透過型電子顕微鏡の動作原理と応用
透過型電子顕微鏡 (略して TEM) では、光学顕微鏡でははっきりと見ることができない {{0}}.2um 未満の微細構造を見ることができます。 これらの構造は超微細構造または超微細構造と呼ばれます。 これらの構造をはっきりと見るには、より短い波長の光源を選択して顕微鏡の解像度を向上させる必要があります。 ルスカは1932年に電子ビームを光源とする透過型電子顕微鏡を発明しました。電子ビームの波長は可視光や紫外光よりもはるかに短く、電子ビームの波長は電圧の平方根に反比例します。つまり、電圧が高くなるほど、波長は短くなります。 現在、TEM の分解能は 0.2nm に達します。
透過型電子顕微鏡の動作原理は、電子銃から放出された電子ビームが真空チャネル内のミラー本体の光軸に沿ってコンデンサーを通過し、その後、それをシャープで明るく均一な光スポットに収束することです。サンプル室のサンプルを照らすコンデンサー。 サンプルを通過する電子ビームはサンプル内部の構造情報を運びます。高密度領域を通過する電子は少なく、疎領域を通過する電子は多くなります。 対物レンズの焦点を合わせて一次倍率を上げた後、電子ビームは中間レンズと下段の第 1 および第 2 の投影ミラーに入射し、総合的な拡大結像を行います。 増幅された電子像は最終的に観察室の蛍光板に投影されます。 蛍光スクリーンは、電子画像を可視光画像に変換し、ユーザーが観察できるようにします。 このセクションでは、各システムの主な構造と原理を個別に紹介します。
透過型電子顕微鏡の撮像原理
透過型電子顕微鏡の結像原理は、次の 3 つの場合に分類できます。
1. 吸収画像: 電子が質量と密度の高いサンプルに放出されるとき、主な相形成は散乱です。 サンプル上の質量と厚さが大きい領域では、電子の散乱角が大きくなり、通過する電子が少なくなり、画像の明るさが暗くなります。 初期の透過型電子顕微鏡はこの原理に基づいていました。
2. 回折画像: 電子ビームがサンプルによって回折された後、サンプルのさまざまな位置での回折波の振幅分布は、サンプル内の結晶の各部分の異なる回折能力に対応します。 結晶欠陥が現れると、欠陥部分の回折能力が全体とは異なるため、結晶欠陥の分布を反映して回折波の振幅分布が不均一になります。
3. 位相像: サンプルが 100 Å より薄い場合、電子はサンプルを通過でき、波の振幅変化は無視できます。 イメージングは位相の変化から生じます。
透過型電子顕微鏡の使用
透過型電子顕微鏡は、材料科学と生物学で広く使用されています。 電子は物体による散乱や吸収を受けやすいため、透過力は低く、サンプルの密度、厚さ、その他の要因が最終的なイメージングの品質に影響を与える可能性があります。 したがって、通常は50-100nmのより薄い超薄スライスを準備する必要があります。 したがって、透過型電子顕微鏡で観察されるサンプルは非常に薄く処理する必要があります。 一般的に用いられる方法としては、超薄切片法、凍結超薄切片法、凍結エッチング法、凍結割断法などが挙げられます。液体試料の場合は、前処理した銅線メッシュを吊り下げて観察することが一般的です。
