透射电子显微镜

透射电子显微镜(TEM)的工作原理与光学显微镜相同。TEM的另一个优点是分辨率更高。这种提高的分辨率使我们能够研究细胞器、病毒和大分子的超微结构。特殊制备的材料样品也可以用透射电镜观察。光学显微镜和透射电镜是常用的相互配合的研究项目。

由于电子非常小并且容易被碳氢化合物或气体分子偏转,因此必须在真空环境中使用电子束。为此目的,使用一系列泵来实现足够的真空。旋转泵是该系列中的第一个。它们也被称为“粗加工泵”,因为它们用于最初降低柱内的压力,电子必须通过该柱内部必须行进到10-3毫米的HG范围内。扩散泵可以实现更高的真空(在10-5mm Hg范围内),但必须由旋转泵背板。扩散泵也保持压力。另外,在需要更大的真空时,可以使用由前一泵背衬的涡轮,离子或低温泵。

透射电子显微镜(TEM)的组织类似于光学显微镜的组织。

热离子发射TEM中的照明源(或电子枪)类似于灯泡。灯丝(阴极)是电子来源。它通常是发夹形钨丝。将加速电压(固定量的负高电压)施加到周围的阴极帽。然后将小的发射电流施加到长丝上以实现电子的释放。枪达到良好的热排放的点以及可接受的灯丝寿命称为饱和点。阴极盖(也称为Wehnelt圆筒)必须比灯丝稍微略高。雷管位于枪组件中,由标记为“偏置”的旋钮控制。它产生灯丝与阴极帽之间的负电压差异。这允许电子收集在帽内,形成电子“云”。 An Anode located below the gun assembly, is electrically at ground, creating a positive attraction for the negatively charged electrons, which overcome the negative repulsion of the cathode cap and accelerate through the small hole in the anode.

玻璃透镜当然会阻碍电子,因此电子显微镜(EM)透镜是电磁会聚透镜。一层紧紧缠绕的铜线构成了磁场,这是透镜的本质。在这些线圈的周围是一层由金属制成的保护层,当镜头关闭时,这种保护层将不能保持磁性电荷。电子穿过螺线管的中心孔。在这个被称为极片的空间内,黄铜衬里进一步限制了电子路径。极片内部有一个小间隙,在这一点束流受电磁电流的影响最大。这就是所谓的极片间隙。

电子路径通常由穿过凸透镜的直线表示。然而,更准确地,电子路径形成紧密螺旋,因为它们通过透镜加速。由电子拍摄的路径和轨迹受镜头电流的影响,因为它们在镜片中的一个小开口传递。

交叉是电子会聚的点。这定义了镜头的局部长度。

透射电子显微镜的聚光透镜的功能与光学显微镜的聚光透镜的功能基本相同。他们收集第一个交叉图像的电子,并将它们聚焦到样本上,只照亮被检查的区域。利用聚光镜孔径来减小球差。物镜主要用于聚焦和初始放大图像。为了成像目的,将标本台插入物镜中。一个冰冷的手指或抗污剂也坐在物镜附近。它由一根在液氮温度下的细铜棒组成,这样污染物就会被吸引到它上面。在使用显微镜之前,必须在冷指槽中注入液氮。污染物有时会引起一种称为漂移的现象。漂移是指样品在屏幕上明显的“移动”。 It is caused by poor contact between the grid and the specimen holder causing a buildup of heat and static charges. An objective aperture is used to enhance specimen contrast. Intermediate lenses magnify the image coming from the objective lens. Finally, projector lenses further magnify the image coming from the intermediate lens and projects it on to the phosphorescent screen.

为了优化TEM中的成像,在使用前应该进行光束对准。这种对齐的工具是一个有洞的网格。多孔网格是一种涂有薄塑料薄膜和稳定碳层的TEM网格支撑。它被制造成包含在TEM校准中有用的小圆孔。当电子束在边缘绕射时,电子在过聚焦时聚集在一起,网格中的空穴就会产生菲涅耳条纹。孔洞的边缘似乎有带状或条纹。

最终的图像被投射到荧光屏上,荧光屏在受到电子束照射时发出光子。在荧光屏下面安装了一个胶片摄像机。屏幕凸起是为了曝光一种特殊的感光胶片,它的感光乳剂层比感光胶片厚。胶片的另一种选择是使用计算机数字化和存档(CCD)相机进行数字捕获。

操作人员负责调整可变偏差,像差识别,图像漂移,摄影,标本对比,分辨率,甚至照明,并在使用TEM前用液氮填充防污染器。

需要工作人员或公司维修的仪器维护包括:灯丝饱和、灯丝交换、孔径清洗或更换、标本夹清洗、真空泵维护和查看屏幕。

阿贝所描述的光学显微镜的理论分辨率可以用DeBroglie公式修正并应用于透射电镜。德布罗意指出,电子束的波长是所用加速电压的函数。通过增加加速电压,可以获得更短的波长。将较短的波长应用于阿贝方程,可以计算出增加的分辨率。生物瞬变电磁法的典型加速电压最高可达125,000伏。

阿贝的等式:d = 0.753 / av1/ 2.

