تاریخچه

لوییس دو بروگلی درسال 1925برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترونها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارندرا ارائه کرد. در سال 1927دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید بطور مستقل آزمایش‌های کلاسیکتفرق الکترونی را انجام دادند که نشان‌دهندهٔ طبیعت موجی الکترون‌ها بود. در سال 1932روسکا و نول اولین بار ایدهٔ میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند. در سال 1936اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian-Vickers درانگلستان ساخته شد.  اما از سال 1950 بهبعد کاربردهای گسترده ای در بررسی مواد وفلزات پیدا نمودند. مهم ترین عامل کاهنده در کاربرد میکروسکوپ الکترونی عبوری برای مطالعه فلزات در آن سال ها به مشکلات تهیه نمونه مربوط می شد. اما امروزه باتوجه به روش های گوناگون تهیه نمونه فلزات، این میکروسکوپ ها جایگاه خاصی را درمیان متخصصان مواد و متالورژی برای خود ایجاد نموده اند و باعث بروز نقطه عطف بسیاری از پژوهش ها و تحقیقات گشته به آن ها سرعت فراوانی داده اند. امروزه میکروسکوپ الکترونی عبوری امکان مطالعه موارد متنوعی نظیر ویژگی های ریزساختاری مواد،صفحات و جهات بلوری، نابجایی ها، دوقلویی ها، عیوب انباشتگی، آخال ها، مکانیزم های جوانه زنی، رشد و انجماد، انواع فازها و تحولات فازی، بازیابی و تبلور مجدد،خستگی،شکست، خوردگی و بسیاری دیگر را فراهم آورده است.

اساس عملكردمیكروسكوپ انتقال الكترونی(Transmission Electron Microscope) كه به اختصار به آنTEM گویندمشابه میكروسكوپ های نوری است با این تفاوت كه به جای پرتوی نور در آن از پرتوی الكترون استفاده می شود.آنچه كه میتوان با كمك میكروسكوپ نوری مشاهده كرده بسیار محدود است در حالی كه با استفاده ازالكترون ها به جای نور، این محدودیت از بین می‌رود. وضوح تصویر درTEM هزاربرابر بیشتر از یك میكروسكوپ نوری است.  با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند انگستروم(10-10 متر) را مشاهده كرد.برای مثال می‌توانیداجزای موجود در یك سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیك به اتم را مشاهده كنید.برای بزرگنمایی، TEM ابزار مناسبی است كه هم درتحقیقات پزشكی، بیولوژیكی و هم در تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفادهاست. در واقعTEM نوعیپروژكتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است كه در آن پرتویی از الكترون ها از تصویرعبور داده می شود. الكترون هایی كه از جسم عبور می كنند به پرده فسفرسانس برخوردكرده سبب ایجاد تصویر از جسم بر روی پرده می شوند. قسمت های تاریك تر بیانگر این امر هستند كه الكترون های كمتری از این قسمت جسم عبور كرده اند( این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد)و نواحی روشنتر مكان هایی هستند كه الكترون از آنها عبور كرده است (بخش های كم چگال تر).
وضوح این میكروسكوپ 0.2 نانومتر است كه در حد اتم است (بیشتر اتم ها ابعادی تقریبا برابر0.2 نانومتر دارند). با این نوع میكروسكوپ حتی می توان نحوه قرار گرفتن اتمها دریك ماده را بررسی كرد. استفاده از این میكروسكوپ گران و وقت گیر است چرا كه نمونه باید در ابتدا به شیوه ای خاص آماده شود لذا تنها در مواردی خاص ازمیكروسكوپ انتقال الكترونی استفاده نمایند. از این میكروسكوپ جهت تحلیل و آنالیز ریخت شناسی، ساختار كریستالی (نحوه قرارگیری اتمها در شبكه كریستالی) و تركیب نمونه ها استفاده می شود.

عملكردمیكروسكوپ
با كمك یك منبع نور در بالای میكروسكوپ ، الكترون ها گسیل و منتشر می شوند.الكترون ها از تیوب خلاء میكروسكوپ عبور می كنند. در میكروسكوپ های نوری از عدسیهای شیشه ای برای متمركز كردن نور استفاده می شود، در حالی كه در TEM از عدسی های الكترومغناطیسی استفاده می شود تا الكترون ها را جمع و متمركز ساخته به صورت یك پرتوی باریك گسیل نماید.این پرتوی الكترونی از نمونه عبور داده می شود. بسته به چگالی مواد، الكترون هاممكن است از بخش هایی از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمایند و تصویرسایه مانندی از نمونه ایجاد كنند كه میزان تیرگی بخش های مختلف جسم به چگالی مواد در آن بخش ها وابسته است. هر چه جسم كم چگال تر باشد تصویر تیره تر خواهدبود. این تصویر می تواند مستقیما توسط اپراتور مطالعه شود و یا با كمك یك دوربینتصویر برداری شود

برای اشنایی با میکروسکوپ الکتورنی عبوری با رزلوشن بالا HRTEM                                  .................کلیک کنید................

