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TEM की फुल फॉर्म “Transmission Electron Microscopy” होती है. TEM को हिंदी में “ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी” कहते है. ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) माइक्रोस्कोप हैं जो नमूनों की कल्पना करने और अत्यधिक आवर्धित छवि उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के एक कण बीम का उपयोग करते हैं. टीईएम वस्तुओं को 2 मिलियन गुना तक बढ़ा सकते हैं. यह कितना छोटा है, इसका बेहतर अंदाजा लगाने के लिए, सोचें कि एक सेल कितनी छोटी है. इसमें कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि टीईएम जैविक और चिकित्सा क्षेत्रों में इतने मूल्यवान हो गए हैं.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) प्रकाश माइक्रोस्कोप के समान ऑप्टिकल सिद्धांतों में से कई पर काम करता है. TEM में अधिक रिज़ॉल्यूशन का अतिरिक्त लाभ है. यह बढ़ा हुआ संकल्प हमें ऑर्गेनेल, वायरस और मैक्रोमोलेक्यूल्स के अल्ट्रास्ट्रक्चर का अध्ययन करने की अनुमति देता है. टीईएम में विशेष रूप से तैयार सामग्री के नमूने भी देखे जा सकते हैं. प्रकाश माइक्रोस्कोप और टीईएम आमतौर पर एक शोध परियोजना के पूरक के लिए एक दूसरे के साथ संयोजन में उपयोग किए जाते हैं. चूंकि इलेक्ट्रॉन बहुत छोटे होते हैं और हाइड्रोकार्बन या गैस अणुओं द्वारा आसानी से विक्षेपित हो जाते हैं, इसलिए निर्वात वातावरण में इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करना आवश्यक है. इस उद्देश्य के लिए पर्याप्त वैक्यूम को पूरा करने के लिए पंपों की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है. रोटरी पंप श्रृंखला में पहले हैं. उन्हें "रफिंग पंप" भी कहा जाता है क्योंकि उनका उपयोग शुरू में कॉलम के भीतर दबाव को कम करने के लिए किया जाता है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन को 10 -3 मिमी एचजी रेंज की यात्रा करनी चाहिए. डिफ्यूजन पंप उच्च वैक्यूम (10-5 मिमी एचजी रेंज में) प्राप्त कर सकते हैं लेकिन रोटरी पंप द्वारा समर्थित होना चाहिए. प्रसार पंप भी दबाव बनाए रखता है. इसके अलावा एक टर्बो, आयन, या क्रायो पंपों को पूर्ववर्ती पंपों द्वारा समर्थित किया जा सकता है, जब और भी अधिक वैक्यूम की आवश्यकता होती है.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) एक तकनीक है जिसका उपयोग बहुत छोटे नमूनों की विशेषताओं का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है. प्रौद्योगिकी इलेक्ट्रॉनों के एक त्वरित बीम का उपयोग करती है, जो एक वैज्ञानिक को संरचना और आकारिकी जैसे निरीक्षण सुविधाओं को सक्षम करने के लिए बहुत पतले नमूने से गुजरती है.
