)
عمل المجهر الإلكتروني الماسح
تطبيقات المجهر الإلكتروني الماسح
مميزات المجهر الإلكتروني الماسح
عيوب المجهر الإلكتروني الماسح
عمل المجهر الإلكتروني الماسح
غالبًا ما يعتمد عمل المجهر الإلكتروني الماسح على اكتشاف الإلكترونات المنعكسة بعد اصطدامها بسطح العينة. المكون الرئيسي للمجهر الإلكتروني الماسح هو مصدر الإلكترون. عادة، في معظم المجاهر الإلكترونية الماسحة، يتم استخدام سلك التنغستن الساخن كمصدر للإلكترون. هنا، تميل الحرارة إلى توفير المزيد من الطاقة للإلكترونات، وتوجيهها في اتجاه محدد وإنشاء شعاع واحد مركَّز من الإلكترونات. يوجد الأنود، أو لوحة القطب الكهربائي المشحونة بشكل إيجابي، بين مصدر الإلكترون والمكثف. الغرض الرئيسي من الأنود هو تشتيت الإلكترونات ومواءمتها في خط مستقيم واحد رفيع. وذلك لأن الإلكترونات لها شحنة سالبة ولوحة الأنود لها شحنة موجبة. يوجد ملف المسح والعدسة الشيئية أسفل المكثف. يمر شعاع الإلكترون الناتج عن المصدر عبر المكثف وملف المسح والعدسة الشيئية. عندما تصطدم الإلكترونات الموجودة في شعاع الإلكترون بالعينة، فإنها تنعكس عشوائيًا وتنتشر في جميع الاتجاهات. وهذا ما يسمى هروب الإلكترون، وهو يساعد المستخدم على إنشاء علاقة بين عدد الإلكترونات المتناثرة والمحتفظ بها. يتم الكشف عن الإشارات الناتجة عن تفاعلات عينة الإلكترون وهروب الإلكترون بواسطة الكاشف. الكاشف متصل أيضًا بالمستشعر. تتكون العينات عادة من المطبات والوديان. عندما تصطدم الإلكترونات بمناطق وعرة من العينة، يميل عدد أكبر من الإلكترونات إلى الهروب، بينما عندما تصطدم الإلكترونات بالوديان، يتمكن عدد قليل نسبيًا من الانعكاس والهروب.
عمل المجهر الإلكتروني الماسح
تطبيقات المجهر الإلكتروني الماسح
يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح كأداة تحليلية في العديد من المجالات، بما في ذلك علم الأحياء وصناعة الأدوية والتصنيع ومختبرات الفيزياء والمزيد. بعض الاستخدامات الرئيسية للمجهر الإلكتروني الماسح هي:
1. يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح على نطاق واسع مع مطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة للتحليل الكيميائي النقطي.
2. يستخدم بشكل رئيسي في المختبرات البيولوجية لدراسة البنية الداخلية للكائنات الحية الدقيقة على المستوى الخلوي.
3. المجهر الإلكتروني الماسح له العديد من التطبيقات في الصناعة. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لدراسة أسطح الأجسام الصلبة وتحليل توزيع الذرات في العناصر المختلفة.
4. يستخدم أخصائيو التجميل المجاهر الإلكترونية الماسحة لتحليل التفاصيل الدقيقة لمكونات مستحضرات التجميل.
5. يستخدم التصنيع المجهر الإلكتروني الماسح للبحث عن الملوثات والشوائب في المنتجات النهائية.
6. تستخدم أقسام مراقبة الجودة في مختلف الصناعات المجهر الإلكتروني الماسح لتحديد درجة نقاء مواد معينة. على سبيل المثال، تستخدمها صناعة الأدوية لاختبار ما إذا كانت الأدوية والأدوية والمنتجات الأخرى جيدة أم سيئة.
7. يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح أيضًا في التحليل الكيميائي النوعي للعناصر من خلال توفير صور مكبرة بوضوح للهياكل البلورية.
