www.wikidata.uk-ua.nina.az

Трансмісійний електронний мікроскоп Просвічуючий електронний мікроскоп ТЕМ TEM англ transmission electron microscope вид

Трансмісійний електронний мікроскоп

Трансмісійний електронний мікроскоп (Просвічуючий електронний мікроскоп, ТЕМ — TEM — англ. transmission electron microscope) — вид електронного мікроскопа який дозволяє отримувати пряме зображення об'єкта за допомогою електронного променя. Техніка просвічення електронами (трансмісії) тонких об'єктів дозволяє отримувати розділення до 0,08 нм, а при використанні техніки електронного коректування аберації — ТЕАМ (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) отримувати розділення і 0,05 нм.

Перший трансмісійний електронний мікроскоп у Deutsches Museum в Мюнхені

Теоретичні основи Редагувати

За правилом Аббе межа розділення двох точок в оптичному мікроскопі залежить від довжини хвилі світла , значення показника заломлення та половини кута відкривання об'єктива: .

де NA = .

За цим законом роздільна здатність оптичного мікроскопа обмежена довжиною хвилі видимого спектра світла (400—700 нм). Однак використовуючи електрони як «джерело світла», та фіксуючи картину на спеціальному екрані можливо у багато разів збільшити роздільну здатність. Довжина хвилі електрона залежить від його швидкості та створеної для його прискорення різниці потенціалів (напруги)

де ,, та кеВ є відповідно стала Планка, заряд, маса і енергія спокою електрона. Отже за цією формулою можна знайти довжину хвилі електрона відносно робочої напруги:

U (кВ) v/c (пм)
100 0,548 3,70
300 0,776 1,97
1000 0,941 0,87

Принцип роботи Редагувати

Схематичне зображення трансмісійного електронного мікроскопа
Трансмісійний електронний мікроскоп

У трансмісійному електронному мікроскопі електрони проходять через об'єкт, який для цього дослідження має бути достатньо тонким. Часто достатня товщина від декількох нанометрів до мікрометра, що залежить від порядкового номера атомів, що входять до складу об'єкта та величини напруги для прискорення електронів. У камері мікроскопа має бути високий вакуум (10−7 мБар), для усунення взаємодії електронів з молекулами повітря. Для усунення домішок і створення високого вакууму камеру додатково обладнують посудиною охолодженою рідким азотом, як для конденсації домішок так і для охолодження детектора аналізу спектра рентгенівського випромінювання. Типові напруги складають від 80 кВ до 400 кВ, хоча напруги нижчі від 200 кВ використовують для біологічних об'єктів. Чим нижча напруга і вище порядкове число атомів, тим тоншим має бути об'єкт. Пучок електронів виходить з джерела катода — електронної гармати (як правило LaB6) і прискорюється високою напругою, при цьому для управління пучком використовується система магніто-електричних конденсорів-лінз таким чином, щоб він попадав паралельно на вибрану ділянку об'єкта.

При попаданні на об'єкт частина електронів розсіюється в залежності від порядкового номера елементу чи його оточення в кристалічній структурі. За допомогою діафрагми пропускаються не розсіяні електрони та на екрані (також на фотоплівці або CCD сенсорі за певною технікою) отримується пряме зображення реальної структури, яке можна використовувати для інтерпретації або розрахунків.

Аналізуючи енергетичний спектр емісії рентгенівського випромінювання (англ. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX), що утворюється при взаємодії електронного пучка та атомів об'єкта, додатково вивчають також і його склад.

Електронна дифракція аустеніту отримана на трансмісійному електронному мікроскопі
Розрахована структура сполуки (зверху) та реальна картина структури кристалічного тіла знята при різних фокусних відстанях на трансмісійному електроннму мікроскопі та симульована (виділено) за допомогою перетворення Фур'є

Змінюючи фокусну площину об'єктиву лінз отримують картину електронної дифракції ділянки кристалічного тіла, що дозволяє визначати його кристалічну структуру.

Трансмісійний електронний мікроскоп складається з:

Формування зображення Редагувати

Формування зображення (контрастне зображення) в значній мірі залежить від режиму роботи ТЕМу. Комплекс методів візуалізації, які використовують унікальну можливість зміни зображення лінзи або можливість відключення об'єктива, дозволена для багатьох режимів роботи. Ці режими можуть бути використані для добування інформації, яка представляє особливий інтерес для дослідника.

