Apdaila. Armatūra. Remontas. Montavimas. Pasirinkimas. Diafragma
ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS
prietaisas, leidžiantis gauti labai padidintą objektų vaizdą, naudojant elektronus jiems apšviesti. Elektroninis mikroskopas (EM) leidžia pamatyti detales, kurios yra per mažos, kad jas būtų galima nustatyti šviesos (optiniu) mikroskopu. EM yra vienas iš svarbiausių instrumentų fundamentiniams moksliniams materijos sandaros tyrimams, ypač tokiose mokslo srityse kaip biologija ir kietojo kūno fizika. Yra trys pagrindiniai EV tipai. 1930-aisiais buvo išrastas įprastas perdavimo elektroninis mikroskopas (OPEM), šeštajame dešimtmetyje – skenuojantis (skenuojantis) elektroninis mikroskopas (SEM), o devintajame dešimtmetyje – skenuojantis tunelinis mikroskopas (RTM). Šie trijų tipų mikroskopai papildo vienas kitą tiriant skirtingų tipų struktūras ir medžiagas.
ĮPRASTINIS PARDAVIMAS ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS
OPEM daugeliu atžvilgių yra panašus į šviesos mikroskopą, žr. MIKROSKOPAS, tačiau tik mėginiams apšviesti naudojama ne šviesa, o elektronų pluoštas. Jame yra elektroninis prožektorius (žr. toliau), kondensatorių lęšių serija, objektyvas ir projekcinė sistema, kuri atitinka okuliarą, bet projektuoja tikrąjį vaizdą ant fluorescencinio ekrano arba fotografinės plokštės. Elektronų šaltinis paprastai yra įkaitintas volframo arba lantano heksaborido katodas. Katodas yra elektra izoliuotas nuo likusio įrenginio, o elektronai pagreitinami stipriu elektriniu lauku. Norint sukurti tokį lauką, katodas palaikomas maždaug -100 000 V potencialu, palyginti su kitais elektrodais, sufokusuojančiais elektronus į siaurą spindulį. Ši prietaiso dalis vadinama elektroniniu prožektoriumi (žr. ELEKTRONINIS pistoletas). Kadangi elektronai yra labai išsklaidyti materijos, mikroskopo kolonėlėje, kurioje juda elektronai, turi būti vakuumas. Jis palaiko slėgį, neviršijantį vienos milijardosios atmosferos dalies.
Elektroninė optika. Elektroninį vaizdą formuoja elektriniai ir magnetiniai laukai panašiai, kaip šviesos vaizdą formuoja optiniai lęšiai. Magnetinio lęšio veikimo principą iliustruoja diagrama (1 pav.). Ritės vijų sukuriamas magnetinis laukas, kuriuo teka srovė, veikia kaip surenkantis lęšis, kurio židinio nuotolį galima keisti keičiant srovę. Kadangi tokio objektyvo optinė galia, t.y. galimybė sufokusuoti elektronus priklauso nuo magnetinio lauko stiprio prie ašies, norint jį padidinti, pageidautina magnetinį lauką sutelkti kuo mažesniame tūryje. Praktiškai tai pasiekiama tuo, kad ritė beveik visiškai padengta magnetiniu „šarvu“, pagamintu iš specialaus nikelio-kobalto lydinio, o vidinėje dalyje paliekamas tik siauras tarpelis. Taip sukurtas magnetinis laukas gali būti 10-100 tūkstančių kartų stipresnis už žemės magnetinį lauką žemės paviršiuje.
OPEM diagrama parodyta fig. 2. Kondensatoriaus lęšių serija (rodomas tik paskutinis) sufokusuoja elektronų pluoštą į mėginį. Paprastai pirmasis sukuria nepadidintą elektronų šaltinio vaizdą, o antrasis kontroliuoja mėginio apšviestos srities dydį. Paskutinio kondensatoriaus lęšio diafragma lemia spindulio plotį objekto plokštumoje. Mėginys dedamas į didelės optinės galios objektyvo – svarbiausio OPEM objektyvo, kuris lemia maksimalią įmanomą įrenginio skiriamąją gebą, magnetinį lauką. Objektyvo lęšio aberacijas riboja jo diafragma taip pat, kaip ir fotoaparate ar šviesos mikroskope. Objektyvas suteikia padidintą objekto vaizdą (dažniausiai padidinus apie 100); papildomas padidinimas, kurį suteikia tarpiniai ir projekciniai lęšiai, svyruoja nuo šiek tiek mažiau nei 10 iki šiek tiek daugiau nei 1000. Taigi, padidinimas, kurį galima gauti šiuolaikiniuose OPEM, yra nuo mažiau nei 1000 iki ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS 1 000 000. (Padidinus milijoną kartų greipfrutas išauga iki Žemės dydžio.) Tiriamas objektas dažniausiai dedamas ant labai smulkaus tinklelio, įkišamas į specialų laikiklį. Laikiklis gali būti mechaniškai arba elektra sklandžiai judinamas aukštyn ir žemyn bei kairėn ir dešinėn.
Vaizdas. OPEM kontrastas atsiranda dėl elektronų sklaidos, kai elektronų pluoštas praeina per mėginį. Jei mėginys yra pakankamai plonas, tada išsklaidytų elektronų dalis yra maža. Kai elektronai praeina pro mėginį, vieni jų yra išsibarstę dėl susidūrimų su mėginio atomų branduoliais, kiti dėl susidūrimų su atomų elektronais, treti praeina nepatiriant sklaidos. Sklaidos laipsnis bet kuriame mėginio regione priklauso nuo mėginio storio šioje srityje, jo tankio ir vidutinės atominės masės (protonų skaičiaus) tam tikrame taške. Elektronai, paliekantys diafragmą, kurių kampinis nuokrypis viršija tam tikrą ribą, nebegali grįžti į spindulį, nešantį vaizdą, todėl stipriai išsklaidant padidinto tankio, padidinto storio sritis, sunkiųjų atomų vietos vaizde atsiranda kaip tamsios zonos prieš šviesą. fone. Toks vaizdas vadinamas šviesiu lauku, nes aplinkinis laukas yra šviesesnis už jame esantį objektą. Bet galima priversti elektrinę nukreipimo sistemą perduoti tik vieną ar kitą išsklaidytą elektroną į lęšio diafragmą. Tada pavyzdys tamsiame lauke atrodo šviesus. Silpnai išsibarsčiusį objektą dažnai patogiau peržiūrėti tamsaus lauko režimu. Galutinis padidintas elektroninis vaizdas paverčiamas matomu liuminescenciniu ekranu, kuris švyti veikiant elektronų bombardavimui. Šis vaizdas, dažniausiai mažo kontrasto, dažniausiai žiūrimas pro žiūroninį šviesos mikroskopą. Esant tokiam pačiam ryškumui, toks 10 kartų padidintas mikroskopas tinklainėje gali sukurti 10 kartų didesnį vaizdą nei stebint plika akimi. Kartais silpno vaizdo ryškumui padidinti naudojamas fosforinis ekranas su elektrooptiniu keitikliu. Tokiu atveju galutinis vaizdas gali būti rodomas įprastame televizoriaus ekrane, todėl jį galima įrašyti į vaizdajuostę. Vaizdo įrašymas naudojamas vaizdams, kurie laikui bėgant keičiasi, pavyzdžiui, dėl cheminės reakcijos, įrašyti. Dažniausiai galutinis vaizdas įrašomas į fotojuostas arba fotoplokštę. Fotografinė plokštelė paprastai suteikia ryškesnį vaizdą nei stebimas plika akimi arba įrašytas į vaizdajuostę, nes fotografinės medžiagos, paprastai tariant, efektyviau registruoja elektronus. Be to, viename fotografinės juostos ploto vienete galima įrašyti 100 kartų daugiau signalų nei vaizdo juostos ploto vienete. Dėl šios priežasties ant fotojuostos įrašytas vaizdas gali būti dar padidintas maždaug 10 kartų neprarandant aiškumo.
