Lähetyselektronimikroskoopin toimintaominaisuudet
Johdanto
Elektronimikroskoopin ja optisen mikroskoopin kuvausperiaate on periaatteessa sama, erona on, että edellinen käyttää elektronisuihkua valonlähteenä ja sähkömagneettista kenttää linssinä. Lisäksi, koska elektronisäteen läpäisykyky on erittäin heikko, elektronimikroskoopissa käytettävästä näytteestä on tehtävä ultraohut leikkaus, jonka paksuus on noin 50 nm. Tämä viipale on tehtävä ultramikrotomilla. Elektronimikroskoopin suurennus voi olla jopa miljoona kertaa. Se koostuu viidestä osasta: valaistusjärjestelmä, kuvantamisjärjestelmä, tyhjiöjärjestelmä, tallennusjärjestelmä ja virtalähdejärjestelmä. Jos se on jaettu: pääosa on elektroninen linssi ja kuvantamisjärjestelmä. Elektronipistoolit, kondensaattoripeilit, näytekammiot, objektiivilinssit, diffraktiopeilit, välipeilit, projektiopeilit, fluoresoivat näytöt ja kamerat tyhjiössä.
Elektronimikroskooppi on mikroskooppi, joka käyttää elektroneja paljastamaan esineen sisäpuolen tai pinnan. Nopeiden elektronien aallonpituus on lyhyempi kuin näkyvän valon aallonpituus (aalto-hiukkasten kaksinaisuus), ja mikroskoopin resoluutio on rajoitettu sen käyttämän aallonpituuden mukaan. Siksi elektronimikroskoopin teoreettinen resoluutio (noin 0,1 nanometriä) on paljon suurempi kuin optisen mikroskoopin. nopeus (noin 200 nm).
Transmissioelektronimikroskoopilla (lyhyesti TEM), jota kutsutaan transmissioelektronimikroskoopiksi [1], on tarkoitus heijastaa kiihdytetty ja väkevöity elektronisäde hyvin ohuelle näytteelle, jolloin elektronit törmäävät näytteessä olevien atomien kanssa muuttaakseen suuntaa. tuottaa avaruuskulmasirontaa. . Sirontakulman koko on suhteessa näytteen tiheyteen ja paksuuteen, joten voidaan muodostaa erilaisia kirkkaus- ja tummuuskuvia ja kuvat näytetään kuvantamislaitteilla (kuten fluoresoivilla näytöillä, kalvoilla ja valoherkillä kytkentäkomponenteilla) zoomauksen ja tarkennuksen jälkeen.
Elektronin erittäin lyhyen de Broglien aallonpituuden vuoksi transmissioelektronimikroskoopin resoluutio on paljon suurempi kuin optisen mikroskoopin, joka voi olla 0.1-0,2 nm, ja suurennus on kymmeniä tuhansia - miljoonia kertoja. Siksi transmissioelektronimikroskoopin avulla voidaan tarkkailla näytteiden hienorakennetta, jopa vain yhden atomipylvään rakennetta, joka on kymmeniä tuhansia kertoja pienempi kuin pienin optisella mikroskopialla havaittava rakenne. TEM on tärkeä analyyttinen menetelmä monilla fysiikkaan ja biologiaan liittyvillä tieteenaloilla, kuten syöpätutkimuksessa, virologiassa, materiaalitieteessä sekä nanoteknologiassa, puolijohdetutkimuksessa jne.
Pienillä suurennoksilla kontrasti TEM-kuvauksessa johtuu pääasiassa elektronien erilaisesta absorptiosta, joka johtuu materiaalin erilaisesta paksuudesta ja koostumuksesta. Kun suurennuskerroin on suuri, monimutkaiset heilahtelut aiheuttavat eroja kuvan kirkkaudessa, joten saadun kuvan analysoinnissa tarvitaan ammattitaitoa. TEM:n eri moodeja käyttämällä on mahdollista kuvata näyte sen kemiallisten ominaisuuksien, kristallografisen orientaation, elektronirakenteen, näytteen elektronisen vaihesiirron ja yleensä elektronien absorption perusteella.
Ensimmäisen TEM:n kehittivät Max Knorr ja Ernst Ruska vuonna 1931, tämä tutkimusryhmä kehitti ensimmäisen TEM:n, jonka resoluutio oli näkyvän valon ulkopuolella vuonna 1933, ja ensimmäisen kaupallisen TEM:n vuonna 1939.
Iso TEM
Laajamittainen transmissioelektronimikroskoopit (tavanomaiset TEM) käyttävät yleensä 80-300kV elektronisuihkukiihdytysjännitettä. Eri mallit vastaavat erilaisia elektronisuihkukiihdytysjännitteitä. Resoluutio liittyy elektronisäteen kiihdytysjännitteeseen, joka voi saavuttaa 0.2-0,1 nm. Huippuluokan mallit voivat saavuttaa atomitason eron.
Pienjännite TEM
Pienjännitteisessä pienessä TEM:ssä (Low-Voltage elektronimikroskoopissa, LVEM) käytetty elektronisuihkukiihdytysjännite (5kV) on paljon pienempi kuin suuren TEM:n. Pienempi kiihdytysjännite lisää elektronisäteen ja näytteen välisen vuorovaikutuksen voimakkuutta, mikä parantaa kuvan kontrastia ja kontrastia, mikä sopii erityisesti näytteille, kuten polymeereille ja biologialle; samaan aikaan pienjännitesiirtoelektronimikroskooppi aiheuttaa vähemmän vahinkoa näytteelle.
Resoluutio on pienempi kuin suuren elektronimikroskoopin, 1-2nm. Pienen jännitteen ansiosta TEM, SEM ja STEM voidaan yhdistää yhteen laitteeseen
Cryo-EM
Kryomikroskopia on tavallisesti varustettu näytteen pakastuslaitteella tavallisessa transmissioelektronimikroskoopissa näytteen jäähdyttämiseksi nestemäisen typen (77K) lämpötilaan, jota käytetään lämpötilaherkkien näytteiden, kuten proteiinien ja biologisten viipaleiden tarkkailuun. Jäädyttämällä näytettä voidaan vähentää elektronisäteen vaurioita näytteeseen, vähentää näytteen muodonmuutoksia ja saada realistisempi näytteen muoto.