تجهیزات میکروسکوپ الکترونی عبوری

در میکروسکوپ الکترونی عبوری، تابش پرتوی الکترونی از طریق یک تفنگ الکترونیصورت می پذیرد، عدسی های به کار رفته در این میکروسکوپ از نوع الکترومغناطیسی هستند. از اجزای اساس دیگر این میکروسکوپ، می توان به صفحه نمایش اشاره کرد. این صفحه از ماده ای پوشیده شده است که در برابر الکترون از خود پدیده فلورسانس را نشانمی دهد. صفحه نمایش را می توان از درون پنجره ای مشاهده نمود. هم چنین دوربینی که می تواند در خلا کار کند، داخل میکروسکوپ تعبیه می شود. اجزای گفته شده، همگی درداخل ستون میکروسکوپ، به صورت عمودی قرار دارند. بیشتر ضخامت این ستون را سیم پیچهای (کویل های) مربوط به عدسی ها، قطعات مغناطیسی و لوله های خنک کننده اشغال میکنند. الکترون ها در فضایی که به زحمت قطر آن از یک میلی متر تجاوز می کند، ازبالا به پایین ستون حرکت می کنند.

میکروسکوپ های اولیه از یک عدسی متمرکز کننده (condenser) به عنوان تنظیم کننده و کنترل کننده پرتوی الکترونی قبل از رسیدن به نمونه بهره می گرفتند و یک یا دو عدسی شیئی و تصویری به منظور بزرگنمایی تصویر، در ساختمان آن ها استفاده شده بود. امروزه معمولا از دوعدسی متمرکز کننده و چهار تا پنج عدسی تصویری استفاده می شود. سیستم هایالکترونیکی مورد نیاز برای کنترل تفنگ الکترونی، شش یا هفت عدسی و کویل های همراستا نمودن نسبتا پیچیده هستند. در این میکروسکوپ دستگاه ضد آلودگی که به نام کندانسور انگشتی یا ColdFingerشناخته شده است، سرعت آلوده شدن نمونه را به حداقل کاهش می دهد. معمولا میکروسکوپهای TEM از دکمه های کنترلی زیادی برخوردار هستند بااین وجود با درک اصول اپتیکی، حتی کار با پیچیده ترین میکروسکوپ ها هم اسان خواهدبود. امروزه تمایل بر این است که از کامپیوتر داخلی برای کنترل میکروسکوپ استفاده کنند. اما حتی استفاده از کامپیوتر اثری بر اپتیک میکروسکوپ یا تعداد پارامترهایی که باید کنترل شوند ندارد. 

اصول کار میکروسکوپ الکترونی عبوری
یک دستگاه TEM بسیارشبیه به پروژکتور اسلاید،کارمیکند. یک پرتو نور توسط پروژکتور ازمیان اسلاید به بیرون می تابد و همان طورکه نور ازمیان آن عبور می کند،بر روی ساختارها و اشیای روی اسلاید تغییراتی را پدید میآورد.این تاثیرات فقط درنتیجه عبور بعضی ازقسمت های پرتوهای نورانی ازمیان بعضی قسمت های اسلاید ،به وجود می آید. این پرتو عبور نموده ،سپس برروی یک صفحه نمایش،برخورد می کند وتصویری بزرگ شده ازاسلاید رابرروی آن پدید می آورد.TEM ها به همین روش کار می کنندبه استثنای اینکه پرتوی ازالکترونها (همانند نور) از میان نمونه عبور می کند. یعنی به جای نور، الکترون ها به نمونه برخورد می کنند. هر قسمت از پرتو الکترونی که از نمونه عبور می کند بر روی یک صفحه فسفری نمایش ،تصویری را تشکیل می دهد که کاربر آن را می تواند ببیند.

در واقعTEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو می باشد که در آن پرتویی از الکترون ها از تصویر عبور داده می شود. الکترونهایی که از جسم عبور می کنند به پرده برخورد کرده سبب ایجاد تصویر از جسم بر رویپرده می شوند.

قسمت های تاریک تر بیانگر این امرهستند که الکترون های کمتری از این قسمت جسم عبور کرده اند (این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد) و نواحی روشن تر مکان هایی هستند که الکترون بیشتری از آنها عبورکرده است (بخش های کم چگال تر).میکروسکوپ الکترونی عبوری قادر است تصاویر نمونه های نازک را ،با بزرگ نمایی 1000الی1000000 نشان دهد.