इस तकनीक को पहली बार 1931 में जर्मन वैज्ञानिकों मैक्स नोल और अर्न्स्ट रुस्का द्वारा विकसित किया गया था और यह एक सामान्य तकनीक बनने के लिए वर्षों से विकसित हुई है जो सूक्ष्म और नैनोकणों को देखने के लिए विज्ञान और इंजीनियरिंग में विश्व स्तर पर उपयोग की जाती है. टीईएम का उपयोग प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से प्राप्त की जा सकने वाली तुलना में बहुत अधिक आवर्धन और संकल्प पर कणों का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है क्योंकि एक इलेक्ट्रॉन की तरंग दैर्ध्य एक फोटॉन की तुलना में बहुत कम होती है. यह स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की तुलना में उच्च रिज़ॉल्यूशन की छवियां भी प्रदान करता है, जिसका उपयोग केवल एक नमूने की सतह को स्कैन करने और देखने के लिए किया जा सकता है. TEM का उपयोग करके, वैज्ञानिकों का उपयोग नमूनों को परमाणु स्तर तक देखने के लिए किया जा सकता है, जो कि 1nm से कम है.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप भौतिक विज्ञान के लिए एक बहुत शक्तिशाली उपकरण है. इलेक्ट्रॉनों की एक उच्च ऊर्जा किरण बहुत पतले नमूने के माध्यम से चमकती है, और इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं के बीच की बातचीत का उपयोग क्रिस्टल संरचना और संरचना में सुविधाओं जैसे अव्यवस्थाओं और अनाज की सीमाओं जैसे सुविधाओं का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है. रासायनिक विश्लेषण भी किया जा सकता है. टीईएम का उपयोग अर्धचालकों में परतों की वृद्धि, उनकी संरचना और दोषों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है. क्वांटम कुओं, तारों और बिंदुओं की गुणवत्ता, आकार, आकार और घनत्व का विश्लेषण करने के लिए उच्च रिज़ॉल्यूशन का उपयोग किया जा सकता है. टीईएम प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के समान मूल सिद्धांतों पर काम करता है लेकिन प्रकाश के बजाय इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है. चूँकि इलेक्ट्रॉनों की तरंगदैर्घ्य प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है, इसलिए TEM छवियों के लिए प्राप्य इष्टतम रिज़ॉल्यूशन प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से बेहतर परिमाण के कई क्रम हैं. इस प्रकार, टीईएम आंतरिक संरचना के बेहतरीन विवरण प्रकट कर सकते हैं - कुछ मामलों में व्यक्तिगत परमाणुओं के रूप में छोटे.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) एक माइक्रोस्कोपी तकनीक है जिसमें एक छवि बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को एक नमूने के माध्यम से प्रेषित किया जाता है. नमूना अक्सर एक अल्ट्राथिन खंड होता है जो 100 एनएम से कम मोटा होता है या ग्रिड पर निलंबन होता है. नमूने के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत से एक छवि बनती है क्योंकि नमूने के माध्यम से बीम का संचार होता है. तब छवि को बड़ा किया जाता है और एक इमेजिंग डिवाइस पर केंद्रित किया जाता है, जैसे कि एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन, फोटोग्राफिक फिल्म की एक परत, या एक सेंसर जैसे कि चार्ज-युग्मित डिवाइस से जुड़ा एक सेंसर. इलेक्ट्रॉनों के छोटे डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य के कारण, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप प्रकाश सूक्ष्मदर्शी की तुलना में काफी अधिक रिज़ॉल्यूशन पर इमेजिंग करने में सक्षम हैं. यह उपकरण को सूक्ष्म विवरणों को पकड़ने में सक्षम बनाता है-यहां तक कि परमाणुओं के एक स्तंभ के रूप में छोटा, जो एक प्रकाश सूक्ष्मदर्शी में देखे जाने योग्य वस्तु से हजारों गुना छोटा होता है. ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी भौतिक, रासायनिक और जैविक विज्ञान में एक प्रमुख विश्लेषणात्मक विधि है. टीईएम कैंसर अनुसंधान, वायरोलॉजी, और सामग्री विज्ञान के साथ-साथ प्रदूषण, नैनो प्रौद्योगिकी और अर्धचालक अनुसंधान में आवेदन पाते हैं, लेकिन पालीटोलॉजी और पेलिनोलॉजी जैसे अन्य क्षेत्रों में भी.