Leidimas. Elektronų pluoštų savybės panašios į šviesos pluoštų. Visų pirma, kiekvienas elektronas turi tam tikrą bangos ilgį. EM skiriamąją gebą lemia efektyvusis elektronų bangos ilgis. Bangos ilgis priklauso nuo elektronų greičio, taigi ir nuo greitėjimo įtampos; kuo didesnė greitėjimo įtampa, tuo didesnis elektronų greitis ir trumpesnis bangos ilgis, vadinasi, didesnė skiriamoji geba. Toks reikšmingas EM pranašumas raiškoje yra dėl to, kad elektronų bangos ilgis yra daug trumpesnis už šviesos bangos ilgį. Bet kadangi elektroniniai lęšiai nefokusuoja taip gerai kaip optiniai (gero elektroninio objektyvo skaitmeninė diafragma yra tik 0,09, o gero optinio objektyvo ši reikšmė siekia 0,95), EM skiriamoji geba yra 50-100 elektronų bangų ilgių. Net ir naudojant tokius silpnus elektroninio mikroskopo lęšius, skiriamoji geba yra apytiksliai. 0,17 nm, todėl kristaluose galima atskirti atskirus atomus. Norint pasiekti tokios eilės skiriamąją gebą, reikia labai kruopštaus instrumento derinimo; visų pirma reikalingi itin stabilūs maitinimo šaltiniai, o pats įrenginys (kuris gali būti apie 2,5 m aukščio ir sverti kelias tonas) ir jo papildoma įranga reikalauja nevibracinio montavimo.
RASTRINIS ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS
SEM, kuri tapo svarbiausia mokslinių tyrimų priemone, puikiai papildo OPEM. SEM naudoja elektroninius lęšius, kad sufokusuotų elektronų pluoštą į labai mažą vietą. SEM galite reguliuoti taip, kad dėmės skersmuo jame neviršytų 0,2 nm, bet paprastai tai yra vienetai arba dešimtys nanometrų. Ši vieta nuolat kerta tam tikrą mėginio sritį, panašiai kaip spindulys, kertantis televizoriaus kineskopo ekraną. Elektrinis signalas, atsirandantis bombarduojant objektą pluošto elektronais, yra naudojamas vaizdui televizoriaus vaizdo vamzdžio arba katodinių spindulių vamzdžio (CRT) ekrane suformuoti, kurio srautas sinchronizuojamas su elektronų pluošto nukreipimo sistema (1 pav. . 3). Padidinimas šiuo atveju suprantamas kaip ekrane esančio vaizdo dydžio santykis su spinduliu dengiamo ploto pavyzdyje dydžiu. Šis padidėjimas siekia nuo 10 iki 10 mln.
Fokusuoto pluošto elektronų sąveika su mėginio atomais gali lemti ne tik jų sklaidą, kuri naudojama vaizdui gauti OPEM, bet ir rentgeno spindulių sužadinimą, matomos šviesos emisiją ir emisiją. antrinių elektronų. Be to, kadangi SEM turi tik fokusuojančius lęšius prieš mėginį, tai leidžia tirti „storus“ pavyzdžius.
Šviesą atspindintis SEM. Reflective SEM skirta tirti masinius mėginius. Kadangi kontrastas, kylantis registruojant atspindėtus, t.y. atgal išsibarstę ir antriniai elektronai, daugiausia siejami su elektronų kritimo ant mėginio kampu, vaizde atskleidžiama paviršiaus struktūra. (Atgalinės sklaidos intensyvumas ir gylis, kuriame jis vyksta, priklauso nuo krentančio pluošto elektronų energijos. Antrinių elektronų emisiją daugiausia lemia paviršiaus sudėtis ir mėginio laidumas.) Abu šie signalai neša informaciją apie bendrosios imties charakteristikos. Dėl mažos elektronų pluošto konvergencijos galima atlikti stebėjimus su daug didesniu lauko gyliu nei dirbant su šviesos mikroskopu ir gauti puikias tūrines paviršių mikrografijas su labai išvystytu reljefu. Registruojant mėginio skleidžiamą rentgeno spinduliuotę, be duomenų apie reljefą, galima gauti informaciją ir apie 0,001 mm gylio paviršinio sluoksnio mėginio cheminę sudėtį. Medžiagos sudėtį ant paviršiaus taip pat galima spręsti pagal išmatuotą energiją, kuria išspinduliuojami tam tikri elektronai. Visus sunkumus dirbant su SEM daugiausia lemia jos registracijos ir elektroninės vizualizacijos sistemos. Įrenginyje su visu detektorių komplektu, kartu su visomis SEM funkcijomis, yra numatytas elektroninio zondo mikroanalizatoriaus darbo režimas.
Skenuojantis perdavimo elektronų mikroskopas. Skenuojantis perdavimo elektroninis mikroskopas (RPEM) yra specialus SEM tipas. Jis skirtas ploniems pavyzdžiams, tokiems pat, kaip ir tirtiems OPEM. RPEM grandinė skiriasi nuo grandinės Fig. 3 tik tuo, kad virš mėginio nėra detektorių. Kadangi vaizdą sudaro keliaujantis spindulys (o ne spindulys, kuris apšviečia visą mėginio plotą), reikalingas didelio intensyvumo elektronų šaltinis, kad vaizdą būtų galima įrašyti per protingą laiką. Didelės skiriamosios gebos RPEM naudoja didelio ryškumo lauko skleidėjus. Tokiame elektronų šaltinyje šalia labai mažo skersmens išgraviruotos volframo vielos paviršiaus susidaro labai stiprus elektrinis laukas (apie V/cm). Šis laukas tiesiogine prasme ištraukia milijardus elektronų iš laido be jokio šildymo. Tokio šaltinio ryškumas yra beveik 10 000 kartų didesnis nei šaltinio su įkaitinta volframo viela (žr. aukščiau), o jo skleidžiamus elektronus galima sufokusuoti į pluoštą, kurio skersmuo mažesnis nei 1 nm. Buvo gauti net spinduliai, kurių skersmuo artimas 0,2 nm. Autoelektroniniai šaltiniai gali veikti tik itin aukšto vakuumo sąlygomis (esant slėgiui žemiau Pa), kai visiškai nėra teršalų, tokių kaip angliavandeniliai ir vandens garai, ir tampa įmanoma gauti didelės raiškos vaizdus. Tokių itin grynų sąlygų dėka įprastomis vakuuminėmis sistemomis galima tirti procesus ir reiškinius, kurie EM neprieinami. RPEM tyrimai atliekami su itin plonais mėginiais. Elektronai prasiskverbia pro tokius pavyzdžius mažai arba visai nesisklaidydami. Registruojami elektronai, išsibarstę didesniu nei kelių laipsnių kampu be lėtėjimo, krentantys ant žiedinio elektrodo, esančio po mėginiu (3 pav.). Iš šio elektrodo paimtas signalas stipriai priklauso nuo atomų skaičiaus toje srityje, pro kurią praeina elektronai – sunkesni atomai išsklaido daugiau elektronų link detektoriaus nei lengvieji. Jei elektronų pluoštas sufokusuotas į tašką, kurio skersmuo mažesnis nei 0,5 nm, galima gauti atskirų atomų vaizdą. Realiai vaizde, gautame RPEM, galima atskirti atskirus atomus, kurių atominė masė geležies (t. y. 26 ar daugiau). Elektronai, kurie nebuvo išsklaidyti mėginyje, taip pat elektronai, kurie sulėtėjo dėl sąveikos su mėginiu, patenka į žiedo detektoriaus angą. Po šiuo detektoriumi esantis energijos analizatorius leidžia atskirti pirmąjį nuo antrojo. Matuojant energiją, kurią elektronai praranda sklaidant, galima gauti svarbios informacijos apie mėginį. Energijos nuostoliai, susiję su rentgeno spindulių sužadinimu arba antrinių elektronų išmušimu iš mėginio, leidžia spręsti apie chemines medžiagos savybes srityje, per kurią praeina elektronų pluoštas.
RASTRINIS TUNELIS MIKROSKOPAS
Aukščiau aptarti EM naudoja magnetinius lęšius, kad sufokusuotų elektronus. Šis skyrius skirtas EM be objektyvų. Tačiau prieš pereinant prie skenuojančio tunelinio mikroskopo (RTM), bus naudinga trumpai pasilikti ties dviem senais belęšių mikroskopų tipais, kuriuose formuojamas projektuojamas šešėlinis vaizdas.
