Cara Kerja Mikroskop Elektron Pemindaian – Pada tahun 1993, Charles Smithart dihukum atas pembunuhan seorang gadis berusia 11 tahun di kota Glennallen, Alaska. Jaksa mencurigai Smithart setelah dia terlihat di TKP, tetapi mereka tidak memiliki bukti yang secara langsung menghubungkannya dengan pembunuhan tersebut. Di situlah mikroskop elektron pemindaian ( SEM ) masuk.
Cara Kerja Mikroskop Elektron Pemindaian
siriusobservatories.com – Menggunakan detektor spektroskopi sinar-X dari SEM, seorang ilmuwan forensik menganalisis potongan-potongan besi yang ditemukan di TKP. Dia menemukan bahwa mereka memiliki bentuk bulat yang hanya dihasilkan oleh pengelasan atau penggilingan. Ternyata, Smithart memiliki rig las di tokonya dan terkadang memperbaiki sepeda untuk anak-anak setempat. Berkat kemampuan pemindaian mikroskop elektron yang luar biasa, jaksa memiliki bukti yang mereka butuhkan untuk menghubungkan Smithart dengan kejahatan tersebut.
Mengapa SEM, daripada mikroskop cahaya biasa, atau optik, dari sekolah menengah setempat, diperlukan untuk memeriksa bukti percobaan Smithart? Untuk satu hal, SEM dapat memperbesar objek hingga 300.000 kali ukuran objek yang dipelajari. Ilmuwan menyebut angka ini sebagai kekuatan perbesaran dan menunjukkannya, misalnya, 300.000 x .
Sebaliknya, mikroskop optik run-of-the-mill cenderung memiliki kekuatan perbesaran beberapa ratus kali. SEM juga memiliki kedalaman bidang yang luar biasa dibandingkan dengan mikroskop tradisional, memberikan gambar hampir 3-D untuk dianalisis oleh para peneliti, dibandingkan dengan gambar yang lebih datar yang dihasilkan oleh mikroskop optik.
Terakhir, mikroskop canggih ini dapat melihat melewati permukaan suatu objek, memberi tahu peneliti informasi tentang komposisinya. Semua atribut ini terbukti penting dalam memeriksa bukti dari kasus Smithart.
Tentu saja, SEM juga memiliki kekurangan, seperti biaya. Bahkan yang termurah di antara mereka harganya puluhan ribu dolar. Mereka juga merupakan instrumen besar dan kompleks, membutuhkan keahlian yang cukup untuk beroperasi. Akibatnya, penggunaannya biasanya terbatas pada penelitian dan aplikasi industri, meskipun terobosan terbaru telah membuat SEMS lebih mudah diakses di aplikasi lain.
Baca Juga : Mikroskop cahaya dapat memperbesar objek hingga 1.000 kali
Pada artikel ini, kita akan mempelajari bagaimana SEM dapat menghasilkan gambar yang begitu mendetail dan mencolok. Dalam prosesnya, kita akan mengeksplorasi apa saja yang termasuk dalam operasi, serta beberapa terobosan terbaru dalam teknologi SEM. Namun sebelum kita mengetahui ke mana arah teknologi ini, mari kita lihat dari mana semuanya dimulai.
Sejarah Pemindaian Mikroskop Elektron
Pengembangan SEM dimulai dengan lebih banyak keluhan daripada ledakan. Ketika teknologi tersebut pertama kali diperkenalkan pada tahun 1935, sekelompok profesional pemasaran diminta untuk mengevaluasi potensi instrumen baru tersebut di pasar. Setelah polling komunitas ilmiah, para ahli pemasaran tidak terlalu optimis. Mereka memperkirakan kebutuhan, paling banyak, 10 perangkat di seluruh dunia.
Ternyata, para ahli sangat meremehkan potensi SEM, dan untungnya, pandangan suram mereka gagal menghalangi pengembangan teknologi lebih lanjut. Hasilnya, lebih dari 50.000 SEM mengisi laboratorium dan bisnis di seluruh dunia [sumber: B reton ] . Jadi bagaimana SEM berubah dari hampir usang menjadi alat penelitian penting seperti sekarang ini?
