میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) Transmission Electron Microscope یکی ازپرکاربردترین و قدرتمندترین ابزارهای شناسایی برای تعیین مشخصات ساختاری و شیمیایی نانوذراتی نظیر نانوذرات آهنی،نانوذرات روی، نانوذرات نقره و نانوذرات طلا و نانوپوشش هایی همچون نانولیپوزوم، نانوکیتوزان و سایر پلیمرهای دیگر و همچنین نانوالیاف و نانوفیبرهایی که توسط تکنیک الکتروریسی ساختار گرفته اند می باشد.
از میکروسکوپ TEM برای کنترل دقیق اندازه انواع نانوذرات و نانوپوشش ها، توزیع اندازه و همگنی، نوع شبکه، ساختار کریستالی، پراکندگی، خواص شیمیایی و فیزیکی فازها مانند تعداد، مورفولوژی و ساختار فازها در مقیاس نانو بهره برده می شود. در واقع TEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است که در آن پرتویی از الکترون‌ها از تصویر عبور داده می‌شود. تصویر برداری (Imaging)، طیف سنجی (Spectroscopy) و تکنیک های پراش (Diffraction)؛ تکنیک های اصلی مورد استفاده در میکروسکوپ های الکترونی عبوری هستند. ادغام تصویربرداری، پراش و اطلاعات تحلیلی، باعث می شود تا بینش دقیقی در مورد خواص و رفتار مواد نانو ساختار توسط میکروسکوپ TEM ارائه شود.
کاربرد میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM
میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری (TEM) ابزارهایی ویژه در مشخص نمودن ساختار و مورفولوژی مواد متفاوت مثل فلزات، آلیاژها، مواد مغناطیسی، ابررساناها، نیمه رساناها، سرامیک ها، کامپوزیت ها، دوفلزی ها، پودرها، بلورهای یونی، پلیمرها، عایق ها، لاستیک ها و پلاستیک ها محسوب می‌شود که مطالعات ریزساختاری مواد با قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی خیلی زیاد را امکان‌پذیر می‌سازند. تعیین اندازه نانو ذرات ( نانوذرات آهنی، نانوذرات روی، نانوذرات نقره و ناوذرات طلا، نانوپوشش هایی همچون نانولیپوزوم، نانوکیتوزان)، نقش اساسی در مطالعه آن ها ایفا می کند. یکی از مهمترین موارد استفاده از TEM در جهت تعیین اندازه انواع نانوذرات و نانوپوشش ها، در حد ۰.۲µm می باشد. آنالیز TEM روشی است که قابلیت تصویربرداری مستقیم از ذرات تا اندازه یک اتم را ایجاد می کند. برای تعیین پارامترها و خاصیت ذرات تعیین نوع دقیق تصویر زمینه روشن یا زمینه تاریک، بزرگنمایی و روش آنالیز بسیار مهم می باشد به دلیل آنکه میزان وضوح تصویر و کنتراست بین ذرات و زمینه، تعداد ذرات در هر تصویر، و در نتیجه آنالیز نهایی ذرات موثر می باشد.
مطالب پیشنهادی: آنالیز نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی SEM – نانو ذرات حامل دارو (نانوحامل) – نانوذرات فلزی و اکسید فلزی
اساس عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM
اساس عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM مشابه میکروسکوپ‌های نوری است با این تفاوت که به منظور از بین بردن محدودیت قدرت تفکیک میکروسکوپ های نوری که از طول موج نور مرئی ناشی می‌شود، در میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM از پرتوهای الکترونی استفاده می‌شود. آنالیز TEM قادر به تصویربرداری با وضوح تصویر هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری می باشد که دلیل آن کوچکتر بودن طول موج الکترون‌ها نسبت به طول موج نور است؛ که امکان عکس‌برداری از نانو ذرات با بزرگنمایی هزار تا یک میلیون برابر با قدرت تفکیکی در حد کوچکتر از ۱ نانومتر را فراهم می سازد.
