Επισκόπηση Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Μετάδοσης
Το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Μετάδοσης (TEM για συντομία) μπορεί να δει λεπτές δομές μικρότερες από 0,2um που δεν μπορούν να φανούν καθαρά κάτω από οπτικά μικροσκόπια. Αυτές οι δομές ονομάζονται υπομικροδομές ή υπερδομές. Για να δείτε αυτές τις δομές καθαρά, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια πηγή φωτός με μικρότερο μήκος κύματος για να βελτιώσετε την ανάλυση του μικροσκοπίου.
Εισαγωγή
Η αρχή απεικόνισης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και του οπτικού μικροσκοπίου είναι βασικά η ίδια, η διαφορά είναι ότι το πρώτο χρησιμοποιεί δέσμη ηλεκτρονίων ως πηγή φωτός και ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ως φακό. Επιπλέον, επειδή η διεισδυτική ισχύς της δέσμης ηλεκτρονίων είναι πολύ ασθενής, το δείγμα που χρησιμοποιείται για το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο πρέπει να κατασκευαστεί σε μια εξαιρετικά λεπτή τομή με πάχος περίπου 50 nm. Αυτή η φέτα πρέπει να γίνει με υπερμικρότομο. Η μεγέθυνση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μπορεί να φτάσει έως και σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές. Αποτελείται από πέντε μέρη: σύστημα φωτισμού, σύστημα απεικόνισης, σύστημα κενού, σύστημα εγγραφής και σύστημα τροφοδοσίας. Εάν υποδιαιρείται: το κύριο μέρος είναι ο ηλεκτρονικός φακός και το σύστημα εγγραφής απεικόνισης. Ηλεκτρονικά πιστόλια, κάτοπτρα συμπυκνωτή, θάλαμοι δειγμάτων, αντικειμενικοί φακοί, κάτοπτρα περίθλασης, ενδιάμεσοι καθρέφτες, καθρέφτες προβολής, οθόνες φθορισμού και κάμερες στο κενό.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι ένα μικροσκόπιο που χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια για να αποκαλύψει το εσωτερικό ή την επιφάνεια ενός αντικειμένου. Το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων υψηλής ταχύτητας είναι μικρότερο από αυτό του ορατού φωτός (δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου) και η ανάλυση του μικροσκοπίου περιορίζεται από το μήκος κύματος που χρησιμοποιεί. Επομένως, η θεωρητική ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου (περίπου 0,1 νανόμετρα) είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του οπτικού μικροσκοπίου. ρυθμός (περίπου 200 nm).
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM για συντομία), που αναφέρεται ως ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης [1], προβάλλει την επιταχυνόμενη και συγκεντρωμένη δέσμη ηλεκτρονίων σε ένα πολύ λεπτό δείγμα και τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα άτομα του δείγματος για να αλλάξουν την κατεύθυνση. παράγοντας σκέδαση συμπαγούς γωνίας. . Το μέγεθος της γωνίας σκέδασης σχετίζεται με την πυκνότητα και το πάχος του δείγματος, επομένως μπορούν να σχηματιστούν εικόνες με διαφορετική φωτεινότητα και σκοτάδι και οι εικόνες θα εμφανίζονται σε συσκευές απεικόνισης (όπως οθόνες φθορισμού, φιλμ και φωτοευαίσθητα εξαρτήματα ζεύξης) μετά από μεγέθυνση και εστίαση.
Λόγω του πολύ μικρού μήκους κύματος de Broglie του ηλεκτρονίου, η ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του οπτικού μικροσκοπίου, το οποίο μπορεί να φτάσει τα 0.1-0.2 nm και η μεγέθυνση είναι δεκάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια φορές. Επομένως, η χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση της λεπτής δομής των δειγμάτων, ακόμη και της δομής μιας μόνο στήλης ατόμων, η οποία είναι δεκάδες χιλιάδες φορές μικρότερη από τη μικρότερη δομή που μπορεί να παρατηρηθεί με οπτικό μικροσκόπιο. Το TEM είναι μια σημαντική αναλυτική μέθοδος σε πολλά επιστημονικά πεδία που σχετίζονται με τη φυσική και τη βιολογία, όπως η έρευνα για τον καρκίνο, η ιολογία, η επιστήμη των υλικών, καθώς και η νανοτεχνολογία, η έρευνα ημιαγωγών κ.λπ.
