Робочі характеристики трансмісійної електронної мікроскопії
вступ
Принцип зображення електронного мікроскопа та оптичного мікроскопа в основному однаковий, різниця полягає в тому, що перший використовує електронний промінь як джерело світла та електромагнітне поле як лінзу. Крім того, оскільки проникаюча здатність електронного променя дуже слабка, зразок, який використовується для електронного мікроскопа, має бути виготовлений на надтонкий зріз товщиною приблизно 50 нм. Цей зріз потрібно зробити за допомогою ультрамікротома. Збільшення електронного мікроскопа може досягати майже мільйона разів. Він складається з п'яти частин: системи освітлення, системи зображення, вакуумної системи, системи запису та системи живлення. Якщо розділити на підрозділи: основною частиною є електронні лінзи та система запису зображень. Електронні гармати, дзеркала конденсатора, камери для зразків, лінзи об'єктивів, дифракційні дзеркала, проміжні дзеркала, проекційні дзеркала, флуоресцентні екрани та камери у вакуумі.
Електронний мікроскоп — це мікроскоп, який використовує електрони для виявлення внутрішньої частини або поверхні об’єкта. Довжина хвилі високошвидкісних електронів коротша, ніж у видимого світла (корпускулярно-хвильовий дуалізм), а роздільна здатність мікроскопа обмежена довжиною хвилі, яку він використовує. Таким чином, теоретична роздільна здатність електронного мікроскопа (близько 0,1 нанометрів) набагато вища, ніж у оптичного мікроскопа. швидкість (близько 200 нм).
Трансмісійний електронний мікроскоп (скорочено ТЕМ), відомий як трансмісійний електронний мікроскоп [1], проектує прискорений і концентрований електронний промінь на дуже тонкий зразок, і електрони стикаються з атомами в зразку, змінюючи напрямок, таким чином створюючи розсіювання під твердим кутом. . Розмір кута розсіювання пов’язаний із щільністю та товщиною зразка, тому можуть бути сформовані зображення з різною яскравістю та темрявою, які відображатимуться на пристроях обробки зображень (таких як флуоресцентні екрани, плівки та фоточутливі компоненти зв’язку) після збільшення та фокусування.
Через дуже коротку довжину хвилі електрона де Бройля роздільна здатність просвічуючого електронного мікроскопа набагато вища, ніж роздільна здатність оптичного мікроскопа, який може досягати 0.1-0,2 нм, а збільшення становить від десятків тисяч до мільйонів разів. Таким чином, використання трансмісійної електронної мікроскопії може використовуватися для спостереження тонкої структури зразків, навіть структури лише одного стовпця атомів, яка в десятки тисяч разів менша за найменшу структуру, яку можна спостерігати за допомогою оптичної мікроскопії. ПЕМ є важливим аналітичним методом у багатьох галузях науки, пов’язаних із фізикою та біологією, наприклад дослідження раку, вірусологія, матеріалознавство, а також нанотехнології, дослідження напівпровідників тощо.
При малому збільшенні контраст на ПЕМ-зображенні в основному зумовлений різним поглинанням електронів через різну товщину та склад матеріалу. Коли кратне збільшення велике, складні коливання спричинять різницю в яскравості зображення, тому для аналізу отриманого зображення потрібні професійні знання. Використовуючи різні режими ТЕМ, можна отримати зображення зразка за його хімічними властивостями, кристалографічною орієнтацією, електронною структурою, електронним зсувом фази зразком і загалом за поглинанням електронів.
Перший TEM був розроблений Максом Норром і Ернстом Руска в 1931 році, ця дослідницька група розробила перший TEM з роздільною здатністю за межами видимого світла в 1933 році, а перший комерційний TEM був успішним в 1939 році.
Велика ТЕМ
У великомасштабних просвічуючих електронних мікроскопах (звичайних ПЕМ) зазвичай використовується напруга прискорення електронного променя 80-300кВ. Різні моделі відповідають різним напругам прискорення пучка електронів. Роздільна здатність пов’язана з напругою прискорення електронного променя, яка може досягати 0.2-0.1 нм. Моделі високого класу можуть розрізняти атомарний рівень.
Низьковольтні ТЕМ
Напруга прискорення електронного променя (5 кВ), що використовується в низьковольтному малому ТЕМ (низьковольтний електронний мікроскоп, LVEM), набагато нижча, ніж у великому ТЕМ. Нижча прискорювальна напруга підвищить силу взаємодії між електронним променем і зразком, тим самим покращуючи контраст і контрастність зображення, особливо підходить для таких зразків, як полімери та біологія; в той же час, низьковольтний трансмісійний електронний мікроскоп завдасть менше шкоди зразку.
Роздільна здатність нижча, ніж у великого електронного мікроскопа, 1-2 нм. Завдяки низькій напрузі TEM, SEM і STEM можна поєднувати в одному пристрої
Кріо-ЕМ
Кріомікроскопія зазвичай оснащена обладнанням для заморожування зразків на звичайному трансмісійному електронному мікроскопі для охолодження зразка до температури рідкого азоту (77 К), який використовується для спостереження за чутливими до температури зразками, такими як білки та біологічні зрізи. Заморожуючи зразок, можна зменшити пошкодження зразка електронним променем, зменшити деформацію зразка та отримати більш реалістичну форму зразка.
