Завршување. Фитинзи. Поправка. Монтирање. Избор. Отвор
ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП
уред кој ви овозможува да добиете високо зголемена слика на предмети користејќи електрони за да ги осветлат. Електронскиот микроскоп (ЕМ) овозможува да се видат детали кои се премногу мали за да се разрешат со лесен (оптички) микроскоп. ЕМ е еден од најважните инструменти за фундаментално научно истражување за структурата на материјата, особено во областите на науката како што се биологијата и физиката на цврста состојба. Постојат три главни типа на ЕВ. Во 1930-тите, беше измислен конвенционалниот преносен електронски микроскоп (OPEM), електронскиот микроскоп за скенирање (SEM) во 1950-тите, и скенирачкиот тунелен микроскоп (RTM) во 1980-тите. Овие три типа на микроскопи се надополнуваат еден со друг во проучувањето на структури и материјали од различни типови.
КОНВЕНЦИОНАЛЕН ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП ЗА ПРЕНОС
OPEM на многу начини е сличен на светлосен микроскоп, видете МИКРОСКОП, но само за да ги осветли примероците не користи светлина, туку зрак од електрони. Содржи електронски рефлектор (види подолу), серија на кондензаторски леќи, објективна леќа и систем за проекција што одговара на окуларот, но ја проектира вистинската слика на флуоресцентен екран или фотографска плоча. Изворот на електрони обично е загреана катода од волфрам или хексаборид на лантан. Катодата е електрично изолирана од останатиот дел од уредот, а електроните се забрзуваат со силно електрично поле. За да се создаде такво поле, катодата се одржува на потенцијал од околу -100.000 V во однос на другите електроди кои ги фокусираат електроните во тесен зрак. Овој дел од уредот се нарекува електронски рефлектор (видете ЕЛЕКТРОНСКИ ПИШТОЛ). Бидејќи електроните се многу расеани од материјата, мора да има вакуум во колоната на микроскопот каде што се движат електроните. Одржува притисок што не надминува еден милијардити атмосферски притисок.
Електронска оптика.Електронската слика се формира од електрични и магнетни полиња на ист начин како што светлосната слика се формира од оптичките леќи. Принципот на работа на магнетна леќа е илустриран со дијаграмот (сл. 1). Магнетното поле создадено од вртењата на серпентина, низ кое тече струјата, делува како собирна леќа, чија фокусна должина може да се промени со промена на струјата. Бидејќи оптичката моќ на таквата леќа, т.е. способноста да се фокусираат електроните зависи од јачината на магнетното поле во близина на оската; за да се зголеми, пожелно е да се концентрира магнетното поле во најмал можен волумен. Во пракса, тоа се постигнува со фактот што серпентина е речиси целосно покриена со магнетен „оклоп“ направен од специјална легура на никел-кобалт, оставајќи само тесен јаз во неговиот внатрешен дел. Магнетното поле создадено на овој начин може да биде 10-100 илјади пати посилно од магнетното поле на земјата на површината на земјата.
Дијаграмот OPEM е прикажан на сл. 2. Ред кондензаторски леќи (прикажана е само последната) го фокусира електронскиот зрак на примерокот. Обично првиот создава незголемена слика на изворот на електрони, додека вториот ја контролира големината на осветлената област на примерокот. Отворот на последната кондензаторска леќа ја одредува ширината на зракот во рамнината на објектот. Примерокот се става во магнетното поле на објективната леќа со висока оптичка моќност - најважната леќа OPEM, која ја одредува максималната можна резолуција на уредот. Аберациите на објективната леќа се ограничени со неговата бленда на ист начин како кај камерата или светлосниот микроскоп. Објективната леќа дава зголемена слика на објектот (обично со зголемување од околу 100); дополнителното зголемување што го воведуваат средните и проекционите леќи се движи од нешто помало од 10 до нешто повеќе од 1000. Така, зголемувањето што може да се добие кај современите OPEM е од помалку од 1000 до ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП 1.000.000. (При зголемување од милион пати колку грејпфрутот расте до големината на Земјата.) Предметот што се проучува обично се става на многу фина мрежа, вметната во посебен држач. Држачот може механички или електрично да се движи непречено нагоре и надолу и лево и десно.