همان طور که گفتیم درمیکروسکوپ الکترونی عبوری یک پرتوالکترونی که از نمونه عبور می کند اطلاعاتی در مورد ساختاردرونی آن آشکار می کند. پرتوالکترونی،الکترون هایی با انرژی بالا عموماKev(300-100)  می باشند که بوسیله تفنگ الکترونی منتشر می گردند. منبع باید پرتو باریکی ازالکترون ها رابه همراه کنترل دقیق انرژی یعنی شتاب تولید کند.پرتوالکترونی تولیدشده بوسیله کمک گرفت نازترکیبات نوری الکترونی مانندلنزهای الکترومغناطیس وروزنه ها دستکاری میگردند.پرتوالکترونی در نمونه مورد نظرکه ضخامت آن معمولا بین 10 تا100 نانومتر است نفوذ می کند.بعضی از الکترون ها پراکنده می گردند درحالیکه بقیه ازنمونه بدون هیچ بر هم کنشی می گذرند. الکترون هایی که از میان نمونه می گذرند اطلاعاتی را بدست میآورند که به طبیعت برهم کنش با نمونه یعنی پراکندگی غیرالاستیک(اطلاعات پیوندی وترکیبی) وپراکندگی الاستیک (قرارگیری اتم ها) وابسته است.

درواقع با کمک یک منبع نور در بالای میکروسکوپ ، الکترون ها گسیل و منتشر می شوند. الکترون ها از تیوب خلاء میکروسکوپ عبور می کنند. در میکروسکوپ های نوری از عدسی های شیشه ای برای متمرکز کردن نوراستفاده می شود در حالی که در   میکروسکوپ الکترونی عبوری ازعدسی های الکترومغناطیسی استفاده می شود تا الکترون های را جمع و متمرکز ساخته و به صورت یکپرتوی باریک ،کوچک و همدوس گسیل نماید. این پرتوی الکترونی به نمونه برخورد می کند و بخشی از آن از درون نمونه عبور می کند.بخش عبور نموده از نمونه به وسیله ی یکعدسی شی ای داخل یک تصویر متمرکز می شود.بعدازگذشت تصویر از میان عدسی ها،تصویربزرگ می شودوبه صفحه نمایش فسفری برخورد می کند و نوری را پدید می آورد که به کاربر اجازه می دهد تا تصویر را ببیند. نواحی تیره تر تصویر، سطحی ازنمونه را نشان می دهد که الکترون های کمی ازآن جا عبور کرده اند (قسمت هایی که ضخیم تر یاچگالترند) و نواحی روشن ترتصویر، سطوحی از نمونه را نشان میدهد که الکترون های بیشتری از آنجا عبور کرده است (قسمت هایی که نازک تر یا چگالی کمتری دارند).

مي توانيدبرش هاي بسيار نازک از نمونه مدنظر تهيه کنيد و آن را در يک پلاستيک فيکس و ثابت نمايند يا اينکه آنرا منجمد کنيد. روش ديگر تهيه نمونه ايزوله کردن نمونه و مطالعه محلولي از مولکول ها يا ويروس هاي مورد نظر با کمک TEMاست.
همچنين مي توان نمونه را با روش هاي مختلف رنگ کرد و با استفاده از مارکر گذاري آنرا مطالعه کرد. براي مثال، فلزات سنگين رنگ شده مانند اورانيوم و سرب الکترونهاي را به خوبي متفرق مي کنند و کنتراست نمونه را در زير ميکروسکوپ بهبود ميبخشند.

بخش های مهم میکروسکوپ الکترونی عبوری
اگرچه دستگاه های TEM پیشرفته دارای اجزاء اصلی و فرعی فراوانی می باشند که هر کدام از عملکرد ویژه ای برخوردار هستند، اما در هر نوعTEM بخش های اصلی زیر قابل مشاهده اند. درشکل شماتیکی از بخش های مهم ستون میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داده شده است.

شکل بخش های مهم ستون میکروسکوپ‌هایالکترونی عبوری

تفنگ الکترونی
تفنگ الکترونی، باریکه ای از الکترونهای پرقدرت ایجاد می‌کند که قادر به عبور از داخل نمونه های نازک در TEM است. این تفنگ شامل یک منبع الکترونی (معروف به کاتد) و یک سیستم شتابدهنده، تامین کننده ولتاژ پایدار، است. تفنگ الکترونی در بخش فوقانی دستگاه قرار گرفته است. رایج ترین تفنگ الکترونی مورد استفاده در TEM از نوع حرارتی(thermoionic) می باشد که می تواند الکترون ها را درمحدوده اختلاف پتانسیل  200-40 کیلوولت شتاب دهند. اینکه انرژی الکترون هاباید چقدر باشد، به طبیعت نمونه و اطلاعات مورد نیاز بستگی دارد. در برخی کاربردهاخصوصاً در ضخامت های نسبتاً زیاد نمونه و یا در مواردی که نیاز به قدرت تفکیک بالاباشد، احتیاج به انرژی های الکترونی بالاتری است. برای این منظور میکروسکوپ هاییبا ولتاژ متوسط (400-300 کیلوولت) و یا ولتاژ بالا (3000-600 کیلوولت) ساخته شدهاند. امروزه از میکروسکوپ های با انرژی بسیار بالا کمتر استفاده می شود زیرا قدرتتفکیک میکروسکوپ هایی با انرژی کمتر نیز به دلیل طراحی بهتر عدسی ها بهبود یافته اند و همچنین تکنیک های موثرتری برای آماده سازی نمونه ایجاد گردیده است.علاوه براین، امروزه تفنگ های انتشار میدانی (field emission) ساخته شده اند که می توانند پرتوهای الکترونی بسیار ظریفی تولید کنند (در حد 1 نانومتر بر نمونه) و اینگونه تفنگ هاکاربرد فزاینده ای پیدا کرده است.