टीईएम उपकरणों में पारंपरिक इमेजिंग, स्कैनिंग टीईएम इमेजिंग (एसटीईएम), विवर्तन, स्पेक्ट्रोस्कोपी और इनके संयोजन सहित कई ऑपरेटिंग मोड हैं. यहां तक कि पारंपरिक इमेजिंग के भीतर भी, कई मौलिक रूप से भिन्न तरीके हैं जिनसे कंट्रास्ट उत्पन्न होता है, जिसे "इमेज कंट्रास्ट मैकेनिज्म" कहा जाता है. कंट्रास्ट मोटाई या घनत्व ("द्रव्यमान-मोटाई कंट्रास्ट"), परमाणु संख्या ("जेड कंट्रास्ट", परमाणु संख्या के लिए सामान्य संक्षिप्त नाम जेड का जिक्र), क्रिस्टल संरचना या अभिविन्यास ("क्रिस्टलोग्राफी") में स्थिति-से-स्थिति अंतर से उत्पन्न हो सकता है. कंट्रास्ट" या "विवर्तन कंट्रास्ट"), मामूली क्वांटम-मैकेनिकल चरण में बदलाव होता है जो व्यक्तिगत परमाणु उन इलेक्ट्रॉनों में उत्पन्न करते हैं जो उनके माध्यम से गुजरते हैं ("चरण विपरीत"), नमूने से गुजरने पर इलेक्ट्रॉनों द्वारा खोई गई ऊर्जा ("स्पेक्ट्रम इमेजिंग") और अधिक. प्रत्येक तंत्र उपयोगकर्ता को एक अलग तरह की जानकारी बताता है, न केवल इसके विपरीत तंत्र पर निर्भर करता है बल्कि माइक्रोस्कोप का उपयोग कैसे किया जाता है- लेंस, एपर्चर और डिटेक्टरों की सेटिंग्स. इसका मतलब यह है कि एक टीईएम नैनोमीटर और परमाणु-रिज़ॉल्यूशन जानकारी की एक असाधारण विविधता को वापस करने में सक्षम है, आदर्श मामलों में न केवल यह बताता है कि सभी परमाणु कहां हैं बल्कि वे किस प्रकार के परमाणु हैं और वे एक दूसरे से कैसे बंधे हैं. इस कारण से टीईएम को जैविक और भौतिक दोनों क्षेत्रों में नैनोसाइंस के लिए एक आवश्यक उपकरण माना जाता है.
पहला टीईएम 1931 में मैक्स नोल और अर्न्स्ट रुस्का द्वारा प्रदर्शित किया गया था, इस समूह ने 1933 में प्रकाश से अधिक रिज़ॉल्यूशन वाला पहला टीईएम और 1939 में पहला व्यावसायिक टीईएम विकसित किया था. 1986 में, रुस्का को भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था. संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का विकास.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) तकनीक नैनोस्केल वाहनों की संरचनात्मक विशेषताओं से संबंधित विस्तृत जानकारी प्रदान करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, जैसे, नैनोइमल्शन, नैनोलिपोसोमल डिलीवरी सिस्टम, नैनोपार्टिकल्स, नैनोफाइबर, आदि. फिर भी, जीवित नमूनों की कल्पना करने की अपर्याप्त क्षमता, ग्रेस्केल माइक्रोग्राफ प्रदान करना, द्वि-आयामी छवियों की पेशकश, और जटिल नमूना तैयार करने के चरण अभी भी पारंपरिक टीईएम विधियों की सबसे महत्वपूर्ण सीमाएं हैं. इस संबंध में, विभिन्न क्रायो विश्लेषणात्मक टीईएम, फ्रीज-फ्रैक्चर डायरेक्ट इमेजिंग और क्रायो-टीईएम दृष्टिकोणों के माध्यम से अधिक सटीक और आर्टिफैक्ट-मुक्त माइक्रोग्राफ प्राप्त किए जा सकते हैं; जिनमें से क्रायो-टीईएम तकनीक नैनोडिलीवरी सिस्टम के विज़ुअलाइज़ेशन के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है. क्रायो-टीईएम उपकरणों का भविष्य उज्ज्वल है और उच्च गुणवत्ता की 3-डी छवियां प्रदान करने में सक्षम उपन्यास उपकरणों को पेश करने के लिए कई प्रयास किए गए हैं जो जीवित कोशिकाओं और नैनोवाहनों के बीच बातचीत का अध्ययन करने का मौका भी प्रदान कर सकते हैं.
छवि बनाने के लिए TEMs एक उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करते हैं. एक टीईएम के शीर्ष पर एक इलेक्ट्रॉन बंदूक इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करती है जो माइक्रोस्कोप की वैक्यूम ट्यूब के माध्यम से यात्रा करते हैं. प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करने वाला ग्लास लेंस होने के बजाय (जैसा कि प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के मामले में), टीईएम एक विद्युत चुम्बकीय लेंस को नियोजित करता है जो इलेक्ट्रॉनों को एक बहुत अच्छी बीम में केंद्रित करता है. यह बीम तब नमूने से होकर गुजरता है, जो बहुत पतला होता है, और इलेक्ट्रॉन या तो बिखर जाते हैं या माइक्रोस्कोप के नीचे एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन से टकराते हैं. इसके घनत्व के अनुसार अलग-अलग रंगों में दिखाए गए इसके मिश्रित भागों के साथ नमूने की एक छवि स्क्रीन पर दिखाई देती है. इस छवि का तब सीधे TEM के भीतर अध्ययन किया जा सकता है या फोटो खींची जा सकती है. चित्र 1 एक TEM और उसके मूल भागों का आरेख दिखाता है.