Зображення в світлому полі Редагувати

Найпоширенішим режимом роботи ТЕМ є світлий режим візуалізації поля. У цьому режимі особливістю є те, якщо їх розглядати класично, що зображення формується безпосередньо із закупорки і поглинання електронів у зразку. Товстіші регіони зразка, або регіони з великим атомним номером зобразяться темними, в той час як регіони, без зразка у напрямку проходження променя з'являться яскравим (світлим) - звідси і термін "світлому полі". Зображення, по суті вважається простою двовимірною проєкцією зразка до оптичної осі, і в першому наближенні може бути змодельована за допомогою закону Бера, складніший аналіз вимагаює моделювання зразка включаючи фазову інформацію.

Зображення у темному полі Редагувати

Зразки можуть проявляти дифракційний контраст, при якому пучок електронів зазнає Брегівське розсіювання, який у разі кристалічного зразка, розсіює електрони на окремі місця в задній фокальній площині. Якщо розмістити отвори в задній фокальній площині, тобто апертура об'єкту, бажане Брегівське відображення може бути обране (або виключене), таким чином тільки та частина зразка яка спричиняє розсіяння електронів на відповідні зображення буде відображатися (проектувати зображення) на екран. Якщо зображення які вибираються не включають нерозсіяних променів (які з'являться до у фокусі об'єктива), то зображення буде виглядати темним там де не відбувається розсіювання на зразку по відношенню до вибраного піку. Це називається зображенням у темному полі.

Біологічні об'єкти Редагувати

Мікрофотографія зрізу клітини Bacillus subtilis, зроблена за допомогою Tecnai T-12 TEM. Шкала 200 нм.

Для біологічних об'єктів необхідно проводити спеціальну підготовку, яка залежить від поставлених завдань:

  • Фіксування об'єкта — використовують ґлютаральдегід (CH2(CH2CHO)2) для фіксування та тетроксид осмію для теж для фіксування та фарбування ліпідів
  • Кріофіксація — шокове замороження об'єкта рідким етаном при −135 °C, при цьому вода не кристалізується, а утворює склоподібний лід.
  • Дегідрація — заміщення води у об'єкті етанолом або ацетоном.
  • Фіксування об'єкта у акрилових смолах.
  • Секціонування — розділення на тонкі шари (розрізанням)
  • Використання важких атомів для концентрації в певних ділянках — збільшення таким чином контрасту.
  • High-Pressure-Freezing (HPF) — замороження при високому тиску. Використовують у електронній мікроскопії імунної системи.

Примітки Редагувати

  1. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung, в Archiv für mikroskopische Anatomie, vol. 9, 1873, p. 413—468 (нім.)

