Просвечивающий электронный микроскоп

Поперечный срез клетки бактерии сенной палочки, снятый при помощи аппарата Tecnai T-12. Масштаб шкалы — 200 нм.

Просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп (ПЭМ) — это устройство, в котором изображение от ультратонкого образца (толщиной порядка 0,1 мкм) формируется в результате взаимодействия пучка электронов с веществом образца с последующим увеличением магнитными линзами (объектив) и регистрацией на флуоресцентном экране, фотоплёнке или сенсорном приборе с зарядовой связью (ПЗС-матрице). Первый ПЭМ создан немецкими инженерами-электронщиками Максом Кноллем и Эрнстом Руской 9 марта 1931 года. Первый практический просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп был построен Альбертом Пребусом и Дж. Хиллиером в университете Торонто (Канада) в 1938 году на основе принципов, открытых ранее Кноллем и Руской. Эрнсту Руске за его открытие в 1986 году присуждена Нобелевская премия по физике.

Основы

Первый практический ПЭМ, на экспозиции в немецком музее в Мюнхене, Германия

Теоретически максимально возможное разрешение в оптическом микроскопе ограничено длиной волны фотонов, используемых для освещения образца и угловой апертурой оптической системы (так называемый барьер Аббе (англ.)).

$d=\frac{\lambda}{2n \sin\alpha} \approx \frac{\lambda}{2\,\textrm{NA}}$

В начале XX века ученые обсуждали вопрос преодоления ограничений относительно большой длины волны видимого света (длины волн 400—700 нанометров) путём использования электронов. Электроны эмиттируются в электронном микроскопе посредством термоэлектронной эмиссии из нити накаливания (вольфрамовая проволока или монокристалл гексаборида лантана), либо посредством полевой эмиссии. Затем электроны ускоряются высокой разностью потенциалов и фокусируются на образце электромагнитными (или реже — электростатическими) линзами. Прошедший через образец луч содержит информацию об электронной плотности, фазе и периодичности; которые используются при формировании изображения.

Компоненты

ПЭМ состоит из нескольких компонентов:

• вакуумная система;
• источник электронов (электронный прожектор, электронная пушка) для генерирования электронного потока;
• источник высокого напряжения для ускорения электронов;
• набор электромагнитных линз и электростатических пластин для управления и контроля электронного луча;
• экран, на который проецируется увеличенное электронное изображение (постепенно выходит из употребления, заменяясь детекторами цифрового изображения)

См. также

• Растровый электронный микроскоп
• Сфокусированный ионный пучок
• Дифракция отраженных электронов
• Линии Кикучи
• Электронный микроскоп
• Преобразование Фурье

Литература

• Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. — М.: Металлургия, 1982, 632 с.
• Д. Синдо. Т. Оикава. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. — М.: Техносфера, 2006, 256 с. ISBN 5-94836-064-4.

Ссылки

• The National Center for Electron Microscopy, Berkeley California USA
• The National Center for Macromolecular Imaging, Houston Texas USA
• The National Resource for Automated Molecular Microscopy, La Jolla California USA
• Manufacturer of TEM’s (FEI Company)
• Delong Group
• Tutorial courses in Transmission Electron Microscopy
• Cambridge University Teaching and Learning Package on TEM