MIKROSKOP ELEKTRON

A. LATAR BELAKANG MIKROSKOP

Mikroskop merupakan alat bantu utama dalam melakukan pengamatan dan

penelitian dalam bidang biologi, karena dapat digunakan untuk mempelajari struktur

benda-benda yang kecil. Ada 2 macam mikroskop, yaitu mikroskop optik dan

mikroskop elektron. Mikroskop optik yang sering digunakan adalah mikroskop biologi

dan mikroskop stereo. Salah satu pengukur objek mikroskopis adalah mikrometer.

Ada 2 macam mikrometer yaitu mikrometer objektif dan mikrometer okuler. Alat ini

dapat berfungsi apabila dipakai bersama-sama dengan mikroskop.

Sedangkan mahasiswa sendiri tidak semuanya mengerti tentang permasalahan di

atas. Makalah ini dibuat dengan tujuan agar mahasiswa mengetahui macam-macam

mikroskop, bagian-bagian mikroskop dan fungsinya serta hal-hal lain yang berhubungan

dengan mikroskop itu sendiri.

Pengertian Mikroskop

Mikroskop adalah sebuah alat untuk melihat objek yang terlalu kecil untuk

dilihat dengan mata telanjang. Kata mikroskopik berarti sangat kecil, tidak mudah

dilihat dengan mata. (Mikroskop wikipeda 27/09/2007)

Mikroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk melihat suatu benda yang

jaraknya dekat dengan ukuran yang sangat kecil (mikron) untuk diperbesar agar dapat

dilihat secara detil. Sifat bayangan yang terjadi yaitu maya, terbalik dan diperbesar.

Biasanya digunakan untuk melihat bakteri, sel, virus, dan lain-lain. (Organisasi.Org

Komunitas & Perpustakaan Online Indonesia 2008)

Mikroskop sederhana terdiri dari dua buah lensa positif (cembung). Lensa positif

yang berdekatan dengan mata disebut lensa okuler. Lensa ini berfungsi sebagai lup.

Lensa positif yang berdekatan dengan benda disebut lensa objektif. Jarak titik api lensa

objektif lebih kecil dari pada jarak titik api lensa okuler.

Cara Menggunakan Mikroskop

Benda yang akan diamati diletakkan di antara F dan 2F dari lensa objektif.

Bayangan yang dihasilkan bersifat nyata, diperbesar, dan terbalik. Bayangan ini akan

menjadi benda bagi lensa okuler. Sifat bayangan yang dihasilkan lensa okuler ini adalah

maya, diperbesar, dan terbalik dari pertama. Bayangan ini merupakan bayangan akhir

dari Mikroskop yang kita lihat.

Macam-Macam Mikroskop

1. Mikroskop Cahaya

Mikroskop cahaya memiliki perbesaran maksimal 1000 kali. Mikroskop memiliki

kaki yang berat dan kokoh agar dapat berdiri dengan stabil. Mikroskop cahaya memiliki

tiga dimensi lensa yaitu lensa objektif, lensa okuler dan lensa kondensor. Lensa objektif

dan lensa okuler terletak pada kedua ujung tabung mikroskop. Lensa okuler pada

mikroskop bias membentuk bayangan tunggal (monokuler) atau ganda (binokuler). Pada

ujung bawah mikroskop terdapat dudukan lensa objektif yang bias dipasangi tiga lensa

atau lebih. Di bawah tabung mikroskop terdapat meja mikroskop yang merupakan

tempat preparat. Sistem lensa yang ketiga adalah kondensor. Kondensor berperan untuk

menerangi objek dan lensa mikroskop yang lain.

Pada mikroskop konvensional, sumber cahaya masih berasal dari sinar matahari

yang dipantulkan oleh suatu cermin datar ataupun cekung yang terdapat di bawah

kondensor. Cermin ini akan mengarahkan cahaya dari luar ke dalam kondensor. Pada

mikroskop modern sudah dilengkapi lampu sebagai pengganti cahaya matahari. Lensa

objektif bekerja dalam pembentukan bayangan pertama. Lensa ini menentukan struktur

dan bagian renik yang akan menentukan daya pisah spesimen, sehingga mampu

menunjukkan struktur renik yang berdekatan sebagai dua benda yang terpisah. Lensa

okuler, merupakan lensa mikroskop yang terdapat di bagian ujung atas tabung,

berdekatan dengan mata pengamat. Lensa ini berfungsi untuk memperbesar bayangan

yang dihasilkan oleh lensa objektif. Perbesaran bayangan yang terbentuk berkisar antara

4-25 kali. Lensa kondensor berfungsi untuk mendukung terciptanya pencahayaan pada

objek yang akan difokus, sehingga pengaturannya tepat akan diperoleh daya pisah

maksimal, dua benda menjadi satu. Perbesaran akan kurang bermanfaat jika daya pisah

mikroskop kurang baik. (Mikroskop wikipeda 27/09/2007)

2. Mikroskop Stereo

Mikroskop stereo merupakan jenis mikroskop yang hanya bisa digunakan untuk

benda yang berukuran relatif besar. Mikroskop stereo memiliki perbesaran 7 hingga 30

kali. Benda yang diamati dengan mikroskop ini dapat dilihat secara 3 dimensi.

