19852

Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Схема ПЭМ

Лекция

Физика

Лекция 17 Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа ПЭМ. Схема ПЭМ. Все современные просвечивающие электронные микроскопы ПЭМ могут работать в двух режимах в режиме изображения и в режиме дифракции. Ход лучей в этих режимах указан на рис. 17: а режим ...

Русский

2013-07-18

1007 KB

72 чел.

Лекция 17

Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Схема ПЭМ.

Все современные просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) могут работать в двух режимах – в режиме изображения и в режиме дифракции. Ход лучей в этих режимах указан на рис. 17: а – режим изображения; б – режим микродифракции.

Электронный пучок формируется в ускорительной колонне 1, состоящей из электронной пушки, секционной ускорительной трубки (обычно 6 секций) и системы отклонения. Энергия электронов на выходе ускорительной колонны, определяется величиной ускоряющего напряжения на электронной пушке и в различных типах ПЭМ может меняться в пределах 20-200 кэВ. Чем больше энергия электронов, тем меньше длина волны, тем больше проникающая способность электронов.

После ускорительной колонны установлена система конденсорных линз 2, назначение которой получить электронный пучок с минимальным угловым расхождением. Ускорительная колонна совместно с системой конденсорных линз позволяет получать электронные пучки разного диаметра. Минимальный диаметр электронного пучка в ПЭМ может составлять несколько нанометров, что позволяет получать дифракцию от локальной области такого же диаметра в режиме микролучевой дифракции. При работе в режиме изображений при помощи системы конденсорных линз получают параллельный пучок электронов. Система отклонения предназначена для электронного наклона пучка в режиме изображения и дифракции.

Ускорительная колонна и система конденсорных линз образуют осветитель.

За системой конденсорных линз расположена объективная линза. Держатель с образцом 3 устанавливается  в зазор полюсного наконечника объективной линзы, так чтобы образец находился в предполье объективной линзы. Гониометрическая головка позволяет осуществлять поворот образца относительно электронного пучка на угол ± 12º. Так как в просвечивающей электронной микроскопии изображение формируется электронами, прошедшими через образец, то его толщина должна быть много меньше длины пробега электронов в материале образца.

Пройдя через образец, электроны попадают в объективную линзу 4. Данная короткофокусная (несколько мм) линза, имеющая небольшое увеличение (~ 50), является ключевой в дальнейшем формировании изображения, поэтому она снабжена корректором астигматизма стигматором. Диафрагма объективной линзы расположена на задней фокальной плоскости объективной линзы. В последних моделях микроскопов изображения выводятся на монитор компьютера при помощи цифровых ПЗС камер.

В ПЭМ используются электромагнитные линзы, которые состоят из обмотки, магнитопровода и полюсного наконечника. Полюсный наконечник является концентратором магнитного поля. Полюсный наконечник имеет форму круговой симметрии. В центре имеется отверстие с некоторым радиусом и зазор между полюсами. В результате такой конструкции полюсного наконечника, магнитный поток сжимается в зазоре. Электроны, проходя через объективную линзу, под действием магнитного поля отклоняются в направлении оптической оси и фокусируются в определенной точке оптической оси (в фокусе линзы).

Стандартная вакуумная система ПЭМ приведена на рис. 17.2. Вакуум создается форвакуумным насосом роторного типа (РН) и двумя диффузионными насосами (ДН). Давление контролируется четырьмя тепловыми датчиками низкого вакуума (Р1-Р4) и одним ионизационным датчиком высокого вакуума Пеннинга (РЕ). В вакуумной системе применены электромагнитные и пневматические клапана (обозначены V). Вакуумная система должна обеспечить давление в колонне микроскопа не хуже 10-6 Тор.

Микроскоп может комплектоваться дополнительными устройствами для нагрева, охлаждения, растяжения образца.

Формирование электронно-микро-скопического изображения коротко можно описать следующим образом. Электронный пучок, сформированный осветительной системой, падает на объект и рассеивается. Далее, рассеянная волна объективной линзой преобразуется в изображение. Образованное объективной линзой изображение увеличивается промежуточными линзами и проецируется проекционной линзой либо на экран для наблюдения, либо на фотопластины или выводится на дисплей монитора.

Волновую функцию изображения в операторном виде можно записать в виде

и=F-1TFq0,

где 0-падающая волна.

Проходя через образец, 0 взаимодействует с потенциалом объекта. Электронная волна на нижней поверхности образца имеет вид q0, где q- функция прохождения. Рассеяние, дифракция волны q0 описывается действием оператора Фурье F. Следовательно, на задней фокальной плоскости объективной линзы электронная волна имеет вид Fq0, которая модифицируется передаточной функцией Т объективной линзы. Преобразование рассеянной волны в волновую функцию изображения описывается оператором обратного преобразования Фурье F-1. Тогда распределение интенсивности электронов на экране будет равняться I = ии*.

Механизм формирования контраста в электронной линзе такой же, как формирование контраста в геометрической оптике с оптическими линзами. На рис. 17.3 показан ход лучей при образовании дифракционного контраста. Диафрагма объективной линзы установлена так, что она пропускает только центральный пучок, а отраженные электроны не достигают конечного изображения. Изображение будет сформировано из центрального пучка и электронов, неупруго рассеянных под малыми углами. Изображение является однолучевым и оно, в этом случае, называется светлопольным. Полученный контраст обусловлен распределением интенсивности электронов, отраженных по закону Вульфа-Брэгга и поэтому получил название дифракционный контраст. При пропускании через диафрагму двух и более пучков (в том числе и центральный пучок), получаем многолучевое светлопольное изображение. На таких изображениях преобладает фазовый контраст.