انواع تفنگ الکترونی در میکروسکوپالکترونی عبوری

سیستم گسیل گرما یونی
همانطور که عنوان شد معمولترین سیستم مورد استفاده در تفنگ الکترونی، سیستم گسیل گرمایونی از یک رشته داغ است. در تفنگ الکترونی، الکترون ها از میان اختلاف پتانسیل ده ها یا صدها شتاب داده می شوند تاپرتویی از الکترون ها با انرژی کنترل شده را ایجاد کنند، که حاصل آن ایجاد پرتوی متراکم از الکترون های پرانرژی است. 
در این تفنگ ها معمولاً از سیم تنگستن به عنوان کاتد استفاده شده که با عبور جریان، تا حدود 2800 کلوین گرم و در حالت پتانسیل منفی بالایی نسبت به آند و بقیه میکروسکوپ نگه داشته می شود. در این تفنگها، الکترون ها از فیلامنت داغ منتشر و به سوی آند شتاب داده می شوند. در نتیجه پرتویی از الکترون ها، از محفظه آند خارج می شود. آند صفحه مثبت است که موجب شتاب پیدا نمودن پرتوهای الکترونی می شود. فیلامنت ماده ای با نقطه ذوب بالا و تابع کار نسبتاً پایین است که امکان ساطع نمودن الکترون های بیشتری را می تواند فراهم نماید. فیلامنت معمولا از تنگستن یا لانتانیوم هگزابوراید(La2B6) ساخته می‌شوند. 

تفنگ گسیل میدانی
اگر سطح یک فلز تحت ولتاژ بسیار زیادقرار گیرد (100V/m< ) به احتمال زیاد الکترون‌ها می توانند سطح آن را ترک کنند بدون اینکه نیازی به اعمال انرژی پیشنهادی توسط تابع باشد. این امر به دلیل اتفاق افتادن پدیده تونل زنی است که توسط مکانیک کوانتوم پیش بینی شده است. نتیجه ایناست که می توان الکترون های بسیار بیشتری نسبت به انتشار ترمیونیک از تنگستن استخراج کرد و روشنایی را هزار برابر یا بیشتر افزایش داد. جریان انتشار میدانی برمبنای رابطه فولر-نوردلهم(Fowler-Nordlhim) به میدان اعمال شده F بستگی دارد:

که در آنEf انرژی فرمی بوده که برای تنگستن حدود 5eV  در دمای محیط است. برای میدانی بیش از حدود   109×5  ولت بر متر جریانی که توسط انتشارمیدانی در دمای محیط منتشر می شود بیش از آن چیزی است که به صورت ترمویونیکی میتواند منتشر شود. برای اینکه چنین میدان بالایی اعمال شود باید منتشر کننده، معمولاً تنگستن، به شکل نوک تیز تهیه شود. قطر نوک منتشر کننده حدود 0.1μm یعنیچندین برابر کوچکتر از نوک سوزن است. برای حفظ این نوک تیز در حین استفاده، بایدمحیط کاری آن حاوی یون های بسیار کمی باشد، پس باید از تکنیک خلا بسیار بالااستفاده نمود. 

سیستم های عدسی
هر کدام از عدسی های موجود در TEM دارای نام خاصی می‌باشند. عدسی هایی که بین منبع الکترونی ونمونه قرار می گیرند، عدسی متمرکز کننده نامیده می شود که برای کانونی نمودن پرتوهای الکترونی استفاده می شوند، به گونه ای که وقتی این پرتوها به نمونه میرسند به صورت پرتوی ظریف و پرقدرت ظاهر شوند. برای محدود نمودن پرتوهایی که برخوردمی نمایند، از یک یا چند متمرکز کننده استفاده می شود. روزنه( Aperture) شیئی نیز در صفحه کانونی پشتی عدسیهای شیئی قرار داده می شود تا پرتوهایی که با زاویه باز پراکنش می یابند را محدود نمایند. عدسی های شیئی از حساسترین بخش هایTEM محسوب می شوند که نمونه بین آن‌هاقرار می گیرد. بزرگنمایی اولیه، کانونی نمودن تصویر و ایجاد الگوهای پراش توسط همین عدسی ها انجام می گیرد.
در یکTEM، عدسی های اضافی دیگری نیز وجود دارد که بین نمونه و تصویر قرار می گیرند. اولین آنها، عدسی پراشمی باشد که برای ایجاد الگوی پراش مورد استفاده قرار گیرد.هر عدسی نیز تصویر حاصل از عدسی های قبلی را بزرگتر می نماید. عدسی هایی که بعد از عدسی های پراش قرار دارند، عدسی های میانی نامیده شده و آخرین عدسی، عدسی پروژکتوری می باشد. جریانی که از هر عدسی عبور می نماید، فاصله کانونی و در نتیجه بزرگنمایی را کنترل می نماید. تصویر نمونه توسط هر عدسی به طور متوالی بزرگ شده تا اینکه در نهایت تصویری با بزرگنمایی مطلوب ایجاد شود.

