Prehľad transmisnej elektrónovej mikroskopie
Transmission Electron Microscope (skrátene TEM) dokáže vidieť jemné štruktúry menšie ako 0.2um, ktoré nie je možné jasne vidieť pod optickými mikroskopmi. Tieto štruktúry sa nazývajú submikroštruktúry alebo ultraštruktúry. Aby ste tieto štruktúry jasne videli, je potrebné zvoliť svetelný zdroj s kratšou vlnovou dĺžkou, aby sa zlepšila rozlišovacia schopnosť mikroskopu.
Úvod
Princíp zobrazovania elektrónového mikroskopu a optického mikroskopu je v podstate rovnaký, rozdiel je v tom, že prvý používa elektrónový lúč ako zdroj svetla a elektromagnetické pole ako šošovku. Okrem toho, pretože penetračná sila elektrónového lúča je veľmi slabá, vzorka použitá pre elektrónový mikroskop musí byť vyrobená do ultratenkého rezu s hrúbkou približne 50 nm. Tento plátok je potrebné urobiť pomocou ultramikrotómu. Zväčšenie elektrónového mikroskopu môže dosiahnuť až takmer miliónkrát. Skladá sa z piatich častí: osvetľovací systém, zobrazovací systém, vákuový systém, záznamový systém a systém napájania. Ak je rozdelená: hlavnou časťou je elektronický objektív a zobrazovací záznamový systém. Elektrónové delá, kondenzátorové zrkadlá, komory na vzorky, šošovky objektívov, difrakčné zrkadlá, medzizrkadlá, projekčné zrkadlá, fluorescenčné obrazovky a kamery vo vákuu.
Elektrónový mikroskop je mikroskop, ktorý používa elektróny na odhalenie vnútra alebo povrchu objektu. Vlnová dĺžka vysokorýchlostných elektrónov je kratšia ako vlnová dĺžka viditeľného svetla (dualita vlny a častíc) a rozlíšenie mikroskopu je obmedzené vlnovou dĺžkou, ktorú používa. Preto je teoretické rozlíšenie elektrónového mikroskopu (asi 0,1 nanometrov) oveľa vyššie ako optického mikroskopu. rýchlosť (asi 200 nm).
Transmisný elektrónový mikroskop (skrátene TEM), označovaný ako transmisný elektrónový mikroskop [1], má premietať zrýchlený a koncentrovaný elektrónový lúč na veľmi tenkú vzorku a elektróny sa zrážajú s atómami vo vzorke, aby zmenili smer, čím vytvárajúce rozptyl pod pevným uhlom. . Veľkosť uhla rozptylu súvisí s hustotou a hrúbkou vzorky, takže je možné vytvárať obrázky s rôznym jasom a tmavosťou a obrázky sa zobrazia na zobrazovacích zariadeniach (ako sú fluorescenčné obrazovky, filmy a fotosenzitívne spojovacie komponenty) po priblížení a zaostrení.
V dôsledku veľmi krátkej de Broglieho vlnovej dĺžky elektrónu je rozlíšenie transmisného elektrónového mikroskopu oveľa vyššie ako rozlíšenie optického mikroskopu, ktorý môže dosiahnuť 0.1-0,2 nm a zväčšenie je desaťtisíc až miliónkrát. Využitie transmisnej elektrónovej mikroskopie preto možno využiť na pozorovanie jemnej štruktúry vzoriek, dokonca aj štruktúry len jedného stĺpca atómov, ktorá je desaťtisíckrát menšia ako najmenšia štruktúra, ktorú možno pozorovať optickou mikroskopiou. TEM je dôležitá analytická metóda v mnohých vedeckých oblastiach súvisiacich s fyzikou a biológiou, ako je výskum rakoviny, virológia, materiálová veda, ako aj nanotechnológia, výskum polovodičov atď.
Pri malom zväčšení je kontrast pri TEM zobrazení spôsobený najmä rozdielnou absorpciou elektrónov v dôsledku rozdielnej hrúbky a zloženia materiálu. Keď je násobok zväčšenia vysoký, komplexné výkyvy spôsobia rozdiely v jase obrazu, takže na analýzu získaného obrazu sú potrebné odborné znalosti. Použitím rôznych režimov TEM je možné zobraziť vzorku jej chemickými vlastnosťami, kryštalografickou orientáciou, elektrónovou štruktúrou, elektrónovým fázovým posunom vzorky a všeobecne absorpciou elektrónov.
Prvý TEM vyvinuli Max Knorr a Ernst Ruska v roku 1931, táto výskumná skupina vyvinula prvý TEM s rozlíšením mimo viditeľného svetla v roku 1933 a prvý komerčný TEM bol úspešný v roku 1939.
Veľký TEM
Veľkoplošné transmisné elektrónové mikroskopy (konvenčné TEM) vo všeobecnosti používajú 80-300kV urýchľovacie napätie elektrónového lúča. Rôzne modely zodpovedajú rôznym napätiam zrýchlenia elektrónového lúča. Rozlíšenie súvisí s napätím zrýchlenia elektrónového lúča, ktoré môže dosiahnuť 0.2-0,1 nm. Špičkové modely môžu dosiahnuť rozlíšenie na úrovni atómov.
Nízkonapäťové TEM
Urýchľovacie napätie elektrónového lúča (5 kV) používané v nízkonapäťovom malom TEM (Low-Voltage electron microscope, LVEM) je oveľa nižšie ako pri veľkom TEM. Nižšie urýchľovacie napätie zvýši silu interakcie medzi elektrónovým lúčom a vzorkou, čím sa zlepší kontrast a kontrast obrazu, zvlášť vhodné pre vzorky, ako sú polyméry a biológia; zároveň nízkonapäťový transmisný elektrónový mikroskop spôsobí menšie poškodenie vzorky.
Rozlíšenie je nižšie ako rozlíšenie veľkého elektrónového mikroskopu, 1-2nm. Vďaka nízkemu napätiu je možné TEM, SEM a STEM kombinovať v jednom zariadení
Cryo-EM
Kryomikroskopia je zvyčajne vybavená zariadením na zmrazovanie vzoriek na bežnom transmisnom elektrónovom mikroskope na ochladenie vzorky na teplotu tekutého dusíka (77 K), ktorý sa používa na pozorovanie vzoriek citlivých na teplotu, ako sú proteíny a biologické rezy. Zmrazením vzorky možno znížiť poškodenie vzorky elektrónovým lúčom, znížiť deformáciu vzorky a získať realistickejší tvar vzorky.