Automatiniai elektroniniai ir automatiniai jonų projektoriai. Automatinis elektroninis šaltinis, naudojamas RPEM, buvo naudojamas šešėlių projektoriuose nuo šeštojo dešimtmečio pradžios. Lauko projektoriuje elektronai, skleidžiami lauko spinduliavimo iš labai mažo skersmens galiuko, yra pagreitinami link liuminescencinio ekrano, esančio už kelių centimetrų nuo galo. Dėl to ekrane pasirodo suprojektuotas antgalio paviršiaus ir dalelių, esančių ant jo, vaizdas, padidinimas lygus ekrano spindulio ir galiuko spindulio santykiui (apie). Didesnė skiriamoji geba pasiekiama lauko jonų projektoriuje, kuriame vaizdo projekciją atlieka helio (ar kai kurių kitų elementų) jonai, kurių efektyvusis bangos ilgis yra mažesnis nei elektronų. Tai leidžia gauti vaizdus, parodančius tikrąjį atomų išsidėstymą antgalio medžiagos kristalinėje gardelėje. Todėl lauko jonų projektoriai visų pirma naudojami kristalų struktūrai ir jos defektams tirti medžiagose, iš kurių galima pagaminti tokius antgalius.
Skenuojantis tunelinis mikroskopas (RTM).Šis mikroskopas taip pat naudoja mažo skersmens metalinį antgalį, kuris yra elektronų šaltinis. Tarpe tarp antgalio ir mėginio paviršiaus sukuriamas elektrinis laukas. Lauko iš antgalio ištraukiamų elektronų skaičius per laiko vienetą (tunelio srovė) priklauso nuo atstumo tarp antgalio ir mėginio paviršiaus (praktiškai šis atstumas yra mažesnis nei 1 nm). Kai antgalis juda išilgai paviršiaus, srovė yra moduliuojama. Tai leidžia gauti vaizdą, susijusį su mėginio paviršiaus reljefu. Jei antgalis baigiasi vienu atomu, tada galima susidaryti paviršiaus vaizdą, einantį atomą po atomo. RTM gali veikti tik su sąlyga, kad atstumas nuo antgalio iki paviršiaus yra pastovus, o antgalį galima perkelti atominių matmenų tikslumu. Vibracija slopinama dėl standžios konstrukcijos ir mažo mikroskopo dydžio (ne daugiau kaip kumščio), taip pat dėl kelių sluoksnių guminių amortizatorių naudojimo. Didelį tikslumą užtikrina pjezoelektrinės medžiagos, kurios pailgėja ir susitraukia veikiant išoriniam elektriniam laukui. Taikant 10-5 V dydžio įtampą, tokių medžiagų dydį galima pakeisti 0,1 nm ar mažiau. Tai leidžia, pritvirtinus antgalį ant elemento, pagaminto iš pjezoelektrinės medžiagos, perkelti jį trimis viena kitai statmenomis kryptimis atominių matmenų eilės tikslumu.
ELEKTRONINĖ MIKROSKOPIJA TECHNIKA
Biologijos ir medžiagotyros srityje beveik nėra mokslinių tyrimų sektoriaus, kuriame nebūtų taikoma transmisijos elektronų mikroskopija (TEM); taip yra dėl sėkmingos mėginių paruošimo technikos. Visi elektroninėje mikroskopijoje naudojami metodai yra skirti gauti itin ploną mėginį ir užtikrinti maksimalų kontrastą tarp jo ir substrato, kurio jam reikia kaip atramą. Pagrindinė technika skirta 2–200 nm storio mėginiams, paremtiems plonomis plastiko arba anglies plėvelėmis, kurie dedami ant tinklelio, kurio tinklelio dydis yra apytikslis. 0,05 mm. (Tinkamas mėginys, nesvarbu, kaip jis gaunamas, apdorojamas taip, kad padidėtų elektronų sklaidos ant bandomojo objekto intensyvumas.) Jei kontrastas pakankamai didelis, stebėtojo akis gali atskirti detales, kurios yra 0,1-0,2 mm atstumas be įtempimo. Vadinasi, tam, kad elektroniniu mikroskopu kuriamame vaizde būtų galima išskirti detales, atskirtas mėginyje 1 nm atstumu, reikalingas bendras padidinimas apie 100-200 tūkst.. Vaizdą galima sukurti geriausiais mikroskopais mėginio ant fotografinės plokštelės su tokiu padidėjimu, bet tuo pačiu rodomas per mažas plotas. Paprastai mikrografija daroma mažesniu padidinimu, o tada padidinama fotografiškai. Fotografinė plokštelė leidžia maždaug 10 cm ilgį. 10 000 eilučių. Jei pavyzdyje kiekviena eilutė atitinka tam tikrą 0,5 nm ilgio struktūrą, tai norint užregistruoti tokią struktūrą, reikia padidinti bent 20 000, o naudojant SEM ir RPEM, kuriuose vaizdas įrašomas elektronine sistema ir atsiskleidė televizoriaus ekrane, tik gerai. 1000 eilučių. Taigi, naudojant televizoriaus monitorių, minimalus reikalingas padidinimas yra apie 10 kartų didesnis nei fotografuojant.
Biologiniai preparatai. Elektroninė mikroskopija plačiai naudojama biologiniuose ir medicinos tyrimuose. Sukurti plonųjų audinių pjūvių fiksavimo, įterpimo ir gavimo metodai OPEM ir RPEM tyrimams bei fiksavimo metodai masiniams mėginiams tirti SEM. Šie metodai leidžia ištirti ląstelių organizaciją makromolekuliniu lygmeniu. Elektroninė mikroskopija atskleidė ląstelių komponentus ir membranų, mitochondrijų, endoplazminio tinklo, ribosomų ir daugelio kitų organelių, sudarančių ląstelę, struktūrines detales. Mėginys pirmiausia fiksuojamas glutaraldehidu ar kitomis fiksuojančiomis medžiagomis, po to dehidratuojamas ir padengiamas plastiku. Kriofiksacijos metodai (fiksavimas labai žemoje – kriogeninėje – temperatūroje) leidžia išsaugoti struktūrą ir kompoziciją nenaudojant cheminių fiksuojamųjų medžiagų. Be to, kriogeniniai metodai leidžia gauti šaldytų biologinių mėginių vaizdus be dehidratacijos. Naudojant ultramikrotomus su šlifuoto deimantinio arba skaldyto stiklo ašmenimis, galima nupjauti 30–40 nm storio audinių dalis. Sumontuoti histologiniai preparatai gali būti nudažyti sunkiųjų metalų junginiais (švinu, osmiu, auksu, volframu, uranu), kad būtų padidintas atskirų komponentų ar struktūrų kontrastas.
Biologiniai tyrimai buvo išplėsti ir apėmė mikroorganizmus, ypač virusus, kurių šviesos mikroskopai neišskiria. TEM leido atskleisti, pavyzdžiui, bakteriofagų struktūras ir subvienetų vietą virusų baltymų apvalkaluose. Be to, teigiamo ir neigiamo dažymo metodai galėjo atskleisti struktūrą su subvienetais daugelyje kitų svarbių biologinių mikrostruktūrų. Nukleino rūgščių kontrasto didinimo metodai leido stebėti viengrandę ir dvigrandę DNR. Šios ilgos linijinės molekulės paskleidžiamos į pagrindinio baltymo sluoksnį ir uždedamos ant plonos plėvelės. Tada ant mėginio vakuuminiu nusodinimu uždedamas labai plonas sunkiojo metalo sluoksnis. Šis sunkiojo metalo sluoksnis „išskiria“ pavyzdį, dėl kurio pastarasis, stebimas OPEM ar RPEM, atrodo tarsi apšviestas iš tos pusės, iš kurios buvo nusodintas metalas. Jei purškimo metu bandinį sukate, metalas aplink daleles iš visų pusių kaupiasi tolygiai (kaip sniego gniūžtė).