Слика. Контрастот во OPEM се должи на расејувањето на електроните додека електронскиот сноп минува низ примерокот. Ако примерокот е доволно тенок, тогаш фракцијата на расеаните електрони е мала. Кога електроните минуваат низ примерокот, некои од нив се расфрлаат поради судири со јадрата на атомите на примерокот, други поради судири со електроните на атомите, а трети поминуваат без да претрпат расејување. Степенот на расејување во кој било регион на примерокот зависи од дебелината на примерокот во овој регион, неговата густина и просечната атомска маса (број на протони) во дадена точка. Електроните што ја напуштаат дијафрагмата со аголно отстапување што надминува одредена граница повеќе не можат да се вратат на зракот што ја носи сликата и затоа силно ги расфрлаат областите со зголемена густина, зголемена дебелина, локациите на тешките атоми се појавуваат на сликата како темни зони наспроти светлината. позадина. Таквата слика се нарекува светла поле, бидејќи околното поле е полесно од објектот во него. Но, можно е да се натера електричниот систем за отклонување да помине само еден или друг од расеаните електрони во дијафрагмата на леќата. Тогаш примерокот изгледа светло во темното поле. Објектот што слабо расејува често е поудобен за гледање во режим на темно поле. Конечната зголемена електронска слика се претвора во видлива со помош на луминисцентен екран кој свети под влијание на електронско бомбардирање. Оваа слика, обично со низок контраст, обично се гледа преку бинокуларен светлосен микроскоп. Со иста светлина, таков микроскоп со зголемување од 10 може да создаде слика на мрежницата која е 10 пати поголема отколку кога се гледа со голо око. Понекогаш се користи фосфорен екран со електрооптички конвертор за да се зголеми осветленоста на слабата слика. Во овој случај, конечната слика може да се прикаже на конвенционален телевизиски екран, што овозможува да се снима на видео лента. Снимањето видео се користи за снимање слики кои се менуваат со текот на времето, на пример, поради хемиска реакција. Најчесто, конечната слика се снима на фотографски филм или фотографска плоча. Фотографската плоча обично овозможува да се добие поостра слика од онаа што е забележана со голо око или снимена на видео лента, бидејќи фотографските материјали, генерално кажано, поефикасно ги регистрираат електроните. Покрај тоа, може да се снимаат 100 пати повеќе сигнали по единица површина на фотографски филм отколку по единица површина на видео лента. Благодарение на ова, сликата снимена на фотографски филм може дополнително да се зголеми за околу 10 пати без губење на јасност.
Дозвола.Електронските зраци имаат својства слични на оние на светлосните зраци. Поточно, секој електрон има одредена бранова должина. Резолуцијата на ЕМ се одредува со ефективната бранова должина на електроните. Брановата должина зависи од брзината на електроните, а со тоа и од забрзувачкиот напон; колку е поголем напонот за забрзување, толку е поголема брзината на електроните и пократка брановата должина, што значи дека резолуцијата е поголема. Ваквата значајна предност на ЕМ во резолуцијата се должи на фактот што брановата должина на електроните е многу пократка од брановата должина на светлината. Но, бидејќи електронските леќи не се фокусираат толку добро како оптичките леќи (нумеричката бленда на добра електронска леќа е само 0,09, додека за добра оптичка леќа достигнува 0,95), EM резолуцијата е 50-100 електрони бранови должини. Дури и со такви слаби леќи во електронски микроскоп, границата на резолуција од прибл. 0,17 nm, што овозможува да се направи разлика помеѓу поединечните атоми во кристалите. За да се постигне резолуција од овој редослед, потребно е многу внимателно подесување на инструментот; особено, потребни се високо стабилни напојувања, а самиот уред (кој може да биде висок околу 2,5 m и тежи неколку тони) и неговата дополнителна опрема бараат инсталација без вибрации.
РАСТЕРСКИ ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП
SEM, кој стана најважниот инструмент за научно истражување, служи како добро дополнување на OPEM. SEM користи електронски леќи за да го фокусира електронскиот зрак на многу мало место. Можете да го прилагодите SEM така што дијаметарот на точката во него не надминува 0,2 nm, но, по правило, тоа е единици или десетици нанометри. Оваа точка континуирано поминува низ одредена област од примерокот, слично на зракот што го поминува екранот на телевизиската цевка. Електричниот сигнал што произлегува од бомбардирањето на објектот со електроните на зракот се користи за да се формира слика на екранот на телевизиска цевка за слика или цевка со катодни зраци (CRT), чиешто чистење е синхронизирано со системот за отклонување на електронскиот зрак (Сл. 3). Зголемувањето во овој случај се подразбира како однос на големината на сликата на екранот со големината на површината покриена со зракот на примерокот. Овој пораст е од 10 на 10 милиони.