Komponen utama mikroskop stereo hampir sama dengan mikroskop cahaya. Lensa

terdiri atas lensa okuler dan lensa objektif.

Beberapa perbedaan dengan mikroskop cahaya adalah:

(1) Ruang ketajaman lensa mikroskop stereo jauh lebih tinggi dibandingkan

dengan mikroskop cahaya sehingga kita dapat melihat bentuk tiga

dimensi benda yang diamati,

(2) Sumber cahaya berasal dari atas sehingga objek yang tebal dapat diamati.

Perbesaran lensa okuler biasannya 3 kali, sehingga perbesaran objek total

minimal 30 kali. Pada bagian bawah mikroskop terdapat meja preparat. Pada

daerah dekat lensa objektif terdapat lampu yang dihubungkan dengan

transformator. Pengaturan fokus objek terletak di samping tangkai

mikroskop, sedangkan pengaturan perbesaran terletak di atas pengatur

fokus. (Mikroskop wikipeda 27/09/2007)

3. Mikroskop Elektron

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu melakukan perbesaran

obyek sampai dua juta kali, yang menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk

mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan perbesaran

objek serta resolusi yang jauh lebih bagus dari pada mikroskop cahaya. Mikroskop

elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang

lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.

Macam-macam mikroskop elektron:

1) Mikroskop transmisi elektron (TEM)

2) Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)

3) Mikroskop pemindai elektron

4) Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)

5) Mikroskop refleksi elektron (REM) (Mikroskop wikipeda 27/09/2007)

4. Mikroskop Ultraviolet

Suatu variasi dari mikroskop cahaya biasa adalah mikroskop ultraviolet. Karena

cahaya ultraviolet memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari pada cahaya

yang dapat dilihat, penggunaan cahaya ultraviolet untuk pencahayaan dapat

meningkatkan daya pisah menjadi 2 kali lipat dari pada mikroskop biasa. Batas daya

pisah lalu menjadi umum. Karena cahaya ultraviolet tak dapat dilihat oleh mata

manusia, bayangan benda harus direkam pada piringan peka cahaya (Photografi

Plate). Mikroskop ini menggunakan lensa kuasa, dan mikroskop ini terlalu rumit serta

mahal untuk dalam pekerjaan sehari-hari. (Volk, Wheeler, 1988, mikrobiologi dasar,

Jakarta. Erlangga)

5. Mikroskop Pender (Flourenscence Microscope)

Mikroskop pender ini dapat digunakan untuk mendeteksi benda asing atau

Antigen (seperti bakteri, ricketsia, atau virus) dalam jaringan. Dalam teknik ini protein

antibodi yang khas mula-mula dipisahkan dari serum tempat terjadinya rangkaian atau

dikonjungsi dengan pewarna pendar. Karena reaksi antibodi-antigen itu bersifat khas,

maka peristiwa itu terjadi apabila antigen yang dimaksud ada dan dilihat oleh antibodi

yang ditandai dengan pewarna pendar. (Volt, Wheeler, 1988. Mikrobiologi dasar,

Jakarta. Erlangga)

6. Mikroskop Medan - Gelap

Mikroskop medan gelap digunakan untuk mengamati bakteri hidup khususnya

bakteri yang begitu tipis yang hampir mendekati batas daya mikroskop majemuk.

Mikroskop medan – Gelap berbeda dengan mikroskop cahaya majemuk biasa hanya

dalam hal adanya kondensor khusus yang dapat membentuk kerucut hampa berkas

cahaya yang dapat dilihat. Berkas cahaya dari kerucut hampa ini dipantulkan dengan

sudut yang lebih kecil dari bagian atas gelas preparat. (Volk, Wheeler, 1988.

Mikrobiologi Dasar, Jakarta. Erlangga)

7. Mikroskop Fase kontras

Cara ideal untuk mengamati benda hidup adalah dalam keadaan alamiahnya: tidak

diberi warna dalam keadaan hidup, namun pada galibnya fragmabend hidup yang

mikroskopik (jaringan hewan atau bakteri) tembus cahaya sehingga pada masing-

masing tincram tak akan teramati, kesulitan ini dapat diatasi dengan menggunakan

mikroskop fase kontras. Prinsip alat ini sangat rumit, apabila mikroskop biasa

digunakan nukleus sel hidup yang tidak diwarnai dan tidak dapat dilihat, walaupun

begitu karena nukleus dalam sel, nukleus ini mengubah sedikit hubungan cahaya

yang melalui materi sekitar inti. Hubungan ini tidak dapat ditangkap oleh mata

manusia disebut fase. Namun suatu susunan filter dan diafragma pada mikroskop fase

kontras akan mengubah perbedaan fase ini menjadi perbedaan dalam terang yaitu

daerah-daerah terang dan bayangan yang dapat ditangkap oleh mata dengan demikian

nukleus (dan unsur lain) yang sejauh ini tak dapat dilihat menjadi dapat dilihat (Volk,

Wheeler, 1988, Mikrobiologi dasar, Jakarta. Erlangga).

