Просвечивающий электронный микроскоп

Принцип действия просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) несложен. Оптическая схема электронного микроскопа просвечивающего типа аналогична схеме обычного светового микроскопа: Конденсорная линза «освещает» узким пучком электронов объект, изображение которого с помощью двух систем электронных линз – объективной и проекционной – в увеличенном масштабе переносится на конечный экран. Проходя через объект, расположенный вблизи апертурной диафрагмы объективной линзы, электроны взаимодействуют с атомами объекта и отклоняются от первоначального направления падения пучка, т.е. рассеиваются (поглощение электронов в объектах, вследствие их очень малой толщины, в большинстве случаев можно пренебречь). При этом у части электронов скорость меняется только по направлению, не меняясь по величине, что соответствует упругому рассеиванию. Скорость другой части электронов меняется и по направлению, и по величине, при этом часть энергии электронов затрачивается на ионизацию и возбуждение атомных электронов в объекте. Вследствие этого электроны, пройдя через объект, после рассеяния в нем имеют вид расходящегося пучка. При этом электроны, рассеянные на угол, больший апертурного угла объективной линзы, определяемого диаметром апертурной диафрагмы и ее геометрическим положением, поглощаются в толще материала этой диафрагмы, и в дальнейшем в формировании изображения, возникающего на экране ТЭМ, принимает участие только та часть рассеянных электронов, которая прошла через диафрагму. Таким образом, чем большей рассеивающей способностью обладает некоторый участок исследуемого объекта, тем более темным будет его изображение. Напряжение, которое используют для ускорения потока электронов в большинстве ТЭМ, достигает 50 000 – 100 000 В. Длина волны электрона при этих напряжениях составляет от 0,0055 до 0,0039 нм соответственно. Однако теоретическое максимальное разрешение, равное половине длины волны (приблизительно 0,002 нм) практически не может быть достигнуто по целому ряду причин. К ним относятся трудности изготовления деталей микроскопа с необходимой точностью, нестабильность высокого напряжения и тока в обмотках линз, а также аберрации линз, которые позволяют использовать линзы только с очень небольшими апертурами. Разрешение в 0,1 нм было достигнуто для кристаллических (периодических) материалов. Разрешение в 0,3 – 0,4 нм – для некоторых материалов с непериодический структурой. Однако для большинства биологических материалов разрешение 1 – 2 нм обычно считается приблизительным пределом; это обусловлено спецификой методов подготовки объекта и самой природой биологических объектов.