اپتیک الکترون در میکروسکوپ الکترونی عبوری
عملکرد عدسی های الکترومغناطیس
ایده کانونی شدن پرتوهای الکترونیتوسط میدان مغناطیسی در سال 1920 عنوان شد و تاکنون نیز در میکروسکوپ های الکترونیمورد استفاده قرار می گیرد. نکته کلیدی در فهم مکانیزم کار عدسی های مغناطیسی، جهتنیرویی است که روی الکترون در حال حرکت در یک میدان مغناطیسی اعمال می شود. یکعدسی الکترومغناطیس طوری طراحی می شود که میدانی مغناطیسی تقریبا موازی با حرکتالکترون ایجاد نماید. الکترونی که به عدسی وارد می شود تحت تاثیر میدان مغناطیسی (B) به دو مولفه محوری و شعاعی تبدیل می‌شود که اولی در طول محور میکروسکوپ و دومی در جهت شعاعی قرار می گیرد. در ابتدا الکترون تحت تاثیر نیروی کوچکی از مولفه شعاعی قرار می گیرد. این نیرو باعث می شود تا الکترون در مسیر یک منحنی مارپیچ در طول عدسی حرکت نماید. به محض آنکه الکترون شروع به حرکت مارپیچ نمود، مولفه سرعتی عمود بر صفحه پیدا می نماید و تحت تاثیر نیرویی در جهت شعاعی قرار می گیرد. در نتیجه مسیر مارپیچ تنگتر و کوچکتری را می پیماید و اثر آن ایناست که پرتوهای الکترونی موازی وارد عدسی می شود، در یک نقطه همگرا می شوند (این دقیقا همان عملی است که یک عدسی شیشه ای در مقابل نور انجام می دهد).
با عبور جریان از میان سری سیم پیچها، میدان مغناطیسی قوی ایجاد می شود این میدان همانند یک عدسی، پرتوها را کانونی می نماید. در این عدسی ها، تصویر با توجه به قدرت عدسی الکترومغناطیس چند درجه ایمی‌تواند چرخش نماید. فاصله کانونی نیز با تغییر مقدار جریان می تواند قابل تغییرباشد.
مشخصات و عملکرد عدسی هایالکترومغناطیس عبارتند از:
الکترون ها با عدسی ها تماس واقعی ندارند.
الکترون ها در میدان مغناطیسی چرخش پیدا می نمایند.
الکترون ها همدیگر را دفع می نمایند.
عمل تمرکز و بزرگنمایی عدسی ها به صورت الکتریکی کنترل می شود و هیچ حرکت فیزیکی وجود ندارد.
عدسی های الکترونی می توانند همانندعدسی های همگرا عمل نمایند.
سیستم متمرکز کننده  (condenser)
در زیر تفنگ الکترونی دو یا چند عدسی متمرکز کننده قرار دارند. این عدسی ها به کمک یکدیگر پرتوی منتشره از طریق تفنگ الکترونی را باریک نموده و قطر آن را در هنگام برخورد با نمونه کنترل می کنند. این امر باعث می شود تا اپراتور بتواند سطحی از نمونه را که در معرض پرتو قرار می گیردو نیز شدت پرتو تابیده شده بر روی نمونه را کنترل کند. دریچه ای(aperture) بین عدسی های متمرکز کننده قرار دارد که به دریچه متمرکز کننده معروف بوده و جهت کنترل مقدار زاویه همگرایی پرتو مورد استفاده قرار می گیرد.پارامترهایی که از طریق سیستم متمرکز کننده کنترل می شود عبارتند از: میزان روشنایی، کنترل بر روی قسمتی از نمونه که تحت اثر پرتو قرار می گیرد و نوع الگوی پراشی که تشکیل می شود. بیان جزئیات بیشتر از سیستم متمرکز کننده با دو سری عدسی می تواند مفید باشد. عدسی های سری اول (C1) که اغلب به عنوان عدسی های"اندازه نقطه" ( spotsize) معروفند، میزان پرتوی خروجی از تفنگ الکترونی را تنظیم می نماید. سری دوم عدسی ها(C2) که اغلب به عنوان عدسی های "تنظیم کننده شدت" معروفند می توانند زاویه همگرایی پرتویی که از کل سیستم متمرکز کننده خارج می شود را کنترل کنند.