Dalam makalah ini akan lebih dijelaskan mengenai Mikroskop Elektron. Berikut

penjelasannya:

A. Pengertian Mikroskop Elektron

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan

pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektrostatik dan

elektromagnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki

kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop

cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi

elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.

B. Fenomena Elektron

Pada tahun 1920 ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang dipercepat dalam

suatu kolom [elektromagnet], dalam suasana hampa udara (vakum) berkarakter seperti

cahaya, dengan panjang gelombang yang 100.000 kali lebih kecil dari cahaya.

Selanjutnya ditemukan juga bahwa medan listrik dan medan magnet dapat berperan

sebagai lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam mikroskop cahaya.

C. Sejarah penemuan

Insinyur Jerman Max Knoll dan ahli fisika Ernst Ruska dikenal melalui pengembangan

mikroskop elektron yang pertama pada tahun 1932, dan Ruska mendapat hadiah Nobel

pada tahun 1986 untuk karyanya di bidang optik elektron. Beberapa kejadian historis dan

proses pikir penting yang mengarah pada penemuan mikroskop elektron adalah:

Pada tahun 1873, ahli fisika Hermann von Helmholtz dan Ernst Abbe

mendemonstrasikan bahwa resolusi optis bergantung pada panjang gelombang dari

sumber cahaya.

Pada tahun 1924, dalam tesis doktoralnya, Louis de Broglie memperkenalkan teorinya

mengenai gelombang elektron. De Broglie menyatakan bahwa partikel bergerak manapun

memiliki gelombang yang terkait dengannya.

Pada tahun 1926, Hans Busch menunjukkan bahwa lensa magnetik dapat digunakan

untuk mengarahkan elektron, mirip seperti lensa optikal dapat digunakan untuk

mengarahkan cahaya.

Pada tahun 1932, Ruska dan Knoll membuat mikroskop elektron pertama.

Pada tahun 1934, L. Marton mempublikasikan gambar tangkapan mikroskop elektron

pertama tentang spesimen biologis, yaitu jaringan tanaman sundew. Namun, mikrograf

tersebut masih berkualitas rendah.

Pada tahun 1947, Albert Claude memulai penggunaan fiksasi osmium, yang membuat

cross-links pada lipid, dan karena densitas osmium maka menghasilkan kontras yang

lebih baik

Setelah itu, seorang ilmuwan dari Universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska bersama

rekannya, Bodo von Borries, menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop

transmisi elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka

dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika pada

tahun 1986.

Gambar 1. Ernst Ruska (1906 – 1988) and Bodo von Borries (1905 – 1956)

Mikroskop yang pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa

medan magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut

dengan menambahkan lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang

menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop

cahaya pada masa itu). Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan

Pada tahun 1934, L. Marton mempublikasikan gambar tangkapan mikroskop elektron

pertama tentang spesimen biologis, yaitu jaringan tanaman sundew. Namun, mikrograf

tersebut masih berkualitas rendah.

Pada tahun 1947, Albert Claude memulai penggunaan fiksasi osmium, yang membuat

cross-links pada lipid, dan karena densitas osmium maka menghasilkan kontras yang

lebih baik

Setelah itu, seorang ilmuwan dari Universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska bersama

rekannya, Bodo von Borries, menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop

transmisi elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka

dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika pada

tahun 1986.

Gambar 1. Ernst Ruska (1906 – 1988) and Bodo von Borries (1905 – 1956)

Mikroskop yang pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa

medan magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut

dengan menambahkan lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang

menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop

cahaya pada masa itu). Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan

Pada tahun 1934, L. Marton mempublikasikan gambar tangkapan mikroskop elektron

pertama tentang spesimen biologis, yaitu jaringan tanaman sundew. Namun, mikrograf

tersebut masih berkualitas rendah.

Pada tahun 1947, Albert Claude memulai penggunaan fiksasi osmium, yang membuat

cross-links pada lipid, dan karena densitas osmium maka menghasilkan kontras yang

lebih baik

Setelah itu, seorang ilmuwan dari Universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska bersama

rekannya, Bodo von Borries, menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop

transmisi elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka

dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika pada

tahun 1986.