Интеракцијата на електроните на фокусираниот зрак со атомите на примерокот може да доведе не само до нивно расејување, кое се користи за добивање слика во OPEM, туку и до возбудување на зрачењето на Х-зраци, емисија на видлива светлина и емисија на секундарни електрони. Дополнително, бидејќи SEM има само леќи за фокусирање пред примерокот, овозможува да се проучуваат „дебели“ примероци.
Рефлективен SEM.Рефлексивниот SEM е дизајниран за проучување на рефус примероци. Бидејќи контрастот што произлегува од регистрацијата на рефлектираните, т.е. назад расфрлани, и секундарни електрони, е поврзан главно со аголот на инциденца на електроните на примерокот, структурата на површината е откриена на сликата. (Интензитетот на назад расејувањето и длабочината на која се јавува зависат од електронската енергија на упадниот зрак. Емисијата на секундарните електрони главно се одредува од површинскиот состав и електричната спроводливост на примерокот.) И двата сигнали носат информации за општи карактеристики на примерокот. Поради малата конвергенција на електронскиот зрак, можно е да се вршат набљудувања со многу поголема длабочина на поле отколку кога се работи со светлосен микроскоп и да се добијат одлични волуметриски микрографи на површини со високо развиен релјеф. Со регистрирање на рендгенското зрачење што го емитува примерокот, покрај податоците за релјефот, се овозможува да се добијат информации за хемискиот состав на примерокот во површинскиот слој со длабочина од 0,001 mm. Составот на материјалот на површината може да се процени и според измерената енергија со која се емитуваат одредени електрони. Сите потешкотии при работа со SEM главно се должат на неговите системи за регистрација и електронска визуелизација. Во уред со целосен сет на детектори, заедно со сите SEM функции, е обезбеден режим на работа на микроанализатор со електронска сонда.
Скенирање преносен електронски микроскоп. Скенирање преносен електронски микроскоп (RPEM) е посебен вид на SEM. Тој е дизајниран за тенки примероци, исти како оние што се проучуваат во OPEM. Колото RPEM се разликува од колото на сл. 3 само со тоа што нема детектори лоцирани над примерокот. Бидејќи сликата е формирана од патувачки зрак (а не од зрак што ја осветлува целата површина на примерокот), потребен е извор на електрони со висок интензитет за да може сликата да се снима во разумно време. RPEM со висока резолуција користи емитери на поле со висока осветленост. Во таков извор на електрони, многу силно електрично поле (приближно V / cm) се создава во близина на површината на гравирана волфрамска жица со многу мал дијаметар. Ова поле буквално извлекува милијарди електрони од жицата без никакво загревање. Осветленоста на таков извор е речиси 10.000 пати поголема од онаа на загреаниот извор на волфрамска жица (види погоре), а електроните што се емитуваат од него можат да се фокусираат во зрак со дијаметар помал од 1 nm. Добиени се дури и греди со дијаметар блиску до 0,2 nm. Автоелектронските извори можат да работат само во услови на ултрависок вакуум (при притисок под Pa), во кои целосно нема загадувачи како што се јаглеводороди и водена пареа, и станува возможно да се добијат слики со висока резолуција. Благодарение на таквите ултра-чисти услови, можно е да се истражат процеси и појави кои се недостапни за ЕМ со конвенционалните вакумски системи. Истражувањето во RPEM се врши на ултратенки примероци. Електроните минуваат низ таквите примероци со мало или никакво расејување. Електроните расфрлани под агли од повеќе од неколку степени без забавување се снимаат, паѓајќи на прстенестата електрода сместена под примерокот (сл. 3). Сигналот земен од оваа електрода силно зависи од атомскиот број на атоми во областа низ која поминуваат електроните - потешките атоми распрснуваат повеќе електрони кон детекторот отколку лесните. Ако електронскиот сноп е фокусиран на точка помала од 0,5 nm во дијаметар, може да се добие слика на поединечни атоми. Во реалноста, можно е на сликата добиена во RPEM да се разликуваат поединечни атоми со атомска маса на железо (т.е. 26 или повеќе). Електроните кои не претрпеле расејување во примерокот, како и електроните кои се забавиле како резултат на интеракцијата со примерокот, поминуваат во дупката на прстенестиот детектор. Енергетскиот анализатор сместен под овој детектор овозможува одвојување на првиот од вториот. Со мерење на енергијата изгубена од електроните при расејување, може да се добијат важни информации за примерокот. Загубите на енергија поврзани со возбудувањето на Х-зраците или исфрлањето на секундарните електрони од примерокот овозможуваат да се процени хемиските својства на супстанцијата во областа низ која минува електронскиот зрак.