Nebiologinės medžiagos. TEM naudojamas medžiagų tyrimuose tiriant plonus kristalus ir ribas tarp skirtingų medžiagų. Norint gauti didelės raiškos sąsajos vaizdą, mėginys užpildomas plastiku, mėginys nupjaunamas statmenai kraštinei, o po to ploninamas taip, kad paryškintame krašte būtų matoma kraštinė. Kristalinė gardelė stipriai išsklaido elektronus tam tikromis kryptimis, suteikdama difrakcijos modelį. Kristalinio mėginio vaizdą daugiausia lemia šis paveikslas; kontrastas labai priklauso nuo kristalinės gardelės orientacijos, storio ir tobulumo. Kontrastingi vaizdo pokyčiai leidžia tyrinėti kristalinę gardelę ir jos netobulumus atominių matmenų skalėje. Šiuo atveju gauta informacija papildo tą, kurią suteikia birių mėginių rentgeno analizė, nes EM leidžia tiesiogiai matyti išnirimus, krovimo defektus ir grūdelių ribas visose detalėse. Be to, elektronų difrakcijos modelius galima įrašyti EM ir stebėti pasirinktų mėginio sričių difrakcijos modelius. Jei lęšio diafragma yra sureguliuota taip, kad pro ją praeitų tik vienas išsklaidytas ir neišsklaidytas centrinis pluoštas, tada galima gauti tam tikros kristalų plokštumų sistemos vaizdą, kuris suteikia šį difrakcinį spindulį. Šiuolaikiniai įrenginiai leidžia nustatyti 0,1 nm gardelės periodus. Kristalai taip pat gali būti tiriami tamsaus lauko vaizdavimo metodu, kai centrinis spindulys yra užblokuotas, todėl vaizdą formuoja vienas ar keli difrakciniai pluoštai. Visi šie metodai suteikė svarbios informacijos apie daugelio medžiagų sandarą ir gerokai išaiškino kristalų fiziką bei jų savybes. Pavyzdžiui, plonų mažo dydžio kvazikristalų kristalinės gardelės TEM vaizdų analizė kartu su jų elektronų difrakcijos modelių analize leido 1985 m. atrasti medžiagas su penktos eilės simetrija.
Aukštos įtampos mikroskopija.Šiuo metu pramonė gamina aukštos įtampos OPEM ir RPEM versijas, kurių greitėjimo įtampa yra nuo 300 iki 400 kV. Tokie mikroskopai turi didesnę prasiskverbimo galią nei žemos įtampos prietaisai ir beveik prilygsta 1 milijono voltų mikroskopams, kurie buvo sukurti praeityje. Šiuolaikiniai aukštos įtampos mikroskopai yra gana kompaktiški ir gali būti montuojami įprastoje laboratorijos patalpoje. Padidėjusi jų prasiskverbimo galia pasirodo esanti labai vertinga savybė tiriant storesnių kristalų defektus, ypač tuos, iš kurių neįmanoma pagaminti plonų mėginių. Biologijoje didelis jų įsiskverbimo gebėjimas leidžia ištirti visas ląsteles jų nepjaustant. Be to, šiais mikroskopais galima gauti storų objektų tūrinius vaizdus.
Žemos įtampos mikroskopija. SEM taip pat gaminami su vos kelių šimtų voltų greitėjimo įtampa. Net esant tokioms žemoms įtampoms, elektronų bangos ilgis yra mažesnis nei 0,1 nm, todėl erdvinę skiriamąją gebą čia taip pat riboja magnetinių lęšių aberacijos. Tačiau kadangi tokios mažos energijos elektronai negiliai prasiskverbia po mėginio paviršiumi, beveik visi vaizde dalyvaujantys elektronai yra iš labai arti paviršiaus esančios srities, todėl pagerėja paviršiaus reljefo skiriamoji geba. Naudojant žemos įtampos SEM, vaizdai buvo gauti ant kietų objektų, kurių dydis mažesnis nei 1 nm, paviršių.
Radiacinė žala. Kadangi elektronai yra jonizuojanti spinduliuotė, mėginys EM yra nuolat veikiamas ja. (Dėl šio poveikio susidaro antriniai elektronai, kurie naudojami SEM.) Todėl mėginiai visada yra pažeidžiami spinduliuote. Tipinė spinduliuotės dozė, kurią sugeria plonas mėginys OPEM mikrografijos įrašymo metu, maždaug atitinka energiją, kurios pakaktų visiškai išgaruoti šaltam vandeniui iš 4 m gylio tvenkinio, kurio paviršiaus plotas yra 1 ha. Norint sumažinti radiacinę žalą mėginiui, būtina naudoti įvairius jo paruošimo būdus: dažymą, liejimą, užšaldymą. Be to, galima registruoti vaizdą 100-1000 kartų mažesnėmis elektronų dozėmis nei standartine technika, o vėliau jį patobulinti kompiuteriniais vaizdo apdorojimo metodais.
ISTORINĖ NUORODOS
Elektroninio mikroskopo sukūrimo istorija yra puikus pavyzdys, kaip savarankiškai besivystančios mokslo ir technologijų sritys, keisdamosi gauta informacija ir sujungdamos pastangas, gali sukurti galingą naują mokslinių tyrimų įrankį. Klasikinės fizikos viršūnė buvo elektromagnetinio lauko teorija, kuri šviesos sklidimą, elektrinių ir magnetinių laukų atsiradimą, įkrautų dalelių judėjimą šiuose laukuose aiškino kaip elektromagnetinių bangų sklidimą. Banginė optika aiškiai parodė difrakcijos reiškinį, vaizdo formavimosi mechanizmą ir faktorių, lemiančių skiriamąją gebą šviesos mikroskopu, žaismą. Už savo sėkmę teorinės ir eksperimentinės fizikos srityje esame skolingi elektrono su jo specifinėmis savybėmis atradimui. Šie atskiri ir iš pažiūros nepriklausomi vystymosi keliai paskatino sukurti elektroninės optikos pagrindus, kurių vienas svarbiausių pritaikymų buvo EM išradimas praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. Tiesiogine užuomina į tokią galimybę galima laikyti elektrono banginės prigimties hipotezę, kurią 1924 metais iškėlė Louis de Broglie, o 1927 metais eksperimentiškai patvirtino K. Davissonas ir L. Jermeris JAV bei J. Thomsonas Anglijoje. . Taigi buvo pasiūlyta analogija, kuri leido sukurti EM pagal bangų optikos dėsnius. H. Bushas atrado, kad elektriniai ir magnetiniai laukai gali būti naudojami elektroniniams vaizdams formuoti. Per pirmuosius du XX a. taip pat buvo sukurtos reikiamos techninės prielaidos. Pramoninės laboratorijos, dirbančios su katodinių spindulių osciloskopu, davė vakuuminę technologiją, stabilius aukštos įtampos ir srovės šaltinius, gerus elektronų emiterius. 1931 metais R. Rudenbergas pateikė patentinę paraišką transmisiniam elektroniniam mikroskopui, o 1932 m. M. Knollas ir E. Ruska sukonstravo pirmąjį tokį mikroskopą, naudodami magnetinius lęšius elektronams fokusuoti. Šis įrenginys buvo šiuolaikinio OPEM pirmtakas. (Ruska už savo darbą buvo apdovanotas 1986 m. Nobelio fizikos premijos laureatu.) 1938 m. Ruska ir B. von Borrisas sukūrė pramoninio OPEM prototipą Siemens-Halske Vokietijoje; šis įrenginys galiausiai pasiekė 100 nm skiriamąją gebą. Po kelerių metų A. Prebusas ir J. Hilleris Toronto universitete (Kanada) pastatė pirmąjį didelės raiškos OPEM. Plačios OPEM galimybės išryškėjo beveik iš karto. Jo pramoninę gamybą vienu metu pradėjo Siemens-Halske Vokietijoje ir RCA JAV. 1940-ųjų pabaigoje tokius prietaisus pradėjo gaminti kitos įmonės. Dabartinę SEM formą 1952 m. išrado Charlesas Otley. Tiesa, preliminarias tokio įrenginio versijas XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje sukūrė Knoll Vokietijoje, o 4-ajame dešimtmetyje – Zworykinas su RCA korporacijos darbuotojais, tačiau tik Otley įrenginys galėjo būti daugelio techninių patobulinimų pagrindu, kurių kulminacija buvo septintojo dešimtmečio viduryje pradėta gaminti pramoninė SEM versija. Tokio gana lengvai naudojamo įrenginio su trimačiu vaizdu ir elektroniniu išėjimo signalu vartotojų ratas išsiplėtė sprogimo greičiu. Šiuo metu trijuose žemynuose yra keliolika pramoninių SEM gamintojų ir dešimtys tūkstančių tokių prietaisų, naudojamų laboratorijose visame pasaulyje. 1960-aisiais buvo sukurti itin aukštos įtampos mikroskopai storesniems mėginiams tirti. su 3,5 milijono voltų greitėjimo įtampa buvo pradėtas eksploatuoti 1970 m. RTM išrado G. Binnig ir G. Rohrer 1979 m. Ciuriche. už RTM sukūrimą Binnig ir Rohrer (kartu su Ruska) gavo Nobelio premiją. fizikoje.
taip pat žr Dalyko "Elektroninė mikroskopija. Membranos" turinys:
Elektroniniai mikroskopai pasirodė ketvirtajame dešimtmetyje, o plačiai paplito šeštajame dešimtmetyje.