Gambar 1. Ernst Ruska (1906 – 1988) and Bodo von Borries (1905 – 1956)

Mikroskop yang pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa

medan magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut

dengan menambahkan lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang

menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop

cahaya pada masa itu). Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan

kinerja hingga mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama

dengan pembesaran sampai satu juta kali.

Meskipun banyak bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan

bantuan mikroskop transmisi elektron ini, namun adanya persyaratan bahwa obyek yang

diamati harus setipis mungkin, membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama

yang memiliki obyek yang tidak dapat dibuat setipis mungkin. Dalam perkembangannya

masalah ini terpecahkan dengan ditemukannya sebuah alat yang disebut mikrotom.

Dengan alat ini spesimen bisa disayat dengan sangat tipis.

D. Jenis-jenis mikroskop elektron

1) Mikroskop Transmisi Elektron (TEM)

Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron microscope – TEM) adalah

sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di

mana elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil

tembusannya pada layar. Pada tahun 1931, Seorang ilmuwan dari universitas Berlin yaitu

Dr. Ernst Ruska membuat mikroskop transmisi elektron (TEM) untuk pertama kali.

Untuk hasil karyanya ini, dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah

Penghargaan Nobel dalam bidang fisika pada tahun 1986. Mikroskop yang pertama kali

diciptakannya menggunakan dua lensa medan magnet, namun tiga tahun kemudian ia

menyempurnakan karyanya tersebut dengan menambahkan lensa ketiga, lalu

mendemonstrasikan hasil kinerjanya dan menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer

(nm). TEM adalah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2

juta kali, yang menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol

pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta

resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini

menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek

dibandingkan mikroskop cahaya.

TEM memiliki fungsi untuk analisis morfologi, struktur Kristal, dan komposisi

spesimen. TEM menyediakan resolusi lebih tinggi dibandingkan SEM, dan dapat

memudahkan analisis ukuran atom (dalam jangkauan nanometer) menggunakan energi

berkas electron sekitar 60 sampai 350 keV. TEM cocok untuk menjadi teknik

pencitraan material padat pada resolusi atomik. Informasi struktural diperoleh dengan

pencitraan resolusi tinggi dan difraksi elektron. Ketika elektron ditumbukkan pada

sebuah permukaan material, dari permukaan tersebut akan dipancarkan elektron. Dari

pancaran elektron ini bisa diketahui bentuk permukaan zat tersebut, itu merupakan asas

kerja dari mikroskop elektron TEM yang banyak dipakai secara luas pada pengembangan

material, kedokteran, bioteknologi dsb.

Komposit nano Hydroksiapatit-Polyamida (n-HA/PA66) merupakan salah satu

aplikasi biomaterial yang digunakan untuk material scaffold tissue engginering dan tissue

repair. n-HA/PA66 memiliki sifat biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik, tapi

masih belum cukup untuk membuktikan bahwa biomaterial tersebut layak untuk

dimanfaatkan. Uji TEM sangat perlu dilakukan untuk mengetahui struktur kristal yang

memberi konstribusi pada karakteristik material tersebut dan kandungan spesimennya.

Gambaran Umum tentang TEM

Dalam dunia riset, TEM (Transmission Elektron Mikroskopi) merupakan salah satu

mikroskop yang penting. Dalam bidang material, mikroskop ini digunakan untuk

mengetahui struktur material terutama bentuk kristal penyusun material yang tidak dapat

dilihat dengan mikroskop biasa.

TEM pertama kali dirancang oleh Max Knoll dan Ernst Ruska, prinsip awalnya

dilakukan dengan membatasi pencitraan gelombang cahaya terhadap objek yang akan

dilihat. TEM sederhana tersebut hanya mampu melihat spesimen material hingga 16 kali

pembesaran. Perkembangan berikutnya kohler dan rohr menggunakan sinar ultraviolet,

namun hal ini tidak dapat menghasilkan apa-apa karena terkendala oleh panjang

gelombang. Berikutnya max knoll di Universitas Teknologi Berlin Adolf Matthias,

ditunjuk sebagai ketua tim peneliti untuk mengembangkan desain CRO yaitu desain

defleksi ’sinar katoda’. Kemudian pada tahun 1931 kelompok ini berhasil menggerakkan

gambar yang diperbesar dari grid mesh yang diletakkan di atas aperture anoda. Alat ini

menggunakan dua lensa magnetik untuk mencapai perbesaran yang lebih tinggi, dan alat

inilah yang disebut mikroskop elektron pertama (TEM).

