Transmissionselektronmikroskopi Driftegenskaper
Introduktion
Avbildningsprincipen för elektronmikroskop och optiskt mikroskop är i grunden densamma, skillnaden är att den förra använder elektronstråle som ljuskälla och elektromagnetiskt fält som lins. Dessutom, eftersom elektronstrålens penetrerande kraft är mycket svag, måste provet som används för elektronmikroskopet göras till en ultratunn sektion med en tjocklek på cirka 50 nm. Denna skiva måste göras med en ultramikrotom. Förstoringen av elektronmikroskopet kan nå upp till nästan en miljon gånger. Den består av fem delar: belysningssystem, bildsystem, vakuumsystem, inspelningssystem och strömförsörjningssystem. Om det är uppdelat: huvuddelen är den elektroniska linsen och bildinspelningssystemet. Elektronpistoler, kondensorspeglar, provkammare, objektivlinser, diffraktionsspeglar, mellanspeglar, projektionsspeglar, fluorescerande skärmar och kameror i vakuum.
Ett elektronmikroskop är ett mikroskop som använder elektroner för att avslöja insidan eller ytan av ett föremål. Våglängden för höghastighetselektroner är kortare än för synligt ljus (våg-partikeldualitet), och mikroskopets upplösning begränsas av den våglängd det använder. Därför är den teoretiska upplösningen för elektronmikroskopet (cirka 0.1 nanometer) mycket högre än för det optiska mikroskopet. hastighet (cirka 200 nm).
Transmissionselektronmikroskop (TEM för kort), kallat transmissionselektronmikroskop [1], är att projicera den accelererade och koncentrerade elektronstrålen på ett mycket tunt prov, och elektronerna kolliderar med atomerna i provet för att ändra riktningen, därigenom producerar solid vinkelspridning. . Storleken på spridningsvinkeln är relaterad till provets densitet och tjocklek, så bilder med olika ljusstyrka och mörker kan bildas, och bilderna kommer att visas på bildenheter (som fluorescerande skärmar, filmer och ljuskänsliga kopplingskomponenter) efter att ha zoomat in och fokuserat.
På grund av elektronens mycket korta de Broglie-våglängd är upplösningen för transmissionselektronmikroskopet mycket högre än för det optiska mikroskopet, som kan nå 0.1-0.2nm, och förstoringen är tiotusentals till miljoner gånger. Därför kan användningen av transmissionselektronmikroskopi användas för att observera den fina strukturen hos prover, till och med strukturen hos endast en enda kolumn av atomer, som är tiotusentals gånger mindre än den minsta strukturen som kan observeras med optisk mikroskopi. TEM är en viktig analysmetod inom många vetenskapliga områden relaterade till fysik och biologi, såsom cancerforskning, virologi, materialvetenskap, samt nanoteknik, halvledarforskning m.m.
Vid låga förstoringar beror kontrasten i TEM-avbildning främst på den olika absorptionen av elektroner på grund av materialets olika tjocklek och sammansättning. När förstoringsmultipeln är hög kommer komplexa fluktuationer att orsaka skillnader i bildens ljusstyrka, så professionell kunskap krävs för att analysera den erhållna bilden. Genom att använda de olika TEM-lägena är det möjligt att avbilda ett prov genom dess kemiska egenskaper, kristallografiska orientering, elektroniska struktur, elektronisk fasförskjutning av provet och i allmänhet genom absorption av elektroner.
Den första TEM utvecklades av Max Knorr och Ernst Ruska 1931, denna forskargrupp utvecklade den första TEM med en upplösning bortom synligt ljus 1933, och den första kommersiella TEM 1939 framgång.
Stor TEM
Storskaliga transmissionselektronmikroskop (konventionell TEM) använder i allmänhet 80-300kV elektronstråleaccelerationsspänning. Olika modeller motsvarar olika elektronstråleaccelerationsspänningar. Upplösningen är relaterad till elektronstrålens accelerationsspänning, som kan nå 0.2-0.1nm. High-end modeller kan uppnå atomär nivå särskilja.
Lågspänning TEM
Accelerationsspänningen för elektronstrålen (5kV) som används i det lilla TEM med låg spänning (Low-Voltage elektronmikroskop, LVEM) är mycket lägre än för det stora TEM. En lägre accelerationsspänning kommer att öka styrkan i interaktionen mellan elektronstrålen och provet, och därigenom förbättra bildkontrasten och kontrasten, speciellt lämplig för prover såsom polymerer och biologi; samtidigt kommer lågspänningstransmissionselektronmikroskopet att orsaka mindre skada på provet.
Upplösningen är lägre än för det stora elektronmikroskopet, 1-2nm. På grund av den låga spänningen kan TEM, SEM och STEM kombineras i en enhet
Cryo-EM
Kryomikroskopi är vanligtvis utrustad med provfrysutrustning på det vanliga transmissionselektronmikroskopet för att kyla provet till temperaturen för flytande kväve (77K), som används för att observera temperaturkänsliga prover såsom proteiner och biologiska skivor. Genom att frysa provet kan skadan av elektronstrålen på provet minskas, deformationen av provet kan minskas och en mer realistisk provform kan erhållas.
