Электронная микроскопия основана на взаимодействии пучка электронов с веществом, что обеспечивает существенно более высокое разрешение по сравнению с оптической микроскопией. Длина волны электрона значительно меньше длины волны видимого света, что позволяет получать детальные изображения структуры коллоидных систем на нано- и микромасштабах. Пучок электронов ускоряется до высоких энергий с помощью электронного источника, фокусируется магнитными линзами и направляется на образец. Взаимодействие электронов с атомами образца приводит к образованию вторичных электронов, рассеянных электронов и рентгеновского излучения, которые фиксируются детекторами и преобразуются в визуальное изображение.
1. Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) ТЭМ позволяет получать изображения внутренней структуры коллоидных частиц с разрешением до нескольких ангстрем. Пучок электронов проходит через ультратонкий срез образца, и различия в электронной плотности создают контраст изображения. ТЭМ используется для исследования морфологии, размера, кристаллографии и распределения частиц в матрице.
2. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) СЭМ регистрирует вторичные или обратно рассеянные электроны, отражённые от поверхности образца. Этот метод позволяет исследовать топографию и текстуру поверхности коллоидных систем с высоким пространственным разрешением. СЭМ обеспечивает трёхмерное восприятие структуры и позволяет анализировать фрагменты без необходимости ультратонкого среза.
3. Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия (СТЭМ) СТЭМ сочетает возможности ТЭМ и СЭМ, обеспечивая одновременно высокое пространственное разрешение и поверхностный контраст. Пучок электронов сканирует образец, а регистрируемые сигналы позволяют реконструировать детализированные изображения внутренней структуры и поверхности коллоидных систем.
Коллоидные системы часто состоят из веществ с низкой атомной массой, что снижает естественный контраст. Для улучшения визуализации применяются методы контрастирования:
Электронная микроскопия позволяет не только визуализировать структуру, но и проводить элементный и кристаллографический анализ:
Электронная микроскопия используется для:
Основные ограничения связаны с необходимостью подготовки образцов, которая может изменять исходную структуру коллоидов, чувствительность к вакууму и возможность электронно-индуцированных изменений. Криоэлектронная микроскопия и минимизация воздействия пучка позволяют сохранять реальную морфологию частиц и получать данные, близкие к естественному состоянию систем.
Электронная микроскопия остаётся ключевым инструментом для глубокого анализа коллоидных систем, обеспечивая детальное понимание их структуры, морфологии и взаимодействий на наноуровне.