Az elektronsugár mágneses lencsékkel terelhető, azaz fókuszálható és szétteríthető. A TEM oszlopábannégyféle elektromágneses lencsevan, amelyek sorrendje fentről lefelé a következő:kondenzorlencse,objektívlencse,
köztes lencseésprojektor- (vetítő)lencse. A modern mikroszkópokban ezek kettős lencsék, azaz két-két tekercs alkotja őket.
Funkciójuk röviden a következő. Az elektronforrásból kilépő sugárnyalábot a kondenzorlencsék gyűjtik össze és terítik szét egy adott méretű folton belül közel homogén megvilágítássá. A megvilágító nyaláb lehet közel párhuzamos, azaz síkhullám (képalkotásnál), vagy fókuszált, azaz konvergens (analitikai alkalmazásnál). Ez a nyaláb világítja meg a mintát. Az elsődleges leképezést végző objektívlencse által alkotott képet (4.4. ábra) a köztes és a vetítőlencsék közvetítik a képrögzítőre (film, digitális kamera érzékelője). A köztes lencsék száma változó (2–3), s a kívánt nagyítás mértékétől függően kapcsolhatók be és ki. Kis nagyításnál elegendő csak az egyiket használni, közepes és nagyobb nagyításoknál a többit is be kell kapcsolni (4.10.A ábra). Amikor egy intermedier lencsét bekapcsolunk, a kép 180 fokban elfordul (ennek okára nem térünk ki).
A kapott kép nagyítása független a megvilágított terület nagyságától, egyedül attól függ, hogy az objektívlencse képsíkjában megjelenő rögzített nagyítású, elsődleges (köztes, intermedier) képet a vetítőrendszer hányszorosára nagyítva vetíti tovább a képrögzítőre (4.4. ábra).
Amágneses lencséktérerősségét a tekercsben folyó áram határozza meg. A tekercs közepén nyílás (pórus) van, amit kúposan megmunkált pólusperemek, ún.pólussarukképeznek (14.10.B ábra). A lencsék tekercsében folyó áram hatására mágneses erővonalak keletkeznek, amelyek az elektronokat terelik. A tekercs vasköpennyel borított.
A lencsék között elhaladó elektronnyalábban az elektronok spirális pályán mozognak. A régebbi mikroszkópokban ez világosan érzékelhető volt a nagyítás változtatásakor, ilyenkor ugyanis a kép adott szögben elfordult. Ez az elmozdulás a modern berendezéseknél már korrigált.
4.10. ábra.Az elektronsugár terelése: az elektromágneses lencsék helyzete a mikroszkópban (A), egy lencse metszete a pólussarukkal (B), az objektívblende működése (C) és a blendék kezelőgombjai a mikroszkóp oldalán
(D)
Alencse fókusztávolságát az elektromágnes áramerősségével lehet szabályozni. Amélységélességa lencse azon tulajdonsága, hogy nem csak egy síkról, hanem a tér (tárgy) adott mélységű szeletéről ad éles képet. Értéke függ
a hullámhossztól és a numerikus apertúrától. Az elektronsugár esetében ez az ultravékony metszet vastagságánál nagyobb érték, ígya TEM a metszet teljes vastagságát egy síkba képezi le.
Csakúgy, mint az optikai (üveg)lencséknek, az elektromágneses lencséknek is vannaklencsehibáik. Ezek egy részét korrigálhatjuk az apertúra szűkítésével, mivel a hibák a lencse széle felé jelentkeznek leginkább Az apertúra szűkítése a felbontás csökkenésével jár, így a felbontóképességnek a lencsehibák kiküszöbölése szab határt (vagyis a felbontóképesség elmarad az elméletileg lehetséges értéktől).
