Provozní charakteristiky transmisní elektronové mikroskopie
Úvod
Princip zobrazování elektronového mikroskopu a optického mikroskopu je v zásadě stejný, rozdíl je v tom, že první používá elektronový paprsek jako zdroj světla a elektromagnetické pole jako čočku. Navíc, protože penetrační síla elektronového paprsku je velmi slabá, musí být vzorek použitý pro elektronový mikroskop vyroben do ultratenkého řezu o tloušťce asi 50 nm. Tento plátek je třeba udělat pomocí ultramikrotomu. Zvětšení elektronového mikroskopu může dosáhnout až téměř milionkrát. Skládá se z pěti částí: osvětlovací systém, zobrazovací systém, vakuový systém, záznamový systém a napájecí systém. Pokud je dále rozdělena: hlavní částí je elektronická čočka a zobrazovací záznamový systém. Elektronová děla, kondenzátorová zrcadla, vzorkové komory, čočky objektivů, difrakční zrcadla, mezizrcadla, projekční zrcadla, fluorescenční obrazovky a kamery ve vakuu.
Elektronový mikroskop je mikroskop, který využívá elektrony k odhalení vnitřku nebo povrchu předmětu. Vlnová délka vysokorychlostních elektronů je kratší než u viditelného světla (dualita vlny a částic) a rozlišovací schopnost mikroskopu je omezena vlnovou délkou, kterou používá. Proto je teoretické rozlišení elektronového mikroskopu (asi 0,1 nanometru) mnohem vyšší než optického mikroskopu. rychlost (asi 200 nm).
Transmisní elektronový mikroskop (zkráceně TEM), označovaný jako transmisní elektronový mikroskop [1], má promítnout urychlený a koncentrovaný elektronový paprsek na velmi tenký vzorek a elektrony se srazí s atomy ve vzorku, aby změnily směr, čímž vytváří rozptyl v pevném úhlu. . Velikost úhlu rozptylu souvisí s hustotou a tloušťkou vzorku, takže lze vytvářet obrázky s různým jasem a tmavostí a obrázky se zobrazí na zobrazovacích zařízeních (jako jsou fluorescenční obrazovky, filmy a fotocitlivé spojovací komponenty) po přiblížení a zaostření.
Vzhledem k velmi krátké de Broglieho vlnové délce elektronu je rozlišení transmisního elektronového mikroskopu mnohem vyšší než u optického mikroskopu, který může dosáhnout 0.1-0,2 nm a zvětšení je desetitisíce až milionkrát. Proto lze využití transmisní elektronové mikroskopie využít k pozorování jemné struktury vzorků, dokonce i struktury pouze jednoho sloupce atomů, která je desetitisíckrát menší než nejmenší struktura, kterou lze pozorovat optickým mikroskopem. TEM je důležitou analytickou metodou v mnoha vědeckých oborech souvisejících s fyzikou a biologií, jako je výzkum rakoviny, virologie, věda o materiálech, ale i nanotechnologie, výzkum polovodičů atd.
Při malém zvětšení je kontrast u TEM zobrazení způsoben především rozdílnou absorpcí elektronů v důsledku různé tloušťky a složení materiálu. Když je násobek zvětšení vysoký, složité výkyvy způsobí rozdíly v jasu obrazu, takže k analýze získaného obrazu jsou nutné odborné znalosti. Použitím různých režimů TEM je možné zobrazit vzorek jeho chemickými vlastnostmi, krystalografickou orientací, elektronovou strukturou, elektronickým fázovým posunem vzorkem a obecně absorpcí elektronů.
První TEM vyvinuli Max Knorr a Ernst Ruska v roce 1931, tato výzkumná skupina vyvinula první TEM s rozlišením přesahujícím viditelné světlo v roce 1933 a první komerční TEM v roce 1939 s úspěchem.
Velký TEM
Velké transmisní elektronové mikroskopy (konvenční TEM) obecně používají urychlovací napětí elektronového svazku 80-300kV. Různé modely odpovídají různým napětím urychlení elektronového paprsku. Rozlišení souvisí s urychlovacím napětím elektronového paprsku, které může dosáhnout 0.2-0,1nm. Špičkové modely mohou dosáhnout rozlišení na atomové úrovni.
Nízkonapěťový TEM
Urychlovací napětí elektronového paprsku (5 kV) používané v nízkonapěťovém malém TEM (Low-Voltage elektronový mikroskop, LVEM) je mnohem nižší než u velkého TEM. Nižší urychlovací napětí zvýší sílu interakce mezi elektronovým paprskem a vzorkem, čímž se zlepší kontrast a kontrast obrazu, zvláště vhodné pro vzorky, jako jsou polymery a biologie; zároveň nízkonapěťový transmisní elektronový mikroskop způsobí menší poškození vzorku.
Rozlišení je nižší než u velkého elektronového mikroskopu, 1-2nm. Díky nízkému napětí lze TEM, SEM a STEM kombinovat v jednom zařízení
Cryo-EM
Kryomikroskopie je obvykle vybavena zařízením pro zmrazování vzorků na běžném transmisním elektronovém mikroskopu pro ochlazení vzorku na teplotu kapalného dusíku (77 K), které se používá k pozorování vzorků citlivých na teplotu, jako jsou proteiny a biologické řezy. Zmražením vzorku lze snížit poškození vzorku elektronovým paprskem, snížit deformaci vzorku a získat realističtější tvar vzorku.