محفظه نمونه  (Specimen chamber)
محفظه نمونه یکی از قسمت های بسیارمهم میکروسکوپ می باشد که در زیر قسمت سیستم متمرکز کننده قرار دارد. باید نمونهای بسیار کوچک به طور بسیار دقیقی در جای مناسب خود در بین عدسی های شیئی قرارگیرد. محفظه نمونه باید بتواند در حد چند میلی متر جابجا شده و به میزان زیادی بچرخد. علاوه براین اگر از میکروسکوپ برای آنالیز شیمیایی نیز استفاده شود، پرتو X باید بتواند از این محل خارج شود. برای دستیابی به این مشخصات از میله نگهدارنده نمونه استفاده می شود که می تواند نمونه ای به قطر 3 میلی متریا کوچکتر را که بر روس شبکه حمایتی با اندازه 3 میلی متر قرار دارد، مابین قطبهای عدسی های شیئی قرار دهد. شکل 2، نگهدارنده نمونه در میکروسکوپ الکترونی عبوری را نشان می دهد.

نگهدارنده نمونه در میکروسکوپ الکترونی عبوری

میله نگهدارنده نمونه از طریق دریچه(airlock) به داخل ستون میکروسکوپ برده می شود.این میله می تواند در جهت های x وy تا 2 میلی متر حرکت کند تا نمونه درمحل مناسب و مورد نظرقرار گیرد. این میله همچنین می تواند در حد کسری از میلی متردر جهت z جابجا شود تا نمونه در موقعیت صفحه شیئی عدسی جای گیرد

عدسی های میانی و شیئی (Objective and intermediate lenses)
عدسی های شیئی آنقدر قدرت دارند که نمونه می تواند در میان قطب های آن‌ها قرار گیرد. نقش عدسی شیئی تشکیل اولین تصویرو یا الگوی پراش میانی است که بعداً توسط عدسی های تصویری بزرگ شده و بر روی صفحه نمایش نمایانده می شود.

اپتیک عدسی های شیئی در شکل نمایشداده شده است. اولین سری عدسی های شیئی که اغلب عدسی-های میانی و یا پراش نامیدهمی شوند به یکی از دو صورت که در قسمت الف و ب این شکل نمایش داده شده است تنظیم می گردند. در حالت تصویر (image mode)، فوکوس بر روی صفحه تصویر عدسی شیئی صورت میگیرد الف) و بزرگنمایی تصویر نهایی که بر رویصفحه نمایش دیده می شود از طریق عدسی های تصویری(projector) صورت می گیرد. در حالت پراش (diffraction mode) عدسی های میانی بر روی صفحه کانونی پشتی عدسی های شیئی فوکوس می شوند(ب) و الگوی پراش بر روی صفحه نمایش، نمایانده می شود.

