MIKROSKOP
ELEKTRONOWY
TRANSMISYJNY TME.

Mikroskop elektronowy transmisyjny TME
(Transmission Electron Microscope) jest
urządzeniem wykorzystującym do obrazowania
wiązkę elektronów. Mikroskop elektronowy
pozwala badać strukturę materii na poziomie
atomowym. Im większa energia elektronów tym
krótsza ich fala i większa rozdzielczość
mikroskopu.
Pierwszy mikroskop TME został skonstruowany
przez Ernst Ruska i Maksa Knollem w Berlinie w
roku 1931

W mikroskopach transmisyjnych jednocześnie

analizowany jest duży obszar powierzchni preparatu i
tworzony jest jego obraz. W mikroskopach
skaningowych w danym momencie analizowany jest
niewielki obszar, który jest traktowany jako punkt.
Tworzenie obrazu następuje poprzez zebranie
informacji z kolejno analizowanych punktów.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

Schemat budowy transmisyjnego mikroskopu elektronowego

K1, K2 – soczewki kondensorowe, P – preparat, Ob – soczewka obiektywowa,
P – soczewka pośrednia, Pr –soczewka projekcyjna, E – ekran pokryty
luminoforem, F – kaseta z fotograficznymi kliszami, V – zawory próżniowe

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Najważniejszym elementem mikroskopu elektronowego jest kolumna mikroskopu,

która zawiera działo elektronowe wytwarzające w wyniku termoemisji lub emisji
polowej wiązkę elektronów . Wstępnie uformowana wiązka elektronów w obszarze
pomiędzy katodą i anodą zostaje rozpędzona uzyskując energię: E = eU, gdzie e jest
ładunkiem elektronu, a U napięciem między katodą i anodą.
Zwiększenie napięcia pozwala na zwiększenie pędu elektronów, co zmniejsza
długości fali.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

Przykładowo, gdy napięcie
przyspieszające U= 300kV ,
wtedy długość fali
elektronów λ = 0,00197 nm.
Dla takiego napięcia
prędkość elektronów w
kolumnie mikroskopu
v=0,776c, gdzie c jest
prędkością światła w próżni.
Aby elektrony mogły
przebyć drogę od działa
elektronowego do ekranu
konieczne jest
utrzymywanie w kolumnie
bardzo dobrej próżni.

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Soczewkom optycznym odpowiada odpowiednio ukształtowane pole

magnetyczne zmieniające bieg elektronów w cewkach ogniskujących. Istotną
zaletą soczewek magnetycznych jest możliwość płynnej zmiany ich ogniskowych
poprzez regulację natężenia prądu przypływającego przez soczewkę.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

Gdy rozpędzona wiązka

elektronów pada na preparat
zachodzi szereg efektów. W
przypadku dostatecznie
cienkich preparatów część
elektronów przechodzi przez
preparat i jest
wykorzystywana w
transmisyjnych mikroskopach
elektronowych. Elektrony
mogą być odbite od
preparatu lub mogą wybijać z
preparatu elektrony zwane
wtórnymi. Te dwa rodzaje
elektronów wykorzystuje się
w mikroskopach odbiciowych.

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Elektrony padające na preparat mogą ponadto wzbudzać elektrony atomów

badanej próbki, które następnie emitują rentgenowskie promieniowanie
charakterystyczne dla atomów próbki.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Wiele mikroskopów elektronowych, zarówno transmisyjnych jak i

skaningowych, wyposażonych jest w spektrometry EDS (en: Energy
Dispersive X-Ray Spectroscopy), pozwalające na wykonanie analizy składu
chemicznego próbki.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Wiązka elektronowa po przejściu przez preparat może być kształtowana

podobnie jak promienie świetlne, z wykorzystaniem układu obiektyw - okular.
W przypadku elektronów zamiast szklanych elementów optycznych
wykorzystywane są cewki zmieniające bieg naładowanych cząstek. Mikroskop
może pracować w trybie obrazu wówczas wiązka tworzy obraz preparatu na
detektorze.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU

Mikroskop pracujący w trybie dyfrakcji może nie mieć cewek obiektywu i

okularu, obraz tworzą elektrony w wyniku zjawiska dyfrakcji na strukturze
próbki. W pierwszych konstrukcjach detektor był ekranem
elektronoluminescencyjny (obecnie też stosowane), w obecnych
konstrukcjach detektor w postaci matrycy CCD, pobudzanej elektronami,
umożliwia odczytanie obrazu jako sygnałów elektrycznych, a odpowiednia
aparatura pomiarowa pozwala na zapisywanie informacji i tworzenie obrazu
próbki.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

SCHEMAT DZIAŁANIA MIKROSKOPU

TME

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

SCHEMAT DZIAŁA ELEKTRONOWEGO

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

Niewielki drut wolframowy, wygięty w kształcie litery „V”, rozgrzany prądem do

temperatury powyżej 1000

C, emituje chmurę elektronów na skutek efektu

termoemisji. Pomiędzy katodą, którą jest drut wolframowy, a anodą umieszczoną w
dolnej części działa, wytworzona jest różnica potencjałów np. 100 kV. Elektrony,
które przeszły z katody do próżni, zostają przyśpieszone polem elektrostatycznym i
skierowane w stronę otworu w anodzie. Skupienie wiązki osiąga się przez
wykorzystanie pola elektrostatycznego wytworzonego przez tzw. Cylinder Wehnelta,
który znajduje się na drodze wiązki między katodą, a anodą. Jest to soczewka
elektrostatyczna, wytwarzająca ujemne pole potencjału powodujące odpychanie
ujemnie naładowanych elektronów. W efekcie, wiązka zostaje wstępnie skupiona i
skierowana do dalszej części kolumny mikroskopu.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

WIDOK STANOWISKA MIKROSKOPU

TME

Za pomocą mikroskopów elektronowych uzyskuje się

niezwykle efektowne obrazy praktycznie we wszystkich
dziedzinach nauki.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY

Ograniczeniem jest jednak konieczność

wykonywania pomiaru w próżni (problem w przypadku
próbek biologicznych) oraz przewodnictwo elektryczne
próbki. W przypadku mikroskopii transmisyjnej
wykonuje się tzw. repliki: próbkę badaną napyla się (w
tzw. napylarce próżniowej) cienką warstwą metalu
(najlepiej złotem) a następne usuwa oryginalną próbkę
i wykonuje obraz repliki. W przypadku mikroskopii
skaningowej próbkę również napyla się metalem, ale
nie trzeba usuwać próbki właściwej. Zaletą tak
uzyskanych zmodyfikowanych próbek jest ich trwałość
i możliwość powtarzania obrazowania, co nie zawsze
możliwe jest w innych metodach mikroskopowych.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY