Makalah ini membahas tentang berbagai jenis mikroskop, termasuk mikroskop cahaya, stereo, elektron, ultraviolet, dan jenis lainnya. Secara khusus, makalah ini menjelaskan prinsip kerja dan sejarah penemuan mikroskop elektron, yang mampu memperbesar objek hingga 2 juta kali dan menggunakan medan listrik serta magnetik untuk mengontrol gambar.

1. 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.

2. 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

3. 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)

4. 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).

5. 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.

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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.

10. 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.

11. 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 elektron
5. Characteristic X-ray (EDS)
6. Elektron energy loss spectroscopy
7. Scanning transmission electron microscopy
 Cara Kerja TEM

12. 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

13. 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.

14. 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

15. 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.

16. 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

17. 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.

18. 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.

19. 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

20. 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)

21. 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.