MAKALAH TEM (TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE)

MAKALAH ANALISA FARMASI

TRANSMISSION ELECTRON MISCROSCOPE

DISUSUN OLEH

NAMA                        : TAUFIQURRAHMAN

NIM                            : 08061381621062

KELAS                       : B

Dosen Pembimbing     : LAIDA NETI MULYANI,.M.Si

PROGRAM STUDI FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2018

A.   PRINSIP DASAR TEM

TEM dikembangkan pertama kali oleh Ernst Ruska dan Max Knoll, 2 peneliti dari Jerman pada tahun 1932. Saat itu, Ernst Ruska masih sebagai seorang mahasiswa doktor dan Max Knoll adalah dosen pembimbingnya. Karena hasil penemuan yang mengejutkan dunia tersebut, Ernst Ruska mendapat penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1986. Sebagaimana namanya, TEM bekerja dengan prinsip menembakkan elektron ke lapisan tipis sampel, yang selanjutnya informasi tentang komposisi struktur dalam sample tersebut dapat terdeteksi dari analisis sifat tumbukan, pantulan maupun fase sinar elektron yang menembus lapisan tipis tersebut.

Dari sifat pantulan sinar elektron tersebut juga bisa diketahui struktur kristal maupun arah dari struktur kristal tersebut. Bahkan dari analisa lebih detail, bisa diketahui deretan struktur atom dan ada tidaknya cacat (defect) pada struktur tersebut. Hanya perlu diketahui, untuk observasi TEM ini, sample perlu ditipiskan sampai ketebalan lebih tipis dari 100 nanometer. Dan ini bukanlah pekerjaan yang mudah, perlu keahlian dan alat secara khusus. Obyek yang tidak bisa ditipiskan sampai order tersebut sulit diproses oleh TEM ini. Dalam pembuatan divais elektronika, TEM sering digunakan untuk mengamati penampang/irisan divais, berikut sifat kristal yang ada pada divais tersebut. Dalam kondisi lain, TEM juga digunakan untuk mengamati irisan permukaan dari sebuah divais. Salah satu partikel hasil pengamatan dengan TEM dapat dilihat pada gambar 1 dan 2 berikut.

 

B.    INSTRUMENTASI
a.       Ruang Vakum

Ruang vakum merupakan tempat dimana interaksi elektron terjadi, TEM standar mempunyai tekanan rendah, yaitu sekitar 10-4 Pa. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi perbedaan tegangan antara katoda dan ground, dan juga untuk mengurangi frekuensi tumbukan elektron dengan atom gas. TEM membutuhkan film yang harus diganti secara teratur tiap ada objek sehingga TEM dilengkapi dengan sistem pemompaan ganda dan airlocks.

b.      Spesimen stages

Spesimen stages merupakan bagian yang fungsinya seperti meja preparat di mikroskop, yaitu berfungsi untuk meletakkan objek / preparat. Di dalam TEM spesimen stages ini berupa jaring-jaring yang bisa kita sebut dengan ’grid’. Ukuran grid TEM standar ditunjukkan seperti cincin berdiameter 3,05 mm, dengan ukuran ketebalannya mulai dari 100 pM. Sampel diletakkan pada grid dengan ukuran sekitar 2,5 mm. Grid biasanya terbuat dari tembaga, molibdenum, emas atau platinum. Untuk spesimen Elektron transparan memiliki ketebalan sekitar 100 nm, tetapi nilai ini tergantung pada tegangan percepatan.

c.       Electron gun

Electron gun merupakan bagian dari TEM yang sangat penting, electron gun inilah yang menghasilkan partikel-partikel elektron. Electron gun  memiliki beberapa komponen penting yaitu filament, sebuah biasing circuit, sebuah Wehnelt cap, dan sebuah extraction anode. Elektron dapat di ekstraksi dengan menghubungkan filamen ke komponen power supply negatif, elektron "dipompa" dari pistol elektron ke lempeng anoda, dan kolom TEM.