Paveikslėlyje parodyta moderni transmisija (permatoma) elektroninis mikroskopas, o paveiksle parodytas elektronų pluošto kelias šiame mikroskope. Perdavimo elektronų mikroskopu elektronai praeina pro mėginį prieš sudarydami vaizdą. Toks elektroninis mikroskopas buvo sukonstruotas pirmiausia.
Elektroninis mikroskopas apversta aukštyn kojom lyginant su šviesos mikroskopu. Mėginys spinduliuojamas iš viršaus, o vaizdas susidaro apačioje. Elektroninio mikroskopo veikimo principas iš esmės yra toks pat kaip šviesos mikroskopo. Elektronų pluoštas kondensatoriaus lęšiais nukreipiamas į mėginį, o gautas vaizdas padidinamas kitais lęšiais.
Lentelėje apibendrinami kai kurie panašumai ir skirtumai tarp šviesos ir elektroniniai mikroskopai... Elektroninio mikroskopo stulpelio viršuje yra elektronų šaltinis – volframo siūlelis, panašus į tą, kuris randamas įprastoje lemputėje. Jai taikoma aukšta įtampa (pavyzdžiui, 50 000 V), o siūlas skleidžia elektronų srautą. Elektromagnetai fokusuoja elektronų spindulį.
Kolonos viduje susidaro gilus vakuumas. Tai būtina siekiant sumažinti sklaidą. elektronų dėl jų susidūrimo su oro dalelėmis. Tiriant elektroniniu mikroskopu, galima naudoti tik labai plonas dalis arba daleles, nes elektronų pluoštą beveik visiškai sugeria didesni objektai. Santykinai didesnio tankio objekto dalys sugeria elektronus ir todėl gaunamame vaizde atrodo tamsesnės. Norint padidinti kontrastą, mėginiui dažyti naudojami sunkieji metalai, tokie kaip švinas ir uranas.
Elektronai yra nematomi žmogaus akiai, todėl nukreipiami į fluorescencinę, kuri atkuria matomą (juodai baltą) vaizdą. Norint fotografuoti, ekranas nuimamas ir elektronai nukreipiami tiesiai į plėvelę. Elektroniniu mikroskopu daryta nuotrauka vadinama elektroniniu mikrografu.
Elektroninio mikroskopo privalumas:
1) didelė skiriamoji geba (praktiškai 0,5 nm)
Elektroninio mikroskopo trūkumai:
1) tyrimams parengta medžiaga turi būti negyva, nes stebėjimo proceso metu ji yra vakuume;
2) sunku įsitikinti, kad objektas visomis detalėmis atkuria gyvą ląstelę, nes tiriamos medžiagos fiksavimas ir dažymas gali pakeisti ar pažeisti jos struktūrą;
3) brangus pats elektroninis mikroskopas ir jo priežiūra;
4) medžiagos paruošimas darbui su mikroskopu yra daug laiko ir reikalauja aukštos kvalifikacijos personalo;
5) tiriami mėginiai palaipsniui sunaikinami veikiant elektronų pluoštui. Todėl, jei reikia detalaus pavyzdžio tyrimo, būtina jį nufotografuoti.
Terminas „mikroskopas“ turi graikiškas šaknis. Jį sudaro du žodžiai, kurie vertime reiškia „mažas“ ir „žiūrėk“. Pagrindinis mikroskopo vaidmuo yra jo naudojimas tiriant labai mažus objektus. Kartu šis prietaisas leidžia nustatyti plika akimi nematomų kūnų dydį ir formą, struktūrą ir kitas charakteristikas.
Kūrybos istorija
Istorijoje nėra tikslios informacijos apie tai, kas buvo mikroskopo išradėjas. Remiantis kai kuriais pranešimais, jį 1590 m. sukūrė akinių gamintojo Jansseno tėvas ir sūnus. Kitas pretendentas į mikroskopo išradėjo titulą yra Galilėjus Galilėjus. 1609 metais šis mokslininkas Accademia dei Lincei visuomenei pristatė prietaisą su įgaubtais ir išgaubtais lęšiais.
Bėgant metams mikroskopinių objektų peržiūros sistema vystėsi ir tobulėjo. Didžiulis žingsnis jos istorijoje buvo paprasto, achromatiškai reguliuojamo dviejų lęšių įrenginio išradimas. Šią sistemą 1600-ųjų pabaigoje pristatė olandas Christianas Huygensas. Šio išradėjo okuliarai gaminami ir šiandien. Vienintelis jų trūkumas – nepakankamas matymo lauko plotis. Be to, palyginti su šiuolaikinių instrumentų dizainu, Huygens okuliarai turi akims nepatogią padėtį.
Tokių prietaisų gamintojas Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723) įnešė ypatingą indėlį į mikroskopo istoriją. Būtent jis atkreipė biologų dėmesį į šį prietaisą. Leeuwenhoekas gamino mažo dydžio gaminius su vienu, bet labai stipriu lęšiu. Naudoti tokius prietaisus buvo nepatogu, tačiau jie nedubliavo vaizdo defektų, kurie buvo sudėtiniuose mikroskopuose. Išradėjai šį trūkumą sugebėjo ištaisyti tik po 150 metų. Tobulėjant optikai, pagerėjo vaizdo kokybė kompoziciniuose įrenginiuose.
Mikroskopų tobulinimas tęsiasi ir šiandien. Taigi 2006 m. Vokietijos mokslininkai, dirbantys Biofizinės chemijos institute, Mariano Bossi ir Stefan Helle sukūrė moderniausią optinį mikroskopą. Dėl gebėjimo stebėti net 10 nm objektus ir aukštos kokybės trimačius vaizdus, prietaisas buvo vadinamas nanoskopu.
Mikroskopų klasifikacija
Šiuo metu yra daugybė instrumentų, skirtų mažiems objektams apžiūrėti. Jie grupuojami pagal įvairius parametrus. Tai gali būti mikroskopo paskirtis arba priimtas apšvietimo būdas, optiniam dizainui naudojama struktūra ir kt.
Tačiau paprastai pagrindiniai mikroskopų tipai yra klasifikuojami pagal mikrodalelių, kurias galima pamatyti naudojant šią sistemą, skiriamosios gebos dydį. Pagal šį skirstymą mikroskopai yra:
- optinis (šviesus);
- elektroninis;
- Rentgenas;
- skenavimo zondas.
Labiausiai paplitę yra šviesos mikroskopai. Optikos parduotuvėse jų didelis pasirinkimas. Tokių prietaisų pagalba išsprendžiamos pagrindinės konkretaus objekto tyrimo užduotys. Visi kiti mikroskopų tipai priskiriami specializuotiems. Jų naudojimas dažniausiai atliekamas laboratorijoje.
Kiekvienas iš minėtų tipų įrenginių turi savo porūšius, kurie naudojami tam tikroje srityje. Be to, šiandien galima įsigyti mokyklinį mikroskopą (arba mokomąjį), kuris yra pradinio lygio sistema. Profesionalūs įrenginiai taip pat siūlomi vartotojams.