Komponen-Komponen TEM

Berikut adalah komponen-komponen yang terdapat pada TEM beserta penjelasannya:

a. Ruang Vakum

Ruang vakum merupakan tempat dimana interaksi elektron terjadi, TEM standar

mempunyai tekanan rendah, yaitu sekitar 10-4 Pa. Hal ini dimaksudkan untuk

mengurangi perbedaan tegangan antara katoda dan ground, dan juga untuk

mengurangi frekuensi tumbukan elektron dengan atom gas. TEM membutuhkan film

yang harus diganti secara teratur tiap ada objek sehingga TEM dilengkapi dengan

sistem pemompaan ganda dan airlocks.

b. Spesimen stages

Spesimen stages merupakan bagian yang fungsinya seperti meja preparat di

mikroskop, yaitu berfungsi untuk meletakkan objek/preparat. Di dalam TEM

spesimen stages ini berupa jaring-jaring yang bisa kita sebut dengan ’grid’. Ukuran

grid TEM standar ditunjukkan seperti cincin berdiameter 3,05 mm, dengan ukuran

ketebalannya mulai dari 100 pM. Sampel diletakkan pada grid dengan ukuran sekitar

2,5 mm. Grid biasanya terbuat dari tembaga, molibdenum, emas atau platinum. Untuk

spesimen Elektron transparan memiliki ketebalan sekitar 100 nm, tetapi nilai ini

tergantung pada tegangan percepatan.

c. Electron gun

Electron gun merupakan bagian dari TEM yang sangat penting, electron gun

inilah yang menghasilkan partikel-partikel elektron. Electron gun memiliki beberapa

komponen penting yaitu filament, sebuah biasing circuit, sebuah Wehnelt cap, dan

sebuah extraction anode. Elektron dapat diekstraksi dengan menghubungkan filamen

ke komponen power supply negatif, elektron "dipompa" dari pistol elektron ke

lempeng anoda, dan kolom TEM. Pistol dirancang untuk membuat berkas elektron

keluar dari rangkaian dalam beberapa sudut tertentu, yang dikenal sebagai semiangle

perbedaan pistol, α. Dengan membentuk silinder Wehnelt sedemikian rupa sehingga

memiliki muatan negatif lebih tinggi dari filamen itu sendiri untuk membuat elektron

keluar dari filamen dengan cara diverging. Pada operasi yang tepat, pola elektron

dipaksa untuk memusat dengan diameter ukuran minimum crossover pistol.

Gambar elektron gun

d. Electron lens

Lensa elektron dirancang dengan cara meniru lensa optik, dengan memfokuskan

sinar sejajar pada beberapa constant focal length. Lensa dapat beroperasi elektrostatis

atau magnetis. Mayoritas lensa elektron untuk TEM menggunakan kumparan

elektromagnetik untuk menghasilkan lensa cembung. Untuk lensa ini bidang yang

dihasilkan harus radial simetris, deviasi dari simetri radial lensa magnetik dapat

menyebabkan aberasi seperti astigmatisme, spherical and chromatic aberration. Lensa

elektron dibuat dari besi, komposit besi-kobalt atau kobalt–nikel.

Seluruh komponen termasuk ’yoke’, kumparan magnet, pole, polepiece, dan

sirkuit kontrol eksternal. polepiece harus diproduksi dengan cara yang sangat

simetris. Kumparan yang menghasilkan medan magnet berada di dalam yoke.

Biasanya kumparan dapat digunakan dengan tegangan tinggi, oleh karena itu

memerlukan isolator untuk mencegah hubungan arus pendek pada komponen lensa.

Thermal distributor digunakan sebagai peredam panas yang dihasilkan oleh energi

yang hilang dari gulungan coil.

e. Apertures

Apertures merupakan lingkaran pelat logam yang terdiri dari sebuah cakram

logam kecil yang cukup tebal. Apertures digunakan untuk mengarahkan elektron agar

dapat berjalan secara aksial. Hal ini dapat menyebabkan efek simultan, yaitu

apertures dapat mengurangi berkas intensitas dan menghilangkan elektron yang

tersebar di berbagai sudut tinggi, yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang

tidak diinginkan seperti aberration, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel.

Dengan adanya aperture, elektron sentral dalam TEM menyebabkan dua efek

simultan:

Pertama, aperture mengurangi intensitas berkas elektron yang disaring dari

balok, yang mungkin diinginkan dalam kasus sampel balok sensitif.

Kedua, penyaringan ini menghilangkan elektron yang tersebar pada sudut tinggi,

yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang tidak diinginkan seperti aberration

bola atau berwarna, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel.

Fungsi TEM

Sebuah Transmisi Elektron Mikroskop memiliki desain dengan mikroskop cahaya

biasa, hanya perbedaannya mikroskop cahaya menggunakan cahaya sedangkan TEM

menggunakan elektron. Dengan menggunakan tabung sinar katoda atau filamen (sumber

untuk menghasilkan elektron yang sangat baik) dalam ruang hampa, elektron dipercepat

menuju spesimen yang diberikan dengan menciptakan perbedaan potensial. Serangkaian

magnet dan lubang logam digunakan untuk memfokuskan uap elektron menjadi

monokromatik balok, yang kemudian bertabrakan dengan spesimen dan berinteraksi

sesuai dengan kerapatan dan muatan material. Interaksi ini sangat dipengaruhi oleh

bagaimana spesimen yang telah disiapkan.

