귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 67. 투과전자 현미경

67. 투과전자 현미경

분해능(分解能, resolution) - 분광기가 서로 가까이 있는 두 개의 스펙트럼선 을 분리할 수 있는 정도 가속전압(加速電壓) - 전기를 띤 입자의 속도를 빠르게 하기 위하여 가해지는 전압 전자선(電子線) - 전자기적 성질을 가진 입자의 흐름 초박절편법(超薄切片法, ultrathin section) - 초박절편 제작기를 사용하여 시 료를 60nm 두께 정도로 잘라내는 기술 이온 밀링법(ion milling) - 이온을 가속하여 이온 충격에 의해 시료를 깎아내는 기술 투과전자 현미경(TEM)의 응용 - 투과전자 현미경으로 분석하기 위해서는 일반 적인 광학 현미경이나 주사전자 현미경과는 달리 분석 대상의 내부구조를 원자 의 단계까지 이해하는 것이므로 다양한 기본 지식을 필요로 한다. 특히 결정 구 조에 대한 기본적 이해와 전자파가 규칙적인 격자와 간섭하며 일으키는 회절 현상에 대한 이해가 요구된다. 투과전자 현미경은 전자선에 의한 회절현상으로 시료 내부의 구조를 알 수 있으며, 이와 동시에 얻 어지는 회절 패턴으로부터 결정학적 구조에 관한 정보를 얻을 수 있다. 아래의 투과전자 현미경 이미지는 루비를 얇은 두께로 만들 어 측정한 것으로서 루비의 결정 구조를 보여준다.

투과전자 현미경(transmission electron microscope : TEM)은 광학 현미경처럼 직
접 물질의 상을 관찰하는 것이 아니라, 전자선을 형광판에 발광시켜서 대상을 관찰한
다[그림 4-4]. 전자의 가속전압과 파장 사이에는 반비례 관계가 형성되어, 가속전압
을 올리면 전자선의 파장이 짧아지므로 원자 수준의 관찰이 가능하다는 장점이 있다.
즉, 가속전압을 올리면 파장이 짧은 전자선을 구할 수 있기 때문에 높은 분해능을 얻을
수 있다. 투과전자 현미경에 이용하는 가속전압은 100∼300kV이고, 파장은 0.0025∼ 0.0037nm로 가시광선보다 훨씬 짧다. 이 때문에 몇 나노미터의 원자 배열 상태를 관찰
할 수 있는 것이다.
광학 현미경은 렌즈의 조합을 통하여 배율을 바꾸지만, TEM은 전류를 조정하여 자장
(磁場)의 강도를 변화시키는 방법으로 배율을 자유롭게 바꿀 수 있다. 또한 전자가 흩어
진 부분은 형광판에 전자가 도달하지 않기 때문에 어두운 그림자가 된다. TEM은 시료
를 통과하는 전자선의 회절에 의해 시료 내부의 구조를 알 수 있으나, 전자선이 시료를
투과하려면 그 두께를 100nm 이하로 만들어야 하기 때문에 초박절편법(超薄切片法)이
나 이온 밀링법(ion milling) 등을 이용하여 두께를 조정한 후 관찰한다. 보석 내에 존재
하는 다양한 결함 구조를 이해하기 위해 주로 사용된다.

투과전자 현미경(TEM) 분석 장비