מאפייני הפעלה של מיקרוסקופ אלקטרון שידור
מבוא
עקרון ההדמיה של מיקרוסקופ אלקטרוני ומיקרוסקופ אופטי הוא בעצם זהה, ההבדל הוא שהראשון משתמש בקרן אלקטרונים כמקור אור ובשדה אלקטרומגנטי כעדשה. בנוסף, מכיוון שכוח החדירה של קרן האלקטרונים חלש מאוד, יש להפוך את הדגימה המשמשת למיקרוסקופ האלקטרונים לחתך דק במיוחד בעובי של כ-50 ננומטר. פרוסה זו צריכה להיעשות עם אולטרה-מיקרוטום. ההגדלה של מיקרוסקופ האלקטרונים יכולה להגיע עד פי מיליון כמעט. הוא מורכב מחמישה חלקים: מערכת תאורה, מערכת הדמיה, מערכת ואקום, מערכת הקלטה ומערכת אספקת חשמל. אם זה מחולק: החלק העיקרי הוא העדשה האלקטרונית ומערכת הקלטת הדמיה. רובי אלקטרונים, מראות מעבה, תאי מדגם, עדשות אובייקטיביות, מראות עקיפה, מראות ביניים, מראות הקרנה, מסכי פלורסנט ומצלמות בוואקום.
מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מיקרוסקופ המשתמש באלקטרונים כדי לחשוף את הפנים או פני השטח של עצם. אורך הגל של אלקטרונים במהירות גבוהה קצר מזה של האור הנראה (דואליות גל חלקיקי), והרזולוציה של המיקרוסקופ מוגבלת באורך הגל שבו הוא משתמש. לכן, הרזולוציה התיאורטית של מיקרוסקופ האלקטרונים (בערך 0.1 ננומטר) גבוהה בהרבה מזו של המיקרוסקופ האופטי. קצב (כ-200 ננומטר).
מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (בקיצור TEM), המכונה מיקרוסקופ אלקטרונים העברה [1], נועד להקרין את קרן האלקטרונים המואצת והמרוכזת על דגימה דקה מאוד, והאלקטרונים מתנגשים באטומים בדגימה כדי לשנות את הכיוון, ובכך ייצור פיזור זווית מוצקה. . גודל זווית הפיזור קשור לצפיפות ולעובי המדגם, כך שניתן ליצור תמונות בעלות בהירות וכהות שונים, והתמונות יוצגו על גבי מכשירי הדמיה (כגון מסכי ניאון, סרטים ורכיבי צימוד רגישים לאור). לאחר התקרבות והתמקדות.
בשל אורך הגל הקצר מאוד של דה-ברוגלי של האלקטרון, הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה גבוהה בהרבה מזו של המיקרוסקופ האופטי, שיכול להגיע ל-0.1-0.2nm, וההגדלה היא עשרות אלפים עד מיליוני פעמים. לכן, ניתן להשתמש במיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת כדי לצפות במבנה העדין של דגימות, אפילו במבנה של טור בודד של אטומים בלבד, הקטן עשרות אלפי מונים מהמבנה הקטן ביותר שניתן לראות במיקרוסקופיה אופטית. TEM היא שיטה אנליטית חשובה בתחומים מדעיים רבים הקשורים לפיזיקה וביולוגיה, כגון חקר סרטן, וירולוגיה, מדעי החומרים וכן ננוטכנולוגיה, חקר מוליכים למחצה וכו'.
בהגדלות נמוכות, הניגודיות בהדמיית TEM נובעת בעיקר מהספיגה השונה של אלקטרונים עקב העובי וההרכב השונים של החומר. כאשר מכפיל ההגדלה גבוה, תנודות מורכבות יגרמו להבדלים בבהירות התמונה, ולכן נדרש ידע מקצועי לניתוח התמונה המתקבלת. על ידי שימוש במצבים השונים של TEM, ניתן לדמיין דגימה לפי התכונות הכימיות שלה, הכיוון הקריסטלוגרפי, המבנה האלקטרוני, הסטת פאזה אלקטרונית על ידי המדגם, ובדרך כלל על ידי קליטת אלקטרונים.
ה-TEM הראשון פותח על ידי מקס קנור וארנסט רוסקה ב-1931, קבוצת מחקר זו פיתחה את ה-TEM הראשון עם רזולוציה מעבר לאור הנראה ב-1933, ואת ה-TEM המסחרי הראשון ב-1939.
TEM גדול
מיקרוסקופי אלקטרונים שידור בקנה מידה גדול (TEM קונבנציונלי) משתמשים בדרך כלל במתח האצת קרן אלקטרונים של 80-300kV. מודלים שונים תואמים מתחי האצת אלומת אלקטרונים שונים. הרזולוציה קשורה למתח האצת קרן האלקטרונים, שיכול להגיע ל-0.2-0.1nm. מודלים מתקדמים יכולים להשיג הבחנה ברמה אטומית.
TEM במתח נמוך
מתח האצת קרן האלקטרונים (5kV) בשימוש ב-TEM הקטן במתח נמוך (Low-Voltage electron microscope, LVEM) נמוך בהרבה מזה של TEM הגדול. מתח האצה נמוך יותר ישפר את חוזק האינטראקציה בין אלומת האלקטרונים לדגימה, ובכך ישפר את הניגודיות והניגודיות של התמונה, מתאים במיוחד לדוגמאות כגון פולימרים וביולוגיה; יחד עם זאת, מיקרוסקופ האלקטרונים להעברת מתח נמוך יגרום פחות נזק לדגימה.
הרזולוציה נמוכה מזו של מיקרוסקופ האלקטרונים הגדול, 1-2nm. בשל המתח הנמוך, ניתן לשלב TEM, SEM ו-STEM במכשיר אחד
Cryo-EM
קריו-מיקרוסקופיה מצוידת בדרך כלל בציוד הקפאת דגימות במיקרוסקופ האלקטרוני ההולכה הרגיל כדי לקרר את הדגימה לטמפרטורה של חנקן נוזלי (77K), המשמש לצפייה בדגימות רגישות לטמפרטורה כגון חלבונים ופרוסות ביולוגיות. על ידי הקפאת המדגם, ניתן להפחית את הנזק של קרן האלקטרונים לדגימה, להפחית את העיוות של המדגם ולקבל צורת מדגם מציאותית יותר.