Adapun Sinyal utama yang dapat dihasilkan oleh TEM cukup banyak, antara lain:

1. Diffraction contrast: dipakai untuk mengkarakterisasi kristal, biasanya digunakan

untuk menganalisa defek, endapan, ukuran butiran dan distribusinya.2. Phase contrast: dipakai untuk menganalisa kristalin material.3. Mass/thickness contrast : dipakai untuk karakterisasi bahan amorf berpori, polimer,

dan material lunak lainnya.4. Difraksi elektron5. Characteristic X-ray (EDS)6. Elektron energy loss spectroscopy7. Scanning transmission electron microscopy

Cara Kerja TEM

Prinsip kerja TEM dimulai dari sumber emisi (pistol elektron) yaitu tungsten filament

dan sumber lanthanum hexaboride (LaB6). Dengan menghubungkan pistol ini dengan

sumber tegangan tinggi (biasanya ~ 100-300 kV) pistol akan mulai memancarkan

elektron baik dengan termionik maupun emisi medan elektron ke sistem vakum.

Ekstraksi ini biasanya dibantu dengan menggunakan silinder Wehnelt. Interaksi elektron

dengan medan magnet akan menyebabkan elektron bergerak sesuai dengan aturan tangan

kanan, sehingga memungkinkan elektromagnet untuk memanipulasi berkas elektron.

Penggunaan medan magnet akan membentuk sebuah lensa magnetik dengan kekuatan

fokus variabel yang baik. Selain itu, medan elektrostatik dapat menyebabkan elektron

didefleksikan melalui sudut yang konstan. Dua pasang defleksi yang berlawanan arah

dengan intermediete gap akan membentuk arah elektron yang menuju lensa.

Berbeda dengan mikroskop optik yang lensanya bisa langsung difungsikan, optik TEM

bisa cepat berubah, TEM memiliki kekuatan lensa yang berubah-ubah. Lensa TEM

memungkinkan adanya konvergensi, dengan sudut konvergensi yang sesuai variabel

parameter, TEM berkemampuan untuk mengubah perbesaran dengan cara memodifikasi

jumlah arus yang mengalir melalui kumparan, lensa quadrupole atau lensa hexapole.

Biasanya TEM terdiri dari tiga tahap lensing. Tiga tahapan itu adalah lensa kondensor,

lensa objektif, dan lensa proyektor. Lensa kondensor bertanggung jawab untuk

pembentukan balok primer, sedangkan fokus lensa objektif datang melalui sampel itu

sendiri (dalam STEM mode pemindaian, ada juga lensa objektif atas sampel untuk

membuat konvergen insiden berkas elektron). Lensa proyektor digunakan untuk

memperluas sinar ke layar fosfor atau perangkat pencitraan lain, seperti film. Pembesaran

TEM berasal dari rasio jarak antara spesimen dan lensa objektif. Selain itu, lensa Quad

dan hexapole digunakan untuk koreksi distorsi balok asimetris, yang dikenal sebagai

astigmatisme. Perlu dicatat bahwa konfigurasi TEM optik sangat berbeda dengan

kenyataannya.

Sistem Pencitraan dalam TEM terdiri dari layar fosfor, partikel sulfida seng dibuat

sehalus mungkin (10-100 pM) untuk pengamatan langsung oleh operator. Sistem

perekaman gambar berdasarkan film atau doped YAG yang digabungkan CCD layar.

Perangkat ini dapat dihapus atau dimasukkan ke dalam jalur balok oleh operator sesuai

kebutuhan.

Secara umum, elektron dihamburkan oleh partikel di udara, yang diperlukan

untuk memperbaiki (dan mempercepat) electron yang disimpan dalam ruang hampa

untuk mencegah interaksi yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, untuk melihat

spesimen hidup di bawah TEM sulit untuk dilakukan. Selain itu, elektron tidak dapat

menembus spesimen yang sangat tebal lapisannya, karena hanya dapat menembus 50-

100nm.

Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan

dengan tahap sebagai berikut:

1. Melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur

sel yang akan diamati. Fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa

glutaraldehida atau osmium tetroksida.