РАСТЕР ТУНЕЛ МИКРОСКОП
ЕМ-овите дискутирани погоре користат магнетни леќи за фокусирање на електроните. Овој дел е посветен на ЕМ без леќи. Но, пред да се префрлиме на микроскоп за скенирање тунели (RTM), ќе биде корисно накратко да се задржиме на два стари типа на микроскоп без леќи во кои се формира проектирана слика во сенка.
Авто-електронски и авто-јонски проектори.Авто-електронскиот извор што се користи во RPEM се користи во проектори во сенка од раните 1950-ти. Во теренски проектор, електроните што се емитуваат со емитирање на поле од врв со многу мал дијаметар се забрзуваат кон луминисцентниот екран кој се наоѓа на неколку сантиметри од врвот. Како резултат на тоа, на екранот се појавува проектирана слика на површината на врвот и честичките на оваа површина со зголемување еднакво на односот на радиусот на екранот до радиусот на врвот (околу). Поголема резолуција се постигнува во проектор со теренски јонски проектор, во кој проекцијата на сликата се врши со јони на хелиум (или некои други елементи), чија ефективна бранова должина е пократка од онаа на електроните. Ова овозможува да се добијат слики кои го прикажуваат вистинскиот распоред на атомите во кристалната решетка на материјалот на врвот. Затоа, теренските јонски проектори се користат, особено, за проучување на кристалната структура и нејзините дефекти во материјалите од кои може да се направат такви врвови.
Микроскоп за скенирање тунели (RTM).Овој микроскоп користи и метален врв со мал дијаметар кој е извор на електрони. Во јазот помеѓу врвот и површината на примерокот се создава електрично поле. Бројот на електрони извлечени од полето од врвот по единица време (струја на тунелирање) зависи од растојанието помеѓу врвот и површината на примерокот (во пракса, ова растојание е помало од 1 nm). Кога врвот се движи по површината, струјата се модулира. Ова овозможува да се добие слика поврзана со релјефот на површината на примерокот. Ако врвот завршува со еден атом, тогаш можете да формирате слика на површината, поминувајќи атом по атом. RTM може да работи само под услов растојанието од врвот до површината да биде константно, а врвот да може да се помести со точност на атомските димензии. Вибрациите се потиснати поради цврстата конструкција и малата големина на микроскопот (не повеќе од тупаница), како и употребата на повеќеслојни гумени амортизери. Висока точност е обезбедена со пиезоелектрични материјали, кои се издолжуваат и се собираат под влијание на надворешно електрично поле. Со примена на напон од редот од 10-5 V, можно е да се промени големината на таквите материјали за 0,1 nm или помалку. Ова овозможува, со фиксирање на врвот на елемент направен од пиезоелектричен материјал, да се движи во три меѓусебно нормални насоки со точност од редот на атомските димензии.
ЕЛЕКТРОНСКА ТЕХНИКА НА МИКРОСКОПИЈА
Речиси не постои сектор на истражување во областа на биологијата и науката за материјали, каде што не се применува преносна електронска микроскопија (ТЕМ); ова се должи на успехот на техниката за подготовка на примерокот. Сите техники кои се користат во електронската микроскопија се насочени кон добивање на исклучително тенок примерок и обезбедување максимален контраст помеѓу него и подлогата, која му е потребна како потпора. Основната техника е дизајнирана за примероци со дебелина од 2-200 nm, поддржани од тенки пластични или јаглеродни фолии, кои се поставени на решетка со големина на мрежа од прибл. 0,05 мм. (Соодветниот примерок, без разлика како е добиен, се обработува на таков начин што ќе го зголеми интензитетот на расејувањето на електроните на предметот за тестирање.) Ако контрастот е доволно висок, тогаш окото на набљудувачот може да разликува детали кои се на растојание од 0,1-0,2 mm без напрегање. Следствено, за да може деталите, одвоени на примерокот на растојание од 1 nm, да се разликуваат на сликата создадена со електронски микроскоп, потребно е вкупно зголемување од околу 100-200 илјади. Најдобрите микроскопи можат да создадат слика на примерокот на фотографска плоча со такво зголемување, но во исто време се прикажува премала површина. Обично се прави микрограф со помало зголемување, а потоа фотографски се зголемува. Фотографската плоча овозможува должина од околу 10 cm. 10.000 линии. Доколку секоја линија на примерокот одговара на одредена структура со должина од 0,5 nm, тогаш за регистрирање на таква структура потребно е зголемување од најмалку 20.000, додека со помош на SEM и RPEM, во кои сликата се снима со електронски систем и е распореден на телевизиски екран, само во ред. 1000 линии. Така, кога користите телевизиски монитор, минималното потребно зголемување е околу 10 пати поголемо отколку при фотографирање.
