Transmissionselektronmikroskopi Driftskarakteristika
Introduktion
Billedprincippet for elektronmikroskop og optisk mikroskop er grundlæggende det samme, forskellen er, at førstnævnte bruger elektronstråle som lyskilde og elektromagnetisk felt som linse. Fordi elektronstrålens gennemtrængende kraft er meget svag, skal prøven, der bruges til elektronmikroskopet, desuden laves til et ultratyndt snit med en tykkelse på omkring 50 nm. Denne skive skal laves med en ultramikrotom. Forstørrelsen af elektronmikroskopet kan nå op til næsten en million gange. Det består af fem dele: belysningssystem, billedbehandlingssystem, vakuumsystem, optagelsessystem og strømforsyningssystem. Hvis det er underopdelt: Hoveddelen er den elektroniske linse og billedoptagelsessystem. Elektronpistoler, kondensatorspejle, prøvekamre, objektivlinser, diffraktionsspejle, mellemspejle, projektionsspejle, fluorescerende skærme og kameraer i vakuum.
Et elektronmikroskop er et mikroskop, der bruger elektroner til at afsløre det indre eller overflade af et objekt. Bølgelængden af højhastighedselektroner er kortere end synligt lys (bølge-partikel-dualitet), og mikroskopets opløsning er begrænset af den bølgelængde, det bruger. Derfor er den teoretiske opløsning af elektronmikroskopet (ca. 0.1 nanometer) meget højere end det optiske mikroskops. hastighed (ca. 200 nm).
Transmissionselektronmikroskop (forkortet TEM), benævnt transmissionselektronmikroskop [1], skal projicere den accelererede og koncentrerede elektronstråle på en meget tynd prøve, og elektronerne kolliderer med atomerne i prøven for at ændre retningen, hvorved producerer spredning af solide vinkler. . Størrelsen af spredningsvinklen er relateret til prøvens tæthed og tykkelse, så billeder med forskellig lysstyrke og mørke kan dannes, og billederne vil blive vist på billedbehandlingsenheder (såsom fluorescerende skærme, film og lysfølsomme koblingskomponenter) efter at have zoomet ind og fokuseret.
På grund af elektronens meget korte de Broglie-bølgelængde er transmissionselektronmikroskopets opløsning meget højere end det optiske mikroskops, som kan nå 0.1-0.2nm, og forstørrelsen er titusinder til millioner af gange. Derfor kan brugen af transmissionselektronmikroskopi bruges til at observere den fine struktur af prøver, selv strukturen af kun en enkelt søjle af atomer, som er titusindvis af gange mindre end den mindste struktur, der kan observeres ved optisk mikroskopi. TEM er en vigtig analysemetode inden for mange videnskabelige områder relateret til fysik og biologi, såsom kræftforskning, virologi, materialevidenskab, samt nanoteknologi, halvlederforskning mv.
Ved lave forstørrelser skyldes kontrasten i TEM-billeddannelse hovedsageligt den forskellige absorption af elektroner på grund af materialets forskellige tykkelse og sammensætning. Når forstørrelsesmultiplen er høj, vil komplekse udsving forårsage forskelle i billedets lysstyrke, så professionel viden er påkrævet for at analysere det opnåede billede. Ved at bruge de forskellige TEM-tilstande er det muligt at afbilde en prøve ved dens kemiske egenskaber, krystallografiske orientering, elektroniske struktur, elektronisk faseforskydning af prøven og generelt ved absorption af elektroner.
Den første TEM blev udviklet af Max Knorr og Ernst Ruska i 1931, denne forskergruppe udviklede den første TEM med en opløsning hinsides synligt lys i 1933, og den første kommercielle TEM i 1939 succes.
Stor TEM
Storskala transmissionselektronmikroskoper (konventionel TEM) bruger generelt 80-300kV elektronstråleaccelerationsspænding. Forskellige modeller svarer til forskellige elektronstråleaccelerationsspændinger. Opløsningen er relateret til elektronstråleaccelerationsspændingen, som kan nå 0.2-0.1nm. Avancerede modeller kan opnå atom-niveau skelne.
Lavspænding TEM
Elektronstråleaccelerationsspændingen (5kV), der bruges i det lille TEM med lav spænding (Low-Voltage elektronmikroskop, LVEM) er meget lavere end det for det store TEM. En lavere accelerationsspænding vil øge styrken af interaktionen mellem elektronstrålen og prøven og derved forbedre billedkontrasten og kontrasten, især velegnet til prøver såsom polymerer og biologi; samtidig vil lavspændingstransmissionselektronmikroskopet forårsage mindre skade på prøven.
Opløsningen er lavere end det store elektronmikroskop, 1-2nm. På grund af den lave spænding kan TEM, SEM og STEM kombineres i én enhed
Cryo-EM
Kryomikroskopi er normalt udstyret med prøvefrysningsudstyr på det almindelige transmissionselektronmikroskop for at afkøle prøven til temperaturen af flydende nitrogen (77K), som bruges til at observere temperaturfølsomme prøver såsom proteiner og biologiske skiver. Ved at fryse prøven kan skaden af elektronstrålen på prøven reduceres, prøvens deformation kan reduceres, og en mere realistisk prøveform kan opnås.
