Transmisijas elektronu mikroskopijas pārskats
Transmisijas elektronu mikroskops (saīsināti TEM) var redzēt smalkas struktūras, kas ir mazākas par 0,2 um, kuras nevar skaidri saskatīt optiskajos mikroskopos. Šīs struktūras sauc par submikrostruktūrām vai ultrastruktūrām. Lai skaidri redzētu šīs struktūras, ir nepieciešams izvēlēties gaismas avotu ar īsāku viļņa garumu, lai uzlabotu mikroskopa izšķirtspēju.
Ievads
Elektronu mikroskopa un optiskā mikroskopa attēlveidošanas princips būtībā ir vienāds, atšķirība ir tāda, ka pirmais izmanto elektronu staru kā gaismas avotu un elektromagnētisko lauku kā objektīvu. Turklāt, tā kā elektronu stara caurlaidības spēja ir ļoti vāja, elektronu mikroskopam izmantotais paraugs ir jāizveido īpaši plānā daļā, kuras biezums ir aptuveni 50 nm. Šī šķēle jāizgatavo ar ultramikrotomu. Elektronu mikroskopa palielinājums var sasniegt gandrīz vienu miljonu reižu. Tas sastāv no piecām daļām: apgaismojuma sistēma, attēlveidošanas sistēma, vakuuma sistēma, ierakstīšanas sistēma un barošanas sistēma. Ja to iedala sīkāk: galvenā daļa ir elektroniskā lēca un attēlveidošanas ierakstīšanas sistēma. Elektronu pistoles, kondensatora spoguļi, paraugu kameras, objektīvu lēcas, difrakcijas spoguļi, starpspoguļi, projekcijas spoguļi, dienasgaismas ekrāni un kameras vakuumā.
Elektronu mikroskops ir mikroskops, kas izmanto elektronus, lai atklātu objekta iekšpusi vai virsmu. Ātrgaitas elektronu viļņa garums ir īsāks nekā redzamās gaismas viļņa garums (viļņu-daļiņu dualitāte), un mikroskopa izšķirtspēju ierobežo tā izmantotais viļņa garums. Tāpēc elektronu mikroskopa teorētiskā izšķirtspēja (apmēram 0,1 nanometrs) ir daudz augstāka nekā optiskā mikroskopa izšķirtspēja. ātrums (apmēram 200 nm).
Transmisijas elektronu mikroskops (saīsināti TEM), saukts par transmisijas elektronu mikroskopu [1], ir paredzēts paātrinātā un koncentrētā elektronu stara projicēšanai uz ļoti plānas parauga, un elektroni saduras ar paraugā esošajiem atomiem, lai mainītu virzienu, tādējādi rada cieta leņķa izkliedi. . Izkliedes leņķa lielums ir saistīts ar parauga blīvumu un biezumu, tāpēc var izveidot attēlus ar atšķirīgu spilgtumu un tumšumu, un attēli tiks parādīti attēlveidošanas ierīcēs (piemēram, fluorescējošie ekrāni, plēves un gaismjutīgie savienojuma komponenti) pēc tuvināšanas un fokusēšanas.
Tā kā elektronam ir ļoti īss de Broglie viļņa garums, pārraides elektronu mikroskopa izšķirtspēja ir daudz augstāka nekā optiskā mikroskopa izšķirtspēja, kas var sasniegt 0.1-0,2 nm, un palielinājums ir desmitiem tūkstošu līdz miljoniem reižu. Tāpēc, izmantojot transmisijas elektronu mikroskopiju, var novērot smalko paraugu struktūru, pat tikai vienas atomu kolonnas struktūru, kas ir desmitiem tūkstošu reižu mazāka par mazāko struktūru, ko var novērot ar optisko mikroskopiju. TEM ir svarīga analītiskā metode daudzās ar fiziku un bioloģiju saistītās zinātnes jomās, piemēram, vēža pētniecībā, virusoloģijā, materiālu zinātnē, kā arī nanotehnoloģijā, pusvadītāju pētniecībā utt.
Pie maziem palielinājumiem kontrasts TEM attēlveidošanā galvenokārt ir saistīts ar atšķirīgo elektronu absorbciju materiāla dažāda biezuma un sastāva dēļ. Ja palielinājuma koeficients ir liels, sarežģītas svārstības radīs attēla spilgtuma atšķirības, tāpēc iegūtā attēla analīzei ir nepieciešamas profesionālas zināšanas. Izmantojot dažādus TEM režīmus, ir iespējams attēlot paraugu pēc tā ķīmiskajām īpašībām, kristalogrāfiskās orientācijas, elektroniskās struktūras, parauga elektroniskās fāzes nobīdes un parasti pēc elektronu absorbcijas.
Pirmo TEM izstrādāja Makss Knors un Ernsts Ruska 1931. gadā, šī pētnieku grupa izstrādāja pirmo TEM ar izšķirtspēju ārpus redzamās gaismas 1933. gadā un pirmo komerciālo TEM 1939. gadā.
Liels TEM
Liela mēroga transmisijas elektronu mikroskopi (parastie TEM) parasti izmanto 80-300kV elektronu stara paātrinājuma spriegumu. Dažādi modeļi atbilst dažādiem elektronu stara paātrinājuma spriegumiem. Izšķirtspēja ir saistīta ar elektronu stara paātrinājuma spriegumu, kas var sasniegt 0.2-0.1nm. Augstākās klases modeļi var atšķirt atomu līmeni.
Zemsprieguma TEM
Elektronu staru paātrinājuma spriegums (5kV), ko izmanto zemsprieguma mazajā TEM (Low-Voltage elektronu mikroskopā, LVEM), ir daudz zemāks nekā lielajam TEM. Zemāks paātrinājuma spriegums uzlabos mijiedarbības stiprumu starp elektronu staru un paraugu, tādējādi uzlabojot attēla kontrastu un kontrastu, īpaši piemērots paraugiem, piemēram, polimēriem un bioloģijai; tajā pašā laikā zemsprieguma pārraides elektronu mikroskops radīs mazākus bojājumus paraugam.
Izšķirtspēja ir zemāka nekā lielam elektronu mikroskopam, 1-2nm. Zemsprieguma dēļ TEM, SEM un STEM var apvienot vienā ierīcē
Cryo-EM
Kriomikroskopija parasti ir aprīkota ar paraugu sasaldēšanas iekārtu parastajā transmisijas elektronu mikroskopā, lai atdzesētu paraugu līdz šķidrā slāpekļa (77K) temperatūrai, ko izmanto, lai novērotu temperatūras jutīgus paraugus, piemēram, olbaltumvielas un bioloģiskās šķēles. Sasaldējot paraugu, var samazināt elektronu staru radītos bojājumus paraugam, samazināt parauga deformāciju un iegūt reālistiskāku parauga formu.
