Узнайте, как работает просвечивающий электронный микроскоп и как он используется для получения изображений образцов. История, теоретические основы, метод работы и преимущества.
Cодержание
Просве́чивающий (трансмиссио́нный) электро́нный микроско́п (ПЭМ, англ, TEM — transmission electron microscope) — устройство для получения изображения с помощью проходящего через образец пучка электронов.
История
Первый ПЭМ был создан немецкими инженерами-электронщиками Максом Кноллем и Эрнстом Руской 9 марта 1931 года. Первый пригодный для использования ПЭМ был построен Альбертом Пребусом и Дж. Хиллиером в университете Торонто (Канада) в 1938 году на основе принципов, предложенных ранее Кноллем и Руской. В 1986 году Эрнсту Руске за создание ПЭМ была присуждена Нобелевская премия.
Теоретические основы
Теоретически максимально возможное разрешение в оптическом микроскопе ограничено. В оптическом микроскопе принципиально не может быть получено разрешение чем немного менее длины волны освещающего света, так как показатель преломления не может быть очень большим, а синус угла всегда меньше 1. В начале XX века ученые обсуждали вопрос преодоления ограничений относительно большой длины волны видимого света путём использования пучка электронов, так как де-бройлевская длина волны электрона даже при не слишком больших его энергиях на много порядков меньше длины волны видимого света.
См. также
Метод работы
Просвечивающий электронный микроскоп работает путем просвечивания образца электронным пучком. Пучок электронов создается посредством термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии. Пучок электронов ускоряется высокой разностью потенциалов и пропускается через очень тонкий образец.
Неоднородное поглощение электронов разными участками образца создает двумерную картину распределения плотности прошедшего электронного потока. Прошедший через образец поток фокусируется на регистрирующей поверхности магнитными электронными линзами в увеличенном размере. В качестве регистрирующей поверхности могут быть использованы флуоресцентные экраны, покрытые слоем люминофора, фотоплёнка или фотопластинка, или приборы с зарядовой связью (на ПЗС-матрице). Например, на слое люминофора образуется светящееся видимое изображение.
Основные компоненты
В состав просвечивающего электронного микроскопа входят следующие компоненты:
- Электронный прожектор
- Система установки образца
- Оптическая система
- Детектор
- Электронный усилитель
- Система сбора и обработки данных
Преимущества просвечивающего электронного микроскопа
Просвечивающий электронный микроскоп обладает рядом преимуществ по сравнению с оптическими микроскопами:
- Высокая разрешающая способность позволяет получать изображения с очень высокой детализацией.
- Увеличение в миллионы раз позволяет изучать микроскопические объекты в мельчайших деталях.
- Возможность исследования ультратонких образцов с толщиной менее 0,1 мкм.
См. также
Виды электронной микроскопии
Существуют два основных вида электронной микроскопии:
Просвечивающая электронная микроскопия: В микроскопах, работающих по этой технологии, на объект воздействует пучок ускоренных электронов. Те электроны, которые образец не пропустит, будут отклоняться на небольшой угол. И те, которые пройдут через исследуемый объект с незначительными энергетическими потерями, попадают на магнитные линзы. В результате на фотопленке или люминесцентном экране формируется изображение внутренней структуры. Этот метод дает хорошие результаты при исследовании ультратонких образцов.
Сканирующая электронная микроскопия: В данном методе из электронного микроскопа исходит электронный пучок разной энергии, который фокусируется на поверхности объекта в виде пятна. Благодаря этому пятну и осуществляется сканирование всей поверхности объекта. При столкновении электронного пучка с поверхностью объекта, он немного проникает в нее, и происходит процесс эмиссии не только электронов, но и фотонов, которые попадают в электронно-лучевую трубку и преобразуются в изображение. Изображения могут быть получены за счет вторичных электронов, рассеянных электронов или рентгеновского излучения.
Что нам скажет Википедия?
Просве́чивающий (трансмиссио́нный) электро́нный микроско́п (ПЭМ, англ, TEM — transmission electron microscope) — устройство для получения изображения с помощью проходящего через образец пучка электронов.Отличается от других типов электронных микроскопов тем, что электронный пучок просвечивает образец, неоднородное поглощение электронов разными участками образца дает двумерную картину распределения плотности прошедшего электронного потока. Прошедший через образец поток затем фокусируется на регистрирующей поверхности магнитными электронными линзами (электронной оптикой) в увеличенном размере. В качестве регистрирующей поверхности применяют флуоресцентные экраны, покрытые слоем люминофора, фотоплёнку или фотопластинку, или приборы с зарядовой связью (на ПЗС-матрице). Например, на слое люминофора образуется светящееся видимое изображение.
Так как поток электронов сильно поглощается веществом, изучаемые образцы должны иметь очень маленькую толщину, так называемые ультратонкие образцы. Ультратонким считается образец толщиной менее 0,1 мкм.
Поток электронов в электронном микроскопе создаётся посредством термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии. В первом случае электроны испускаются раскалённой проволокой из вольфрама (см. нить накаливания) или раскалённым монокристаллом гексаборида лантана.
Испущенные электроны ускоряются высокой разностью потенциалов и «освещает» образец. Прошедший через образец поток пространственно модулирован по плотности электронного тока, в зависимости от «прозрачности» участков образца для электронов и далее фокусируется на регистрирующей поверхности электромагнитными (или в микроскопах с низким разрешением — электростатическими) линзами в многократно увеличенном размере.
В состав ПЭМ входят следующие компоненты:
- электронный прожектор;
- система установки образца;
- оптическая система;
- детектор;
- электронный усилитель;
- система сбора и обработки данных.
