¿Qué es un microscopio electrónico?
Principio de imagen
1. Tecnología del microscopio electrónico de transmisión
El microscopio electrónico de transmisión (TEM) es una imagen de un objeto producida al enfocar y amplificar el haz de electrones a través de la muestra. , y proyectos Observe en una pantalla fluorescente o película fotográfica. La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una imagen de un objeto producida al enfocar y amplificar un haz de electrones a través de una muestra y proyectarlo sobre una pantalla fluorescente o una película fotográfica para su observación. La resolución de un microscopio electrónico de transmisión es de 0,1 a 0,2 nm y el aumento es de decenas de miles a cientos de miles. La resolución de un microscopio electrónico de transmisión es de 0,1 a 0,2 nm y el aumento es de decenas de miles a cientos de miles. Dado que los objetos dispersan o absorben fácilmente los electrones y tienen una baja penetración, es necesario preparar secciones ultrafinas más delgadas (generalmente 50 ~ 100 nm). Dado que los objetos dispersan o absorben fácilmente los electrones y tienen una baja penetración, es necesario preparar secciones ultrafinas más delgadas (generalmente 50 ~ 100 nm). El proceso de producción es similar al corte en parafina, pero los requisitos son extremadamente estrictos. El proceso de producción es similar al corte en parafina, pero los requisitos son extremadamente estrictos. El material debe recuperarse unos minutos después de la muerte del organismo. El bloque de tejido debe ser pequeño (dentro de 1 milímetro cúbico). Generalmente se embebe con glutaraldehído y ácido de inanición y se corta en rodajas ultrafinas con un cuchillo especial. ultraslicer y luego se corta con acetato de uranilo y citrato de plomo para tinción electrónica. El material debe recuperarse unos minutos después de la muerte del organismo. El bloque de tejido debe ser pequeño (dentro de 1 milímetro cúbico). Generalmente se embebe con glutaraldehído y ácido de inanición y se corta en rodajas ultrafinas con un cuchillo especial. ultraslicer y luego se corta con acetato de uranilo y citrato de plomo para tinción electrónica. Cuando se proyecta un haz de electrones sobre una muestra, puede emitir electrones con diferentes densidades entre los componentes del tejido. Por ejemplo, cuando se proyecta un haz de electrones sobre una estructura de alta calidad, los electrones se dispersan más, por lo que se proyectan menos electrones sobre la pantalla fluorescente, que aparece como una imagen oscura, mientras que la fotografía de electrones es negra. Cuando se proyecta un haz de electrones sobre una muestra, puede emitir electrones con diferentes densidades entre los componentes del tejido. Por ejemplo, cuando se proyecta un haz de electrones sobre una estructura de alta calidad, los electrones se dispersan más, por lo que se proyectan menos electrones sobre la pantalla fluorescente, que aparece como una imagen oscura, mientras que la fotografía de electrones es negra. Se llama densidad electrónica. Se llama densidad electrónica. Por el contrario, se le llama baja densidad electrónica. Por el contrario, se le llama baja densidad electrónica.
2. Microscopio electrónico de barrido
El microscopio electrónico de barrido utiliza un haz de electrones extremadamente fino para escanear la superficie de la muestra y utiliza un detector especial para recolectar los electrones secundarios generados para formar. una señal eléctrica y la transmite al tubo de imagen, que muestra objetos en la pantalla. El microscopio electrónico de barrido utiliza un haz de electrones muy delgado para escanear la superficie de la muestra y utiliza un detector especial para recolectar los electrones secundarios generados para formar una señal eléctrica, que se envía al tubo de imagen para mostrar el objeto en la pantalla. Se pueden tomar imágenes tridimensionales de células o superficies de tejidos. Se pueden tomar imágenes tridimensionales de células o superficies de tejidos.
