CƠ SỞ CỦA QUANG HÌNH HỌC. DỤNG CỤ QUANG HỌC
9.2. DỤNG CỤ QUANG HỌC
9.2.5. Kính hiển vi điện tử
Theo lý thuyết lượng tử, các chùm hạt vi mô chuyển động với vận tốc cao (xấp xỉ vận tốc ánh sáng) được gắn với một sóng liên kết- sóng Dơbrơi (Louis de Broglie) được xác định theo công thức.
λ= h
m.v (9.12)
Trong đó: h là hằng số Plăng (Planck)
Hình 9.17. Chiếu và chụp bằng kính hiển vi
m là khối lượng của vi hạt.
v là vận tốc của vi hạt.
Trong kính hiển vi điện tử vật nghiên cứu được chiếu bằng chùm tia điện tử chuyển động nhanh. Điện tử từ nguồn phát điện tử trước khi chiếu vào mẫu được gia tốc trong một điện trường rất mạnh tạo bởi một điện áp từ vài chục đến hàng trăm KV.
1 2
e.U= m.v
2 (9.13)
Từ (9.12) và (9.13) suy ra: λ= h
2.m.e.U (9.14)
Trong đó: e là điện tích của điện trường; U là điện áp tăng tốc điện tử Từ (9.14) ta thấy muốn làm giảm λ thì phải tăng U. Thí dụ, với U = 60KV thì λ= 5.p.m; U = 100KV thì λ = 3p.m (1p.m=10-12m).
Như vậy chùm điện tử có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của tia tử ngoại hàng trăm nghìn lần. Nghĩa là năng suất phân ly của kính hiển vi điện tử lớn hơn năng suất phân ly của kính hiển vi điện tử có thể phân giải được hai điểm có khoảng cách nhỏ tới 2-3 p.m. Kính hiển vi điện tử có độ phóng đại từ vài trăm đến hàng triệu lần). Vì thế dùng kính hiển vi điện tử loại tốt có thể nhìn thấy kích thước vật cỡ phân tử.
9.2.5.1. Cấu tạo kính và sự tạo ảnh
Về nguyên tắc chung giống kính hiển vi quang học, song khác ở chỗ nguồn phát bức xạ chiếu vào mẫu vật là nguồn phát điện tử và các thấu kính là các "thấu kính điện tử" (sẽ trình bày ở phần
dưới đây). Để quan sát ảnh của vật, người ta dùng màn huỳnh quang hay phim ảnh.
Mẫu vật được đặt trong chân không để tránh hiện tượng tán xạ của electron trong không khí và làm tăng độ tương phản (Hình 9.18) là sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc tạo ảnh của kính hiển vi điện tử.
Hình 9.18. Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi
Chùm electron được phát ra từ sợi đốt (1) bằng kim loại trước khi đi vào thấu kính từ hội tụ (2) đã được gia tốc ở vùng A có điện áp U = 60KV. Sau khi đi qua thấu kính mẫu vật, chùm điện tử đi vào thấu kính từ (3) (có vai t rò như thị kính) sẽ tạo ảnh A2B2 của A1B1. Màn huỳnh quang E sẽ ghi ảnh A2B2.
9.2.5.2. Thấu kính điện tử
- Thấu kính tĩnh điện: Đó là một tụ điện mà hai bản cực là hai lưới kim loại tạo thành hai mặt cong đồng tâm(Hình 9.19). Điện tử sau khi xuyên qua các lỗ của lưới sẽ đi vào vùng có tác dụng của điện trường, điện trường sẽ làm thay đổi hướng truyền của điện tử làm cho tia điện tử song song trục chính sẽ hội tụ tại tiêu điểm.
- Thấu kính từ: Đó là cuộn dây hình Solenoid được bọc trong một vỏ thép (Hình 9.20). Cuộn dây có cấu tạo để từ trường chỉ xuất hiện trong vùng E. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây thì ở vùng E xuất hiện từ trường có cường độ H.
Chùm điện tử phát ra từ nguồn phát xạ điện tử A sau khi đi qua thấu kính sẽ hội tụ tại A' do tác dụng của từ trường H.
9.2.5.3. Vai trò của kính hiển vi điện tử trong nghiên cứu y sinh học
Do khả năng phân ly lớn hơn rất nhiều lần so với kính hiển vi quang học nên kính hiển vi điện tử được dùng để nghiên cứu các đối tượng vi mô, không những ở mức độ tế bào mà còn ở mức phân tử như các acid, acid amin, protein…Nhờ kính hiển vi điện tử chúng ta quan sát được một số đại phân tử cấu tạo nên các tế bào như collagen trong tổ chức liên kết, một số vi rút. Kết hợp với phương pháp tự chụp hình phóng xạ, có thể nghiên cứu mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng một số tế bào sống.
Hình 9.19. Thấu kính tĩnh điện Hình 9.20. Thấu kính từ
Chương 10