در میکروسکوپ‌های نوری از عدسی‌های شیشه‌ای برای متمرکز کردن نور استفاده می‌شود، در حالی که در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌شود تا الکترون‌ها را متمرکز ساخته و به صورت یک پرتوی باریک گسیل کند. این پرتوی الکترونی از نمونه عبور داده می‌شود و انرژی آن کاسته می شود. پرتو الکترونی عبور کرده از نمونه، با توزیع انرژی خاصی که مختص به همان ماده است روی یک صفحه فسفری متمرکز و برای پردازش کامپیوتری به یک کامپیوتر فرستاده می شود. با بررسی و تحلیل تصویر حاصله می‌توان به اطلاعات موردنظر از ساختار ماده دست یافت.
از آن جا که تشکیل تصویر در آنالیز TEM نیاز به عبور تعداد زیادی الکترون از نمونه دارد، ضخامت نمونه تحت بررسی علاوه بر اینکه باید آن قدر کم باشد (حدود ۵ میکرومتر) که الکترون‌ها بتوانند از آن عبور کنند، همچنین باید به صورت جامد باشند. اندازه انواع نانوذرات و نانوپوشش ها در هر دو ناحیه روشن و تیره عکس ها با دقت بالا قابل اندازه گیری می باشد، همچنین اطلاعات مربوطه در زمینه مورفولوژی، ساختار و کریستالوگرافی را فراهم می سازد. الکترون‌ها با توجه به چگالی مواد ممکن است از بخش‌هایی از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد کنند و تصویر سایه مانندی از نمونه ایجاد کنند که میزان تیرگی بخش‌های مختلف جسم به چگالی مواد در آن بخش ها وابسته است. هر چه میزان چگالی جسم کم تر باشد، بیانگر این امر است که الکترون‌های بیشتری از این قسمت جسم عبور کرده‌اند و در نتیجه تصویر در این نواحی روشن تر خواهد بود. به همین ترتیب نواحی تیره تر بیانگر عبور الکترون های کمتر و چگالی بیشتر جسم می باشد.
شمای کلی میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM
یک میکروسکوپ الکترونی عبوری شامل چند بخش اصلی از جمله تفنگ الکترونی (Electron gun) به عنوان منبع ایجاد پرتوهای پر انرژی الکترونی، عدسی ها (Lenses)، محفظه نمونه (Specimen Chamber) و سیستم تصویر و صفحه نمایش (Illustration SysTEM) می باشد. علاوه بر این هر میکروسکوپ الکترونی عبوری نیاز به یک پمپ خلاء (Vacuum Pump) دارد تا به منظور جلوگیری از اکسید شدن نمونه در سیستم، خلاء ایجاد کند و همچنین شرایط پراش راحت تر الکترون را فراهم کند و ستون میکروسکوپ را تمیز نگاه دارد.
تفاوت میکروسکوپ الکترونی SEM و TEM در آنالیز نانو ذرات
با اینکه آنالیز TEM و SEM اطلاعاتی در زمینه اندازه، درجه تجمع، و پراکندگی را ارایه می کند ولی درجه تفکیک و بزرگ نمایی تصاویر TEM بسیار بهتر و بیشتر می باشد. در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) تصویربرداری از سطح نمونه انجام می گیرد در حالی که در میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM تصویربرداری از داخل نمونه انجام می شود. پرتو الکترونی در SEM برای روبش نقطه به نقطه و خط به خط نمونه به کار می رود ولی در TEM پرتو الکترونی از نمونه عبور می کند و بنابراین به ولتاژهای بسیار بالاتر نیاز است تا پرتو الکترونی توان لازم برای عبور از نمونه را داشته باشد و همچنین آماده سازی نمونه برای SEM به مراتب آسان تر از TEM است.
محدودیت های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM
علاوه بر مزیت های بیان شده میکروسکوپ های الکترونی عبوری TEM، دارای محدودیت هایی نیز هستند که از آن جمله می توان به فرآیند زمان بر و خسته کننده جهت آماده سازی نمونه ها، امکان تغییر ساختار نمونه در حین فرآیند آماده سازی، کوچک بودن میدان دید که منجر به عدم امکان تعمیم خواص ناحیه آنالیز شده به کل نمونه می گردد و همچنین امکان تخریب نمونه ها به خصوص نمونه های بیولوژیکی اشاره نمود.
مطالب مرتبط: آنالیز نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی SEM – نانوذرات حامل عصاره های گیاهی – نانو ذرات حامل دارو (نانوحامل)
خدمات مرتبط: خدمات علمی پژوهشی در حوزه علم بیوتکنولوژی – تولید نانو ذرات و نانوساختارها با رویکرد پژوهشی و درمانی