Σε χαμηλές μεγεθύνσεις, η αντίθεση στην απεικόνιση TEM οφείλεται κυρίως στη διαφορετική απορρόφηση ηλεκτρονίων λόγω του διαφορετικού πάχους και της σύστασης του υλικού. Όταν το πολλαπλάσιο της μεγέθυνσης είναι υψηλό, οι σύνθετες διακυμάνσεις θα προκαλέσουν διαφορές στη φωτεινότητα της εικόνας, επομένως απαιτείται επαγγελματική γνώση για την ανάλυση της λαμβανόμενης εικόνας. Χρησιμοποιώντας τους διαφορετικούς τρόπους του TEM, είναι δυνατή η απεικόνιση ενός δείγματος από τις χημικές του ιδιότητες, τον κρυσταλλογραφικό προσανατολισμό, την ηλεκτρονική δομή, την ηλεκτρονική μετατόπιση φάσης από το δείγμα και γενικά με την απορρόφηση ηλεκτρονίων.
Το πρώτο TEM αναπτύχθηκε από τους Max Knorr και Ernst Ruska το 1931, αυτή η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε το πρώτο TEM με ανάλυση πέρα από το ορατό φως το 1933 και το πρώτο εμπορικό TEM το 1939 με επιτυχία.
Μεγάλο TEM
Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης μεγάλης κλίμακας (συμβατικό TEM) χρησιμοποιούν γενικά τάση επιτάχυνσης δέσμης ηλεκτρονίων 80-300kV. Διαφορετικά μοντέλα αντιστοιχούν σε διαφορετικές τάσεις επιτάχυνσης δέσμης ηλεκτρονίων. Η ανάλυση σχετίζεται με την τάση επιτάχυνσης της δέσμης ηλεκτρονίων, η οποία μπορεί να φτάσει τα 0.2-0.1nm. Τα μοντέλα υψηλής τεχνολογίας μπορούν να επιτύχουν διάκριση ατομικού επιπέδου.
TEM χαμηλής τάσης
Η τάση επιτάχυνσης της δέσμης ηλεκτρονίων (5kV) που χρησιμοποιείται στο μικρό TEM χαμηλής τάσης (ηλεκτρονικό μικροσκόπιο χαμηλής τάσης, LVEM) είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του μεγάλου TEM. Μια χαμηλότερη τάση επιτάχυνσης θα ενισχύσει την ισχύ της αλληλεπίδρασης μεταξύ της δέσμης ηλεκτρονίων και του δείγματος, βελτιώνοντας έτσι την αντίθεση και την αντίθεση της εικόνας, ιδιαίτερα κατάλληλη για δείγματα όπως πολυμερή και βιολογία. Ταυτόχρονα, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης χαμηλής τάσης θα προκαλέσει λιγότερη ζημιά στο δείγμα.
Η ανάλυση είναι χαμηλότερη από αυτή του μεγάλου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, 1-2nm. Λόγω της χαμηλής τάσης, το TEM, το SEM και το STEM μπορούν να συνδυαστούν σε μία συσκευή
Cryo-EM
Η κρυομικροσκοπία είναι συνήθως εξοπλισμένη με εξοπλισμό κατάψυξης δειγμάτων στο συνηθισμένο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης για την ψύξη του δείγματος στη θερμοκρασία υγρού αζώτου (77K), το οποίο χρησιμοποιείται για την παρατήρηση δειγμάτων ευαίσθητων στη θερμοκρασία, όπως πρωτεΐνες και βιολογικές φέτες. Με την κατάψυξη του δείγματος, η ζημιά στο δείγμα από τη δέσμη ηλεκτρονίων μπορεί να μειωθεί, η παραμόρφωση του δείγματος μπορεί να μειωθεί και μπορεί να επιτευχθεί ένα πιο ρεαλιστικό σχήμα δείγματος.