Див. також Редагувати

Ця стаття не містить посилань на джерела. Ви можете допомогти поліпшити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено. (липень 2016)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Transmisijnij elektronnij mikroskop Prosvichuyuchij elektronnij mikroskop TEM TEM angl transmission electron microscope vid elektronnogo mikroskopa yakij dozvolyaye otrimuvati pryame zobrazhennya ob yekta za dopomogoyu elektronnogo promenya Tehnika prosvichennya elektronami transmisiyi tonkih ob yektiv dozvolyaye otrimuvati rozdilennya do 0 08 nm a pri vikoristanni tehniki elektronnogo korektuvannya aberaciyi TEAM Transmission Electron Aberration corrected Microscope otrimuvati rozdilennya i 0 05 nm Pershij transmisijnij elektronnij mikroskop u Deutsches Museum v Myunheni Zmist 1 Teoretichni osnovi 2 Princip roboti 3 Formuvannya zobrazhennya 3 1 Zobrazhennya v svitlomu poli 3 2 Zobrazhennya u temnomu poli 4 Biologichni ob yekti 5 Primitki 6 Div takozhTeoretichni osnovi RedaguvatiZa pravilom Abbe 1 mezha rozdilennya dvoh tochok d displaystyle d nbsp v optichnomu mikroskopi zalezhit vid dovzhini hvili svitla l displaystyle lambda nbsp znachennya pokaznika zalomlennya n displaystyle n nbsp ta polovini kuta vidkrivannya ob yektiva a displaystyle alpha nbsp d l 2 n sin a l 2 NA displaystyle d frac lambda 2 n sin alpha frac lambda 2 textrm NA nbsp de NA n sin a displaystyle n sin alpha nbsp Za cim zakonom rozdilna zdatnist optichnogo mikroskopa obmezhena dovzhinoyu hvili vidimogo spektra svitla 400 700 nm Odnak vikoristovuyuchi elektroni yak dzherelo svitla ta fiksuyuchi kartinu na specialnomu ekrani mozhlivo u bagato raziv zbilshiti rozdilnu zdatnist Dovzhina hvili elektrona zalezhit vid jogo shvidkosti ta stvorenoyi dlya jogo priskorennya riznici potencialiv naprugi l e h 2 m 0 e U 1 e U 2 E 0 displaystyle lambda e frac h sqrt 2m 0 eU 1 frac eU 2E 0 nbsp de h displaystyle h nbsp e displaystyle e nbsp m 0 displaystyle m 0 nbsp ta E 0 m 0 c 2 511 displaystyle E 0 m 0 c 2 511 nbsp keV ye vidpovidno stala Planka zaryad masa i energiya spokoyu elektrona Otzhe za ciyeyu formuloyu mozhna znajti dovzhinu hvili elektrona vidnosno robochoyi naprugi U kV v c l displaystyle lambda nbsp pm 100 0 548 3 70300 0 776 1 971000 0 941 0 87Princip roboti Redaguvati nbsp Shematichne zobrazhennya transmisijnogo elektronnogo mikroskopa nbsp Transmisijnij elektronnij mikroskopU transmisijnomu elektronnomu mikroskopi elektroni prohodyat cherez ob yekt yakij dlya cogo doslidzhennya maye buti dostatno tonkim Chasto dostatnya tovshina vid dekilkoh nanometriv do mikrometra sho zalezhit vid poryadkovogo nomera atomiv sho vhodyat do skladu ob yekta ta velichini naprugi dlya priskorennya elektroniv U kameri mikroskopa maye buti visokij vakuum 10 7 mBar dlya usunennya vzayemodiyi elektroniv z molekulami povitrya Dlya usunennya domishok i stvorennya visokogo vakuumu kameru dodatkovo obladnuyut posudinoyu oholodzhenoyu ridkim azotom yak dlya kondensaciyi domishok tak i dlya oholodzhennya detektora analizu spektra rentgenivskogo viprominyuvannya Tipovi naprugi skladayut vid 80 kV do 400 kV hocha naprugi nizhchi vid 200 kV vikoristovuyut dlya biologichnih ob yektiv Chim nizhcha napruga i vishe poryadkove chislo atomiv tim tonshim maye buti ob yekt Puchok elektroniv vihodit z dzherela katoda elektronnoyi garmati yak pravilo LaB6 i priskoryuyetsya visokoyu naprugoyu pri comu dlya upravlinnya puchkom vikoristovuyetsya sistema magnito elektrichnih kondensoriv linz takim chinom shob vin popadav paralelno na vibranu dilyanku ob yekta Pri popadanni na ob yekt chastina elektroniv rozsiyuyetsya v zalezhnosti vid poryadkovogo nomera elementu chi jogo otochennya v kristalichnij strukturi Za dopomogoyu diafragmi propuskayutsya ne rozsiyani elektroni ta na ekrani takozh na fotoplivci abo CCD sensori za pevnoyu tehnikoyu otrimuyetsya pryame zobrazhennya realnoyi strukturi yake mozhna vikoristovuvati dlya interpretaciyi abo rozrahunkiv Analizuyuchi energetichnij spektr emisiyi rentgenivskogo viprominyuvannya angl Energy Dispersive X ray Spectroscopy EDX sho