عدسی شیئی و اولین عدسی میانی
مشخصه اصلی سیستم شیئی، نگهدارنده دریچه (aperature) می باشد که این امکان را فراهم میآورد که یکی از سه یا چهار دریچه کوچک بتوانند در جایی که صفحه کانونی پشتی قراردارد به درون ستون میکروسکوپ برده شود. دریچه شیئی محدوده ای را که الکترون هایپراکنده شده می توانند به طرف پایین ستون میکروسکوپ حرکت و در تشکیل تصویر مشارکتکنند تعیین می کند. بنابراین قطر دریچه، قدرت تفکیک نهایی را کنترل می کند. 
سیستم تصویری- تصویرها (Projector system-images)
اولین تصویر که توسط عدسی های شیئیایجاد می شود، معمولاً از بزرگنمایی 100-50 برابر برخوردار است. این تصویر توسط یکسری از عدسی های میانی و تصویری بزرگ شده و نهایتاً بر روی صفحه نمایش فلورسانس میکروسکوپ تابانده می شود. با استفاده از سری عدسی، که هر سری میتواند تا بیست برابر تصویر را بزرگ نماید، براحتی بزرگنمایی نهایی تا یک میلیون قابل دستیابی خواهد بود. برای بزرگنمایی کمتر نیازی به استفاده از تمام عدسی هانیست، لذا می توان یک یا تعداد بیشتری از عدسی های تصویری را خاموش کرد. برخی ازمیکروسکوپ های تخصصی از یک فیلتر انرژی در زیر نمونه بهره می برند. این فیلتر رامی توان طوری تنظیم نمود که فقط الکترون هایی که به صورت الاستیکی متفرق شده اند ویا الکترون هایی که به مقدار خاصی انرژی خود را از دست داده اند از آن عبور کنند.این موضوع از مزایای قابل توجهی برخوردار است، به عنوان مثال در میکروسکوپ های باقدرت تفکیک بالا می توان از این مزیت استفاده کرد زیرا الکترون هایی که به صورت غیرالاستیک پراکنده می شوند کیفیت تصویر را کاهش می دهند.
سیستم تصویری- الگوهای پراش ( Projector system- diffraction patterns)
غالباً بهره گیری از الگوی پراش به دست آمده از ناحیه مورد نظر در یک نمونه می تواند مفید باشد. دو روش برای انجاماین کار وجود دارد. این دو روش بطور اساسی از هم مجزا و مختلف می باشند. در یکی ازروش ها به نام "پراش از ناحیه انتخاب شده"( selected area selection) معروف است، ناحیه ای از نمونه (معمولاً به صورت دایره) انتخاب می گردد، اگرچه منطقه بزرگتری نسبت به ناحیه انتخاب شده تحت تاثیر تابش الکترونی قرار می‌گیرد. روش دوم"پراش پرتو همگرا" (convergentbeam diffraction) نامیده می شود.این روش به "ریز پراش"(microdiffraction) نیز معروف است.در این روش پرتوهای الکترونی بر روی نقطه ای کوچک از نمونه متمرکز می گردد ونتیجتاً الگوی پراش ناشی از تمام ناحیه ای است که تحت تاثیر پرتوی الکترونی قرارمی گیرد، البته این ناحیه کوچک است. 
پراش از ناحیه انتخاب شده یا از طریق وارد نمودن یک دریچه بر صفحه ای که نمونه بر روی آن قرار دارد و یا در محلی که اولین تصویر تولید شده توسط عدسی های شیئی تشکیل می شود، بدست می آید.
دوربین(camera)
به طور سنتی وقتی از دوربین صحبت میشود این مفهوم به ذهن می آید که برگه ای ظریف که همان فیلم عکاسی است در زیر صفحه نمایش قرار داده می شود و از طریق شاتر تحت تاثیر پرتو قرار می گیرد. در TEM فضای کافی و وسیعی در بخش زیرین صفحه نمایش وجود دارد، لذا میتوان سیستم تصویربرداری گوناگونی را در آن جای داد. بدلیل در دسترس بودن و نیزپیچیده بودن تکنولوژی تصویربرداری دیجیتالی، امروز استفاده از دوربین های (CCD =charge-coupled device camera) از فراگیری بیشتری برخوردار است. سادهترین سیستم های دیجیتالی از مورد مصرف، از یک سیستم ویدیوئی کامپیوتری که به سویصفحه نمایش جهت گیری شده است، بهره می گیرند. اما این سیستم از محدودیت هایی نیز برخوردار است که به پایین بودن میزان نور ساطع شده از صفحه فسفری مربوط است.همچنین پایین بودن قدرت تفکیک این نوع سیستم بر محدودیت های آنها می افزاید. دوربینهای بسیار پیچیده تری نیز موجود می باشند که می توانند تصاویر را با قدرت بالاترکه به معنی هزاران نقطه تصویری می باشد نشان دهند. این دوربین ها میزان نور صفحه فسفری را نیز می سنجند، اما در این حالت نور از طریق یک فیبر نوری به CCD کانالیزه و منتقل می گردد معمولاًCCD باید خنک گردد تا از میزان نویز کاسته شده و زمان های طولانی در معرض قرارگرفتن در برابر پرتو امکان پذیر گردد.

پمپ خلا
یکی از سوالاتی که در ذهن کاربران میکروسکوپ های الکترونی ایجاد می شود این است که چرا این میکروسکوپ ها به سیستم خلا بالا (4-10 میلی بار) نیاز دارند. دلایل آنعبارتند از:

1. الکترون ها توسط مولکول های گاز براحتی پراکنش یافته به حدی که در شرایط اتمسفر معمولی، الکترون-هایی با انرژی  15KeV، تنها 10cmامکان نفوذ پیدا می نمایند.
2. از اکسیداسیون نمونه جلوگیری می شود.
3. ستون میکروسکوپ تمیز باقی می ماند.
سه نوع پمپی که جهت ایجاد خلا در TEM بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
1) پمپ دورانی (چرخشی) ( Rotary pump): پمپ مکانیکی ساده ای که گازها را خارج و فشار را تا حدود 1-10 تا3-10 میلیبار تقلیل می دهد.
2) پمپ پخشی(Diffusion pump) که فشار را به 4-10 تا7-10 میلیبار می تواند تقلیل دهد.
3) پمپ یونی کندوپاش (Sputter ion pump)،که با جذب گازهای یونیزه شده به طرف الکترود عمل نموده و فشار را به کمتر از 7-10 میلیبار می تواند تقلیل دهد.