Биолошки препарати.Електронската микроскопија е широко користена во биолошките и медицинските истражувања. Развиени се методи за фиксација, вградување и добивање на тенки ткивни пресеци за истражување во OPEM и RPEM и методи на фиксација за проучување на рефус примероци во SEM. Овие техники овозможуваат проучување на организацијата на клетките на макромолекуларно ниво. Електронската микроскопија ги откри компонентите на клетката и детали за структурата на мембраните, митохондриите, ендоплазматскиот ретикулум, рибозомите и многу други органели кои ја сочинуваат клетката. Примерокот прво се фиксира со глутаралдехид или други средства за фиксирање, а потоа се дехидрира и се покрива со пластика. Методите на криофиксација (фиксација на многу ниски - криогени - температури) овозможуваат да се зачува структурата и составот без употреба на хемиски средства за фиксирање. Покрај тоа, криогенските методи овозможуваат да се добијат слики од замрзнати биолошки примероци без дехидрација. Користејќи ултрамикротоми со сечила од полиран дијамант или исечено стакло, може да се исечат делови од ткиво со дебелина од 30-40 nm. Монтираните хистолошки препарати може да се обојат со соединенија на тешки метали (олово, осмиум, злато, волфрам, ураниум) за да се подобри контрастот на поединечни компоненти или структури.
Биолошкото истражување е проширено на микроорганизми, особено вируси, кои не се решаваат со светлосни микроскопи. ТЕМ овозможи да се откријат, на пример, структурите на бактериофагите и локацијата на подединици во протеинските обвивки на вирусите. Дополнително, методите на позитивно и негативно боење можеа да ја откријат структурата со подединици во голем број други важни биолошки микроструктури. Методите за зајакнување на контрастот на нуклеинските киселини овозможија да се набљудува едноверижна и двоверижна ДНК. Овие долги линеарни молекули се шират во слој од основен протеин и се нанесуваат на тенок филм. Потоа на примерокот се нанесува многу тенок слој од тежок метал со вакуум таложење. Овој слој од тешкиот метал го „подигнува“ примерокот, поради што овој, кога се набљудува во OPEM или RPEM, изгледа како да е осветлен од страната од која е таложен металот. Ако го ротирате примерокот за време на прскањето, тогаш металот се акумулира околу честичките од сите страни рамномерно (како снежна топка).
Небиолошки материјали.ТЕМ се користи во истражување на материјали за проучување на тенки кристали и граници помеѓу различни материјали. За да се добие слика со висока резолуција на интерфејсот, примерокот се полни со пластика, примерокот се сече нормално на границата, а потоа се разредува така што границата е видлива на изострениот раб. Кристалната решетка силно ги расфрла електроните во одредени насоки, давајќи дифракциона шема. Сликата на кристален примерок во голема мера е одредена од оваа слика; контрастот силно зависи од ориентацијата, дебелината и совршенството на кристалната решетка. Промените на контрастот на сликата ви овозможуваат да ја проучувате кристалната решетка и нејзините несовршености на скала на атомски димензии. Добиените информации во овој случај ги надополнуваат оние што се обезбедени со рендгенска анализа на рефус примероци, бидејќи ЕМ овозможува директно да се видат дислокациите, дефектите на натрупување и границите на зрната во сите детали. Дополнително, шемите на дифракција на електрони може да се снимаат во ЕМ и може да се набљудуваат шеми на дифракција од избраните области на примерокот. Ако дијафрагмата на леќата е прилагодена така што низ неа поминува само еден дифракционен и нерасфрлен централен сноп, тогаш можно е да се добие слика на одреден систем на кристални рамнини, што го дава овој дифракционен зрак. Современите уреди овозможуваат резолуција на периоди на решетки од 0,1 nm. Кристалите може да се проучуваат и со методот на сликање со темно поле, во кој централниот зрак е преклопен, така што сликата е формирана од еден или повеќе дифрактирани зраци. Сите овие методи дадоа важни информации за структурата на многу материјали и значително ја разјаснија физиката на кристалите и нивните својства. На пример, анализата на TEM сликите на кристалната решетка од тенки квазикристали со мала големина во комбинација со анализата на нивните шеми на дифракција на електрони овозможи во 1985 година да се откријат материјали со симетрија од петти ред.
