Образцы для просвечивающей электронной микроскопии.

К образцам для просвечивающей электронной микроскопии предъявляются следующие требования:

1. Препараты должны быть тонкими, чтобы не уменьшать энергию электронов, интенсивность пучка и не искажать изображение (хроматическая аберрация).

2. контрастность образца должна быть достаточной для получения четкого изображения.

3. Точная передача структуры образца препаратом или точное знание закона передачи структуры образца препаратом.

4. Образцы должны быть стабильными при тепловом воздействии, в вакууме и при воздействии электронного пучка.

Электронно-микроскопические методом могут изучаться следующие материалы и объекты.

1. Дисперсные системы, состоящие из отдельных ультрамикроскопических частиц, например наполненные полимеры, смеси полимеров и водные дисперсии.

2. Тонкие пленки полимеров, например те, которые наносятся на изделия для снижения коэффициента трения, увеличения и уменьшения адгезии.

3. Поверхности материалов.

4. Массивные материалы, образцы которых готовят путем получения сколов или ультратонких слоев.

5. Пористые и рыхлые материалы, например нетканые материалы, пенорезины и пенопласты.

Методы препарирования образцов.

Существуют прямые методы исследования в электронном микроскопе, когда наблюдается непосредственно объект. Объект помещают на диафрагму или сетку с размером ячейки 0,1 мм, на которые наносится пленка-подложка.

Существует также метод получения ультратонких срезов толщиной на ультрамикроскопе. Для приготовления среза применяется нож молекулярной остроты. Метод ультратонких срезов эффективен в тех случаях, когда надо исследовать фазовую структуру смесей полимеров или распределение наполнителей в полимере. Ультратонкие срезы контрастируются химическим путем. Непредельные полимеры обрабатываются тетраоксидом осмия, присоединяющимся по двойным связям, а полимеры с эфирными группами обрабатываются тетраоксидом рутения. Этим методом детально изучена смесь несовместимых полимеров полистирола и полиметилметакрилата, не требующая контрастирования т. к. полиметилметакрилат разлагается под действием электронного пучка и образует более светлую фазу.

Другие методы исследования являются косвенными и заключаются в получении копии, отпечатка с поверхности образца, так называемой реплики. Существует метод одноступенчатых и двухступенчатых реплик.

Метод одноступенчатых реплик заключается в том, что на поверхность исследуемого образца наносится тонкий слой углерода, оксида, лака или металла путем напыления (рис. 9.10). Этот слой затем отделяют химическим или механическим путем. Например, реплику можно отделить от поверхности с помощью желатиновой пленки, затем растворяемой водным раствором роданида аммония. Затем реплику промывают водой и вылавливают на металлическую сетку, которую помещают в микроскоп. В микроскопе отчетливо виден рельеф поверхности, который отпечатался на реплике.

Рис. 9.10. Получение реплики напылением.

Металлические реплики получаются напылением в вакууме на поверхность тонкого слоя металла толщиной . Угольные реплики обладают лучшей разрешающей способностью по сравнению с металлическими. Недостаток одноступенчатых реплик состоит в трудности отделения реплики от поверхности вследствие малой толщины.

Метод двухступенчатых реплик заключается в том, что на поверхность объекта путем полива или прессования наносится сравнительно толстый слой какого-либо материала, например коллодия или полистирола (рис. 9.11). Этот слой, называемый первичной репликой, снимается и на его контактной стороне создается вторичная реплика, то есть напыляется тонкий слой металла, например серебра, а толстый слой растворяется в селективном растворителе.

Рис. 9.11. Получение двухступенчатой реплики.

Контраст изображения в электронном микроскопе представляет собой соотношение между яркостью экрана в светлых и темных участках объекта. Для увеличения видимости объекта его подвергают контрастированию. Одним из методов контрастирования является косое оттенение. Этот метод состоит в том, что пары атомов тяжелых элементов (хрома, платины, золота) напыляются под определенным углом на объект низкой плотности, дающий плохое изображение (рис. 9.12). Напыление золота под углом образует неравномерный слой различной плотности. Напыление производится на вакуумной установке с нагреваемой нитью, которая дает пары металла. На участках, расположенных под углом 90⁰ к молекулярному пучку металла, конденсируется большее количество атомов, образуется толстый слой. Частицы экранируют часть пленки-подложки от попадания металла. На пленке образуется тень, более прозрачная для электронов. На экране эти участки будут более светлыми.

Рис. 9.12. Оттенение малоконтрастного объекта парами золота.

Из законов геометрии, зная угол напыления, можно по размеру тени определить высоту частицы. Косое оттенение применяют также для увеличения контраста реплик, создаваемого за счет разной длины пути электронного пучка в реплике за счет разного угла наклона. Этот контраст обычно бывает недостаточным.

Основным преимуществом электронного микроскопа является наглядность изображения и легкость трактовки микрофотографий. Однако следует помнить, что микрофотография – не картина, тождественная изучаемому объекту, а результат сложного взаимодействия электронов с веществом, зависящий от способа приготовления препаратов, который (способ) часто бывает многоступенчатым.