utvoryuyetsya pri vzayemodiyi elektronnogo puchka ta atomiv ob yekta dodatkovo vivchayut takozh i jogo sklad nbsp Elektronna difrakciya austenitu otrimana na transmisijnomu elektronnomu mikroskopi nbsp Rozrahovana struktura spoluki zverhu ta realna kartina strukturi kristalichnogo tila znyata pri riznih fokusnih vidstanyah na transmisijnomu elektronnmu mikroskopi ta simulovana vidileno za dopomogoyu peretvorennya Fur yeZminyuyuchi fokusnu ploshinu ob yektivu linz otrimuyut kartinu elektronnoyi difrakciyi dilyanki kristalichnogo tila sho dozvolyaye viznachati jogo kristalichnu strukturu Transmisijnij elektronnij mikroskop skladayetsya z elektronnoyi garmati dzherela elektroniv sistemi magnitnih linz sistemi detektuvannya elektronivFormuvannya zobrazhennya RedaguvatiFormuvannya zobrazhennya kontrastne zobrazhennya v znachnij miri zalezhit vid rezhimu roboti TEMu Kompleks metodiv vizualizaciyi yaki vikoristovuyut unikalnu mozhlivist zmini zobrazhennya linzi abo mozhlivist vidklyuchennya ob yektiva dozvolena dlya bagatoh rezhimiv roboti Ci rezhimi mozhut buti vikoristani dlya dobuvannya informaciyi yaka predstavlyaye osoblivij interes dlya doslidnika Zobrazhennya v svitlomu poli Redaguvati Najposhirenishim rezhimom roboti TEM ye svitlij rezhim vizualizaciyi polya U comu rezhimi osoblivistyu ye te yaksho yih rozglyadati klasichno sho zobrazhennya formuyetsya bezposeredno iz zakuporki i poglinannya elektroniv u zrazku Tovstishi regioni zrazka abo regioni z velikim atomnim nomerom zobrazyatsya temnimi v toj chas yak regioni bez zrazka u napryamku prohodzhennya promenya z yavlyatsya yaskravim svitlim zvidsi i termin svitlomu poli Zobrazhennya po suti vvazhayetsya prostoyu dvovimirnoyu proyekciyeyu zrazka do optichnoyi osi i v pershomu nablizhenni mozhe buti zmodelovana za dopomogoyu zakonu Bera skladnishij analiz vimagayuye modelyuvannya zrazka vklyuchayuchi fazovu informaciyu Zobrazhennya u temnomu poli Redaguvati Zrazki mozhut proyavlyati difrakcijnij kontrast pri yakomu puchok elektroniv zaznaye Bregivske rozsiyuvannya yakij u razi kristalichnogo zrazka rozsiyuye elektroni na okremi miscya v zadnij fokalnij ploshini Yaksho rozmistiti otvori v zadnij fokalnij ploshini tobto apertura ob yektu bazhane Bregivske vidobrazhennya mozhe buti obrane abo viklyuchene takim chinom tilki ta chastina zrazka yaka sprichinyaye rozsiyannya elektroniv na vidpovidni zobrazhennya bude vidobrazhatisya proektuvati zobrazhennya na ekran Yaksho zobrazhennya yaki vibirayutsya ne vklyuchayut nerozsiyanih promeniv yaki z yavlyatsya do u fokusi ob yektiva to zobrazhennya bude viglyadati temnim tam de ne vidbuvayetsya rozsiyuvannya na zrazku po vidnoshennyu do vibranogo piku Ce nazivayetsya zobrazhennyam u temnomu poli Biologichni ob yekti Redaguvati nbsp Mikrofotografiya zrizu klitini Bacillus subtilis zroblena za dopomogoyu Tecnai T 12 TEM Shkala 200 nm Dlya biologichnih ob yektiv neobhidno provoditi specialnu pidgotovku yaka zalezhit vid postavlenih zavdan Fiksuvannya ob yekta vikoristovuyut glyutaraldegid CH2 CH2CHO 2 dlya fiksuvannya ta tetroksid osmiyu dlya tezh dlya fiksuvannya ta farbuvannya lipidiv Kriofiksaciya shokove zamorozhennya ob yekta ridkim etanom pri 135 C pri comu voda ne kristalizuyetsya a utvoryuye sklopodibnij lid Degidraciya zamishennya vodi u ob yekti etanolom abo acetonom Fiksuvannya ob yekta u akrilovih smolah Sekcionuvannya rozdilennya na tonki shari rozrizannyam Vikoristannya vazhkih atomiv dlya koncentraciyi v pevnih dilyankah zbilshennya takim chinom kontrastu High Pressure Freezing HPF zamorozhennya pri visokomu tisku Vikoristovuyut u elektronnij mikroskopiyi imunnoyi sistemi Primitki Redaguvati Beitrage zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung v Archiv fur mikroskopische Anatomie vol 9 1873 p 413 468 nim Div takozh RedaguvatiElektronnij mikroskop Difrakciya elektronivCya stattya ne mistit posilan na dzherela Vi mozhete dopomogti polipshiti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno lipen 2016 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Transmisijnij elektronnij mikroskop amp oldid 38576397