Taikymas
Kam skirtas mikroskopas? Žmogaus akis, būdama speciali biologinio tipo optinė sistema, turi tam tikrą skiriamosios gebos lygį. Kitaip tariant, tarp stebimų objektų yra mažiausias atstumas, kai juos dar galima atskirti. Įprastai akiai ši skiriamoji geba yra 0,176 mm. Tačiau daugumos gyvūnų ir augalų ląstelių, mikroorganizmų, kristalų, lydinių mikrostruktūros, metalų ir tt dydis yra daug mažesnis už šią vertę. Kaip galima tyrinėti ir stebėti tokius objektus? Čia į pagalbą ateina įvairių tipų mikroskopai. Pavyzdžiui, optiniai įrenginiai leidžia atskirti konstrukcijas, kuriose atstumas tarp elementų yra ne mažesnis kaip 0,20 μm.
Kaip veikia mikroskopas?
Prietaisas, kurio pagalba mikroskopinių objektų tyrimas tampa prieinamas žmogaus akiai, turi du pagrindinius elementus. Tai yra objektyvas ir okuliaras. Šios mikroskopo dalys yra pritvirtintos judančiame vamzdelyje, esančiame ant metalinio pagrindo. Ant jo taip pat yra temų lentelė.
Šiuolaikiniai mikroskopų tipai dažniausiai būna su apšvietimo sistema. Tai visų pirma kondensatorius su rainelės diafragma. Privalomas pilnas didinimo prietaisų komplektas yra mikro ir makro varžtai, kuriais reguliuojamas ryškumas. Mikroskopų konstrukcija taip pat numato sistemą, kuri kontroliuoja kondensatoriaus padėtį.
Specializuotuose, sudėtingesniuose mikroskopuose dažnai naudojamos kitos papildomos sistemos ir prietaisai.
Objektyvai
Mikroskopo aprašymą norėčiau pradėti nuo pasakojimo apie vieną pagrindinių jo dalių, tai yra nuo objektyvo. Tai sudėtinga optinė sistema, padidinanti nagrinėjamo objekto dydį vaizdo plokštumoje. Lęšių dizainas apima visą sistemą ne tik pavienių lęšių, bet ir dviejų ar trijų tarpusavyje suklijuotų lęšių.
Tokio optinio-mechaninio dizaino sudėtingumas priklauso nuo užduočių, kurias turi išspręsti tas ar kitas įrenginys, spektro. Pavyzdžiui, sudėtingiausias mikroskopas turi iki keturiolikos lęšių.
Objektyve yra priekinė dalis ir jos sekančios sistemos. Kuo remiantis sukuriamas norimos kokybės vaizdas, taip pat nustatoma darbo būsena? Tai priekinis lęšis arba jų sistema. Norint pasiekti reikiamą padidinimą, židinio nuotolį ir vaizdo kokybę, reikalingos vėlesnės objektyvo dalys. Tačiau šios funkcijos galimos tik kartu su priekiniu objektyvu. Verta paminėti, kad vėlesnės dalies konstrukcija turi įtakos vamzdžio ilgiui ir prietaiso objektyvo aukščiui.
Okuliarai
Šios mikroskopo dalys yra optinė sistema, skirta sukurti reikiamą mikroskopinį vaizdą ant stebėtojo akių tinklainės paviršiaus. Okuliaruose yra dvi lęšių grupės. Arčiausiai tyrinėtojo akies esantis vadinamas akimi, o tolimesnis – lauku (jo pagalba lęšis sukuria tiriamo objekto vaizdą).
Apšvietimo sistema
Mikroskopas turi sudėtingą diafragmų, veidrodžių ir lęšių struktūrą. Su jo pagalba užtikrinamas vienodas tiriamo objekto apšvietimas. Pačiuose pirmuosiuose mikroskopuose ši funkcija buvo atliekama, tobulėjant optiniams instrumentams, buvo pradėti naudoti iš pradžių plokštieji, o vėliau įgaubti veidrodžiai.
Tokių paprastų detalių pagalba saulės ar lempų spinduliai buvo nukreipti į tiriamąjį objektą. Šiuolaikiniai mikroskopai yra tobulesni. Jis susideda iš kondensatoriaus ir kolektoriaus.
Temų lentelė
Mikroskopiniai mėginiai, kuriuos reikia ištirti, dedami ant lygaus paviršiaus. Tai temų lentelė. Įvairių tipų mikroskopai gali turėti tam tikrą paviršių, suprojektuotą taip, kad tiriamasis objektas stebėtojuje suktųsi horizontaliai, vertikaliai arba tam tikru kampu.
Veikimo principas
Pirmajame optiniame įrenginyje lęšių sistema sukūrė atvirkštinį mikroobjektų vaizdą. Tai leido įžvelgti materijos struktūrą ir smulkiausias detales, kurios buvo tiriamos. Šviesos mikroskopo veikimo principas šiandien panašus į ugniai atsparaus teleskopo. Šiame įrenginyje šviesa lūžta, kai ji praeina pro stiklinę dalį.
Kaip didina šiuolaikiniai šviesos mikroskopai? Į prietaisą patekus šviesos spindulių pluoštui, jie paverčiami lygiagrečiu srautu. Tik tada okuliare vyksta šviesos lūžis, dėl kurio padidėja mikroskopinių objektų vaizdas. Be to, ši informacija pateikiama tokia forma, kokia reikalinga stebėtojui
Šviesos mikroskopų potipiai
Šiuolaikinės klasifikacijos:
1. Pagal sudėtingumo klasę tiriamajam, darbiniam ir mokykliniam mikroskopui.
2. Pagal taikymo sritį chirurginiams, biologiniams ir techniniams.
3. Pagal mikroskopijos tipus atspindėtos ir skleidžiamos šviesos, fazinio kontakto, liuminescencinės ir poliarizacijos prietaisams.
4. Šviesos srauto kryptimi į apverstas ir tiesias linijas.
Elektroniniai mikroskopai
Laikui bėgant prietaisas, skirtas mikroskopiniams objektams tirti, tapo vis tobulesnis. Atsirado tokio tipo mikroskopai, kuriuose buvo naudojamas visiškai kitoks veikimo principas, nepriklausantis nuo šviesos lūžio. Naudojant naujausių tipų įrenginius, dalyvauja elektronai. Tokios sistemos leidžia matyti tokias mažas atskiras materijos dalis, kad aplink jas tiesiog sklinda šviesos spinduliai.
Kam skirtas elektroninis mikroskopas? Jis naudojamas ląstelių struktūrai tirti molekuliniu ir tarpląsteliniu lygiu. Taip pat tokie prietaisai naudojami virusams tirti.
Elektroninių mikroskopų prietaisas
Koks yra naujausių mikroskopinių objektų stebėjimo instrumentų darbo pagrindas? Kuo elektroninis mikroskopas skiriasi nuo šviesaus? Ar tarp jų yra panašumų?
Elektroninio mikroskopo veikimo principas pagrįstas elektrinio ir magnetinio lauko savybėmis. Jų sukimosi simetrija gali suteikti fokusavimo efektą elektronų pluoštams. Remiantis tuo, galima atsakyti į klausimą: "Kuo skiriasi elektroninis mikroskopas nuo šviesos?" Jame, skirtingai nei optiniame įrenginyje, nėra lęšių. Jų vaidmenį atlieka tinkamai apskaičiuoti magnetiniai ir elektriniai laukai. Juos sukuria ritės, per kurias praeina srovė. Tokiu atveju tokie laukai veikia panašiai Didėjant arba mažėjant srovės stiprumui, keičiasi įrenginio židinio nuotolis.
Kalbant apie scheminę diagramą, elektroniniame mikroskope ji panaši į šviesos įtaisą. Skirtumas tik tas, kad optiniai elementai pakeičiami panašiais elektriniais.
Objekto padidinimas elektroniniuose mikroskopuose atsiranda dėl šviesos pluošto, einančio per tiriamą objektą, lūžio proceso. Skirtingais kampais spinduliai patenka į objektyvo plokštumą, kur vyksta pirmasis mėginio padidinimas. Tada elektronai keliauja į tarpinį lęšį. Jame sklandžiai keičiasi objekto dydžio padidėjimas. Galutinį bandomosios medžiagos vaizdą suteikia projekcinis lęšis. Iš jo vaizdas patenka į fluorescencinį ekraną.
