Qu’est-ce qu’un microscope électronique en transmission (MET) ?
Un microscope électronique en transmission (MET) est un appareil de mesure qui permet d’observer la structure interne d’un échantillon.
Il s’agit d’un type de microscope électronique qui permet d’observer l’intérieur d’un échantillon ultrafin en l’irradiant avec des faisceaux d’électrons et en détectant les électrons transmis et diffusés qui traversent l’échantillon. Il est utilisé dans de nombreux domaines, tels que l’ingénierie des matériaux et la biochimie, car il permet d’observer la structure interne d’un échantillon à un fort grossissement, ce qui n’est pas possible avec un microscope optique. (Anglais : Transmission Electron Microscope (TEM) )
Utilisations des microscopes électroniques en transmission
Les microscopes électroniques en transmission (MET) sont utilisés pour observer la structure interne d’échantillons à des grossissements de plusieurs centaines à plusieurs millions de fois.
Il permet d’observer des cellules entières à l’échelle de dizaines de micromètres, ainsi que des structures d’arrangement atomique à l’échelle de quelques Å (1Å (angstrom) = 10-10m). Il peut être utilisé pour l’analyse structurelle de divers matériaux tels que les semi-conducteurs et les céramiques, et pour l’observation de divers objets tels que les cellules, les bactéries et d’autres échantillons biologiques. Diverses informations peuvent être obtenues, telles que l’observation des figures de diffraction des électrons en ajustant le système de lentilles, et l’analyse élémentaire et l’analyse de l’état en attachant un spectromètre supplémentaire. Contrairement à la microscopie électronique en transmission à balayage (STEM), elle peut acquérir des données d’image en une seule fois et est donc parfois utilisée pour observer les changements de structure au fil du temps.
Principe du microscope électronique en transmission
Le principe des MET consiste à irradier un échantillon avec des électrons accélérés et à observer les conditions internes en détectant les électrons transmis à travers l’échantillon. Bien que la structure soit similaire à celle d’un microscope optique, la source lumineuse utilisée n’est pas la lumière visible mais un faisceau d’électrons, de sorte que l’épaisseur de l’échantillon doit être réduite à un niveau où les électrons peuvent pénétrer (100 nm ou moins). La différence de densité des électrons transmis à travers l’échantillon apparaît comme un contraste.
Plus la longueur d’onde des électrons irradiant l’échantillon est courte (plus l’énergie est élevée), plus la résolution est élevée : lorsque les électrons sont accélérés à une tension d’accélération de 300 kV, la longueur d’onde est de 0,00197 nm, ce qui est beaucoup plus court que la longueur d’onde de la lumière visible utilisée en microscopie optique (environ 380 nm à 780 nm), de sorte qu’une résolution élevée (~0,1 nm) permet une observation à haute résolution (~0,1 nm).
Plus la tension d’accélération est élevée, plus la longueur d’onde est courte et plus la résolution est élevée, mais cela augmente les dommages causés à l’échantillon et doit être ajusté de manière appropriée. La limite supérieure de la résolution est d’environ 50 pm en raison de facteurs tels que les aberrations du système optique.
Autres informations sur le microscope électronique en transmission (MET)
1. Préparation des échantillons pour la microscopie électronique en transmission
Certains échantillons nécessitent une préparation appropriée.
Échantillons épais
Les échantillons destinés à la microscopie électronique en transmission générale doivent être amincis jusqu’à une épaisseur d’environ 100 nm.
1. Méthode de dispersion
L’échantillon est dispersé dans un solvant et la dispersion est déposée sur le substrat pour observation.
2. Méthode du microtome
Cette méthode utilise un couteau diamanté pour amincir l’échantillon jusqu’à une épaisseur d’environ 100 nm. Les échantillons mous, tels que les polymères, sont refroidis avec de l’azote liquide, puis coupés.
3. Méthode de fraisage Ar
Un échantillon qui a été mécaniquement aminci à une épaisseur de quelques dizaines de micromètres est irradié avec des ions Ar+, qui brisent les liaisons dans l’échantillon tout en l’amincissant.
4. Méthode FIB
La zone cible est amincie par FIB tout en étant observée avec un microscope électronique à balayage (MEB), par exemple. En utilisant un microscope électronique à ultra-haute tension (HVEM) avec une tension d’accélération de 1000 kV ou plus, il est possible d’observer des échantillons d’une épaisseur d’environ 5 µm. Cependant, comme l’équipement est très grand et que la structure est complexe, il est principalement détenu par des installations de recherche telles que les universités.
Échantillons ne contenant pas d’éléments lourds
Les polymères et les échantillons biologiques sont principalement composés d’éléments légers tels que C, H, N et O, qui sont très perméables aux électrons et peuvent ne pas fournir un contraste suffisant pour l’identification de la structure. La coloration électronique sélective à l’aide d’un agent de coloration à forte capacité de diffusion des électrons (par exemple OsO4 ou RuO4) dans la zone où la structure doit être observée peut fournir une image suffisamment contrastée. La coloration électronique peut altérer la structure de l’échantillon. Pour éviter cet effet, l’utilisation du contraste de phase en microscopie électronique en transmission ou de microscope électronique en transmission en balayage (STEM) peut être efficace.
Échantillons qui s’évaporent ou se subliment sous vide poussé
L’évaporation ou la sublimation dans des conditions de vide poussé modifie non seulement la structure et la forme de l’échantillon, mais peut également entraîner une défaillance de l’équipement. Pour éviter cela, il convient d’utiliser la microscopie électronique en transmission à environnement contrôlé (ETEM) ou la cryo-EM.
2. Les principaux équipements analytiques attachés aux microscopes électroniques en transmission
Comme l’irradiation d’un échantillon par des faisceaux d’électrons accélérés produit une variété de signaux autres que les électrons, les microscopies électroniques en transmission peuvent être équipées de différents types d’instruments analytiques.
Diffraction des électrons
Une image de diffraction de l’échantillon est obtenue en détectant l’interférence des faisceaux d’électrons diffusés de manière élastique. L’analyse de l’image de diffraction révèle des informations cristallographiques telles que la structure et l’orientation des cristaux.
Spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS)
Les faisceaux d’électrons diffusés de manière inélastique sont les faisceaux d’électrons émis par un échantillon après que le faisceau d’électrons incident a excité les électrons de l’échantillon. En mesurant la quantité d’énergie perdue par le faisceau d’électrons par rapport à celle perdue avant le faisceau incident, il est possible de déterminer des informations sur la composition et l’état de liaison de l’échantillon.
Tomographie électronique
En appliquant les principes de la tomographie assistée par ordinateur aux électrons transmis, il est possible de produire une image stéréoscopique tridimensionnelle de l’échantillon en empilant des images transversales de l’échantillon.
Diverses autres fonctions d’analyse peuvent être ajoutées à ces images. Par rapport aux mesures effectuées à l’aide d’un appareil de mesure indépendant, il est possible d’effectuer des mesures plus détaillées car la position de mesure peut être sélectionnée tout en visualisant l’image du microscope électronique en transmission.