Mikroskop elektronowy transmisyjny

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

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

Slide 2

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY 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.

Slide 3

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

Slide 4

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.  Przykładowo, gdy napięcie  przyspieszające U 300kV ,  wtedy długość fali elektronów  λ  0,00197 nm. Dla takiego  napięcia prędkość elektronów  w kolumnie mikroskopu  v0,776c, 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. 

Slide 5

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY 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. 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. 

Slide 6

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY ZASADA DZIAŁANIA MIKROSKOPU Elektrony padające na preparat mogą ponadto wzbudzać elektrony atomów badanej  próbki, które następnie emitują rentgenowskie promieniowanie charakterystyczne dla atomów  próbki.

Slide 7

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.

Slide 8

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. 

Slide 9

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.

Slide 10

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY SCHEMAT DZIAŁANIA MIKROSKOPU  TME

Slide 11

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY SCHEMAT DZIAŁA  ELEKTRONOWEGO

Slide 12

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY Niewielki drut wolframowy, wygięty w kształcie litery V, rozgrzany prądem do  temperatury powyżej 10000 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.

Slide 13

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY WIDOK STANOWISKA MIKROSKOPU  TME Za pomocą mikroskopów elektronowych uzyskuje się  niezwykle efektowne obrazy praktycznie we wszystkich  dziedzinach nauki. 

Slide 14

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.

Slide 15

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY ETAPY PRZYGOTOWANIA REPLIKI EKSTRAKCYJNEJ  1) zgład 2) naniesiona replika 3) zdjęta replika

Slide 16

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY PŁATEK ŚNIEGU OBSERWOWANY ZA  POMOCĄ MIKROSKOPU ELEKTRONOWEGO.

Slide 17

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY WADY I ZALETY MIKROSKOPU  TRANSMISYJNEGO ELEKTRONOWEGO Wady mikroskopu: trudności w przygotowaniu próbek, wykonywanie pomiaru w próżni, możliwość badania tylko próbek przewodzących.   Zalety mikroskopu: bardzo dobra rozdzielczość pozwala badać strukturę materii na poziomie atomowym

Slide 18

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY PORÓWNANIE MIKROSKOPU  OPTYCZNEGO I ELEKTRONOWEGO.

Slide 19

MIKROSKOP ELEKTRONOWY TRANSMISYJNY Literatura: [1] L. Dobrzański, E. Hajduczek Mikroskopia świetlna i  elektronowa,Wyd.NT,Wwa,1987. [2]  Mikroskopia elektronowa, pod red. A. Barbackiego, Wyd.  Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2005. [3] http:www.ib.uph.edu.plbkmikroskopy.htm [4] http:www.im.mif.pg.gda.pldownloadmaterialydydaktyczne  PIM09Mikroskopiaelektronowa.pdf