Високонапонска микроскопија.Во моментов, индустријата произведува високонапонски верзии на OPEM и RPEM со забрзувачки напон од 300 до 400 kV. Ваквите микроскопи имаат поголема продорна моќ од уредите со низок напон и се речиси на исто ниво со микроскопите од 1 милион волти кои беа изградени во минатото. Современите високонапонски микроскопи се прилично компактни и можат да се инсталираат во обична лабораториска просторија. Нивната зголемена продорна моќ се покажува како многу вредно својство кога се проучуваат дефектите на подебелите кристали, особено оние од кои е невозможно да се направат тенки примероци. Во биологијата, нивната висока продорна способност овозможува да се испитаат цели клетки без да се сечат. Покрај тоа, овие микроскопи може да се користат за да се добијат волуметриски слики на дебели предмети.
Нисконапонска микроскопија. SEM се произведуваат и со забрзувачки напон од само неколку стотици волти. Дури и при толку ниски напони, брановата должина на електронот е помала од 0,1 nm, така што просторната резолуција овде е исто така ограничена од аберациите на магнетните леќи. Меѓутоа, бидејќи електроните со толку ниска енергија навлегуваат плитко под површината на примерокот, речиси сите електрони вклучени во снимањето доаѓаат од област многу блиску до површината, што ја подобрува резолуцијата на релјефот на површината. Со помош на нисконапонски SEM, сликите беа добиени на цврсти површини на објекти со големина помала од 1 nm.
Оштетување од зрачење.Бидејќи електроните се јонизирачко зрачење, примерокот во ЕМ постојано е изложен на него. (Како резултат на оваа изложеност, се генерираат секундарни електрони, кои се користат во SEM.) Затоа, примероците секогаш се предмет на оштетување од зрачење. Типична доза на зрачење апсорбирана од тенок примерок при снимање на микрограф во OPEM приближно одговара на енергијата што би била доволна за целосно испарување на студената вода од езерце длабоко 4 m со површина од 1 ha . За да се намали оштетувањето од зрачење на примерокот, неопходно е да се користат различни методи за нејзина подготовка: боење, истурање, замрзнување. Дополнително, можно е да се регистрира слика во дози на електрони кои се 100-1000 пати помали отколку со стандардната техника, а потоа да се подобри со методи на компјутерска обработка на слики.
ИСТОРИСКА РЕФЕРЕНЦА
Историјата на создавањето на електронскиот микроскоп е прекрасен пример за тоа како независните области на науката и технологијата можат, со размена на добиените информации и комбинирање на напорите, да создадат нова моќна алатка за научно истражување. Врвот на класичната физика беше теоријата на електромагнетното поле, која го објасни ширењето на светлината, појавата на електрични и магнетни полиња, движењето на наелектризираните честички во овие полиња како ширење на електромагнетни бранови. Брановата оптика го разјасни феноменот на дифракција, механизмот на сликање и играта на факторите кои ја одредуваат резолуцијата во светлосен микроскоп. Нашите успеси во областа на теоретската и експерименталната физика ги должиме на откривањето на електронот со неговите специфични својства. Овие одделни и навидум независни патеки на развој доведоа до создавање на основите на електронската оптика, чија една од најважните апликации беше изумот на ЕМ во 1930-тите. Директна алузија на таквата можност може да се смета хипотезата за брановата природа на електронот, изнесена во 1924 година од Луис де Брогли и експериментално потврдена во 1927 година од К. Дејвисон и Л. Џермер во САД и Џ. Томсон во Англија. . Така, беше предложена аналогија што овозможи да се конструира ЕМ според законите на брановата оптика. Х. Буш открил дека електричното и магнетното поле може да се користат за да се формираат електронски слики. Во првите две децении на 20 век. создадени се и потребните технички предуслови. Индустриските лаборатории кои работат на осцилоскоп со катодни зраци дадоа вакуумска технологија, стабилни извори на висок напон и струја, добри емитери на електрони. Во 