aula de bioquímica4

Microscopia de transmissão



Autores – Edmundo Braga
Filemon Mendes
Juliano Bonfim
Em 1931, na Alemanha, Knoll e Ruska desenvolveram o primeiro microscópio eletrônico, com base no experimento de Bush (1926) que provou que era possível focalizar um feixe de elétrons utilizando uma lente eletromagnética circular. Em 1938 a Siemens Corporation construiu o primeiro modelo comercial do MET, o qual exerceu, em meados do século XX, uma imensa influência sobre a biologia e a ciência, ao permitir estudos das ultra-estruturas dos materiais.
Em 1931, na Alemanha, Knoll e Ruska desenvolveram o primeiro microscópio eletrônico, com base no experimento de Bush (1926) que provou que era possível focalizar um feixe de elétrons utilizando uma lente eletromagnética circular. Em 1938 a Siemens Corporation construiu o primeiro modelo comercial do MET, o qual exerceu, em meados do século XX, uma imensa influência sobre a biologia e a ciência, ao permitir estudos das ultra-estruturas dos materiais.
A primeira aplicação da microscopia eletrônica de transmissão no estudo dos materiais foi a observação de defeitos cristalinos não observáveis por microscopia óptica ou por microscopia eletrônica de varredura, tais como discordâncias e defeitos de empilhamento.
Introdução
Grande poder de resolução, atingindo hoje a faixa atômica - 0,2nm (1nm=10-9m).
Permite a observação de detalhes morfológicos da microestrutura e também da estrutura cristalina dos materiais.
Observa-se o que existe “por dentro” dos materiais.
Facilidade de identificação de detalhes microestruturais através de difração.
Possibilidade de fazer a microanálise.
Requer uma meticulosa preparação das amostras a serem analisadas.
ASPECTOS TÉCNICOS GERAIS:
A parte mais importante do equipamento é a coluna.
É na coluna que o feixe de elétrons é gerado pelo canhão eletrônico, condensado, dirigido para atravessar a amostra e depois ampliado para formar a imagem pelas lentes eletromagnéticas.
A operação deve ser realizada sob vácuo que deve atingir 10-5 mbar (1bar = 105 Pa ≈ 1atm) nas posições mais críticas (canhão e mostra).
Completa o equipamento um gerador de alta voltagem (100 ou 200kV chegando a até 1MV) o sistema de vácuo e os sistemas de controle de corrente das diversas lentes eletromagnéticas.
Pode-se considerar o feixe eletrônico atravessando a amostra segundo dos diagramas de raios (construção da física ótica).
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO
Tradicionalmente um filamento aquecido de tungstênio (podendo ser de outras substâncias). Contém um dispositivo convertedor de elétrons (cilindro de Wehnelt) que concentra os elétrons numa região do espaço chamada “cross-over” que é considerada, para efeitos práticos, a fonte pontual de elétrons. Além disso um anodo acelerador se encarrega de dar aos elétrons a energia necessária para atravessar a amostra (na faixa de 100 kV).
Os elétrons saem da amostra pela superfície inferior com uma distribuição de intensidade e direção controladas principalmente pelas leis de difração impostas pelo arranjo cristalino dos átomos na amostra.
Os elétrons saem da amostra pela superfície inferior com uma distribuição de intensidade e direção controladas principalmente pelas leis de difração impostas pelo arranjo cristalino dos átomos na amostra.
Contraste
Quando os elétrons atravessam uma lente eletromagnética eles experimentam uma força F = V * H que muda suas trajetórias da mesma forma que os raios de luz ao atravessar uma lente ótica.
Contraste
A lente objetiva gera uma primeira imagem da amostra sendo que em seu plano focal tem-se o difratograma.
Como condição para a difração tem-se a condição de Ewald que dá: S - S = g desta forma, graficamente, haverá difração onde a esfera de Ewald passar por um ponto da rede recíproca.
Contraste
A abertura objetiva aumenta o contraste quando esta bloqueia todos os elétrons espalhados ou difratados e permite apenas a passagem dos elétrons “transmitidos” - campo claro. Também pode-se utilizar um dos feixes difratados para formar a imagem - campo escuro.
Os três mecanismos de contraste no MET são por espessura, por difração e por contraste de fase - este último é utilizado na “Microscopia Eletrônica de Alta Resolução” (HREM).
Através da HREM pode-se formar imagens que revelam a posição dos átomos em amostras cristalinas. Uma característica importante é a passagem de vários feixes (transmitido e difratados) pela abertura objetiva.
Mecanismos de contraste
Contraste de absorção
Ao atravessar a amostra elétrons são espalhados elasticamente, e emergem na face oposta desviados da direção do feixe original. Este espalhamento cresce com o número atômico e com a espessura da amostra.
Uma partícula de elemento mais pesado B, em uma matriz de elemento A, espalha mais os elétrons e aparece escura na imagem. Este mecanismo é importante em materiais amorfos e materiais biológicos.
Mecanismos de contraste
Contraste de difração
Os ângulos de Bragg são pequenos, resultando em feixe difratado pasante ao plano da difratante. Como a abertura das lentes é pequena, da ordem de 0,5°, há geração de contraste.
Mecanismos de contraste
Contraste de difração
O cristal está num aposição próxima, mas não exata da condição de Bragg. Então um dos planos distorcidos adjacentes ao núcleo da discordância estará orientado de maneira a difratar o feixe de elétrons para fora da abertura, e formará o contraste na imagem. A rotação faz desaparecer e reaparecer o contraste.
Mecanismos de contraste
Mecanismos de contraste
Contrate de fase:
A intensidade do feixe difratado é função periódica da espessura e da orientação da amostra. À medida que muda a orientação ou a espessura da amostra a intensidade passa por máximos e mínimos, originando franjas de orientação ou franjas de espessura
As amostras utilizadas em MET devem ter as seguintes características: espessura de 500 a 5000Å (dependendo do material e da tensão de aceleração utilizada, conforme ilustram as tabelas 1 e 2, respectivamente) e superfície polida e limpa dos dois lados. Durante a preparação, a amostra não deve ser alterada, como por exemplo, através de deformação plástica, difusão de hidrogênio durante o polimento eletrolítico ou transformações martensíticas.
Bibliografia
Mannheimer, Walter.A. Microscopia dos Materiais
www.angelfire.com/crazy3/qfl2308/1_multipart_xF8FF_3_MET_PMI-2201.pdf
www.cetene.gov.br/index.php?Itemid=74&id=54&option=com_content&view=article
www.unifesp.br/dfisio/fisioneuro/eletronica.htm