Untuk satu hal, para ilmuwan telah mendorong mikroskop optik hingga batasnya. optik Mikroskop telah ada selama berabad-abad, dan meskipun Anda masih dapat menemukannya di ruang kelas di seluruh negeri, ketergantungannya pada cahaya telah menjadi masalah. Kecenderungan cahaya untuk difraksi, atau membengkok di sekitar tepi lensa optik, membatasi kemampuan perbesaran dan resolusi mikroskop optik. )
pertama di dunia Akibatnya, para ilmuwan mulai mengembangkan cara baru untuk memeriksa dunia mikroskopis di sekitar mereka dan, pada tahun 1932, menghasilkan mikroskop elektron transmisi ( TEM . Instrumen ini mengarahkan seberkas elektron melalui sampel yang diamati dan kemudian memproyeksikan gambar yang dihasilkan pada layar neon. TEM, seperti yang Anda duga, memiliki banyak kesamaan dengan SEM, dan hanya beberapa tahun sebelum SEM dikembangkan.
Karena pengembangan TEM berjalan dengan baik pada saat SEM muncul, yang terakhir pada awalnya dianggap tidak perlu. Butuh resolusi yang tak tergoyahkan dari CW Oatley, seorang profesor teknik di Universitas Cambridge, untuk memajukan mikroskop yang lebih baru.
Bekerja sama dengan beberapa kolega dan mahasiswa pascasarjananya, Oatley mampu mendemonstrasikan potensi perbesaran SEM dan kualitas gambar 3-D menakjubkan yang dihasilkannya. Saat ini, SEM secara rutin digunakan dalam tugas-tugas seperti memeriksa cacat semikonduktor atau mengeksplorasi cara kerja serangga.
Komponen Utama Mikroskop Elektron Pemindai
Kami mulai mendapatkan gambaran tentang kemampuan SEM. Sekarang kita siap untuk melihat berbagai komponen dari satu dan bagaimana mereka bekerja bersama untuk membentuk sebuah gambar. Sementara variasi dari satu model ke model berikutnya tampaknya tidak ada habisnya, semua SEM berbagi bagian dasar yang sama.
Pistol elektron: Senjata elektron bukanlah senjata futuristik yang digunakan dalam film Vin Diesel terbaru. Sebaliknya, mereka menghasilkan aliran elektron yang diperlukan agar SEM dapat beroperasi. Senjata elektron biasanya salah satu dari dua jenis.
Senapan termionik , yang merupakan jenis yang paling umum, menerapkan energi panas ke filamen (biasanya terbuat dari tungsten, yang memiliki titik leleh tinggi) untuk membujuk elektron menjauhi senapan dan menuju spesimen yang diperiksa. Senjata emisi medan , di sisi lain, menciptakan medan listrik yang kuat untuk menarik elektron menjauh dari atom yang terkait dengannya.
Senjata elektron terletak di bagian paling atas atau di bagian paling bawah SEM dan menembakkan seberkas elektron ke objek yang diperiksa. Namun, elektron-elektron ini tidak secara alami pergi ke tempat yang mereka butuhkan, yang membawa kita ke komponen SEM berikutnya.
Untuk satu hal, mereka tidak terbuat dari kaca. Sebaliknya, lensa terbuat dari magnet yang mampu membengkokkan jalur elektron. Dengan demikian, lensa memfokuskan dan mengontrol pancaran elektron, memastikan bahwa elektron berakhir tepat di tempat yang seharusnya.
Ruang sampel: Ruang sampel SEM adalah tempat peneliti menempatkan spesimen yang mereka periksa. Karena spesimen harus dijaga sangat diam agar mikroskop dapat menghasilkan gambar yang jelas, ruang sampel harus sangat kokoh dan terlindung dari getaran. Faktanya, SEM sangat sensitif terhadap getaran sehingga sering dipasang di lantai dasar sebuah gedung. Ruang sampel SEM melakukan lebih dari sekadar menjaga agar spesimen tetap diam.
Detektor: Anda mungkin menganggap berbagai jenis detektor SEM sebagai mata mikroskop. Perangkat ini mendeteksi berbagai cara berkas elektron berinteraksi dengan objek sampel. Misalnya, detektor Everhart-Thornley mendaftarkan elektron sekunder , yaitu elektron yang terlepas dari permukaan luar spesimen. Detektor ini mampu menghasilkan gambar paling detail dari permukaan objek. Detektor lain, seperti detektor elektron backscattered dan detektor sinar-X , dapat memberi tahu peneliti tentang komposisi suatu zat.
Ruang vakum: SEM membutuhkan ruang hampa untuk beroperasi. Tanpa ruang hampa, pancaran elektron yang dihasilkan oleh senjata elektron akan menghadapi interferensi konstan dari partikel udara di atmosfer. Partikel-partikel ini tidak hanya akan menghalangi jalur berkas elektron, mereka juga akan terlempar dari udara dan jatuh ke spesimen, yang akan mendistorsi permukaan spesimen.
Seperti banyak hal, SEM lebih dari jumlah bagian-bagiannya. Baca terus untuk mengetahui bagaimana semua komponen ini bekerja sama untuk menciptakan gambar menakjubkan dari benda-benda yang sangat, sangat kecil.