1931 година Р. Руденберг поднел барање за патент за преносен електронски микроскоп, а во 1932 година М. Нол и Е. Руска го изградиле првиот таков микроскоп, користејќи магнетни леќи за фокусирање на електроните. Овој уред беше претходник на модерниот OPEM. (Руска беше награден за неговиот труд со тоа што стана добитник на Нобеловата награда за физика за 1986 година.) Во 1938 година Руска и Б. фон Борис изградија прототип на индустриски ОПЕМ за Сименс-Халске во Германија; овој уред на крајот овозможи да се постигне резолуција од 100 nm. Неколку години подоцна, А. Пребус и Џ. Хилер го изградија првиот ОПЕМ со висока резолуција на Универзитетот во Торонто (Канада). Широките можности на ОПЕМ станаа очигледни речиси веднаш. Неговото индустриско производство беше започнато истовремено од Siemens-Halske во Германија и RCA во САД. Кон крајот на 1940-тите, други компании почнаа да произведуваат такви уреди. SEM во неговата сегашна форма беше измислен во 1952 година од Чарлс Отли. Навистина, прелиминарните верзии на таков уред беа изградени од Кнол во Германија во 1930-тите и Зворикин и вработените во корпорацијата RCA во 1940-тите, но само уредот на Отли можеше да послужи како основа за голем број технички подобрувања, што кулминираше со воведување на индустриска верзија на SEM во производство во средината на 1960-тите. Кругот на потрошувачи на таков прилично лесен за користење уред со тридимензионална слика и електронски излезен сигнал се прошири со брзината на експлозијата. Во моментов, постојат десетина индустриски производители на SEM на три континенти и десетици илјади такви уреди кои се користат во лабораториите ширум светот. Во 1960-тите, беа развиени микроскопи со ултра висок напон за проучување на подебели примероци. Водачот во оваа насока беше Г. дизајн, обезбедува атомска резолуција на површините.за создавањето на RTM Binnig и Rohrer (истовремено со Руска) ја добија Нобеловата награда за физика.
исто така видиСодржина на предметот „Електронска микроскопија. мембрана.“:
Електронски микроскописе појави во 1930-тите и стана широко распространета во 1950-тите.
Сликата покажува модерен пренос (проѕирен) електронски микроскоп, а на сликата е прикажана патеката на електронскиот зрак во овој микроскоп. Во преносниот електронски микроскоп, електроните минуваат низ примерокот пред да формираат слика. Таков електронски микроскоп бил конструиран прво.
Електронски микроскопсвртен наопаку во споредба со светлосниот микроскоп. Зрачењето се применува на примерокот од врвот, а сликата се формира на дното. Принципот на работа на електронски микроскоп во суштина е ист како оној на светлосниот микроскоп. Електронскиот зрак е насочен со кондензаторни леќи кон примерокот, а добиената слика потоа се зголемува со други леќи.
Табелата сумира некои од сличностите и разликите помеѓу светлината и електронски микроскопи... На врвот на колоната на електронскиот микроскоп се наоѓа извор на електрони - волфрамово влакно, слично на она што се наоѓа во конвенционалната сијалица. На него се применува висок напон (на пример, 50.000 V), а филаментот испушта струја од електрони. Електромагнетите го фокусираат електронскиот зрак.
Внатре во колоната се создава длабок вакуум. Ова е неопходно за да се минимизира дисперзијата. електронипоради нивниот судир со воздушни честички. За испитување во електронски микроскоп, може да се користат само многу тенки делови или честички, бидејќи електронскиот зрак речиси целосно се апсорбира од поголеми предмети. Деловите од објектот со релативно поголема густина апсорбираат електрони и затоа изгледаат потемни на добиената слика. Тешките метали како што се олово и ураниум се користат за боење на примерокот за да се зголеми контрастот.
Електронисе невидливи за човечкото око, па се насочени кон флуоресцентна, која репродуцира видлива (црно-бела) слика. За да направите фотографија, екранот се отстранува и електроните се насочуваат директно на филмот. Фотографијата направена во електронски микроскоп се нарекува електронски микрограф.