यद्यपि TEM और प्रकाश सूक्ष्मदर्शी समान मूल सिद्धांतों पर कार्य करते हैं, दोनों के बीच कई अंतर हैं. मुख्य अंतर यह है कि छवियों को बड़ा करने के लिए टीईएम प्रकाश के बजाय इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करते हैं. प्रकाश सूक्ष्मदर्शी की शक्ति प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा सीमित होती है और किसी चीज को 2,000 गुना तक बढ़ा सकती है. दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी बहुत अधिक आवर्धित चित्र उत्पन्न कर सकते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के बीम में एक छोटी तरंग दैर्ध्य होती है जो उच्च रिज़ॉल्यूशन की छवियां बनाती है. (रिज़ॉल्यूशन एक छवि की तीक्ष्णता की डिग्री है.) चित्र 2 एक प्रकाश माइक्रोस्कोप के आवर्धन की तुलना एक TEM से करता है.
नमूने बहुत पतले होने चाहिए ताकि इलेक्ट्रॉन ऊतक से गुजरने में सक्षम हों. यह एक अल्ट्रामाइक्रोटोम का उपयोग करके एक नमूने के ऊतक के बहुत पतले स्लाइस को काटकर किया जा सकता है. कोशिका संरचना को संरक्षित करने के लिए ऊतक को पहले रासायनिक समाधान में रखा जाना चाहिए. ऊतक भी पूरी तरह से निर्जलित होना चाहिए (सभी पानी हटा दिया गया).
एक बार संरक्षित और निर्जलित होने के बाद, ऊतक के नमूनों को कठोर, साफ प्लास्टिक में रखा जाता है. प्लास्टिक ऊतक का समर्थन करता है जबकि इसे अल्ट्रामाइक्रोटोम (चित्र 3) के साथ पतला काटा जा रहा है. वर्गों को काटने और ग्रिड पर लगाने के बाद, (छिद्रों के साथ छोटे गोलाकार डिस्क), ऊतक को दागने के लिए लेड के घोल का उपयोग किया जाता है (चित्र 4). सीसा कुछ कोशिका भागों को धुंधला करके ऊतक के विपरीत प्रदान करता है. जब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में रखा जाता है, तो इलेक्ट्रॉन लेड द्वारा बिखर जाते हैं. वे ऊतक में प्रवेश नहीं करते हैं या फ्लोरोसेंट स्क्रीन को हिट नहीं करते हैं, जिससे उन क्षेत्रों में अंधेरा हो जाता है.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग क्यों किया जाता है
यह तकनीक हमें किसी पदार्थ की संरचना, क्रिस्टलीकरण, आकारिकी और तनाव के बारे में बता सकती है जबकि स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी केवल एक नमूने के आकारिकी के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती है. हालाँकि, TEM को बहुत पतले नमूनों की आवश्यकता होती है जो इलेक्ट्रॉनों के लिए अर्ध-पारदर्शी होते हैं, जिसका अर्थ यह हो सकता है कि नमूना तैयार करने में अधिक समय लगता है.
