Новости химической науки > Новые возможности электронной микроскопии

Электронную микроскопию вполне можно назвать рабочей лошадкой специалистов по наноматериалам – этот метод позволяет изучать объекты, получая информацию с атомным разрешением. Исследователям удалось модифицировать электронную микроскопию, добавив в схему электронного микроскопа блок, отвечающий за регистрацию ИК-спектра.

Модификация может оказаться полезной для изучения того, каким образом наночастицы принимают участие в таких процессах, как катализ, перенос тепла и конверсия солнечной энергии.

С помощью сканирующих туннельных электронных микроскопов уже в течение десятилетий можно возбуждать колебания элементов кристаллической решетки, однако этот инструмент не может детектировать флуктуационные колебания, энергия которых невысока. Такие колебания обычно изучаются с помощью спектроскопии ИК или КР, каждая из которых позволяет анализировать эти колебания, картина которых позволяет изучить химические связи в образце.

Новый микроскоп лучше приспособлен для регистрации колебаний, возбуждамых пучком электронов, чем инструменты прошлых поколений. (Рисунок из Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13870)

Как отмечает Ондрей Криванек (Ondrej L. Krivanek), сооснователь фирмы Nion, специализирующейся на разработке электронных микроскопов, чаще всего в любой непонятной ситуации химики-органики предпочитают изучать объекты с помощью спектроскопии комбинационного рассеивания. Это обстоятельство побудило разработчиков электронных микроскопов разработать способ регистрации сигналов, которые очень активно помогают и органикам, и другим химикам, но никогда не изучались в рамках различных версий электронной микроскопии.

Для того чтобы детектировать эти сигналы с помощью электронного микроскопа, Криванек и его коллеги усилили чувствительность методики, известной как спектроскопия характеристических потерь энергии электронов ( electron energy-loss spectroscopy). Измерения изменения энергии электронов, проходящих через образец, позволяет определить, какая доля этой энергии затрачивается на возбуждение колебаний.

Тем не менее, большинство электронов проходит через образец, не теряя энергии, в результате чего формируются интенсивные и уширенные спектры, и структура спектра в ряде случаев не позволяет зарегистрировать слабые сигналы от малоинтенсивных колебаний. По словам Криванека, новый инструмент позволяет увеличить разрешение спектроскопии характеристических потерь энергии электронов в двадцать раз. Комбинация электронного микроскопа со спектрометром характеристических потерь энергии электронов высокого разрешения позволяет наблюдать за колебаниями атомов.

Несмотря на уже достигнутые успехи, Криванек уверен в том, что еще есть возможность дальнейшей модификации новой комбинированной системы – стратегической задачей исследователь считает достичь такой чувствительности и разрешающей способности устройства, которая бы позволила регистрировать колебания отдельных атомов.

Источник: Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13870

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #природа химической связи