Изображения можно получить, пропуская через диафрагму объективной линзы только дифрагированные пучки. Тогда полученные изображения называются темнопольными и они так же бывают однолучевыми и многолучевыми.

Электронный микроскоп является сложным электрофизическим устройством. Детали оптической системы изготовляются из специальных материалов с высокой точностью. Колонна микроскопа должна обладать высокой виброустойчивостью, питание линз и ускоряющее напряжение должны иметь высокую стабильность.

Основными характеристиками просвечивающего электронного микроскопа являются разрешение и максимальное ускоряющее напряжение. Различают два типа разрешения – разрешение по точкам и по линиям. Обычно ПЭМ имеет разрешение по точкам ~ 2,5 Å и разрешение по линиям ~ 1,5 Å.

На просвечивающие электронные микроскопы могут устанавливаться различные приставки-анализаторы. В этом случае электронный микроскоп называют аналитическим, и он обладает такими же возможностями, что и другие аналитические устройства.

Установка на ПЭМ рентгеновского энергодисперсионного анализатора позволяет определить элементный состав, а в сочетании со сканирующей приставкой – элементное картирование по площади с привязкой к структуре образца. Другим устройством для определения элементного состава, устанавливаемым на микроскопах, является анализатор потери энергии электронов.

Рис. 17.3 9

Рис. 17.2

Рис. 17.1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30907. Пищеварение в полости рта 27.5 KB
  Пищеварение в полости рта Секреция в ротовой полости В ротовой полости слюну вырабатывают 3 пары крупных и множество мелких слюнных желез. 1 Время нахождения пищи в ротовой полости в среднем 1618 секунд. Е нормальная микрофлора ротовой полости которая угнетает патологическую. В пределах ротовой полости ферменты слюны практически не оказывают влияния изза незначительного времени нахождения пищевого комка в ротовой полости.
30908. Пищеварении в желудке 38.5 KB
  Железы желудка состоят из трех видов клеток: Главные клетки вырабатывают ферменты; Париетальные обкладочные НCl; Добавочные слизь. Клеточный состав желез изменяется в различных отделах желудка в антральном нет главных клеток в пилорическом нет обкладочных. Стимулирует секрецию желез желудка. Стимулирует моторику желудка.
30909. Пищеварение в 12-перстной кишке 27.5 KB
  За сутки 1525 л панкреатического сока рН 7588. Специфические вещества поджелудочного сока: 1. Ферменты панкреатического сока. Пищеварительные ферменты поджелудочного сока Протеазы поджелудочного сока эндо и экзопептидазы: а Эндопептидазы действуют на молекулу изнутри расщепляя внутренние пептидные связи.
30910. Роль печени в пищеварении 29 KB
  Состав желчи: 1. Специфические вещества: желчные кислоты и желчные пигменты: билирубин основной пигмент у человека придает коричневую окраску; биливердин в основном в желчи травоядных животных зеленый цвет. Роль желчи в пищеварении: 1.Желчные кислоты как компонент желчи играют в пищеварении ведущую роль: эмульгируют жиры активируют поджелудочную липазу обеспечивают всасывание нерастворимых в воде веществ образуя с ними комплексы жирные кислоты холестерин жирорастворимые витамины А D Е К и соли Са2...
30911. Состав и свойства кишечного сока 44.5 KB
  Состав и свойства кишечного сока Сок тонкой кишки Объем суточной секреции 25 л. Сахараза Лактаза Мальтаза Изомальтаза Гаммаамилаза фиксирована к стенке кишки. Фосфатазы Щелочная фосфатаза Кислая фосфатаза Сок толстой кишки рН сока 8590. К специфическим веществам сока толстой кишки относится слизь которая обеспечивает формирование каловых масс.
30912. Всасывание 28.5 KB
  Всасываются глюкоза алкоголь некоторые лекарственные вещества валидол нитроглицерин назначаются под язык . В желудке всасываются вода алкоголь некоторые соли и моносахариды в минимальных количествах вещества растворенные в спирте всасываются в больших количествах. Всасываются: продукты гидролиза жиров белков углеводов вода минеральные соли витамины. В норме всасываются только низкомолекулярные вещества лишенные видовой и индивидуальной специфичности.
30913. Принципы регуляции деятельности пищеварительной сис 33.5 KB
  Принципы регуляции деятельности пищеварительной системы Общие принципы регуляции пищеварения 1. Механизмы регуляции пищеварения: делятся на: нервные и гуморальные. Нервная регуляция пищеварения Нервная регуляция пищеварения осуществляется за счет безусловных и условных рефлексов. Рефлекторная регуляция пищеварения имеет ряд особенностей: 1.
30914. Пластическая и энергетическая роль углеводов, жиров и белков 28 KB
  Пластическая роль липидов состоит в том что они входят в состав клеточных мембран и в значительной мере определяют их свойства. Большая часть жиров в организме находится в жировой ткани меньшая часть входит в состав клеточных структур. Они входят в состав клеточных структур в частности клеточных мембран а также ядерного вещества и цитоплазмы. Это вещество входит в состав клеточных мембран; оно является источником образования желчных кислот а также гормонов коры надпочечников и половых желез.
30915. Энергообмен 36.5 KB
  Энергообмен Обмен веществ и энергии связаны между собой. Обмен веществ сопровождается преобразованием энергии химической механической электрической в тепловую. Количество тепла выделяемое живым организмом пропорционально интенсивности обмена веществ. По количеству выделяемого организмом тепла можно оценить интенсивность обменных процессов.