Sissejuhatus ülekandeelektronmikroskoopia pildistamise põhimõtetesse
Transmissioonelektronmikroskoobi struktuur koosneb kahest osast: põhiosa on valgustussüsteem, pildisüsteem ja vaatlusstuudio; abiosa on vaakumsüsteem ja elektrisüsteem.
1. Valgustussüsteem
Süsteem on jagatud kaheks osaks: elektronkahur ja kondensaator. Elektronkahur koosneb hõõgniidist (katoodist), võrgust ja anoodist. Küttefilament kiirgab elektronkiire. Kui anoodile rakendatakse pinget, siis elektronid kiirendatakse. Anoodi ja katoodi potentsiaalide erinevus on kogu kiirenduspinge. Kiirendatud energiaga elektronid väljutatakse anoodiplaadi aukudest. Emiteeritud elektronkiire energia on seotud kiirenduspingega ja võrk mängib elektronkiire kuju kontrollimise rolli. Elektronkiirel on teatud lahknemisnurk. Pärast kondensaatori läätse reguleerimist on näha paralleelset elektronkiirt väikese või isegi nulli lahknemisnurgaga. Elektronkiire voolutihedust (kiire voolu) saab reguleerida kondensaatorläätse voolu reguleerimisega.
Näidisel oleva ala suurus, mida tuleb valgustada, on seotud suurendusega. Mida suurem on suurendus, seda väiksem on valgustatud ala. Seetõttu on proovi kiiritamiseks vaja peenemat elektronkiirt. Elektronpüstoli poolt otse kiiratava elektronkiire kiire täpi suurus on suurem ja koherentsus on samuti halb. Nende elektronide tõhusamaks kasutamiseks ning suure heledusega ja hea koherentsusega valgustavate elektronkiirte saamiseks, mis vastavad ülekandeelektronmikroskoopide vajadustele erinevatel suurendustel, tuleb elektronpüstoli kiirgavaid elektronkiire veelgi lähendada, et saada erinevaid kiirtepunkte. suurus. , ligikaudu paralleelsed valgusvihud. Seda ülesannet täidavad tavaliselt kaks elektromagnetläätse, mida nimetatakse kondensaatoriteks. Joonisel tähistavad C1 ja C2 vastavalt esimest kondensaatorit ja teist kondensaatorit. C1 jääb tavaliselt samaks ja selle ülesanne on määrata elektronkahuri ristumiskoht, et vähendada kujutise suurust rohkem kui suurusjärgu võrra. Lisaks on valgustussüsteemi paigaldatud kiire kallutusseade, mis suudab elektronkiire kergesti kallutada vahemikus 2 kraadi kuni 3 kraadi, et valgustada näidist erinevate kaldenurkade all.
2. Pildistamissüsteem
Süsteem sisaldab elektroonilisi optilisi elemente, nagu proovikamber, objektiivilääts, vahepeegel, kontrastdiafragma, difraktsioonidiafragma, projektsioonilääts jne. Proovikambril on mehhanism, mis tagab, et põhikorpuse vaakum ei kahjustata sagedaste proovivahetuste ajal. . Vaadeldava asukoha leidmiseks saab proovi liigutada X- ja Y-suunas. Läheneva läätse poolt saadud paralleelne elektronkiir kiiritab proovi ja kannab pärast proovi läbimist teavet, mis peegeldab proovi omadusi. Elektrooniline kujutis moodustub objektiiviläätse ja kontrastdiafragma toimel ning seejärel suurendatakse seda vahepeegli ja projektsiooniläätse abil. Lõplik elektrooniline pilt saadakse fluorestsentsekraanil.
Valgustussüsteem annab koherentse valgustava elektronkiire, mis kannab pärast proovi läbimist proovi struktuurset informatsiooni ja levib erinevates suundades (näiteks kui Braggi võrrandit rahuldav kristallide pind on rühm, võib selles tekkida 2 nurka. suund, mis lõikub langeva kiire hajutatud kiirega). Eesmärgid pärinevad sama levimissuunaga proovi erinevatest osadest. Elektronid koonduvad ühte punkti tagumisel fookustasandil ja eri suundades liikuvad elektronid moodustavad vastavalt erinevaid laike. Nullhajumisnurgaga otsekiir koondub objektiivi fookuspunkti, moodustades keskpunkti. Sel viisil moodustub objektiivi tagumisele fookustasandile difraktsioonimuster. Objektiivi kujutise tasapinnal rekombineeruvad need elektronkiired koherentseks pildistamiseks. Vaheläätse läätse voolu reguleerimisel langevad vaheobjektiivi objektitasand ja objektiiviläätse tagumine fookustasapind kokku, mida saab kuvada fluorestsentsekraanil. Ülaltoodud difraktsioonimuster võib muuta vaheläätse objekti tasapinna kattuma objektiiviläätse kujutise tasapinnaga, saades seeläbi mikroskoopilise kujutise. Kahe vahepeegli koostöös saab kaamera pikkust ja suurendust reguleerida suuremas vahemikus.
3. Vaatlusstuudio
Elektrooniline pilt peegeldub fluorestsentsekraanil. Luminofoorvalgus on võrdeline elektronkiire vooluga. Pildistamiseks kasutage fluorestsentsekraani asemel elektroonilist kuivplaati. Kuiva plaadi valgustundlikkus on seotud selle lainepikkusega.
4. Vaakumsüsteem
Vaakumsüsteem koosneb mehaanilisest pumbast, õli difusioonipumbast, ioonpumbast, vaakummõõteriistast ja vaakumtorustikust. Selle ülesanne on eemaldada läätse silindris olev gaas, nii et objektiivi silindri vaakumaste peab ulatuma vähemalt 10-5 torrini ja parim vaakumi aste võib ulatuda 10-9-10-10 torrini. Kui vaakum on madal, võivad elektronide ja gaasimolekulide vahelised kokkupõrked põhjustada hajumist ja mõjutada kontrasti. Samuti põhjustab see kõrgepinge ionisatsiooni elektronvõrgu ja anoodi vahel, põhjustades elektroodidevahelise tühjenemise. Jääkgaasid võivad hõõgniidi korrodeerida ja proovi saastada.
5. Võimsuse juhtimissüsteem
Kiirenduspinge ja objektiivi magnetvoolu ebastabiilsus võib põhjustada tõsist kromaatilist aberratsiooni ja vähendada elektronmikroskoobi eraldusvõimet. Seetõttu on kiirenduspinge ja läätse voolu stabiilsus oluline kriteerium elektronmikroskoobi jõudluse mõõtmisel. TEM-ahel koosneb peamiselt järgmistest osadest: kõrgepinge alalisvoolu toiteallikas, objektiivi ergastav toiteallikas, läbipaindepooli toiteallikas, elektronpüstoli hõõgniidi toiteallikas, vaakumsüsteemi juhtimisahel, vaakumpumba toiteallikas, kaamera ajam ja automaatne säritus vooluring.
Lisaks on paljud suure jõudlusega elektronmikroskoobid varustatud skaneerimistarvikutega, energiaspektroskoopia ja elektronide energiakadude spektroskoopiaga.
