Transmisjonselektronmikroskopi Driftsegenskaper
Introduksjon
Bildeprinsippet til elektronmikroskop og optisk mikroskop er i utgangspunktet det samme, forskjellen er at førstnevnte bruker elektronstråle som lyskilde og elektromagnetisk felt som linse. I tillegg, fordi den penetrerende kraften til elektronstrålen er svært svak, må prøven som brukes til elektronmikroskopet lages til en ultratynn seksjon med en tykkelse på ca. 50nm. Denne skiven må lages med en ultramikrotom. Forstørrelsen av elektronmikroskopet kan nå opp til nesten en million ganger. Den består av fem deler: belysningssystem, bildesystem, vakuumsystem, opptakssystem og strømforsyningssystem. Hvis det er delt inn: hoveddelen er den elektroniske linsen og bildeopptakssystemet. Elektronpistoler, kondensatorspeil, prøvekammer, objektivlinser, diffraksjonsspeil, mellomspeil, projeksjonsspeil, fluorescerende skjermer og kameraer i vakuum.
Et elektronmikroskop er et mikroskop som bruker elektroner til å avsløre det indre eller overflaten til en gjenstand. Bølgelengden til høyhastighetselektroner er kortere enn for synlig lys (bølge-partikkel-dualitet), og oppløsningen til mikroskopet er begrenset av bølgelengden det bruker. Derfor er den teoretiske oppløsningen til elektronmikroskopet (omtrent 0.1 nanometer) mye høyere enn for det optiske mikroskopet. hastighet (ca. 200 nm).
Transmisjonselektronmikroskop (TEM for kort), referert til som transmisjonselektronmikroskop [1], er å projisere den akselererte og konsentrerte elektronstrålen på en veldig tynn prøve, og elektronene kolliderer med atomene i prøven for å endre retningen, og dermed produserer solid vinkelspredning. . Størrelsen på spredningsvinkelen er relatert til prøvens tetthet og tykkelse, slik at bilder med forskjellig lysstyrke og mørke kan dannes, og bildene vil vises på bildeenheter (som fluorescerende skjermer, filmer og lysfølsomme koblingskomponenter) etter å ha zoomet inn og fokusert.
På grunn av den svært korte de Broglie-bølgelengden til elektronet, er oppløsningen til transmisjonselektronmikroskopet mye høyere enn for det optiske mikroskopet, som kan nå 0.1-0.2nm, og forstørrelsen er titusenvis til millioner av ganger. Derfor kan bruken av transmisjonselektronmikroskopi brukes til å observere den fine strukturen til prøver, til og med strukturen til bare en enkelt kolonne med atomer, som er titusenvis av ganger mindre enn den minste strukturen som kan observeres ved optisk mikroskopi. TEM er en viktig analysemetode innen mange vitenskapelige felt knyttet til fysikk og biologi, som kreftforskning, virologi, materialvitenskap, samt nanoteknologi, halvlederforskning m.m.
Ved lave forstørrelser skyldes kontrasten i TEM-avbildning hovedsakelig ulik absorpsjon av elektroner på grunn av ulik tykkelse og sammensetning av materialet. Når forstørrelsesmultiplen er høy, vil komplekse svingninger forårsake forskjeller i lysstyrken til bildet, så det kreves profesjonell kunnskap for å analysere det oppnådde bildet. Ved å bruke de forskjellige modusene til TEM, er det mulig å avbilde en prøve etter dens kjemiske egenskaper, krystallografisk orientering, elektronisk struktur, elektronisk faseskift av prøven, og generelt ved absorpsjon av elektroner.
Den første TEM ble utviklet av Max Knorr og Ernst Ruska i 1931, denne forskergruppen utviklet den første TEM med en oppløsning hinsides synlig lys i 1933, og den første kommersielle TEM i 1939 suksess.
Stor TEM
Storskala transmisjonselektronmikroskop (konvensjonell TEM) bruker vanligvis 80-300kV elektronstråleakselerasjonsspenning. Ulike modeller tilsvarer forskjellige elektronstråleakselerasjonsspenninger. Oppløsningen er relatert til elektronstråleakselerasjonsspenningen, som kan nå 0.2-0.1nm. High-end modeller kan oppnå atom-nivå skille.
Lavspent TEM
Elektronstråleakselerasjonsspenningen (5kV) som brukes i lavspennings-TEM (Low-Voltage elektronmikroskop, LVEM) er mye lavere enn den for store TEM. En lavere akselerasjonsspenning vil øke styrken til interaksjonen mellom elektronstrålen og prøven, og dermed forbedre bildekontrasten og kontrasten, spesielt egnet for prøver som polymerer og biologi; samtidig vil lavspenningstransmisjonselektronmikroskopet forårsake mindre skade på prøven.
Oppløsningen er lavere enn for det store elektronmikroskopet, 1-2nm. På grunn av lavspenningen kan TEM, SEM og STEM kombineres i en enhet
Cryo-EM
Kryomikroskopi er vanligvis utstyrt med prøvefryseutstyr på det vanlige transmisjonselektronmikroskopet for å avkjøle prøven til temperaturen til flytende nitrogen (77K), som brukes til å observere temperaturfølsomme prøver som proteiner og biologiske skiver. Ved å fryse prøven kan skaden av elektronstrålen på prøven reduseres, prøvens deformasjon kan reduseres, og en mer realistisk prøveform kan oppnås.