A megfelelő képminőség kialakításában fontos, hogy a tárgyat (metszetet) megvilágító és az azt elhagyó sugárnyaláb egyenletes sűrűségű és homogén legyen. Ez a feltétel a nyaláb tengelyének közelében teljesül. Az ezen kívül eső, a képalkotás szempontjából nem kívánatos elektronokat akondenzorlencse alatti és az objektívlencse feletti blendékkel (apertúrákkal) zárhatjuk ki a sugárnyalábból. Ahogy azt már korábban írtuk, a mintával találkozó elektronok kétféleképpen ütközhetnek a minta atomjaival. Ha az elektron – megtartva energiáját – csak irányát változtatja meg (azaz „elpattan” a mintáról), akkorrugalmas szóródásról, ha az ütközés következtében lelassul (energiát veszít), de irányát csak kismértékben változtatja meg, akkorrugalmatlan szóródásról beszélünk (4.1.
ábra).
A blendék – apertúranyílásuktól függően – a sugárnyaláb perifériáját zárják ki (az ott haladó szóródó elektronokkal együtt) a továbbhaladó elektronnyalábból (4.10.C ábra). Minden egyes blende nyílásának méretét a gyorsítófeszültséggel (azaz a rugalmasan és rugalmatlanul szóródó, valamint a mintán változatlanul áthaladó elektronok arányával) kell összehangolni annak érdekében, hogy a kapott kép kontrasztja és felbontása is elfogadhatólegyen (l. 4.2. ábra).
Adott gyorsítófeszültségnél a blende szűkítésével a kontraszt növelhető. Adott blendenyílásnál viszont a gyorsítófeszültség emelésével egyre nagyobb sebességgel érkeznek az elektronok, nő a mintán változatlanul áthaladó és a rugalmasan ütköző elektronok száma. Utóbbiak egyre kevésbé térülnek ki a sugárnyaláb tengelyéből, tehát a blende nem rekeszeli le őket. Mivel így a kelleténél több elektron vesz részt a képalkotásban, a tárgy egyes pontjai közötti anyagi különbségek egyre kevésbé képeződnek le a kialakuló képbe, tehát annak kontrasztja egyre csökken (l. 4.2. ábra). Miután a felbontás az elektronok sebességével nő, a kontraszt viszont csökken, az optimális eredményt, azaz a legjobb képminőséget e két szempontot együttesen mérlegelő kompromisszumok árán érhetjük el.
A kondenzorlencse blendéje a lencse alatt, a többi lencséé az elektromágnes fölött van. A lencsékhez tartozó blendék kezelőgombjai az oszlop oldalán találhatók, s velük a blendék sugárútba való behelyezését és kiemelését, illetve az apertúra beállítását végezhetjük (4.10.D ábra).
A mintatartó
Egy biológiai minta elektronmikroszkópos vizsgálatra való előkészítése többlépéses folyamat (l. később). A megfelelő preparátum egy nagyon vékony, ún. ultravékony metszet, amelynek vastagsága 50–100 nm. A metszést követően a metszetek egy hordozófelületre, ún.mikrorostélyrakerülnek. Ezeket finom csipesszel helyezzük a mintatartóba, majd azt a mikroszkóp oldalán található nyíláson keresztül betoljuk a zsilipkamrába (4.11. ábra).
Itt ugyanolyan vákuumot kell kialakítani, mint az oszlopban, s csak ezt követően juttatjuk be a mintánkat a mikroszkóp belső terébe, ahol az elektronnyaláb halad.
A röntgendiffrakciós vizsgálatokra is alkalmas mikroszkópok mintatartói olyan kialakításúak, hogy segítségükkel a minta dőlésszöge adott határokon belül változtatható (a mintatartóba ún. goniométert építettek).
4.11. ábra.TEM mintatartója (A) és a zsilipkamrába helyezett mintatartó (B)
A minta a vizsgálat során kisebb-nagyobb mértékben károsodik. A melegedés általában nem jelentős (a keletkező hőt a mintatartó elvezeti), de a vákuumtérbe bekerült szennyeződések adszorbeálódhatnak a mintán (kontamináció), illetve az ionizálódott vízgőz kiégetheti a metszetet (eloxidálja annak széntartalmát, l. 4.30.B ábra). A minta előkészítése és kezelése során ezért nagyon fontos a tisztaság (kesztyű használata) és a körültekintő, gondos munka.