Pohledy do mikrosvěta

trony, sekundární elektrony a záření X. Každý ze
signálů je možno využít k získání obrazu a každý takový obraz pak vypovídá o vzorku
poněkud jiným způsobem. Zobrazení s použitím sekundárních elektronů má nejlepší rozlišení
a používá se hlavně k získání informace o povrchové topografii (povrchovém reliéfu)
zobrazovaného vzorku. Zobrazení získané detekcí zpětně odražených elektronů nesou rovněž
informace o materiálovém složení vzorku v daném místě, má však nižší rozlišení, neboť
detekovaný signál vzniká ve větším objemu kolem dopadajícího svazku. Ze záření X
vzniklého dopadem elektronového svazku na preparát se využívá jeho charakteristická složka,
tj. charakteristické záření X. Takto je možno ve zvoleném místě preparátu stanovit jeho
chemické složení, nebo se dá vytvořit obraz rozložení zvoleného prvku na preparátu. Tento
způsob prvkové mikroanalýzy je velmi důležitým a velmi využívaným nástrojem
v materiálovém výzkumu.
Zvolený signál (sekundární elektrony, zpětně odražené elektrony a další) se detekuje
vhodným detektorem a po elektronickém zpracování se zobrazí na televizní obrazovce jako
světlý bod, jehož intenzita je úměrná intenzitě detektovaného signálu. Synchronizací pohybu
elektronového svazku po preparátu a odpovídajícího bodu na monitoru vznikne obraz, jehož
zvětšení se dá měnit změnou velikosti ozářené oblasti.
Jako sondy pro „čtení“ obrazu lze použít velmi tenkého hrotu. To je způsob využívaný
u mikroskopie rastrovací sondou (SPM – scanning probe microscopy). Velmi tenký hrot,
jehož pohyb ve všech směrech je ovládán piezoelektrickými krystaly, interaguje s povrchem
vzorku tak, že je možno zvolit způsob této interakce, totiž přímý dotyk, pohyb v určité (malé)
vzdálenosti od povrchu či tlak hrotu na povrch vzorku podle atomárních sil mezi krystalovým
hrotem a povrchem vzorku. Toto je podstata metody mikroskopie atomárních sil (AFM –
atomic force microscopy), používané pro nevodivé vzorky. Souřadnice poloh hrotu jsou
zaznamenány počítačem a z těchto souřadnic se pak rekonstruuje obraz vzorku. Pro vodivý
vzorek je navíc možná volba pohybu hrotu ve vzdálenosti od povrchu, která je určována
zvoleným proudem procházejícím mezi hrotem a vzorkem (tunelovacím proudem, odtud
tunelovací mikroskopie, STM – scanning tunneling microscopy). Jako u každé mikroskopické
metody, i zde je možnost její aplikace omezena na relativně hladké a rovné povrchy, avšak
její předností je extrémní rozlišovací schopnost, která může dosahovat až rozlišitelnosti
jednotlivých atomů.
Jiný způsob zobrazení rastrovací technikou, řazený také mezi techniky SPM, je
mikroskopie blízkého pole (near-field scanning optical microscopy – NSOM). Využívá jako
„čtecí“ sondy velmi tenký světelný paprsek, který je do velmi těsné blízkosti povrchu vzorku
přiveden tenkým světlovodivým vláknem. Pohyb vlákna je opět řízen piezoelektrickými
krystaly a obraz se opět skládá ze signálů získaných ozářením jednotlivých bodů preparátu.
Předností této složité techniky je lepší rozlišení, než dovoluje klasická zobrazovací světelná
mikroskopie.
Mikroskopické techniky musíme rozlišovat podle možností zobrazování jednotlivých
typů preparátů – tedy vlastně podle typu informace, které o studovaném objektu potřebujeme
získat. Buďto potřebujeme získat informace o povrchu preparátu, nebo o jeho vnit ku. Zdálo
by se, že shora uvedené dělení mikroskopických technik už toto rozlišení poskytuje, ale není
tomu tak zcela úplně. Existují zde překryvy: světelná mikroskopie dovoluje pozorování světla
odraženého od povrchu preparátu, rastrovací elektronová mikroskopie umožňuje (s příslušnou
instrumentací) analyzovat prvkové složení preparátu v poměrně velkém objemu.
ř

3. Zvětšení a rozlišení – možnosti mikroskopických technik

Rozhodujícím parametrem každého mikroskopu není maximální dosažitelné zvětšení,
ale rozlišovací schopnost. Ta vyjadřuje nejmenší rozlišitelnou vzdálenost detailů objektu.
Zvětšení mikroskopického zařízení je většinou přizpůsobeno tomu, abychom požadovaného
rozlišení mohli dosáhnout. Často se ale setkáváme s případem, kdy je použité zvětšení větší,
než zvětšení užitečné. Pak ovšem nedokážeme rozlišit jemnější detaily, než odpovídá
možnému rozlišení. (P íkladem může být promítání snímku na projekční plátno, kdy zvětšený
obraz převyšuje originální fotografii t eba dvacetkrát, přesto jemnějšího rozlišení nelze
dosáhnout.) Proto také uvádění zvětšení u snímků obvykle nemá smyslu, jediným možným
údajem je připojené měřítko.
ř
ř
Možnosti rozlišení jednotlivých mikroskopických technik jsou uvedeny v Tab. I.

Tab. I. Rozlišovací schopnosti mikroskopických technik

Mikroskopická technika Dosažitelné rozlišení
(Neozbrojené oko) 0,1 mm
Světelná mikroskopie 0,2 µm
Mikroskopie blízkého pole 50 nm
Transmisní elektronová mikroskopie nad 0,1 nm
Rastrovací elektronová mikroskopie nad cca 2 až 3 nm
Mikroskopie rastrovací sondou atomární, kolem 0,1 nm

Hodnoty uvedené v Tab. I udávají meze, které jsou dosažitelné s použitím dané
mikroskopické techniky. V aktuální situaci musíme však brát ohled na dva faktory: na
modifikaci použité techniky (nap . na použitý objektiv p i světelné mikroskopii: mezního
rozlišení dosáhneme pouze s nejlepším objektivem při maximálním zvětšení a obvykle jen při
použití imersní techniky) a zejména na možnosti, které poskytuje použitá preparační technika
a vlastnosti preparátu. (U prozařovacích technik by pozorované strukturní jednotky měly být
souměřitelné s tlouš kou preparátu. Prozá ení tlustšího preparátu obsahujícího strukturní
jednotky mnohem tenčí, než je preparát, způsobuje překrývání strukturních jednotek a tak
zamlží získávanou informaci.)
ř ř

ť ř
Při rozhodování o použití typu mikroskopu k zviditelnění sledovaného objektu
přihlížíme kromě rozlišovací schopnosti obvykle také k dalším parametrům jako jsou hloubka
ostrosti zobrazení, způsob pozorování, typ a příprava vzorků, možnosti zpracování obrazu atd.
Odlišnosti a technické parametry jednotlivých mikroskopických