Bagaimana Mikroskop Elektron Pemindaian Bekerja dengan Keajaibannya?
Dalam beberapa hal, SEM bekerja dengan cara yang sama seperti mesin penyalin kunci bekerja. Saat Anda mendapatkan kunci yang disalin di toko perangkat keras lokal Anda, mesin melacak lekukan kunci asli sambil memotong replika yang tepat menjadi kunci kosong. Salinan tidak dibuat sekaligus, melainkan dijiplak dari satu ujung ke ujung lainnya. Anda mungkin menganggap spesimen yang diperiksa sebagai kunci asli.
Tugas SEM adalah menggunakan berkas elektron untuk melacak objek, membuat replika yang tepat dari objek aslinya di monitor . Jadi, alih-alih hanya menjiplak garis kunci satu dimensi yang datar, SEM memberi pemirsa lebih banyak gambar 3-D yang hidup dan bernapas, lengkap dengan lekukan dan ukiran.
Saat berkas elektron menelusuri objek, ia berinteraksi dengan permukaan objek, melepaskan elektron sekunder dari permukaan spesimen dalam pola yang unik. Detektor elektron sekunder menarik elektron-elektron yang tersebar itu dan, bergantung pada jumlah elektron yang mencapai detektor, mencatat berbagai tingkat kecerahan pada monitor.
Sensor tambahan mendeteksi elektron yang tersebar balik (elektron yang memantul dari permukaan spesimen) dan sinar-X (dipancarkan dari bawah permukaan spesimen). Titik demi titik, baris demi baris, gambar objek asli dipindai ke monitor untuk dilihat (maka bagian “memindai” dari nama mesin).
Tentu saja, seluruh proses ini tidak akan mungkin terjadi jika mikroskop tidak dapat mengontrol pergerakan berkas elektron. SEM menggunakan kumparan pemindaian, yang menciptakan medan magnet menggunakan voltase yang berfluktuasi, untuk memanipulasi berkas elektron.
Kumparan pemindai mampu menggerakkan sinar dengan tepat bolak-balik di atas bagian yang ditentukan dari suatu objek. Jika seorang peneliti ingin meningkatkan perbesaran suatu gambar, dia cukup mengatur berkas elektron untuk memindai area sampel yang lebih kecil.
Meskipun bagus untuk mengetahui bagaimana SEM bekerja secara teori, mengoperasikannya bahkan lebih baik.
Mengoperasikan Mikroskop Elektron Pemindaian
Sebelum peneliti dapat mengambil citra SEM pertama mereka, misalnya seekor nyamuk, mereka harus menyiapkan spesimennya. Karena SEM, tidak seperti mikroskop optik, beroperasi dalam ruang hampa dan bergantung pada medan listrik untuk bekerja, preparasi sampel dapat menjadi proses yang rumit. Peneliti memulai dengan membersihkannya dari debu atau kotoran.
Setelah bersih, siap dipasang di SEM jika spesimen cukup konduktif. Jika tidak, itu dilapisi bahan konduktif seperti emas atau platinum melalui proses yang disebut pelapisan percikan sebelum siap untuk dilihat. Pelapisan sputter memungkinkan sampel untuk di -ground , mencegahnya dari kerusakan oleh berkas elektron.
Karena spesimen yang ditempatkan di mikroskop juga tunduk pada ruang hampa, mereka kadang-kadang menjalani persiapan tambahan untuk memastikan bahwa mereka bertahan dalam kondisi ekstrem seperti itu. Sampel biologis, misalnya, biasanya didehidrasi sebelum ditempatkan di SEM.
Jika tidak, tekanan atmosfer vakum yang rendah akan menyebabkan air dalam sampel biologis menguap dengan cepat, menghancurkan sampel dalam prosesnya. Spesimen lain dibekukan sebelum diperiksa, dan yang lainnya lagi diolah secara kimiawi agar selamat dari proses pembesaran.
Peneliti, seperti halnya fotografer , memiliki beragam kendali atas gambar yang mereka hasilkan. Pembesaran, fokus, kontras, dan kecerahan gambar semuanya ada di ujung jari operator SEM. Sementara beberapa model telah mendedikasikan perangkat keras untuk pengaturan ini, integrasi kontrol terkomputerisasi yang lebih baru telah menurunkan biaya SEM dan menyederhanakan operasinya.
Terakhir, pastikan untuk mengamati beberapa tindakan pencegahan keselamatan saat mengoperasikan instrumen. Dalam proses pemindaian spesimen, SEM menghasilkan tingkat radiasi kecil dalam bentuk sinar-X