Pistol dirancang untuk membuat berkas elektron keluar dari rangkaian dalam beberapa sudut tertentu, yang dikenal sebagai semiangle perbedaan pistol, α. Dengan  membentuk silinder Wehnelt sedemikian rupasehingga memiliki muatan negatif lebih tinggi dari filamen itu sendiri untuk membuat elektron keluar dari filamen dengan cara diverging. Pada operasi yang tepat, pola elektron dipaksa untuk memusat dengan diameter ukuran minimum crossover pistol.

d.      Electron lens

Lensa elektron dirancang dengan cara meniru lensa optik, dengan memfokuskan sinar sejajar pada beberapa constant focal length. Lensa dapat beroperasi elektrostatis atau magnetis. Mayoritas lensa elektron untuk TEM menggunakan kumparan elektromagnetik untuk menghasilkan lensa cembung. Untuk lensa ini bidang yang dihasilkan harus radial simetris, deviasi dari simetri radial lensa magnetik dapat menyebabkan aberasi seperti astigmatisme, spherical and chromatic aberration. lensa elektron dibuat dari besi, komposit besi-kobalt atau kobalt nikel.

Seluruh komponen termasuk ’yoke’, kumparan magnet, pole, polepiece, dan sirkuit kontrol eksternal. polepiece harus diproduksi dengan cara yang sangat simetris. Kumparan yang menghasilkan medan magnet berada di dalam yoke. Biasanya kumparan dapat digunakan dengan tegangan tinggi, oleh karena itu memerlukan isolator untuk mencegah hubungan arus pendek pada komponen lensa. Thermal distributor digunakan sebagai peredam panas yang dihasilkan oleh energi yang hilang dari gulungan coil.

e.   Apertures

Apertures merupakan lingkaran pelat logam yang terdiri dari sebuah cakram logam kecil yang cukup tebal. Apertures digunakan untuk mengarahkan elektron agar dapat berjalan secara aksial. Hal ini dapat menyebabkan efek simultan, yaitu apertures dapat mengurangi berkas intensitas dan menghilangkan elektron yang tersebar di berbagai sudut tinggi, yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang tidak diinginkan seperti aberration, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel.

Dengan adanya aperture, elektron sentral dalam TEM menyebabkan dua efek simultan:

1.      Pertama, aperture mengurangi intensitas berkas elektron yang disaring dari balok, yang mungkin diinginkan dalam kasus sampel balok sensitif.

2.      Kedua, penyaringan ini menghilangkan elektron yang tersebar pada sudut tinggi, yang mungkin disebabkan oleh proses-proses yang tidak diinginkan seperti aberration bola atau berwarna, atau karena difraksi dari interaksi dalam sampel.

C.     PENANGANAN SAMPEL

Sistem Pencitraan dalam TEM terdiri dari layar fosfor, partikel sulfida seng dibuat sehalus mungkin (10-100 pM) untuk pengamatan langsung oleh operator. sistem perekaman gambar berdasarkan film atau doped YAG yang digabungkan CCD layar. Perangkat ini dapat dihapus atau dimasukkan ke dalam jalur balok oleh operator sesuai kebutuhan.

Secara umum, elektron dihamburkan oleh partikel di udara,  yang diperlukan untuk memperbaiki (dan mempercepat) electron yang disimpan dalam ruang hampa untuk mencegah interaksi yang  tidak diinginkan.  Oleh karena itu, untuk melihat spesimen hidup di bawah TEM sulit untuk dilakukan. Selain itu, elektron tidak dapat menembus spesimen yang sangat tebal lapisannya, karena hanya dapat menembus 50-100nm. 

Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut :

·         Melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida.

a.       Preparation of thin sections

Pengambilan sampel dengan ferri osmium (stabilizes lipid bilayers and proteins) dan glutaldehyde (biasanya dilakukan di awal; ikat silang protein dengan ikatan kovalen)
memungkinkan spesimen untuk mengalami dehidrasi dan diresap oleh resin monomer. Spesimen dalam bentuk ini dapat diiris dengan baik  dengan pisau berlian atau ultra-mikrotom untuk membuat  bagian tipis yang bebas dari air dan zat volatil. Prosedur ini, kurang umum digunakan, oleh karena itu digantikan oleh rapid freezing.

b.      Rapid freezing:

Pembuatan lapisan tipis suatu specimen yang diuji dengan TEM tidak menjamin bahwa specimen tersebut dapat dilihat di bawah mikroskop menyerupai struktur dalam bentuk (ikatan kovalen protein yang bermasalah) yang sebenarnya. Untuk memastikan sepenuhnya, specimen harus  diawetkan tanpa merusak struktur aslinya yang dimungkinkan untuk pembekukan cepat spesimen dengan sedemikian rupa  sehingga mencegah molekul-molekul air dari menata ulang strukturnya sendiri. Dengan memasukkan spesimen ke dalam sebuah polesan  blok tembaga dingin dengan helium, air sangat dingin dimasukkan ke dalam es vitreous. Spesimen ini kemudian dapat diiris dengan sebuah ultramicrotome.        

·         Pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam berat seperti uranium dan timbal.

Kerusakan dan Keselamatan Berkas Elektron

Efek samping dari radiasi pengion adalah bahwa ia dapat merusak spesimen Anda, khususnya dalam bahan seperti polimer dan beberapa keramik. Beberapa aspek kerusakan balok diperburuk pada tegangan yang lebih tinggi dan, dengan instrumen komersial menawarkan hingga 400 kV, kerusakan balok sekarang membatasi banyak dari apa yang bisa kita lakukan di TEM, bahkan dengan refraktori logam. Gambar 1.8 menunjukkan area spesimen yang rusak oleh elektron berenergi tinggi. Kombinasi high-kV balok dengan sumber elektron intens yang tersedia berarti dapat menghancurkan hampir semua spesimen, jika kita kurang teliti. Pada saat yang sama muncul bahaya yang seharusnya tidak pernah dilupakan, bahwa mengekspos diri Anda untuk mengionisasi radiasi. Modem TEM sangat luar biasa direkayasa dan dirancang dengan keamanan sebagai perhatian utama, tetapi tidak pernah lupakan bahwa pengguna berurusan dengan instrumen yang berpotensi berbahaya yang menghasilkan tingkat radiasi yang bisa membunuh pengguna bila tidak hati-hati.

D.    INTERPRETASI SAMPEL TEM

Masalah lainnya adalah TEM dihadirkan dengan gambar 2D dan spesimen 3D, dilihat dalam transmisi. Secara umum mata dan otak secara rutin memahami bayangan cahaya yang dipantulkan tidak dilengkapi dengan baik untuk menginterpretasikan gambar TEM, jadi pengamat harus berhati-hati. Hayes (1980) menggambarkan masalah ini dengan baik oleh menunjukkan gambar dua badak, berdampingan sedemikian rupa sehingga kepala satu muncul menempel di bagian belakang yang lain (lihat Gambar 1.7). Seperti yang dikatakan Hayes: "ketika kita melihat gambar ini kita tertawa "(karena kita memahami sifat aslinya dalam 3D)" tapi ketika kita melihat gambar yang setara (tetapi lebih menyesatkan) TEM, kami publikasikan! "Jadi hati-hati terhadap artefak, yang mana berlimpah dalam gambar TEM.

Salah satu aspek dari kekurangan khusus ini adalah bahwa, secara umum, semua informasi TEM yang bicarakan dalam hal ini (gambar, pola difraksi, spektra) dirata-ratakan melalui ketebalan spesimen. Dengan kata lain, satu Gambar TEM tidak memiliki sensitivitas kedalaman, seperti yang terlihat dari Gambar 1.5. Jadi teknik lain yang sensitif terhadap permukaan atau sensitif terhadap kedalaman, seperti mikroskopi ion lapangan, pemindaian mikroskopi, spektroskopi Auger, hamburan balik Rutherford, dll., diperlukan teknik pelengkap jika pengamat menginginkan karakterisasi penuh dari spesimen pengamat.

  

           

 Gambar 1.7                                              Gambar 1.5