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप कैसे काम करता है -
एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, एक इलेक्ट्रॉन बंदूक, इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को फायर करती है. बंदूक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कॉइल और कई मिलियन वोल्ट तक के वोल्टेज का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों को अत्यधिक उच्च गति तक बढ़ा देती है. इलेक्ट्रॉन बीम एक कंडेनसर लेंस द्वारा पतली, छोटी बीम में केंद्रित होता है, जिसमें उच्च एपर्चर होता है जो उच्च कोण इलेक्ट्रॉनों को समाप्त करता है. अपनी उच्चतम गति तक पहुंचने के बाद, इलेक्ट्रॉन अति-पतले नमूने के माध्यम से ज़ूम करते हैं और बीम के कुछ हिस्सों को इस आधार पर प्रेषित किया जाता है कि नमूना इलेक्ट्रॉनों के लिए कितना पारदर्शी है. ऑब्जेक्टिव लेंस बीम के उस हिस्से को केंद्रित करता है जो नमूने से एक छवि में उत्सर्जित होता है. टीईएम का एक अन्य घटक वैक्यूम सिस्टम है, जो यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन गैस परमाणुओं से न टकराएं. एक कम वैक्यूम पहले या तो एक रोटरी पंप या डायाफ्राम पंप का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है जो एक प्रसार पंप के संचालन के लिए कम पर्याप्त दबाव को सक्षम करता है, जो तब वैक्यूम स्तर प्राप्त करता है जो संचालन के लिए पर्याप्त उच्च होता है. उच्च वोल्टेज टीईएमएस को विशेष रूप से उच्च वैक्यूम स्तरों की आवश्यकता होती है और तीसरे वैक्यूम सिस्टम का उपयोग किया जा सकता है. टीईएम द्वारा निर्मित छवि, जिसे माइक्रोग्राफ कहा जाता है, को एक स्क्रीन पर प्रोजेक्शन के माध्यम से देखा जाता है जो कि फॉस्फोरसेंट है. इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा विकिरणित होने पर, यह स्क्रीन फोटॉन का उत्सर्जन करती है. स्क्रीन के नीचे स्थित एक फिल्म कैमरा का उपयोग छवि को कैप्चर करने के लिए किया जा सकता है या चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) कैमरे के साथ डिजिटल कैप्चर प्राप्त किया जा सकता है.
इमेजिंग
इलेक्ट्रॉन गन से इलेक्ट्रॉनों का बीम कंडेनसर लेंस के उपयोग से एक छोटे, पतले, सुसंगत बीम में केंद्रित होता है. यह बीम कंडेनसर एपर्चर द्वारा प्रतिबंधित है, जो उच्च कोण इलेक्ट्रॉनों को बाहर करता है. बीम तब नमूने से टकराता है और इसके कुछ हिस्सों को नमूने की मोटाई और इलेक्ट्रॉन पारदर्शिता के आधार पर प्रेषित किया जाता है. यह प्रेषित भाग ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा फॉस्फोर स्क्रीन या चार्ज कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) कैमरे पर एक छवि में केंद्रित होता है. वैकल्पिक उद्देश्य एपर्चर का उपयोग उच्च-कोण विवर्तित इलेक्ट्रॉनों को अवरुद्ध करके इसके विपरीत को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है. छवि तब मध्यवर्ती और प्रोजेक्टर लेंस के माध्यम से स्तंभ के नीचे से गुजरती है, सभी तरह से बढ़ जाती है. छवि फॉस्फोर स्क्रीन से टकराती है और प्रकाश उत्पन्न होता है, जिससे उपयोगकर्ता छवि को देख सकता है. छवि के गहरे क्षेत्र नमूने के उन क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनके माध्यम से कम इलेक्ट्रॉनों का संचार होता है जबकि छवि के हल्के क्षेत्र नमूने के उन क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनके माध्यम से अधिक इलेक्ट्रॉनों को प्रेषित किया गया था.
विवर्तन
चित्रा 2 एक टीईएम में इलेक्ट्रॉनों के बीम के पथ का एक सरल स्केच दिखाता है जो नमूने के ठीक ऊपर और स्तंभ के नीचे से फॉस्फोर स्क्रीन तक जाता है. जैसे ही इलेक्ट्रॉन नमूने से गुजरते हैं, वे नमूने में घटक तत्वों द्वारा स्थापित इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता द्वारा बिखरे हुए हैं. नमूने से गुजरने के बाद वे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ऑब्जेक्टिव लेंस से गुजरते हैं जो नमूने के एक बिंदु से बिखरे हुए सभी इलेक्ट्रॉनों को इमेज प्लेन में एक बिंदु पर केंद्रित करता है. इसके अलावा, अंजीर 2 में दिखाया गया एक बिंदीदार रेखा है जहां नमूने द्वारा एक ही दिशा में बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों को एक बिंदु में एकत्र किया जाता है. यह ऑब्जेक्टिव लेंस का पिछला फोकल प्लेन है और यहीं पर विवर्तन पैटर्न बनता है.