Suche

TEM


Transmissionselektronenmikroskopie

 

Wozu dient ein Transmissionselektronenmikroskop?

Das Transmissionselektronenmikroskop JEM 2100F an der Uni Augsburg

Das menschliche Auge ist in der Lage, Objekte bis zu einer Größe von 0,1 mm zu erkennen. Möchte man solch kleine Objekte genauer betrachten, so kann man zunächst eine einfache Lupe zu Hilfe nehmen oder besser gleich ein entsprechend gutes Lichtmikroskop, das eine bis zu 1000 fache Vergrößerung zulässt. Der limitierende Faktor bei optischen Mikroskopen ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts, die typischerweise bei 500 Nanometern liegt. Dies führt dazu, dass Objekte mit einer Größe von unter einem halben Mikrometer mit einem herkömmlichen Lichtmikroskop nicht mehr abgebildet werden können.
In einem Elektronenmikroskop werden beschleunigte Elektronen verwendet, deren Wellenlänge im Bereich von wenigen Picometern liegt. Somit wird das Auflösungsvermögen bis in den Bereich von atomaren Abständen verlagert, was die direkte Abbildung von z.B. Netzebenen von kristallinen Proben bei millionenfacher Vergrößerungen ermöglicht.

Wie ist es aufgebaut?

Linse eines TEMs

Ein Transmissionselektronenmikroskop ist vom Prinzip her analog einem Lichtmikroskop aufgebaut. Anstelle der Lichtquelle tritt hier eine Elektronenkanone, die anstelle von Photonen Elektronen liefert. Wie auch im Lichtmikroskop befindet sich im Elektronenmikroskop ein Kondensorsystem, das die Strahlung fokussiert und auf die zu untersuchende Probe leitet. Zur Strahlführung können jedoch keine Glaslinsen verwendet werden, da diese für Elektronen undurchlässig sind. Vielmehr werden elektrische und magnetische Felder eingesetzt, um den Elektronenstrahl zu bündeln, auf die Probe zu lenken und durch die sogenannte "Säule" zu leiten. Diese Felder werden mit Hilfe von stromdurchflossneen Spulen erzeugt (siehe Abbildung). Diese Säule, in der sich die wesentlichen Komponenten befinden, muß evakuiert sein, um dem Elektronenstrahl freie Bahn zu gewährleisten. Am Ende der Säule ist ein Leuchtschirm angebracht, auf dem ähnlich wie auf der Bildröhre von alten Fernsehern schließlich ein vergrößertes Bild der Probe dargestellt wird.

Was ist damit möglich?

Neben der Darstellung von atomaren Strukturen ermöglicht ein Transmissionselektronenmikroskop je nach Ausstattung eine Vielzahl von weiteren Analysemöglichkeiten.

Neben Bildern ist es möglich, im Diffraktionsmodus Elek­tro­nen­beu­gungs­mus­ter darzustellen und aufzunehmen. Dies ermöglicht die Strukturbestimmung von kristallinen Proben, an denen Elektronen ähnlich wie bei der Röntgenstrukturanalyse gebeugt werden. Wird eine beliebige Probe mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt, so entsteht dabei immer charakteristische Röntgenstrahlung. Wird die Energei dieser Röntgenstrahlung mit einem sogenannten EDX-Detektor bestimmt, so kann daraus die elementare Zusammmensetzung der Probe ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit hierfür ist die Elektronen-Energie-Verlustspektroskopie. Die Elektronen geben beim Durchtritt durch die Probe bei inelastischen Streuprozessen einen Teil ihrer Energie ab. Ist das Gerät mit einem Spektrometer zur Analyse der Elektronenenergie ausgestattet kann daraus nicht nur die quantitative Elementzusammensetzung,  sondern auch deren Oxidationszustände abgeleitet werden. Eine daran angelehnte Methode ist die  energeigefilterte Transmissionselektronenmikroskopie, die es erlaubt, die Elementverteilung innerhalb einer Probe mit einer Ortsauflösung von einem Nanometer in sogenannten "Mappings" darzustellen.

Welche Proben können damit untersucht werden?

Um eine Probe mit dem Transmissionselektronenmikroskop untersuchen zu können, muss diese für Elektronen transparent sein. Dazu muss die Probe hinreichend dünn sein, d.h. unter 50 nm Dicke aufweisen. Im Prinzip können die meisten makroskopisch vorliegenden Proben durch entsprechende Verfahren (Dimpeln, Sputtern) auf diese Dicke gebracht werden, sofern sie nicht spröde oder extrem hart sind.

 

Ansprechpartner:

Aladin Ullrich


Zurück