[ned]
Wat betekent het woord FESEM?
FESEM is de engelstalige afkorting voor Field Emission Scanning Electron Microscope. Scanning en transmissie electronen microscopen (SEM en TEM) gebruiken als bron voor de beeldvorming electronen (negatief geladen deeltjes), in tegenstelling tot lichtmicroscopen (LM). Deze electronen worden in een FESEM met behulp van een veldemissie bron (Field emission source) vrijgemaakt. Het preparaat wordt volgens een soort zig-zag (scanning) patroon afgetast door een bundel electronen.
Zoom in op een schema van de stralengang in een lichtmicroscoop (LM), een transmissie electronen microscoop (TEM) en en een scanning electronen microscoop (SEM).
Wat doe je met een FESEM?
Met een FESEM kan men hele kleine details op de oppervlakte of breukvlakken van objecten zichtbaar maken. Onderzoekers in de biologie, scheikunde en natuurkunde gebruiken deze techniek om structuren te bekijken die zo klein kunnen zijn als 1 nanometer (=een miljoenste millimeter). De FESEM wordt bijvoorbeeld ingezet in studies over organellen en kernmateriaal in cellen, synthetische polymeren, en coatings op microchips. Het microscoop dat als voorbeeld gediend heeft voor de virtuele FESEM is een Jeol 6330 dat gekoppeld is aan een speciale vriesbreekeenheid (Oxford Ato). Deze echte FESEM staat bij de afdeling Gemeenschappelijk Instrumentarium van de Radboud Universiteit Nijmegen.
Hoe werkt een FESEM?
Electronen worden uit een veldemissie bron vrijgemaakt en in een hoge spanningsveld versneld. Deze zogenaamde primaire elektronen worden in een kolom onder vacuum via elektronische lenzen tot een bundel gefocusseerd en volgens een scanpatroon punt voor punt op het object gebombardeerd. Ten gevolge van de "elektronen hagel" worden secundaire elektronen aan de oppervlakte van het monster losgeslagen. Hoe kleiner de invalshoek van de elektronenbundel is ten opzichte van de oppervlakte van het geraakte puntje in het monster en hoe hoeger dit puntje ligt, des te meer secundaire elektronen in staat zullen zijn om dedetector tebereiken en des te lichter dit puntje na elektronische singaalversterking en digitalisering in het eindbeeld zal verschijnen. Ook de samenstelling van het monster heeft invloedop het aantal vrijkomendeelektronen an daarmee op de 'grijswaarde' van de overeenkomende pixel in het eindplaatje. (Uiteraard is de positie van plekken in het monster ten opzichte van de detector van grote invloed op de sterkte van het signaal, maar voor deze afstandsfactor wordt gecompenseerd). Het detecteren van de secundaire elektronen resulteert in een soort drie-dimensionele schaduwweergave van de oppervlakte van het monster.
Om te voorkomen dat elektronen die niet door de detector worden opgevangen als een wolk rond het monster zouden blijven zweven en het beeld zouden vertroebelen, worden SEM preparaten vooraf bedekt met een heel dun laagje geleidend materiaal, bijv. goud-palladium of koolstof of platina, om de afvoer van overtollige elektronen te bewerkstelligen.
Hoe ziet een FESEM eruit?
Een cryo-FESEM ziet eruit als een ruime bureau tafel waarop een cylindrische kolom gemonteerd is en waarachter pompen en leidingen te vinden zijn. De kolom (1) herbergt bovenaan de bron die elektronen genereert en daaronder elektro-magnetische lenzen waarmee de elektronenbundel gericht kan worden. Pompen en buizen zorgen ervoor dat het vacuum binnen het instrument bewerkstelligd wordt. Koeleenheden zorgen ervoor dat de temperatuur in de vrieseenheid (cryo-eenheid) ver onder nul te regelen is. De microscoop wordt bestuurd vanuit het bedieningspaneel (2; op tafel). Een trouwe kopie van dit paneel is gebruikt voor de simulaties. Aan de linkerkant van de kolom bevindt zich de cryo-eenheid met een binoculair (3). Aan de voorkant, onder de kolom steekt de sluisingang (4) uit waardoor het object in het hoog-vacuum gedeelte ingebracht kan worden bij conventionele (niet cryo) scanning microscopie. Op een groot beeldscherm (5) zie je het object terwijl het gescand wordt. Het klein beeldscherm (6) dient om de objecthouder binnen de objectkamer te controleren. Rechts staat de computer voor beeldverwerking (7). Onder het bureaublad bevinden zich kastjes met (VEEL) electronica (8). Op de achtergrond hoor je het gepruttel en gerommel (wav of mp3 geluid) van de pompen die het vacuum in de kolom onderhouden en het gesis van de dampende stikstof voor de vrieseenheid en koeling van de kolom (geluid van het tappen van vloeibaar stikstof in wav (388KB) of mp3 (87KB)).