Elektroninių mikroskopų tipai
Šiuolaikiniai tipai apima:
1... TEM arba perdavimo elektronų mikroskopas.Šioje sąrankoje labai plono, iki 0,1 μm storio objekto vaizdas susidaro elektronų pluoštui sąveikaujant su tiriama medžiaga ir vėliau jį padidinant magnetiniais lęšiais, esančiais objektyve.
2... SEM, arba skenuojantis elektroninis mikroskopas. Toks prietaisas leidžia gauti objekto paviršiaus vaizdą, kurio skiriamoji geba yra didelė, kelių nanometrų eilės. Naudojant papildomus metodus, toks mikroskopas suteikia informaciją, padedančią nustatyti paviršinių sluoksnių cheminę sudėtį.
3. Tunelinis skenuojantis elektroninis mikroskopas arba STM.Šio prietaiso pagalba matuojamas didelės erdvinės skiriamosios gebos laidžių paviršių reljefas. Darbo su STM metu į tiriamą objektą atnešama aštri metalinė adata. Tokiu atveju išlaikomas vos kelių angstremų atstumas. Be to, adatai taikomas nedidelis potencialas, dėl kurio atsiranda tunelinė srovė. Tokiu atveju stebėtojas gauna trimatį tiriamo objekto vaizdą.
Mikroskopai "Levenguk"
2002 metais Amerikoje atsirado nauja įmonė, užsiimanti optinių instrumentų gamyba. Jos gaminių asortimento sąraše yra mikroskopai, teleskopai ir žiūronai. Visi šie įrenginiai išsiskiria aukšta vaizdo kokybe.
Pagrindinė įmonės buveinė ir plėtros skyrius yra JAV, Fremondo mieste (Kalifornija). Tačiau gamybos įrenginiai yra Kinijoje. Viso to dėka įmonė tiekia rinkai pažangius ir kokybiškus produktus už prieinamą kainą.
Ar tau reikia mikroskopo? Levenhuk pasiūlys reikiamą variantą. Įmonės optinės įrangos asortimente – skaitmeniniai ir biologiniai įrenginiai, skirti didinti tiriamą objektą. Be to, pirkėjui siūlomi dizainerių modeliai, pagaminti iš įvairių spalvų.
Levenhuk mikroskopas turi daug funkcijų. Pavyzdžiui, pradinio lygio edukacinis įrenginys gali būti prijungtas prie kompiuterio, taip pat jis gali filmuoti vykdomus tyrimus. Levenhuk D2L modelis aprūpintas šia funkcija.
Įmonė siūlo įvairaus lygio biologinius mikroskopus. Tai ir paprastesni modeliai, ir nauji gaminiai, tinkantys profesionalams.
Elektroninio mikroskopo sukūrimo istorija
1931 metais R. Rudenbergas gavo patentą perdavimo elektroniniam mikroskopui, o 1932 metais M. Knollas ir E. Ruska sukonstravo pirmąjį modernaus prietaiso prototipą. Šis E. Ruskio kūrinys 1986 metais buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija, kuri buvo skirta jam ir skenuojančio zondo mikroskopo išradėjams Gerdui Karlui Binnigui ir Heinrichui Rohreriui. Perdavimo elektroninis mikroskopas moksliniams tyrimams pradėtas naudoti praėjusio amžiaus trečiojo dešimtmečio pabaigoje ir tuo pat metu pasirodė pirmasis komercinis instrumentas, kurį sukūrė Siemens.
Trečiojo dešimtmečio pabaigoje – ketvirtojo dešimtmečio pradžioje pasirodė pirmieji skenuojantys elektroniniai mikroskopai, kurie suformavo objekto vaizdą, kai nedidelio skerspjūvio elektronų zondas buvo nuosekliai perkeltas virš objekto. Masinis šių instrumentų naudojimas moksliniams tyrimams prasidėjo septintajame dešimtmetyje, kai jie pasiekė didelę techninę kompetenciją.
Reikšmingas šuolis į priekį (septintajame dešimtmetyje) buvo Schottky katodų ir katodų su šalto lauko emisija naudojimas vietoj termioninių katodų, tačiau jų naudojimas reikalauja daug didesnio vakuumo.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje ir 2000-ųjų pradžioje CCD detektorių kompiuterizavimas ir naudojimas žymiai padidino stabilumą ir (santykinai) naudojimo paprastumą.
Pastarąjį dešimtmetį šiuolaikiniuose pažangiuose perdavimo elektroniniuose mikroskopuose buvo naudojami sferinių ir chromatinių aberacijų korektoriai (kurie įveda pagrindinį gaunamo vaizdo iškraipymą), tačiau jų naudojimas kartais gerokai apsunkina įrenginio naudojimą.
Elektroninių mikroskopų tipai
Perdavimo elektronų mikroskopija
Šablonas: skyrius tuščias
Pradinis elektroninio mikroskopo vaizdas. Perdavimo elektronų mikroskopas vaizdui suformuoti naudoja didelės energijos elektronų pluoštą. Elektronų pluoštas sukuriamas naudojant katodą (volframas, LaB 6, Schottky arba šaltojo lauko emisija). Gautas elektronų pluoštas paprastai pagreitinamas iki +200 keV (naudojamos skirtingos įtampos nuo 20 keV iki 1 meV), sufokusuojamas elektrostatinių lęšių sistema ir praeina pro mėginį taip, kad dalis jo praeina per sklaidą ant bandinio, ir dalis ne. Taigi, elektronų pluoštas, praleistas per mėginį, neša informaciją apie mėginio struktūrą. Tada spindulys praeina per didinamųjų lęšių sistemą ir sudaro vaizdą fluorescenciniame ekrane (dažniausiai cinko sulfido), fotografinėje plokštelėje arba CCD kameroje.
TEM skiriamąją gebą daugiausia riboja sferinė aberacija. Kai kurie šiuolaikiniai TEM turi sferinės aberacijos korektorius.
Pagrindiniai TEM trūkumai yra labai plono mėginio poreikis (maždaug 100 nm) ir mėginių nestabilumas (skilimas) po spinduliu.
Perdavimo rastrinė (skenavimo) elektroninė mikroskopija (STEM)
Pagrindinis straipsnis: Perdavimo skenuojantis elektroninis mikroskopas
Vienas iš perdavimo elektronų mikroskopijos (TEM) tipų, tačiau yra įrenginių, veikiančių tik STEM režimu. Elektronų pluoštas praleidžiamas per palyginti ploną mėginį, tačiau, skirtingai nuo įprastos perdavimo elektronų mikroskopijos, elektronų pluoštas sufokusuojamas į tašką, kuris juda per mėginį išilgai rastro.
Skenuojanti (skenuojanti) elektroninė mikroskopija
Jis pagrįstas televizijos principu, nuskaitant ploną elektronų pluoštą per mėginio paviršių.
Žemos įtampos elektronų mikroskopija
Elektroninių mikroskopų taikymas
|
Puslaidininkiai ir duomenų saugykla
Biologija ir biologijos mokslai
|
Moksliniai tyrimai
Industrija
|
Didžiausi pasaulyje elektroninių mikroskopų gamintojai
taip pat žr
Pastabos (redaguoti)
Nuorodos
- 15 populiariausių 2011 m. elektroninių mikroskopų vaizdų Rekomenduojamos svetainės vaizdai yra atsitiktinai nuspalvinti ir turi meninę, o ne mokslinę vertę (elektroniniai mikroskopai sukuria nespalvotus, o nespalvotus vaizdus).
Wikimedia fondas. 2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra „elektroninis mikroskopas“ kituose žodynuose:
Daugkartinio (iki 106 kartų) padidinto objekto vaizdo stebėjimo ir fotografavimo įrenginys, kuriame vietoj šviesos pluoštų giliame vakuume naudojami iki didelių energijų (30 1000 keV ir daugiau) pagreitinti elektronų pluoštai. Fizika... Fizinė enciklopedija
Daugkartinių (iki 106 kartų) padidintų objektų vaizdų stebėjimo ir fotografavimo įrenginys, kuriame vietoj šviesos pluoštų naudojami elektronų pluoštai, pagreitinti iki didelių energijų (30-100 keV ir daugiau) giliame vakuume. Fizika ... ... Fizinė enciklopedija
Elektroninis mikroskopas- (schema). ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS – vakuuminis elektrooptinis prietaisas, skirtas stebėti ir fotografuoti daugkartinius (iki 106 kartų) padidintus objektų vaizdus, gautus naudojant elektronų pluoštus, pagreitintus iki didelės energijos. Iliustruotas enciklopedinis žodynas
ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS, MIKROSKOPAS, kuris „apšviečia“ tiriamą objektą elektronų srautu. Vietoj įprastų lęšių jame yra magnetai, fokusuojantys elektronų spindulį. Šis prietaisas leidžia matyti labai mažo dydžio objektus, nes ... ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas
Ištirti optinių mikroskopų skiriamosios gebos nanoobjektus ( net naudojant ultravioletinius spindulius) akivaizdžiai nepakanka. Šiuo atžvilgiu 1930 m. kilo mintis vietoj šviesos panaudoti elektronus, kurių bangos ilgis, kaip žinome iš kvantinės fizikos, yra šimtus kartų trumpesnis nei fotonų.
