Techniklexikon

Transmissionselektronenmikroskop

Optik, TEM, Durchstrahlungselektronenmikroskop, DEM, wichtigste und zugleich einfachste Form des Elektronenmikroskops. TEMs besitzen mit lichtoptischen Mikroskopen vergleichbare Strahlengänge, die Bildentstehung ist jedoch verschieden (siehe Abb.). Man verwendet spezielle Elektronenlinsen, die mit elektrischen oder heute meist magnetischen Feldern arbeiten. Auf Grund der starken Streuung und Absorption im Objekt können nur Schnitte bis ca. 100 nm Dicke untersucht werden. Die Elektronenenergien liegen meist zwischen ein paar 10 keV und wenigen MeV, entsprechend Wellenlängen zwischen wenigen Pikometern und ca. 0,1 pm. Typische Untersuchungsobjekte sind Bakterien, Gewebeproben, Viren, Makromoleküle usw.

Je nach zu erzielender Auflösung benutzt man beim TEM das Amplitudenkontrastverfahren oder das Phasenkontrastverfahren. Generell werden die Elektronen beim Durchgang durch das Untersuchungsobjekt an den Atomkernen durch Coulomb-Kräfte (Coulomb-Gesetz) gestreut. Ist der Streuwinkel grösser als die Apertur des Eingangsobjektivs, tragen die so gestreuten Elektronen nicht mehr zur Abbildung im Mikroskop bei. Nach der Rutherfordschen Streuformel nimmt die Streuung mit der Ordnungszahl der streuenden Atome zu. Orte mit grosser Atomdichte oder schweren Atomkernen, also »grosse« Strukuren, werden folglich durch weniger Elektronen im Mikroskop abgebildet, erscheinen also »dunkler«. Man spricht deshalb auch von Amplitudenkontrast.

Eine grössere Auflösung z.B. zum Abbilden von einzelnen Atomen, also »kleiner« Strukturen, erhält man mit sehr dünnen Präparaten, die auf Grund der geringen Dicke jedoch auch nur vernachlässigbar streuen. Die Coulomb-Kräfte zwischen Atomkernen und Strahlelektronen reichen jetzt nur noch aus, um eine Phasenverschiebung der Elektronen zu bewirken. Wie bei der lichtoptischen Phasenkontrastmikroskopie benutzt man dies, um eine kontrastreiche Abbildung des zu untersuchenden Objektes zu erzielen. (Reflexionskontrastmikroskopie)

Transmissionselektronenmikroskop: a) Schemazeichnung von Aufbau und Strahlengang des Transmissionselektronenmikroskops, b) zum Vergleich das Schema eines lichtoptischen Mikroskops.