 آماده سازي نمونه
برای میكروسكوپ الکترونی عبوری یكی ازمراحلی است كه قبل از انجام آزمایش صورت می‌گیرد. با توجه به نوع ماده مورد آزمایش رو‌ش‌های مختلفی برای نمونه ‌سازی وجود دارد كه مهمترین آنها عبارتند از:
ساده‌ نشاندن مقدار كمی از ماده دربستر حاوی ذرات
پولیش الكتریكی ،شیمیایی و مكانیكی
سایش اتمی
استفاده از میكروسكوپ‌های یونی با پرتو كانونی شده (FIB)
دستگاه اولترا میكروتومی برش لایه ینازك از ماده كه برای نمونه‌های بیولوژیكی و بافت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
در TEM،نمونه اي که مي خواهيد بررسي کنيد بايد چگالي آن به حتي باشد که اجازه دهد تاالکترونها تا حدي از آن عبور کنند. راه هاي مختلفي براي تهيه اين نوع نمونه وجوددارد. 
تهيه برش با کمک مواد در برگيرنده: مواد زيستي شامل مقادير آب مي باشند. به علتاين براي استفاده از TEM بايد کار در خلاء انجام شود لازم است تا آب به گونه اي تبخير و يا جداسازي شود (با کمک الکل يا استون) و در نهايت نمونه فيکس و ثابت مي شود. حال نمونه در پلاستيکي محصور مي شود (به شکل يک بلوک پلاستيکي سخت)و سپس برشهاي نازکي از آن به کمک چاقوي الماس مربوط به دستگاه اولترا ميکروتوم(براي ايجاد برش هاي بسيار ظريف) تهيه مي شود که تنها ۵۰-۱۰۰نانومتر ضخامت دارند. برش هاي تهيه شده روي يک توري مسي قرار داده مي شوند و باکمک فلزات سنگين رنگ مي شوند. حال نمونه بافت آماده مطالعه با کمک پرتوي الکتروني TEMمي باشد.
تهيه نمونه به روش رنگ کردن: در اين روش از مواد ايزوله (که مي توانند براي مطالعه باکتري ها و يا مولکول هاي ايزوله استفاده شوند) استفاده مي شود به اين طريق که ابتدا محلول محتواي باکتري روي توري ريخته و با پلاستيک پوشانده مي شود. محلول نمکي يک فلز سنگين (مانند اورانيوم يا سرب) به آنها اضافه مي شود. محلول نمکي فلزبا مواد ترکيب نمي شود اما هاله اي را اطراف آن بر روي توري تشکيل مي دهد. نمونه به صورت يک تصوير منفي در هنگامي که با کمک TEMمورد مطالعه قرار مي گيرد نمايان مي شود. به طور کلی آماده سازی نمونه هایTEM مشتمل بر دو مرحله آماده سازی اولیه و نازک نمودن نهایی می باشد. برای نازک نمودن نمونههای TEM از روش های مختلفی همچون بمباران یونی نمونه و یا غوطه ورسازی در یک محلول خورنده استفاده می شود. پس از عملیات آماده سازی، معمولاً نمونه ها روی یک توری فلزی کوچک با قطر mm ۳نگهداریشده و درونمیکروسکوپ قرار داده می شود.

مزایا و معایبمیکروسکوپ الکترونی عبوری

مزایای میکروسکوپ الکترونی عبوریدرتوانایی آن درآمادگی برای اندازه گیری های منحصر به فردشبیه اطلاعات تفرقفضایی،جزئیات موفولوژی از جمله شكل، اندازه و نظم ذرات سازنده سطح یك نمونه،،اطلاعات ترکیب (اطلاعات وترکیبا تی که شی ازآن ساخته شده است ومقدارتقریبی آنها)،اطلاعا ت کریستا لوگرافی(ترتیب قرار گرفتن اتم‌ها در یک کریستا ل)وآنالیز ایراد های داخلی (استقرار خراب،ایراد های لایه لایه شدن و...)است.درمقا یسه با روش های دیگر میکروسکوپی ،میکروسکوپ الکترونی عبوری چند عیب جدی دارد.یکی از آنها آماده سازی نمونه، بخصوص نمونه های زیستی  تصاویردو بعدی هستندTEM ممکناست بسیار پیچیده باشد،ایراد دوم این است که تصاویر که از ساختارهای سه بعدی به دست آمده اند.این می تواند گاهی به تفسیر غلط از تصا ویر منجرشود.

 تصاویردر میکروسکوپ های الکترونی عبوری شفاف و دوبعدی می باشند

 رزلوشنی  به اندازه0.2 نانومتردارد که درکاربرد های پزشکی ازآن استفادهTEMهمانطور که گفتیم می شود ،این رزلووشن مربوط به نمونه هایی است که کمتر از 200 نانومترضخامت دارند.

مقایسه بین TEM و SEM
مقایسه بین روش هایTEM و SEM نشان می دهد که تمرکز پرتو الکترونی در SEM بیشتراز TEM است.بنابراین، امکان دست یابی به تصاویر سه بعدی سطوح با کیفیت بالا در SEMمیسر است. ولیTEM عمدتاً کنتراست یا تباین خوبی از نمونه های نازک ارائه می دهد. نکته قابل توجه دیگر، دقت حاصله در این دو فرایند است. در این راستا، قدرت تفکیک به دست آمده در TEM بیشتراز SEM است.دقت SEM حداکثر۱۰ نانومتر است. بنابراین،برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد شکل و اندازه ذرات با اندازه کوچک تر از ۱۰ نانومتر، TEMروش مناسب تری است.