Kaip žinote, mūsų regėjimas pagrįstas objekto vaizdo formavimu akies tinklainėje šviesos bangomis, atsispindinčiomis nuo šio objekto. Jei prieš patekdama į akį šviesa praeina per optinę sistemą mikroskopu, matome padidintą vaizdą. Šiuo atveju šviesos spindulių eigą sumaniai valdo lęšiai, sudarantys prietaiso objektyvą ir okuliarą.
Bet kaip galima gauti daug didesnės raiškos objekto vaizdą, naudojant ne šviesos spinduliuotę, o elektronų srautą? Kitaip tariant, kaip galima pamatyti objektus remiantis dalelėmis, o ne bangomis?
Atsakymas labai paprastas. Yra žinoma, kad elektronų trajektorijai ir greičiui didelę įtaką daro išoriniai elektromagnetiniai laukai, kurių pagalba galima efektyviai valdyti elektronų judėjimą.
Mokslas apie elektronų judėjimą elektromagnetiniuose laukuose ir reikalingus laukus formuojančių prietaisų skaičiavimą vadinamas elektroninė optika.
Elektroninį vaizdą formuoja elektriniai ir magnetiniai laukai panašiai, kaip šviesos vaizdą formuoja optiniai lęšiai. Todėl elektroniniame mikroskope elektronų pluošto fokusavimo ir išsklaidymo prietaisai vadinami „ elektroniniai lęšiai”.
Elektroninis objektyvas. Ritės laidų posūkiai, kuriais teka srovė, sufokusuoja elektronų pluoštą taip pat, kaip stiklo lęšis fokusuoja šviesos spindulį.
Ritės magnetinis laukas veikia kaip susiliejantis arba difuzuojantis lęšis. Norėdami sukoncentruoti magnetinį lauką, ritė uždaroma magnetine " šarvai»Pagaminta iš specialaus nikelio-kobalto lydinio, paliekant tik siaurą tarpą interjere. Tokiu būdu sukurtas magnetinis laukas gali būti 10-100 tūkstančių kartų stipresnis už Žemės magnetinį lauką!
Deja, mūsų akys negali tiesiogiai suvokti elektronų pluošto. Todėl jie naudojami " piešimas„Vaizdai fluorescenciniuose ekranuose (kurie šviečia, kai atsitrenkia elektronai). Beje, tuo pačiu principu veikia monitoriai ir oscilografai.
Yra daug įvairių elektroninių mikroskopų tipai, tarp kurių populiariausias yra skenuojantis elektroninis mikroskopas (SEM). Supaprastintą jo schemą gausime, jei tiriamą objektą patalpinsime į įprasto televizoriaus katodinių spindulių vamzdį tarp ekrano ir elektronų šaltinio.
Tokiose mikroskopu plonas elektronų pluoštas (spindulio skersmuo apie 10 nm) apibėga (tarsi skenuodamas) mėginį išilgai horizontalių linijų, taškas po taško ir sinchroniškai perduoda signalą į kineskopą. Visas procesas panašus į televizoriaus veikimą šlavimo proceso metu. Elektronų šaltinis yra metalas (dažniausiai volframas), iš kurio kaitinant dėl termojoninės emisijos išsiskiria elektronai.
Skenuojančio elektroninio mikroskopo veikimo schema
Termioninė emisija- elektronų išėjimas iš laidininkų paviršiaus. Išspinduliuotų elektronų skaičius yra mažas, kai T = 300 K, ir didėja eksponentiškai didėjant temperatūrai.
Kai elektronai praeina pro mėginį, vieni jų išsisklaido dėl susidūrimų su mėginio atomų branduoliais, kiti – dėl susidūrimų su atomų elektronais, treti prasiskverbia pro jį. Kai kuriais atvejais išspinduliuojami antriniai elektronai, indukuojami rentgeno spinduliai ir kt. Visi šie procesai yra registruojami specialių detektoriai ir transformuota forma rodomi ekrane, sukuriant padidintą tiriamo objekto vaizdą.
Padidinimas šiuo atveju suprantamas kaip ekrane esančio vaizdo dydžio santykis su spinduliu dengiamo ploto pavyzdyje dydžiu. Dėl to, kad elektrono bangos ilgis yra eilėmis trumpesnis nei fotono, šiuolaikiniame SEM šis padidėjimas gali siekti 10 milijonų15, atitinkantį kelių nanometrų skiriamąją gebą, o tai leidžia vizualizuoti atskirus atomus.
Pagrindinis trūkumas elektronų mikroskopija- būtinybė dirbti visiškame vakuume, nes bet kokių dujų buvimas mikroskopo kameroje gali sukelti jo atomų jonizaciją ir žymiai iškraipyti rezultatus. Be to, elektronai daro destruktyvų poveikį biologiniams objektams, todėl daugelio biotechnologijų sričių tyrimams jie nepritaikomi.
Kūrybos istorija elektroninis mikroskopas Puikus tarpdisciplininiu požiūriu pagrįsto pasiekimo pavyzdys, kai savarankiškai plėtojamos mokslo ir technologijų sritys, suvienytos, sukūrė galingą naują mokslinių tyrimų įrankį.
Klasikinės fizikos viršūnė buvo elektromagnetinio lauko teorija, kuri šviesos, elektros ir magnetizmo sklidimą aiškino kaip elektromagnetinių bangų sklidimą. Banginė optika paaiškino difrakcijos reiškinį, vaizdo gavimo mechanizmą ir faktorių, lemiančių skiriamąją gebą šviesos mikroskopu, žaismą. Sėkmė Kvantinė fizika mes skolingi už elektrono atradimą su jo specifinėmis korpuskulinės bangos savybėmis. Šie atskiri ir iš pažiūros nepriklausomi vystymosi keliai paskatino sukurti elektroninę optiką, kurios vienas svarbiausių išradimų praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje buvo elektroninis mikroskopas.
Tačiau mokslininkai tuo irgi nenusileido. Elektriniu lauku pagreitinto elektrono bangos ilgis yra keli nanometrai. Tai gerai, jei norime pamatyti molekulę ar net atominę gardelę. Bet kaip pažvelgti į atomo vidų? Kaip atrodo cheminis ryšys? Kaip atrodo vienos cheminės reakcijos procesas? Tam šiandien įvairių šalių mokslininkai kuria neutroninius mikroskopus.
Neutronai paprastai yra įtraukiami į atomų branduolius kartu su protonais ir turi beveik 2000 kartų didesnę masę už elektroną. Tie, kurie nepamiršo de Broglie formulės iš kvantinio skyriaus, iškart supras, kad neutrono bangos ilgis yra tiek pat kartų mažesnis, tai yra pikometrai tūkstantosiomis nanometro dalimis! Tuomet atomas tyrinėtojams pasirodys ne kaip miglota dėmė, o visa savo šlove.
Neutronas mikroskopu turi daug privalumų – visų pirma, neutronai gerai atspindi vandenilio atomus ir lengvai prasiskverbia į storus mėginių sluoksnius. Tačiau jį sukurti labai sunku: neutronai neturi elektros krūvio, todėl ramiai ignoruoja magnetinius ir elektrinius laukus ir stengiasi išsisukti nuo jutiklių. Be to, iš atomų išvaryti didelius stambius neutronus nėra taip paprasta. Todėl šiandien pirmieji neutroninio mikroskopo prototipai dar toli gražu nėra tobuli.