[/ned]
[eng]
What does the word FESEM mean?
FESEM is the abbreviation of the word Field Emission Scanning Electron Microscope. Scanning and electron transmission microscopes (SEM and TEM) use as a source for image formation electrons (particles with a negative charge), in contrast to light microscopes (LM). These eelctrons are produced by a Field emission source in a FESEM. The sample (object) is scanned in a kind of zig-zag pattern by an electron beam.
>Zoom in on a diagram of the beam pattern in a light microscope (LM), a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM)
What can be done with a FESEM?
A FESEM is used to visualize very small topographic details on the surface or entire or fractioned objects. Researchers in biology, chemistry and physics apply this technique to observe structures that may be as small as 1 nanometer (= billion of a millimeter). The FESEM may be employed for example to study cell organelles and DNA material, synthetical polymeres, and coatings on microchips. The microscope that has served as an example for the virtual FESEM is a Jeol 6330 that is coupled to a special freeze-fracturing device (Oxford Ato). The real FESEM is located at the Department of General Instrumentation of the Radboud University Nijmegen.
How does a FESEM function?
Electrons are liberated from a field emission source and accelerated in a high electrical field gradient. Within the high vacuum column these so-called primary electrons are focussed and deflected by electronic lenses to produce a narrow scan beam that bombards the object. As a result the "electron hail" secondary electrons are dislocated from each spot on the object. The smaller the angle of incidence of the electron beam is with respect to the sample surface and the higher a certain point is in the sample, the more secondary electrons are able to reach the detector and the lighter this dot will appear in the final image following electronic signal amplification and digitalization. Also the composition of the sample has an effect on the number of deflected electrons too and thus on the 'gray value' of the corresponding pixel in tthe final image. (Of course, the position of each point in the sample relative to the detector is of great influence on the strength of the signal, but this distance factor is taken into account and compensated). Detection of the secondary electrons results in a kind of three-dimensional shadow-cased surface representation of the sample.
To prevent that electrons that are not captured by the detector would hang like a cloud masking around the sample, thus masking the image, SEM samples are coated in advance by a very thin layer of conductive material, e.g. gold-palladium or carbon or platinum, to clear away superfluous electrons.
How does een cryo-FESEM look like?
A cryo-FESEM looks like a large desk on which a cylindrical column is mounted, and behind which pumps and tubes can be found. The column (1) hosts in the upper part the electron gun, and at various levels below electro-magnetic lenses to align the electron beam. Tubes and pumps are involved in maintaining the vacuum inside the instrument and these are powerful cooling units to keep the temperature in the cryo-unit far below zero. The microscope is operated from the steering panel (2; on the desk). A close copy of this panel has been used for the simulations. The cryo-unit with a binocular (3) is located left of the column. When conventional (not cryo) microscopy is applied the exchange chamber in front, below the columns (4) is used to introduce the object into the high vacuum area. The object can be observed on the large screen (5) while it is scanned. The small screen (6) serves to watch the object chamber. The computer for image archiving and processing is located right (7). The cupboards below the desk contain (LOT OF) electronics (8). On the background the sound (wav or mp3 sound) of the pumps that maintain the vacuum in the column can be heared as well as the sissing of the boiling nitrogen for the freeze-unit and the cooling of the column (sound when tapping liquid nitrogen into a container in wav (388KB) or mp3 (87KB)).[/eng]
[ned]Wikipedia pagina over elektronenmicroscopie[/ned][eng]Wikipedia page on electron microscopy[/eng]