8. يتمتع المجهر الإلكتروني الماسح بمزايا كبيرة في المجالات ذات الصلة مثل تكنولوجيا النانو. يوفر قياسات دقيقة وصورًا مفصلة للأشياء ذات أبعاد تتجاوز 50 نانومتر.
9. يمكن استخدامه لتمييز المراحل المختلفة للعينات متعددة المراحل.
10. تم تجهيز بعض المجاهر الإلكترونية الماسحة بكاشفات الإلكترونات المتناثرة، والتي تساعد على فحص وتحديد البنية المجهرية والاتجاه البلوري للمواد.
11. يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح غالبًا لإنتاج صور عالية الوضوح للأشياء التي يمكنها إظهار التغيرات المكانية في المركبات.
12. عادةً ما يُفضل الفحص المجهري الإلكتروني الماسح عند الحاجة إلى تحليل مواقع محددة على العينة.
13. يستخدم بشكل عام في المجال الطبي لملاحظة تفاعل البكتيريا مع الجلد وأعضاء الجسم. وهذا يساعد الأطباء على تحديد طبيعة المرض البكتيري وإيجاد العلاج.
مميزات المجهر الإلكتروني الماسح
يتمتع المجهر الإلكتروني الماسح بمزايا كبيرة مقارنة بالمجاهر الأخرى. بعض هذه المزايا مذكورة أدناه:
1. المجاهر الإلكترونية الماسحة سهلة الاستخدام وسهلة الاستخدام.
2. يمكنهم إنتاج وإنتاج النتائج بتنسيق رقمي.
3. يمكن أن يؤدي الفحص المجهري الإلكتروني إلى نتائج سريعة، أي يمكن الحصول على البيانات في غضون دقائق قليلة.
4. يتطلب الفحص المجهري الإلكتروني الحد الأدنى من تحضير العينة.
5. تم تحسين دقة المجهر الإلكتروني الماسح بشكل ملحوظ.
عيوب المجهر الإلكتروني الماسح
الفحص المجهري الإلكتروني له بعض القيود والعيوب. بعض منها على النحو التالي:
1. المجاهر الإلكترونية الماسحة غالية الثمن نسبياً.
2. يجب أن تستوفي بعض المجاهر شروطًا خاصة معينة قبل الاستخدام. على سبيل المثال، يجب أن تكون الغرفة خالية من الاهتزازات والإشعاع الكهرومغناطيسي.
3. المجهر الإلكتروني الماسح له هيكل كبير.
4. يجب الحفاظ على مستويات جهد ثابتة للتشغيل العادي للمجهر الإلكتروني الماسح. قد يتطلب ذلك دوائر إلكترونية إضافية أو منظم جهد لتثبيت سعة الجهد على قيمة ثابتة.
5. يجب أن يكون هذا النوع من المجهر مزوداً بنظام تبريد.
6. يجب أن تكون العينة صغيرة بما يكفي لتناسب حجرة المجهر. يجب ألا تزيد الأبعاد الأفقية للعينة عن 10 سم، بينما تكون الأبعاد الرأسية أكثر تقييدًا ويجب أن تقل عن 40 مم.
7. يجب أن تكون العينات المراد فحصها بالمجهر الإلكتروني الماسح صلبة. العينات الرطبة ليست مناسبة ويجب تفجيرها أولاً.
8. لا يمكن استخدام المجاهر الإلكترونية الماسحة للمواد خفيفة الوزن مثل الهيدروجين والهيليوم والليثيوم.
9. من أجل دراسة عينة عازلة بمساعدة المجهر الإلكتروني الماسح، يتم وضع طبقة موصلة على سطحها. ومع ذلك، يمكن تجاهل ذلك إذا كان الجهاز قادرًا على العمل في وضع الفراغ المنخفض.
10. لا يمكن فحص العينات الحية بمساعدة المجهر الإلكتروني الماسح.