罪一

D =以nm为单位的分辨率

A =半孔径角度

加速速度

分辨率定义为两点或物体可以被区分的距离。因此,当r趋于0时,我们说分辨率增加了。

DeBroglie的公式:

l = h / mv

h =普兰克常数

(6.626 x 10 -23尔格/秒)

M =电子的质量

v =电子速度

德布罗意公式指出,如果加速电压增加,电子速度也会增加,分辨率也会增加。

在光学显微镜下,有几个因素使这个数字打折扣。球面像差在透射电镜中也存在,因为电子通过透镜的外围比那些通过轴。因此,所有的电子都不会到达一个共同的焦点。为了减少球差,用一个孔径来消除外围的一些电子。

答:b。

人们通常不会认为电子显微镜存在色差问题,但不同能量的电磁辐射会汇聚在不同的焦平面上。这与光学显微镜观察到的色差本质上是相同的问题。为了纠正色差,可以提高加速电压,改善真空和/或使用更薄的样品。

当透镜场没有强度对称时,发生偏差,但在一个平面上比另一个平面较弱。散光可能是由不完美的警察镗孔,非均匀混合的警察材料,或者通过托管,孔径和/或样本支架上的污垢引起。可以使用柱塞在适当方向上施加适当强度的校正场以抵消不对称性。柱头位于目标和冷凝器镜头中。

虽然衍射是有用的,但电子波在孔径开口周围的衍射会干扰初始波前。结果是一个不清晰或不聚焦的图像。重要的是通过选择适当大小的孔径来在减少球面像差和衍射之间创造一个平衡。

电子显微镜的成像是通过电子散射实现的。原始电子束与样品之间的相互作用在不改变其动能的情况下导致能量和/或轨道的变化。背散射电子是弹性散射的一个例子。当电子转移样品原子的动能时,就会发生非弹性散射。非弹性散射的例子有二次电子、螺旋电子和透射电子。

定义

加速电压-固定量的高电压施加到透射电子显微镜的阴极帽。

阳极- 在枪组件下方,阳极在地上,具有小孔,用于电子以移动。该光圈用作电子遇到的第一镜头。

Astigmation-由透镜周围不均匀的电场引起的像差。

阴极-主电子束的灯丝或源。阴极帽(也称为Wehnelt缸)包围枪组件。这里施加了高电压。

冰冷的手指-沿电子柱内部延伸的长铜棒。当它的储液器充满液氮时,棒会吸引污染物,否则可能会降低腔室的真空度。

聚光镜孔径-A小型激光钻孔孔,钼条放在冷凝器镜片附近,有助于限制球面像差。

聚光透镜-电子束遇到的第一个电磁透镜。将电子聚焦在样品上。

彩色畸变-不同能量在不同焦平面汇聚的电磁辐射。

交叉- 电子收敛的点。磷屏上最小的视觉波束图像。

DeBroglie的公式- 电子的波长是所使用的加速电压的函数。

扩散泵-第二泵串联在抽气TEM柱上。

漂移-标本在视野中明显的“移动”。

弹性散射-电子散射,几乎没有动能的损失,但电子的轨迹实质上改变。

电子散射-电子束在样品上的位移,导致图像的形成。

发射电流-少量的热量添加到电子源,以释放电子通过柱。

菲涅耳边缘-当光束过度聚焦在小孔上时,小孔周围会形成衍射图案。

多孔网格-制造有孔的薄支撑膜,可以用来对准透射电镜。

非弹性散射-电子的散射,其中电子失去动能,但只改变轨迹最小。

中间的镜头-帮助物镜放大标本。

物镜孔径一个小的激光钻孔在一个平坦的钼条放置在物镜附近。调整这个光圈条可以帮助调整图像的对比度。

物镜- 主放大镜。

磷光屏-屏幕在电子柱的底部,在那里标本被查看。

极片-电磁透镜内的黄铜配件,以帮助缩小初级电子束。

投影仪镜头- TEM的最后一个镜头。用于辅助放大图像并将放大后的图像投射到磷屏上。

回转泵-也叫粗泵。真空泵系列中的第一泵。

饱和点- 磁枪的良好电子发射的点,而不明显缩短灯丝寿命。

裹尸布-包裹在TEM电磁透镜周围的软铁外壳。螺线管-一种由铜绕组制成的电磁透镜,有直流电通过。

标本阶段-标本被成像时放置的平台。

球面像差-通过透镜外围的电子比那些通过透镜中心的电子更容易被折射。因此,电子不能到达共同的焦点。增加了一个光圈。