Stof 13-6
Feed Forward Vragen
Tunneling
Videoles TEM
Examenopgave: TEM-Microscopie |
 |
 |
De opdracht
Opdracht
Maak samen met een andere leerling de examenopgave over de Transmissie Elektronen Mircoscoop (TEM). Probeer zo veel mogelijk vragen zelf te beantwoorden. Kijk pas naar de antwoorden als het echt niet lukt. Voordat je met de examenopdracht begint kijk je nog een filmpje op de volgende internet pagina toutestquantique.fr. Op deze pagina wordt kort uitgelegd hoe een TEM werkt.
Als je klaar bent met de examenopgave maak je een korte samenvatting & een “concept drawing” van de werking van een TEM. Geef aan hoe het onderwerp van deze examenopgave een voorbeeld is van het golfkarakter van materie.
Nadat je klaar bent met je samenvatting zoek je een andere leerling die gewerkt heeft aan de STM examenopdracht. Samen gaan jullie bespreken wat de overeenkomsten en verschillen zijn tussen beide microscopietechnieken. Schrijf de verschillen en de overeenkomsten op als afsluiting van je samenvatting.
TEM-Transmissie Elektronen Miciroscoop
Bron: BRON HIER
Lees het onderstaande artikel.
Waarom is er een apparaat van 1100 kg nodig om een bacterie van 0,125 picogram te bekijken? De transmissie elektronenmicroscoop QU-ANT-EM in Antwerpen kan twee punten die op een afstand van $$5·10^{-11}$$ m van elkaar liggen (de straal van een waterstofatoom) nog van elkaar onderscheiden.
Wil een voorwerp waarneembaar zijn, dan moeten de afmetingen groter zijn dan de (halve) golflengte van het gebruikte licht. Kleinere voorwerpen zijn dus niet ‘zichtbaar’ met zichtbaar licht. Net als licht gedragen elektronen zich als golven. Als elektronen een voldoende hoge snelheid hebben in vacuüm, kunnen ze gebruikt worden om voorwerpen te ‘zien’ en af te beelden. Met dit idee bouwde Ernst Ruska in 1931 de eerste elektronenmicroscoop en ontwikkelde deze verder tot hij in 1934 kleiner details kon onderscheiden dan een lichtmicroscoop. Hij ontving daarvoor in 1986 de Nobelprijs.
In de elektronenbron worden elektronen versneld met de versnelspanning U. Zie figuur 1. Voor de debroglie-golflengte van de elektronen geldt:
$$\quad \lambda_B=\frac{1,226}{\sqrt{U}} $$
Hierin is:
- $$\lambda_B$$ de golflengte van de elektronen in nm,
- $$U$$ de versnelspanning in V.
In deze relatie is de golf-deeltjesdualiteit te herkennen.
Voor de kleinste afstand d waarop twee punten met een microscoop nog gescheiden te zien zijn, geldt het criterium van de Duitse natuurkundige Ernst Abbe:
$$\quad d≥\frac{\lambda}{2} $$
De kleinste afmetingen van een virus zijn ongeveer 20 nm. Zie figuur 2. Om daarvan in de praktijk ook de structuren te kunnen herkennen, moeten de afmetingen van het object minsten 50 keer groter zijn dan de theoretische ondergrens van het criterium van Abbe.
- Leg uit dat de details van een virus niet met een gewone lichtmicroscoop te zien zijn.
- Bereken de minimale versnelspanning die een elektronenmicroscoop moet hebben om details van een virus te kunnen waarnemen.
De elektronenbundel van een elektronenmicroscoop wordt met een ‘magnetische lens’ geconcentreerd op het te onderzoeken object. Zie figuur 3 voor een zijaanzicht.
In deze magnetische lens varieert de sterkte van het magneetveld in horizontale richting van links naar rechts zoals weergegeven in figuur 4.
- Leg uit wat de richting van het magneetveld B is bij negatieve waarden van B.
- Verklaar waarom de grootte van het magneetveld B in de magnetische lens van de as naar de rand moet toenemen.
De elektronen komen de magnetische lens binnen met een snelheid van $$v=9,2·10^5$$ m/s. In de lens worden de elektronen afgebogen (behalve de elektronen die precies door het midden gaan).
Bij een transmissie elektronenmicroscoop wordt het beeld van een voorwerp (het object) gevormd door de doorgelaten straling op te vangen. Doordat sommige delen van het object de elektronen wel en andere delen de elektronen niet doorlaten, ontstaat een beeld. Bij een TEM wordt het object eerst in dunne plakjes (coupes < 100 nm) gesneden en daarna behandeld met zware metalen die zich hechten aan bepaalde kenmerkende structuren zoals membranen, eiwitten en DNA. Eigenschappen van het object zijn te vinden in tabel 1.
| eigenschappen object | weinig doorlating | veel doorlating |
|---|---|---|
| zeer dun plakje | ||
| aangehecht metaal |
Afhankelijk van de eigenschappen van het object worden de elektronen door het object meer of minder doorgelaten.
De elektronen, die door het object gaan, worden daarna nog door een stelsel van magnetische lenzen geleid. Zie figuur 1. Daarna vallen ze op een fluorescerend scherm dat de energie van de elektronen omzet in licht.
De antwoorden