Overzicht transmissie-elektronenmicroscopie
Transmissie-elektronenmicroscoop (afgekort TEM) kan fijne structuren zien die kleiner zijn dan 0.2um die niet duidelijk te zien zijn onder optische microscopen. Deze structuren worden submicrostructuren of ultrastructuren genoemd. Om deze structuren duidelijk te zien, is het noodzakelijk om een lichtbron met een kortere golflengte te kiezen om de resolutie van de microscoop te verbeteren.
Invoering
Het afbeeldingsprincipe van een elektronenmicroscoop en een optische microscoop is in wezen hetzelfde, het verschil is dat de eerstgenoemde een elektronenbundel als lichtbron en een elektromagnetisch veld als lens gebruikt. Omdat het penetratievermogen van de elektronenbundel erg zwak is, moet bovendien het monster dat voor de elektronenmicroscoop wordt gebruikt, worden gemaakt in een ultradunne sectie met een dikte van ongeveer 50 nm. Deze plak moet worden gemaakt met een ultramicrotoom. De vergroting van de elektronenmicroscoop kan oplopen tot bijna een miljoen keer. Het bestaat uit vijf delen: verlichtingssysteem, beeldvormingssysteem, vacuümsysteem, opnamesysteem en voedingssysteem. Als het is onderverdeeld: het grootste deel is het elektronische lens- en beeldregistratiesysteem. Elektronenkanonnen, condensorspiegels, monsterkamers, objectieflenzen, diffractiespiegels, tussenspiegels, projectiespiegels, fluorescerende schermen en camera's in vacuüm.
Een elektronenmicroscoop is een microscoop die elektronen gebruikt om de binnenkant of het oppervlak van een object te onthullen. De golflengte van snelle elektronen is korter dan die van zichtbaar licht (golf-deeltjes dualiteit), en de resolutie van de microscoop wordt beperkt door de golflengte die hij gebruikt. Daarom is de theoretische resolutie van de elektronenmicroscoop (ongeveer 0.1 nanometer) veel hoger dan die van de optische microscoop. snelheid (ongeveer 200 nm).
Transmissie-elektronenmicroscoop (afgekort TEM), transmissie-elektronenmicroscoop genoemd [1], is om de versnelde en geconcentreerde elektronenbundel op een zeer dun monster te projecteren, en de elektronen botsen met de atomen in het monster om de richting te veranderen, waardoor het produceren van ruimtehoekverstrooiing. . De grootte van de verstrooiingshoek is gerelateerd aan de dichtheid en dikte van het monster, zodat afbeeldingen met verschillende helderheid en donkerheid kunnen worden gevormd en de afbeeldingen worden weergegeven op beeldvormingsapparaten (zoals fluorescerende schermen, films en lichtgevoelige koppelingscomponenten) na inzoomen en scherpstellen.
Vanwege de zeer korte de Broglie-golflengte van het elektron, is de resolutie van de transmissie-elektronenmicroscoop veel hoger dan die van de optische microscoop, die 0.1-0.2nm kan bereiken, en de vergroting is tienduizenden tot miljoenen keren. Daarom kan het gebruik van transmissie-elektronenmicroscopie worden gebruikt om de fijne structuur van monsters te observeren, zelfs de structuur van slechts een enkele kolom atomen, die tienduizenden keren kleiner is dan de kleinste structuur die kan worden waargenomen door optische microscopie. TEM is een belangrijke analytische methode op veel wetenschappelijke gebieden die verband houden met natuurkunde en biologie, zoals kankeronderzoek, virologie, materiaalkunde, evenals nanotechnologie, halfgeleideronderzoek, enz.
Bij lage vergrotingen is het contrast in TEM-beeldvorming voornamelijk te wijten aan de verschillende absorptie van elektronen als gevolg van de verschillende dikte en samenstelling van het materiaal. Wanneer de vergrotingsveelvoud hoog is, zullen complexe fluctuaties verschillen in de helderheid van het beeld veroorzaken, dus professionele kennis is vereist om het verkregen beeld te analyseren. Door de verschillende TEM-modi te gebruiken, is het mogelijk een monster af te beelden op basis van zijn chemische eigenschappen, kristallografische oriëntatie, elektronische structuur, elektronische faseverschuiving door het monster en in het algemeen door absorptie van elektronen.
De eerste TEM werd ontwikkeld door Max Knorr en Ernst Ruska in 1931, deze onderzoeksgroep ontwikkelde in 1933 de eerste TEM met een resolutie voorbij zichtbaar licht en de eerste commerciële TEM in 1939 met succes.
Grote TEM
Grootschalige transmissie-elektronenmicroscopen (conventionele TEM) gebruiken over het algemeen 80-300kV elektronenbundelversnellingsspanning. Verschillende modellen komen overeen met verschillende versnellingsspanningen van de elektronenbundel. De resolutie is gerelateerd aan de versnellingsspanning van de elektronenbundel, die kan oplopen tot 0.2-0.1nm. Hoogwaardige modellen kunnen onderscheid maken op atomair niveau.
Laagspanning TEM
De versnellingsspanning van de elektronenbundel (5 kV) die wordt gebruikt in de kleine TEM met laag voltage (laagspanningselektronenmicroscoop, LVEM) is veel lager dan die van de grote TEM. Een lagere versnellingsspanning zal de sterkte van de interactie tussen de elektronenstraal en het monster verbeteren, waardoor het beeldcontrast en het contrast worden verbeterd, vooral geschikt voor monsters zoals polymeren en biologie; tegelijkertijd zal de laagspanningstransmissie-elektronenmicroscoop minder schade aan het monster veroorzaken.
De resolutie is lager dan die van de grote elektronenmicroscoop, 1-2nm. Door de lage spanning kunnen TEM, SEM en STEM gecombineerd worden in één apparaat
Cryo-EM
Cryomicroscopie is meestal uitgerust met apparatuur voor het invriezen van monsters op de gewone transmissie-elektronenmicroscoop om het monster af te koelen tot de temperatuur van vloeibare stikstof (77K), die wordt gebruikt om temperatuurgevoelige monsters zoals eiwitten en biologische plakjes te observeren. Door het monster te bevriezen, kan de schade aan het monster door de elektronenbundel worden verminderd, kan de vervorming van het monster worden verminderd en kan een meer realistische vorm van het monster worden verkregen.
