Transmisijos elektronų mikroskopijos veikimo charakteristikos
Įvadas
Elektroninio mikroskopo ir optinio mikroskopo vaizdavimo principas iš esmės yra tas pats, skirtumas yra tas, kad pirmasis naudoja elektronų pluoštą kaip šviesos šaltinį ir elektromagnetinį lauką kaip objektyvą. Be to, kadangi elektronų pluošto prasiskverbimo galia yra labai silpna, elektroniniam mikroskopui naudojamas bandinys turi būti pagamintas į itin ploną maždaug 50 nm storio pjūvį. Šį pjūvį reikia padaryti ultramikrotomu. Elektroninio mikroskopo padidinimas gali siekti beveik milijoną kartų. Jį sudaro penkios dalys: apšvietimo sistema, vaizdo gavimo sistema, vakuuminė sistema, įrašymo sistema ir maitinimo sistema. Jei ji suskirstyta: pagrindinė dalis yra elektroninis objektyvas ir vaizdo įrašymo sistema. Elektroniniai ginklai, kondensatoriaus veidrodžiai, mėginių kameros, objektyvai, difrakcijos veidrodžiai, tarpiniai veidrodžiai, projekciniai veidrodžiai, fluorescenciniai ekranai ir kameros vakuume.
Elektroninis mikroskopas yra mikroskopas, kuris naudoja elektronus, kad atskleistų objekto vidų ar paviršių. Didelės spartos elektronų bangos ilgis yra trumpesnis nei matomos šviesos (bangų ir dalelių dvilypumas), o mikroskopo skiriamąją gebą riboja jo naudojamas bangos ilgis. Todėl elektroninio mikroskopo teorinė skiriamoji geba (apie 0,1 nanometro) yra daug didesnė nei optinio mikroskopo. sparta (apie 200 nm).
Perdavimo elektronų mikroskopas (sutrumpintai TEM), vadinamas perdavimo elektronų mikroskopu [1], turi projektuoti pagreitintą ir koncentruotą elektronų pluoštą ant labai plono mėginio, o elektronai susiduria su mėginyje esančiais atomais, kad pakeistų kryptį. sukurianti kietojo kampo sklaidą. . Sklaidos kampo dydis yra susijęs su mėginio tankiu ir storiu, todėl gali būti suformuoti skirtingo ryškumo ir tamsumo vaizdai, o vaizdai bus rodomi vaizdo gavimo įrenginiuose (pvz., fluorescenciniuose ekranuose, plėvelėse ir šviesai jautriuose sujungimo komponentuose) priartinus ir sufokusavus.
Dėl labai trumpo elektrono de Broglie bangos ilgio, perdavimo elektroninio mikroskopo skiriamoji geba yra daug didesnė nei optinio mikroskopo, kuris gali siekti 0.1-0,2 nm, o padidinimas yra nuo dešimčių tūkstančių iki milijonų kartų. Todėl naudojant perdavimo elektronų mikroskopiją galima stebėti smulkią mėginių struktūrą, net tik vienos atomų kolonėlės struktūrą, kuri yra dešimtis tūkstančių kartų mažesnė už mažiausią struktūrą, kurią galima stebėti optiniu mikroskopu. TEM yra svarbus analitinis metodas daugelyje su fizika ir biologija susijusių mokslo sričių, tokių kaip vėžio tyrimai, virusologija, medžiagų mokslas, taip pat nanotechnologijos, puslaidininkių tyrimai ir kt.
Esant mažam padidinimui, TEM vaizdo kontrastas daugiausia atsiranda dėl skirtingos elektronų sugerties dėl skirtingo medžiagos storio ir sudėties. Kai didinimo kartotinis yra didelis, sudėtingi svyravimai sukels vaizdo ryškumo skirtumus, todėl norint analizuoti gautą vaizdą reikalingos profesionalios žinios. Naudojant skirtingus TEM režimus, galima pavaizduoti mėginį pagal jo chemines savybes, kristalografinę orientaciją, elektroninę struktūrą, elektroninį fazės poslinkį ir apskritai pagal elektronų absorbciją.
Pirmąjį TEM sukūrė Maxas Knorras ir Ernstas Ruska 1931 m., ši tyrimų grupė sukūrė pirmąjį TEM su skiriamąja geba už matomos šviesos 1933 m., o pirmąjį komercinį TEM 1939 m.
Didelis TEM
Didelio masto perdavimo elektronų mikroskopai (įprasti TEM) paprastai naudoja 80-300kV elektronų pluošto pagreičio įtampą. Skirtingi modeliai atitinka skirtingas elektronų pluošto pagreičio įtampas. Skiriamoji geba susijusi su elektronų pluošto pagreičio įtampa, kuri gali siekti 0.2-0.1nm. Aukščiausios klasės modeliai gali išskirti atominį lygį.
Žemos įtampos TEM
Elektronų pluošto pagreičio įtampa (5kV), naudojama žemos įtampos mažajame TEM (Low-Voltage elektronų mikroskopas, LVEM), yra daug mažesnė nei didelio TEM. Mažesnė greitinimo įtampa padidins elektronų pluošto ir mėginio sąveikos stiprumą, todėl pagerės vaizdo kontrastas ir kontrastas, ypač tinka tokiems pavyzdžiams kaip polimerai ir biologija; tuo pačiu metu žemos įtampos perdavimo elektronų mikroskopas padarys mažiau žalos mėginiui.
Skiriamoji geba yra mažesnė nei didelio elektroninio mikroskopo, 1-2nm. Dėl žemos įtampos TEM, SEM ir STEM galima sujungti viename įrenginyje
Cryo-EM
Kriomikroskopija paprastai aprūpinta mėginių šaldymo įranga įprastu transmisijos elektroniniu mikroskopu, kad mėginys būtų atvėsintas iki skysto azoto (77K) temperatūros, kuri naudojama temperatūrai jautriems mėginiams, pvz., baltymams ir biologiniams gabalams, stebėti. Užšaldžius mėginį, galima sumažinti mėginio elektronų pluošto pažeidimus, sumažinti mėginio deformaciją ir gauti tikroviškesnę mėginio formą.
