Analiza dyfrakcyjna w transmisyjnym mikroskopie elektronowym

Mikroskop elektronowy jest przyrządem elektronooptycznym, w którym powiększony obraz przedmiotu otrzymuje się za pomocą wiązki elektronowej, odchylonej i skupionej przez soczewki elektronowe. Pozwala uzyskać znacznie lepszą zdolność rozdzielczą niż mikroskop optyczny (do 0,2 nm), dzięki znacznie krótszej od fal świetlnych (o kilka rzędów wielkości) długości fal de Broglie'a odpowiadających elektronom (zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest ograniczona przez efekty dyfrakcyjne). Najbardziej rozpowszechniony jest mikroskop elektronowy prześwietleniowy, w którym bardzo cienką (rzędu 10 nm) warstewkę badanego preparatu przenika skupiona wiązka elektronowa.

Z punktu widzenia wykorzystywanego obrazu rozróżnia się mikroskopy elektronowe :
1) prześwietlające (najczęściej stosowane);
2) odbiciowe;
3) zwierciadlane;
4) emisyjne;
5) cieniowe.

 Z punktu widzenia sposobu tworzenia obrazu rozróżnia się mikroskopy elektronowe:
1) oświetlające jednocześnie cały obraz;
2) rastrowe analizujące preparat punkt po punkcie;
3) polowe.

Porównanie mikroskopu elektronowego z mikroskopem optycznym

Metoda tworzenia powiększonego obrazu przedmiotu w prześwietleniowej mikroskopii optycznej i elektronowej oparta jest na podobnych zasadach optyki. W typowym mikroskopie optycznym światło żarówki zostaje skupione przez soczewkę kondensora (lub lustro wklęsłe) i przechodzi przez częściowo
przeźroczysty preparat. Obraz preparatu jest następnie powiększany przez soczewki obiektywu, okularu i odtwarzany bezpośrednio na siatkówce ludzkiego oka. Podobnie tworzony jest obraz w prześwietleniowym mikroskopie elektronowym, jakkolwiek użyte promieniowanie (światło), rodzaj soczewek, jak tez warunki odtworzenia obrazu widocznego okiem obserwatora, różnią się dość istotnie. Tabela 1 zawiera cechy charakterystyczne zasady tworzenia obrazu w porównywanych typach mikroskopów.

W mikroskopie transmisyjnym i odbiciowym można wykorzystać dwa systemy tworzenia obrazu:

— konwencjonalny (rys. 3), w którym cały obszar badany jest oświetlony wiązką elektronów o średnicy większej niż pole obserwacji (zwykle kilku μm) i wszystkie punkty obrazu mikroskopowego powstają równocześnie;

— skaningowy (rys. 4), w którym bardzo mała część obszaru badanego jest oświetlona wiązką o średnicy znacznie mniejszej (ok. kilku tysięcznych μm) od pola obserwacji i wiązka ta jest przemieszczana (skanowana) po badanym obszarze tak jak w kineskopie telewizyjnym, wzdłuż kolejnych linii. Obraz nie powstaje więc równocześnie, lecz punkt po punkcie i jest widoczny na ekranie lampy kineskopowej.

Podstawowe badania w mikroskopie elektronowym

Badania wykonywane w mikroskopie elektronowym prześwietleniowym można podzielić przyjmując za kryterium podziału rodzaj preparatu lub warunki pracy samego mikroskopu. W zależności od rodzaju preparatu w mikroskopii prześwietleniowej stosuje się dwa podstawowe sposoby badań struktury:
— bezpośredni, tj. cienkich folii z badanego materiału oraz wydzieleń wyekstrahowanych na replikach ekstrakcyjnych; w badaniach bezpośrednich często wyróżnia się tzw. badania „in situ”, tj. obserwacje zmian struktury cienkich folii podczas podgrzewania, oziębiania lub rozciągania bezpośrednio w kolumnie mikroskopu;
— pośredni, tj. replik stanowiących najczęściej odwzorowanie powierzchni preparatu

Obserwacje w polu jasnym - notatki z wykładu :)

Obserwacje w polu ciemnym wykonuje się wykorzystując do tworzenia powiększonego obrazu struktury jedną z wiązek ugiętych. Wybraną wiązkę ugiętą przepuszcza się przez otwór przysłony obiektywu, natomiast wiązka nieugięta oraz pozostałe wiązki ugięte są zatrzymywane na oprawie przysłony i nie biorą udziału w tworzeniu obrazu w polu ciemnym. Obraz taki można uzyskać przez:
—  odchylenie, najczęściej elektromagnetyczne, wiązki pierwotnej tak, aby analizowana wiązka ugięta była osiowa względem obiektywu (rys. 8b);
— przesunięcie przysłony obiektywu na analizowany, refleks (rys. 8c), w tym jednak przypadku obraz struktury jest obarczony błędami wynikającymi z nieosiowości wiązki ugiętej względem osi obiektywu.

---