La muestra del microscopio electrónico de barrido se fija con glutaraldehído y ácido, se deshidrata y se seca en el punto crítico, y luego se rocía una capa de película de oro sobre la superficie de la muestra para aumentar el número de segundas ondas. electrones. La muestra del microscopio electrónico de barrido se fija con glutaraldehído y ácido de almidón, se deshidrata y se seca en el punto crítico, y luego se rocía una capa de película de oro sobre la superficie de la muestra para aumentar el número de electrones de segunda onda. La microscopía electrónica de barrido puede observar estructuras de superficie de tejido más grandes. Debido a su gran profundidad de campo, se pueden visualizar claramente superficies irregulares de aproximadamente 1 mm, por lo que la imagen de la muestra está llena de tridimensionalidad. La microscopía electrónica de barrido puede observar estructuras de superficie de tejido más grandes. Debido a su gran profundidad de campo, se pueden visualizar claramente superficies irregulares de aproximadamente 1 mm, por lo que la imagen de la muestra está llena de tridimensionalidad.
Conocimientos relacionados
1. Los microscopios ópticos utilizan luz visible como medio y los microscopios electrónicos utilizan haces de electrones como medio. Debido a que la longitud de onda del haz de electrones es más pequeña que la longitud de onda de la luz visible, la resolución de un microscopio electrónico es mucho mayor que la de un microscopio óptico. Los microscopios ópticos utilizan luz visible como medio y los microscopios electrónicos utilizan haces de electrones como medio. Debido a que la longitud de onda del haz de electrones es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz visible, la resolución de un microscopio electrónico es mucho mayor que la de un microscopio óptico. El aumento máximo de un microscopio óptico es de sólo unas 1.500 veces, mientras que un microscopio de barrido puede alcanzar más de 10.000 veces. El aumento máximo de un microscopio óptico es sólo de unas 1.500 veces, mientras que un microscopio de barrido puede alcanzar más de 10.000 veces.
2. Según la teoría ondulatoria de de Broglie, la longitud de onda de los electrones sólo está relacionada con el voltaje de aceleración. Según la teoría ondulatoria de De Broglie, la longitud de onda de un electrón sólo está relacionada con el voltaje de aceleración.
λe = h/mv = h/(2qmV)1/2 = 12,2/(V)1/2(?0?3)λe = h/mv = h/(2qmV)1/2 = 12,2/(V)1/2(?0?3) Bajo un voltaje de aceleración de 10 KV, la longitud de onda de los electrones es sólo 0,12?0?3, que es mucho menor que la luz visible de 4000-7000? 0?3, por lo que la resolución del microscopio electrónico es naturalmente mucho mejor que la del microscopio óptico, pero el diámetro del haz de electrones del microscopio electrónico de barrido es principalmente 50-100?0?3. El volumen de reacción de dispersión elástica e inelástica. La dispersión de electrones y núcleos será mayor que el diámetro original del haz de electrones, por lo que la resolución del microscopio electrónico de transmisión es mayor que la del microscopio electrónico de barrido. Bajo un voltaje de aceleración de 10 KV, la longitud de onda de los electrones es sólo 0,12?0?3, que es mucho menor que la luz visible de 4000-7000? 0?3, por lo que la resolución del microscopio electrónico es naturalmente mucho mejor que la del microscopio óptico, pero el diámetro del haz de electrones del microscopio electrónico de barrido es principalmente 50-100?0?3. El volumen de reacción de dispersión elástica e inelástica. La dispersión de electrones y núcleos será mayor que el diámetro original del haz de electrones, por lo que la resolución del microscopio electrónico de transmisión es mayor que la del microscopio electrónico de barrido.
3. Una característica importante del microscopio de barrido es que tiene una profundidad de campo muy grande, que es aproximadamente 300 veces mayor que la del microscopio óptico. Esto hace que el microscopio de barrido sea más adecuado que el microscopio óptico. observando ejemplares con grandes ondulaciones superficiales. Una característica importante del microscopio de barrido es su súper profundidad de campo, que es aproximadamente 300 veces mayor que la del microscopio óptico, lo que hace que el microscopio de barrido sea más adecuado que el microscopio óptico para observar muestras con grandes ondulaciones superficiales.
