Caratteristiche operative della microscopia elettronica a trasmissione
introduzione
Il principio di imaging del microscopio elettronico e del microscopio ottico è sostanzialmente lo stesso, la differenza è che il primo utilizza il fascio di elettroni come sorgente luminosa e il campo elettromagnetico come lente. Inoltre, poiché il potere di penetrazione del fascio di elettroni è molto debole, il campione utilizzato per il microscopio elettronico deve essere realizzato in una sezione ultrasottile con uno spessore di circa 50 nm. Questa fetta deve essere realizzata con un ultramicrotomo. L'ingrandimento del microscopio elettronico può raggiungere quasi un milione di volte. Si compone di cinque parti: sistema di illuminazione, sistema di imaging, sistema di vuoto, sistema di registrazione e sistema di alimentazione. Se è suddiviso: la parte principale è l'obiettivo elettronico e il sistema di registrazione delle immagini. Cannoni elettronici, specchi condensatori, camere campione, lenti obiettivo, specchi di diffrazione, specchi intermedi, specchi di proiezione, schermi fluorescenti e telecamere nel vuoto.
Un microscopio elettronico è un microscopio che utilizza gli elettroni per rivelare l'interno o la superficie di un oggetto. La lunghezza d'onda degli elettroni ad alta velocità è più corta di quella della luce visibile (dualismo onda-particella) e la risoluzione del microscopio è limitata dalla lunghezza d'onda che utilizza. Pertanto, la risoluzione teorica del microscopio elettronico (circa 0.1 nanometri) è molto più alta di quella del microscopio ottico. velocità (circa 200 nm).
Il microscopio elettronico a trasmissione (TEM in breve), denominato microscopio elettronico a trasmissione [1], proietta il fascio di elettroni accelerato e concentrato su un campione molto sottile e gli elettroni si scontrano con gli atomi nel campione per cambiare la direzione, quindi produrre scattering ad angolo solido. . La dimensione dell'angolo di diffusione è correlata alla densità e allo spessore del campione, quindi è possibile formare immagini con luminosità e oscurità diverse e le immagini verranno visualizzate su dispositivi di imaging (come schermi fluorescenti, pellicole e componenti di accoppiamento fotosensibili) dopo aver ingrandito e messo a fuoco.
A causa della brevissima lunghezza d'onda di de Broglie dell'elettrone, la risoluzione del microscopio elettronico a trasmissione è molto più alta di quella del microscopio ottico, che può raggiungere 0.1-0.2nm, e l'ingrandimento è decine di migliaia a milioni di volte. Pertanto, l'uso della microscopia elettronica a trasmissione può essere utilizzato per osservare la struttura fine dei campioni, anche la struttura di una sola colonna di atomi, che è decine di migliaia di volte più piccola della struttura più piccola che può essere osservata mediante microscopia ottica. TEM è un metodo analitico importante in molti campi scientifici legati alla fisica e alla biologia, come la ricerca sul cancro, la virologia, la scienza dei materiali, nonché la nanotecnologia, la ricerca sui semiconduttori, ecc.
A bassi ingrandimenti, il contrasto nell'imaging TEM è dovuto principalmente al diverso assorbimento di elettroni dovuto al diverso spessore e composizione del materiale. Quando l'ingrandimento multiplo è elevato, fluttuazioni complesse causeranno differenze nella luminosità dell'immagine, pertanto è necessaria una conoscenza professionale per analizzare l'immagine ottenuta. Utilizzando le diverse modalità di TEM, è possibile visualizzare un campione in base alle sue proprietà chimiche, orientamento cristallografico, struttura elettronica, sfasamento elettronico da parte del campione e generalmente mediante assorbimento di elettroni.
Il primo TEM è stato sviluppato da Max Knorr ed Ernst Ruska nel 1931, questo gruppo di ricerca ha sviluppato il primo TEM con una risoluzione oltre la luce visibile nel 1933 e il primo TEM commerciale nel 1939 ha avuto successo.
Tem grande
I microscopi elettronici a trasmissione su larga scala (TEM convenzionali) utilizzano generalmente una tensione di accelerazione del fascio di elettroni 80-300kV. Diversi modelli corrispondono a diverse tensioni di accelerazione del fascio di elettroni. La risoluzione è correlata alla tensione di accelerazione del fascio di elettroni, che può raggiungere 0.2-0.1nm. I modelli di fascia alta possono ottenere una distinzione a livello atomico.
TEM a bassa tensione
La tensione di accelerazione del fascio di elettroni (5kV) utilizzata nel piccolo TEM (microscopio elettronico a bassa tensione, LVEM) a bassa tensione è molto inferiore a quella del grande TEM. Una tensione di accelerazione inferiore migliorerà la forza dell'interazione tra il fascio di elettroni e il campione, migliorando così il contrasto e il contrasto dell'immagine, particolarmente adatto per campioni come polimeri e biologia; allo stesso tempo, il microscopio elettronico a trasmissione a bassa tensione causerà meno danni al campione.
La risoluzione è inferiore a quella del grande microscopio elettronico, 1-2nm. A causa della bassa tensione, TEM, SEM e STEM possono essere combinati in un unico dispositivo
Cryo-EM
La criomicroscopia è solitamente dotata di apparecchiature per il congelamento del campione sul normale microscopio elettronico a trasmissione per raffreddare il campione alla temperatura dell'azoto liquido (77K), che viene utilizzato per osservare campioni sensibili alla temperatura come proteine e fette biologiche. Congelando il campione, è possibile ridurre il danno del fascio di elettroni al campione, ridurre la deformazione del campione e ottenere una forma del campione più realistica.