2. Preparation of thin sections

Pengambilan sampel dengan ferri osmium (stabilizes lipid bilayers and proteins) dan

glutaldehyde (biasanya dilakukan di awal; ikat silang protein dengan ikatan

kovalen) memungkinkan spesimen untuk mengalami dehidrasi dan diresap oleh resin

monomer. Spesimen dalam bentuk ini dapat diiris dengan baik dengan pisau berlian

atau ultra-mikrotom untuk membuat bagian tipis yang bebas dari air dan zat

volatil. Prosedur ini, kurang umum digunakan, oleh karena itu digantikan oleh rapid

freezing.

3. Rapid freezing:

Pembuatan lapisan tipis suatu specimen yang diuji dengan TEM tidak menjamin

bahwa specimen tersebut dapat dilihat di bawah mikroskop menyerupai struktur

dalam bentuk (ikatan kovalen protein yang bermasalah) yang sebenarnya. Untuk

memastikan sepenuhnya, specimen harus diawetkan tanpa merusak struktur aslinya

yang dimungkinkan untuk pembekukan cepat spesimen dengan sedemikian

rupa sehingga mencegah molekul-molekul air dari menata ulang strukturnya

sendiri. Dengan memasukkan spesimen ke dalam sebuah polesan blok tembaga

dingin dengan helium, air sangat dingin dimasukkan ke dalam es vitreous. Spesimen

ini kemudian dapat diiris dengan sebuah ultramicrotome.

1. Pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang

akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan

logam berat seperti uranium dan timbal.

2) Mikroskop pemindai elektron (SEM)

Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detail arsitektur

permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.

Sejarah penemuan

Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop pemindai elektron

(Scanning Electron Microscope-SEM) ini. Publikasi pertama kali yang mendiskripsikan

teori SEM dilakukan oleh fisikawan Jerman dR. Max Knoll pada 1935, meskipun

fisikawan Jerman lainnya Dr. Manfred von Ardenne mengklaim dirinya telah melakukan

penelitian suatu fenomena yang kemudian disebut SEM hingga tahun 1937. Mungkin

karena itu, tidak satu pun dari keduanya mendapatkan hadiah nobel untuk penemuan itu.

Pada 1942 tiga orang ilmuwan Amerika yaitu Dr. Vladimir Kosma Zworykin[2], Dr.

James Hillier, dan Dr. Snijder, benar-benar membangun sebuah mikroskop elektron

metode pemindaian (SEM) dengan resolusi hingga 50 nm atau magnifikasi 8.000 kali.

Sebagai perbandingan SEM modern sekarang ini mempunyai resolusi hingga 1 nm atau

pembesaran 400.000 kali. Mikroskop elektron cara ini memfokuskan sinar elektron

(electron beam) di permukaan obyek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi

elektron yang muncul dari permukaan obyek.

Cara kerja

Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop

optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron

sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan

sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul

yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya

ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di

layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses

operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan

untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

Preparasi sediaan

Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan

dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel

tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan

menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida. 2. dehidrasi, yang

bertujuan untuk memperendah kadar air dalam sayatan sehingga tidak mengganggu

proses pengamatan. 3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara

preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat

menggunakan logam mulia seperti emas dan platina.

Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu

mencapai 200 nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm.

Dibawah ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya dengan elektron.

Di samping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan beberapa jenis

pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda

maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis

seperti pada gambar dibawah ini.

Pada sebuah mikroskop elektron (SEM) terdapat beberapa peralatan utama antara lain:

1. Pistol elektron, biasanya berupa filamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas

elektron misal tungsten.

2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negatif

dapat dibelokkan oleh medan magnet.

3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara

yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh tumbukan sebelum

mengenai sasaran sehingga menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting.

Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:

Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan

diarahkan oleh koil pemindai.

Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru

yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).

Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:

(sumber:iastate.edu)

Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis

didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan

elastis didapatkan sinyal backscattered electron. Sinyal-sinyal tersebut dijelaskan pada

gambar di bawah ini.

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai

berikut: elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan

yang tinggi berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered

elektron memberikan perbedaan berat molekul dari atom–atom yang menyusun

permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom

dengan berat molekul rendah. Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini

disajikan pada gambar di bawah ini.

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini.

Permukaan yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan

gambar yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang rendah atau datar.

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar

dibawah ini yang secara prinsip atom–atom dengan densitas atau berat molekul lebih

besar akan memantulkan lebih banyak elektron sehingga tampak lebih cerah dari atom

berdensitas rendah. Maka teknik ini sangat berguna untuk membedakan jenis atom.

Namun untuk mengenali jenis atom di permukaan yang mengandung multi atom para

peneliti lebih banyak mengunakan teknik EDS (Energy Dispersive Spectroscopy).

Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan kemampuan ini, namun tidak semua SEM

punya fitur ini. EDS dihasilkan dari Sinar X karakteristik, yaitu dengan menembakkan

sinar X pada posisi yang ingin kita ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan

pada posisi yang diinginkan maka akan muncul puncak – puncak tertentu yang mewakili

suatu unsur yang terkandung. Dengan EDS kita juga bisa membuat elemental mapping

(pemetaan elemen) dengan memberikan warna berbeda–beda dari masing–masing

elemen di permukaan bahan. EDS bisa digunakan untuk menganalisa secara kunatitatif

dari persentase masing–masing elemen. Contoh dari aplikasi EDS digambarkan pada

diagram dibawah ini.

(sumber: umich.edu)

Aplikasi dari teknik SEM – EDS dirangkum sebagai berikut:

1. Topografi: Menganalisa permukaan dan teksture (kekerasan, reflektivitas dsb)

2. Morfologi: Menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel

3. Komposisi: Menganalisa komposisi dari permukaan benda secara kuantitatif dan

kualitatif.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:

1. Memerlukan kondisi vakum

2. Hanya menganalisa permukaan

3. Resolusi lebih rendah dari TEM

4. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam

seperti emas.

3) Mikroskop Elektron Pemindai Lingkungan (ESEM)

Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) ini merupakan pengembangan

dari SEM, yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi

syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.

Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah spesimen alami yang

ingin diamati secara detil tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu

terhadap obyek, yang apabila menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan

beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut bisa terlaksana.

Teknologi ESEM ini dirintis oleh Gerasimos D. Danilatos, seorang kelahiran Yunani

yang bermigrasi ke Australia pada akhir tahun 1972 dan memperoleh gelar Ph.D dari

Universitas New South Wales (UNSW) pada tahun 1977 dengan judul disertasi Dynamic

Mechanical Properties of Keratin Fibres .

Dr. Danilatos dikenal sebagai pionir dari teknologi ESEM, yang merupakan suatu inovasi

besar bagi dunia mikroskop elektron serta merupakan kemajuan fundamental dari ilmu

mikroskopi.

Deengan teknologi ESEM ini dimungkinkan bagi seorang peneliti untuk meneliti sebuah

objek yang berada pada lingkungan yang menyerupai gas yang betekanan rendah (low-

pressure gaseous environments) misalnya pada 10-50 Torr serta tingkat humiditas diatas

100%. Dalam arti kata lain ESEM ini memungkinkan dilakukannya penelitian obyek baik

dalam keadaan kering maupun basah.

Sebuah perusahaan di Boston yaitu Electro Scan Corporation pada tahun 1988

(perusahaan ini diambil alih oleh Philips pada tahun 1996- sekarang bernama FEI

Company) telah menemukan suatu cara guna menangkap elektron dari obyek untuk

mendapatkan gambar dan memproduksi muatan positif dengan cara mendesain sebuah

detektor yang dapat menangkap elektron dari suatu obyek dalam suasana tidak vakum

sekaligus menjadi produsen ion positif yang akan dihantarkan oleh gas dalam ruang

obyek ke permukaan obyek. Beberapa jenis gas telah dicoba untuk menguji teori ini, di

antaranya adalah beberapa gas ideal dan gas lain. Namun, yang memberikan hasil gambar

yang terbaik hanyalah uap air. Untuk sample dengan karakteristik tertentu uap air kadang

kurang memberikan hasil yang maksimum.

Pembuatan film dengan mikroskop ESEM

Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat melakukan

pengamatan dengan mikroskop elektron secara terus menerus pada obyek yang hidup.

Sebuah perusahaan film dari Perancis bahkan berhasil merekam kehidupan makhluk kecil

dan memfilmkannya secara nyata. Dari beberapa film yang dibuat, film berjudul

Cannibal Mites memenangkan beberapa penghargaan di antaranya Edutainment Award

(Jepang 1999), Best Scientific Photography Award (Perancis 1999), dan Grand Prix Best

Popular and Informative Scientific Film (Perancis 1999). Film ini ditayangkan juga di

stasiun televisi Zweites Deutsches Fernsehen Jerman, Discovery Channel di AS dan

Britania Raya. Kini perusahaan yang sama tengah menggarap film seri berjudul "Fly

Wars" yang rata-rata memakai sekitar lima menit pengambilan gambar dengan ESEM

Pada film tersebut dapat dilihat dengan detail setiap lembar bulu yang dimiliki lalat

dalam pertempurannya.

4) Mikroskop refleksi elektron (REM)

Reflection Electron Microscope (REM), adalah mikroskop elektron yang memiliki cara

kerja yang serupa dengan cara kerja TEM, namun sistem ini menggunakan deteksi

pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus digunakan dengan

menggabungkannya dengan tehnik refleksi difraksi elektron energi tinggi (Reflection

High Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi pelepasan spektrum energi tinggi

(reflection high-energy loss spectrum - RHELS)

5) Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM)

Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) ini adalah merupakan

Variasi lain yang dikembangkan dari teknik yang sudah ada sebelumnya, dan digunakan

untuk melihat struktur mikro dari medan magnet.