4. El diseño del sistema del microscopio electrónico de barrido es de arriba hacia abajo. El haz de electrones se emite desde el cañón de electrones, se enfoca mediante un conjunto de lentes magnéticas y luego se selecciona el tamaño del haz a través del condensador. Apertura y luego controlada por un conjunto de bobina de escaneo. Luego es enfocado por la lente del objetivo y golpea la muestra. El receptor de señal está instalado en la parte superior de la muestra para obtener imágenes selectivas de electrones secundarios o electrones retrodispersados. El diseño del sistema del microscopio electrónico de barrido es de arriba hacia abajo. El haz de electrones es emitido por un cañón de electrones y enfocado mediante un conjunto de lentes magnéticas. El tamaño del haz se selecciona mediante la apertura del condensador y luego pasa a través de un conjunto de bobinas de escaneo. que controlan el haz de electrones. Luego es enfocado por la lente del objetivo y golpea la muestra. El receptor de señal está instalado en la parte superior de la muestra para obtener imágenes selectivas de electrones secundarios o electrones retrodispersados.
5. Las características esenciales del cañón de electrones son un alto brillo y una pequeña difusión de energía. Actualmente hay tres cañones de electrones de uso común: el filamento de tungsteno (W), el filamento de hexaboruro de lantano (LaB 6) y la emisión de campo. Los diferentes filamentos difieren en el tamaño de la fuente de electrones, el flujo de corriente, la estabilidad de la corriente y la vida útil de la fuente de electrones. Las características esenciales de los cañones de electrones son un alto brillo y una baja dispersión de energía. Actualmente hay tres cañones de electrones de uso común: el filamento de tungsteno (W), el filamento de hexaboruro de lantano (LaB 6) y la emisión de campo. Los diferentes filamentos difieren en el tamaño de la fuente de electrones, el flujo de corriente, la estabilidad de la corriente y la vida útil de la fuente de electrones. Microscopio electrónico de transmisión El microscopio electrónico de transmisión (TEM), conocido como microscopio electrónico de transmisión, proyecta un haz de electrones acelerado y concentrado sobre una muestra muy delgada. Los electrones chocan con los átomos de la muestra y cambian su dirección, produciendo así una dispersión angular sólida. El ángulo de dispersión está relacionado con la densidad y el grosor de la muestra, por lo que se pueden formar imágenes con diferentes colores claros y oscuros. Por lo general, la resolución de un microscopio electrónico de transmisión es de 0,1 a 0,2 nm y el aumento es de decenas de miles a millones de veces. Se utiliza para observar ultramicroestructuras, es decir, estructuras de menos de 0,2 a 0,8 m que no se pueden ver claramente debajo. un microscopio óptico, también conocido como "estructura submicroscópica". Principio de obtención de imágenes El principio de obtención de imágenes de la microscopía electrónica de transmisión se puede dividir en tres situaciones:
Imagen de absorción: cuando los electrones impactan en una muestra de alta calidad y alta densidad, el principal efecto de formación de fase es la dispersión. Los lugares con gran masa y espesor en la muestra tienen un gran ángulo de dispersión para los electrones y pasan menos electrones, lo que da como resultado un brillo de imagen oscuro. Los primeros microscopios electrónicos de transmisión se basaban en este principio.
Imagen de difracción: después de que la muestra difracta el haz de electrones, la distribución de amplitud de las ondas difractadas en diferentes posiciones de la muestra corresponde a las diferentes capacidades de difracción de cada parte del cristal en la muestra. Cuando hay defectos en el cristal, las capacidades de difracción de la parte defectuosa y del área completa son diferentes, lo que hace que la distribución de amplitud del recipiente de difracción sea desigual, lo que refleja la distribución de los defectos en el cristal.
Diagrama de fases: cuando la muestra es más delgada que 100?0?3, los electrones pueden pasar a través de la muestra, el cambio de amplitud de la onda se puede ignorar y la imagen proviene del cambio de fase.
Cañón de electrones de componentes: emite electrones y está formado por un cátodo, una rejilla y un ánodo. Los electrones emitidos por el tubo catódico pasan a través de los pequeños orificios de la rejilla para formar un haz de rayos, que es acelerado por el voltaje del ánodo y luego emitido al condensador, donde el haz de electrones se acelera y presuriza.
Concentrador: Para enfocar el haz de electrones se puede utilizar una intensidad de iluminación y un ángulo de apertura controlados.
Sala de muestras: Colocar la muestra a observar, instalar una mesa basculante para cambiar el ángulo de la muestra y disponer de equipos de calefacción y refrigeración.
Lente objetiva: lente de alta potencia y corta distancia que magnifica imágenes electrónicas. La lente del objetivo es la clave para determinar la resolución y la calidad de la imagen de un microscopio electrónico de transmisión.
Lente intermedia: Lente débil con aumento variable, utilizada para ampliar imágenes electrónicas dos veces. Ajustando la corriente en el espejo intermedio, se puede seleccionar la imagen del objeto o el patrón de difracción de electrones para su ampliación.
Lente transmisora: Una lente potente con gran aumento, utilizada para ampliar la imagen intermedia y visualizarla en la pantalla fluorescente.
Además, hay una bomba de vacío secundaria para evacuar la cámara de muestra y un dispositivo de cámara para grabar imágenes. La estructura del microscopio electrónico de transmisión consta de dos partes: la parte principal es el sistema de iluminación, el sistema de imágenes y la sala de cámaras de observación; la parte auxiliar es el sistema de vacío y el sistema eléctrico;
1. Sistema de iluminación
El sistema se divide en dos partes: cañón de electrones y condensador. El cañón de electrones consta de un filamento (cátodo), una rejilla y un ánodo. El cable calefactor emite un haz de electrones. Cuando se aplica voltaje al ánodo, los electrones se aceleran. La diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo es el voltaje de aceleración total. Los electrones acelerados se emiten con energía desde los orificios de la placa anódica. La energía del haz de electrones emitido está relacionada con el voltaje de aceleración y la puerta juega un papel en el control de la forma del haz de electrones. El haz de electrones tiene un cierto ángulo de divergencia. Después del ajuste mediante el condensador, se espera obtener un haz de electrones paralelo con un ángulo de divergencia pequeño o incluso nulo. La densidad de corriente del haz de electrones (corriente del haz) se puede ajustar ajustando la corriente en el condensador.
El tamaño del área iluminada en la muestra está relacionado con la ampliación. Cuanto mayor sea el aumento, menor será el área de irradiación, lo que requerirá un haz de electrones más delgado para irradiar la muestra. El haz de electrones emitido directamente por el cañón de electrones tiene un tamaño de punto de haz grande y poca coherencia. Para utilizar estos electrones de manera más efectiva y obtener un haz de electrones de iluminación con alto brillo y buena coherencia para satisfacer las necesidades de los microscopios electrónicos de transmisión con diferentes aumentos, es necesario concentrar aún más el haz de electrones emitido por el cañón de electrones. Proporcione haces de iluminación aproximadamente paralelos con diferentes tamaños de puntos de haz. Esta tarea suele realizarse mediante dos lentes electromagnéticas llamadas concentradores. En la figura, C1 y C2 representan el primer condensador y el segundo condensador respectivamente. C1 permanece constante en todo momento y su función es reducir la intersección del cañón de electrones a una imagen reducida, reduciendo su tamaño en más de un orden de magnitud. Además, se instala un dispositivo de inclinación del haz en el sistema de iluminación, lo cual es muy conveniente.
2. Sistema de imágenes
El sistema incluye una cámara de muestra, lente objetivo, lente intermedia, diafragma de contraste, diafragma de difracción, espejo de proyección y otros componentes electroópticos. La cámara de muestras tiene un mecanismo para garantizar que el vacío del cuerpo principal no se destruya cuando las muestras se cambian con frecuencia. La muestra se puede mover en las direcciones X e Y para encontrar la ubicación a observar. El haz de electrones paralelo obtenido por el espejo de condensación irradia la muestra. Después de pasar a través de la muestra, tiene información que refleja las características de la muestra. Bajo la acción de la lente del objetivo y el diafragma de contraste, se forma una imagen de electrones primarios, que luego se forma. amplificada por el espejo intermedio y el espejo de proyección, y se obtiene en la pantalla fluorescente la imagen electrónica final.
