กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์
JEOL นำเสนอกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์เครื่องแรกของโลกในปี 1970 ที่การประชุมนานาชาติของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนครั้งที่ 7 (เกรอน็อบล์ ประเทศฝรั่งเศส) ตั้งแต่นั้นมา มีการใช้งานหน่วยนับพันในมหาวิทยาลัยและสถาบันชั้นนำทั่วโลก กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์ได้กลายเป็นเครื่องมือสำหรับการสังเกตโครงสร้างระดับนาโนไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับเก็บข้อมูลเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนตกกระทบกับอะตอมของตัวอย่าง ส่งผลให้การประยุกต์ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขยายตัวขึ้นอย่างมาก ทุกวันนี้ ไม่มีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่ไม่สามารถติดตั้งฟังก์ชันการวิเคราะห์ได้ เป็นเครื่องมือที่มีค่าในสาขาที่ทันสมัย เช่น การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการพัฒนาวัสดุ
จาก "อยากเห็น" เป็น "อยากเข้าใจ"
แนวคิดของกล้องจุลทรรศน์ซึ่งเกิดจากความปรารถนาอย่างแรงกล้าของเราที่จะเห็นสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้อย่างชัดเจนได้พัฒนาจากกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลในศตวรรษที่ 17 เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะปรากฎขึ้นเมื่อ 50 ปีที่แล้ว แต่ปัจจุบันได้ก้าวหน้าไปถึงระดับที่สามารถสังเกตโลกของอะตอมและโมเลกุลของเราได้โดยตรง ความปรารถนาของเราที่จะเห็นสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ คือการได้รับความพึงพอใจในระดับสูงสุด
อย่างไรก็ตาม ความปรารถนาทางวิทยาศาสตร์ของเรานั้นไม่มีที่สิ้นสุด เราอยากรู้ว่ามีอะไรอยู่ในสิ่งที่เราได้เห็นแล้ว นี่อาจเป็นความปรารถนาเดียวกันตั้งแต่กำเนิดของวิทยาศาสตร์ เราได้พัฒนาโดยใช้ประสาทสัมผัสในการดมกลิ่น การได้ยิน การสัมผัส และรสชาติ เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งที่เราเห็น
การวิเคราะห์ข้อมูลทุกประเภท
รูปที่ 1
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์คือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่มีฟังก์ชันการวิเคราะห์ เช่น EDS (เอ็กซ์เรย์แบบกระจายพลังงาน) และ EELS (สเปกโตรเมตรีการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอน) เพื่อให้สามารถตรวจวัดเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ การทำแผนที่การกระจายองค์ประกอบ และการวิเคราะห์สถานะทางเคมีใน พื้นที่สังเกตการณ์ขนาดเล็ก
เมื่อชิ้นงานทดสอบถูกส่องสว่างด้วยอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็ว ซึ่งเทียบเท่ากับแสงของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง จะเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 1 สัญญาณต่างๆ ที่สะท้อนถึงธรรมชาติของชิ้นงานทดสอบจะถูกสร้างขึ้น
โดยการตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิและอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายกลับ เครื่องมือจะทำหน้าที่เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเพื่อสังเกตรูปแบบและโครงสร้างของพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีกว่า (ระยะห่างระหว่างจุดที่อยู่ใกล้เคียงสองจุดที่แยกความแตกต่างได้สั้นที่สุด) กว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบฟังก์ชันเดี่ยวทั่วไป
โดยการวัดความเข้มของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะที่ปล่อยออกมาจากชิ้นงานทดสอบ จะสามารถระบุองค์ประกอบขององค์ประกอบในชิ้นงานทดสอบได้ วิธีนี้เรียกว่า EDS ซึ่งเป็นเทคนิคที่แตกต่างจากวิธี EPMA (เอ็กซ์เรย์สเปกโตรเมตรีแบบกระจายความยาวคลื่นที่ใช้ในเครื่องวิเคราะห์ไมโครโพรบอิเล็กตรอน) ซึ่งจะตรวจสอบความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะด้วยความช่วยเหลือขององค์ประกอบที่กระจายตัว
EDS ใช้เครื่องตรวจจับสารกึ่งตัวนำซึ่งลิเธียมจะกระจายบนซิลิคอน พลังงานจากเอ็กซ์เรย์ลักษณะเฉพาะซึ่งสร้างขึ้นจากตัวอย่างจะถูกแปลงทันทีโดยเครื่องตรวจจับนี้เป็นพัลส์แรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับความเข้มของมัน โดยการนับจำนวนพัลส์ของแต่ละขนาด การวิเคราะห์องค์ประกอบและการคำนวณอัตราส่วนองค์ประกอบสามารถทำได้
ด้วยการตรวจจับอิเล็กตรอนที่ส่งผ่าน ไม่เพียงแต่จะได้ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีความละเอียดสูงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงภาพการส่งผ่านการสแกนและรูปแบบการเลี้ยวเบนของลำแสงอิเล็กตรอนที่สะท้อนโครงสร้างผลึกด้วย
อิเลคตรอนส่งผ่านรวมถึงอิเลคตรอนซึ่งเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนตกกระทบกับอะตอมของตัวอย่างเช่นเดียวกับอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว จากข้อเท็จจริงนี้ เราสามารถทำการวิเคราะห์ธาตุและติดตามสถานะพันธะเคมีและระยะห่างอะตอมของชิ้นงานทดสอบโดยการวัดความเข้มของพลังงานของอิเล็กตรอนที่ส่งผ่าน วิธีนี้เรียกว่า EELS และถือว่า EDS เป็นหนึ่งในหน้าที่ที่สำคัญของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนวิเคราะห์
เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ในพื้นที่จุลภาค
รูปที่ 2
โครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบวิเคราะห์ดังแสดงในรูปที่ 2
การเพิ่มฟังก์ชันของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดลงในหน่วยพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบธรรมดา การสังเกตพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบจึงเป็นไปได้
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชิงวิเคราะห์สามารถใช้สัญญาณต่างๆ เพื่อสร้างภาพได้ พร้อมกันนั้น การรวมตัวกันของ EDS และ EELS ช่วยให้สามารถวิเคราะห์องค์ประกอบและสังเกตภาพการสูญเสียพลังงานได้