El sistema de iluminación proporciona un haz de electrones iluminador con buena coherencia. Después de que estos electrones pasan a través de la muestra, transportan la información estructural de la muestra y se propagan en diferentes direcciones (por ejemplo, cuando hay un grupo de caras de cristal que satisface la ecuación de Bragg, se puede generar un haz difractado en la dirección que se cruza con el haz incidente). El objetivo enfoca electrones con la misma dirección de propagación desde diferentes partes de la muestra hasta un punto en su plano focal posterior. Los electrones que se propagan en diferentes direcciones forman diferentes puntos de luz, en los que el haz directo con ángulo de dispersión cero se enfoca en el foco de la lente del objetivo para formar un punto de luz central. Por lo tanto, se forma un patrón de difracción en el plano focal posterior de la lente objetivo. En el plano de imagen del objetivo, estos haces de electrones se recombinan para obtener imágenes coherentes. Al ajustar la corriente de la lente del espejo intermedio, el plano del objeto del espejo intermedio coincide con el plano focal posterior de la lente objetivo y se puede obtener un patrón de difracción en la pantalla fluorescente. Si el plano del objeto del espejo intermedio coincide con el plano de la imagen de la lente objetivo, se puede obtener una imagen microscópica.
Comparación de los caminos ópticos de los microscopios electrónicos de transmisión y los microscopios ópticos de transmisión
3. Observa el estudio fotográfico
La imagen del electrón se refleja en la pantalla fluorescente. La fluorescencia es proporcional a la corriente del haz de electrones. Puedes tomar fotografías reemplazando la pantalla fluorescente por una placa seca electrónica. La fotosensibilidad de una placa seca está relacionada con su longitud de onda.
4. Sistema de vacío
El sistema de vacío consta de una bomba mecánica, una bomba de difusión de aceite, una bomba de iones, un instrumento de medición de vacío y una tubería de vacío. Su función es eliminar el gas en el cilindro de la lente, de modo que el grado de vacío del cilindro de la lente debe alcanzar al menos 10-5 Torr. En la actualidad, el mejor grado de vacío puede alcanzar 10-9-10-10 Torr. Si el vacío es bajo, las colisiones entre electrones y moléculas de gas provocarán dispersión, afectando el contraste. También provocará una ionización de alto voltaje entre la rejilla de electrones y el ánodo, lo que provocará una descarga entre electrodos. El gas residual también corroerá el filamento y contaminará la muestra.
5. Sistema de control de la fuente de alimentación
La inestabilidad del voltaje de aceleración y la corriente magnética de la lente producirán una aberración cromática grave y reducirán la resolución del microscopio electrónico, por lo que la estabilidad del voltaje de aceleración y corriente de lente Es un estándar importante para medir el rendimiento de los microscopios electrónicos. El circuito del microscopio electrónico de transmisión consta principalmente de las siguientes partes: fuente de alimentación CC de alto voltaje, fuente de alimentación de excitación de lente, fuente de alimentación de bobina de desviación, fuente de alimentación de calentamiento de filamento de pistola de electrones, circuito de control del sistema de vacío, fuente de alimentación de bomba de vacío, dispositivo de accionamiento de cámara y Circuito de exposición automática.
Además, muchos microscopios electrónicos de alto rendimiento están equipados con accesorios de escaneo, análisis del espectro de energía, espectroscopia de pérdida de energía de electrones y otros instrumentos. Principios de estructura y obtención de imágenes de la microscopía electrónica de transmisión. La microscopía electrónica de transmisión se utiliza ampliamente en la ciencia de los materiales y la biología. Dado que los objetos dispersan o absorben fácilmente los electrones y tienen baja penetración, la densidad y el espesor de la muestra afectarán la calidad final de la imagen. Es necesario preparar secciones ultrafinas más delgadas, generalmente de 50 a 100 nm. Por lo tanto, las muestras para la observación con microscopía electrónica de transmisión deben procesarse en cantidades muy finas. Los métodos comúnmente utilizados incluyen: corte ultrafino, corte ultrafino congelado, grabado por congelación, fractura por congelación, etc. En el caso de muestras líquidas, normalmente se cuelgan de rejillas de cobre pretratadas para su observación.