Предноста на електронскиот микроскоп:
1) висока резолуција (0,5 nm во пракса)
Недостатоци на електронски микроскоп:
1) материјалот подготвен за истражување мора да биде мртов, бидејќи за време на процесот на набљудување е во вакуум;
2) тешко е да се биде сигурен дека предметот репродуцира жива клетка во сите нејзини детали, бидејќи фиксирањето и боењето на материјалот што се проучува може да ја промени или оштети неговата структура;
3) самиот електронски микроскоп и неговото одржување се скапи;
4) подготовката на материјалот за работа со микроскоп одзема многу време и бара висококвалификуван персонал;
5) примероците што се испитуваат постепено се уништуваат под дејство на електронскиот сноп. Затоа, доколку е потребно детално проучување на примерокот, потребно е да се фотографира.
Терминот „микроскоп“ има грчки корени. Се состои од два збора, кои во преводот значат „мал“ и „изглед“. Главната улога на микроскопот е неговата употреба при испитување на многу мали предмети. Во исто време, овој уред ви овозможува да ја одредите големината и обликот, структурата и другите карактеристики на телата невидливи со голо око.
Историја на создавањето
Во историјата нема точни информации за тоа кој бил изумител на микроскопот. Според некои извештаи, тој бил дизајниран во 1590 година од таткото и синот на Јансен, производител на спектакли. Друг кандидат за титулата пронаоѓач на микроскопот е Галилео Галилеј. Во 1609 година, овој научник претстави уред со конкавни и конвексни леќи на јавноста во Accademia dei Lincei.
Со текот на годините, системот за гледање микроскопски објекти еволуираше и се подобруваше. Огромен чекор во неговата историја беше пронајдокот на едноставен ахроматски прилагодлив уред со две леќи. Овој систем беше воведен од Холанѓанецот Кристијан Хајгенс во доцните 1600-ти. Окуларите на овој пронаоѓач и денес се во производство. Нивниот единствен недостаток е недоволната ширина на видното поле. Покрај тоа, во споредба со дизајнот на современите инструменти, окуларите на Хајгенс имаат незгодна положба за очите.
Производителот на такви уреди Антон Ван Левенхук (1632-1723) даде посебен придонес во историјата на микроскопот. Токму тој го привлече вниманието на биолозите на овој уред. Leeuwenhoek направи производи со мала големина опремени со една, но многу силна леќа. Беше незгодно да се користат такви уреди, но тие не ги дуплираа дефектите на сликата што беа присутни во сложените микроскопи. Пронаоѓачите успеале да го поправат овој недостаток дури по 150 години. Заедно со развојот на оптика, квалитетот на сликата во композитните уреди се подобри.
Подобрувањето на микроскопите продолжува и денес. Така, во 2006 година, германските научници кои работат на Институтот за биофизичка хемија, Маријано Боси и Стефан Хеле, развија најсовремен оптички микроскоп. Поради неговата способност да набљудува објекти со големина од 10 nm и висококвалитетни 3D слики во три димензии, уредот беше наречен наноскоп.
Класификација на микроскопи
Во моментов, постои широк спектар на инструменти дизајнирани за гледање мали предмети. Тие се групирани врз основа на различни параметри. Ова може да биде целта на микроскопот или прифатениот метод на осветлување, структурата што се користи за оптичкиот дизајн итн.
Но, по правило, главните типови на микроскопи се класифицираат според големината на резолуцијата на микрочестичките што може да се видат со овој систем. Според оваа поделба, микроскопите се:
- оптички (лесни);
- електронски;
- Х-зраци;
- сонда за скенирање.
Најраспространети се светлосните микроскопи. Има широк избор од нив во оптички продавници. Со помош на такви уреди се решаваат главните задачи за проучување на одреден објект. Сите други видови микроскопи се класифицирани како специјализирани. Нивната употреба се врши, по правило, во лабораториски услови.
Секој од горенаведените типови уреди има свои подвидови кои се користат во одредена област. Дополнително, денес е можно да се купи училишен микроскоп (или едукативен), кој е систем на почетно ниво. На потрошувачите им се нудат и професионални уреди.
Апликација
За што служи микроскопот? Човечкото око, како посебен биолошки тип оптички систем, има одредено ниво на резолуција. Со други зборови, постои најмала оддалеченост помеѓу набљудуваните објекти кога тие сè уште можат да се разликуваат. За нормално око, оваа резолуција е во рамките на 0,176 mm. Но, големината на повеќето животински и растителни клетки, микроорганизми, кристали, микроструктура на легури, метали итн. е многу помала од оваа вредност. Како може некој да проучува и набљудува такви предмети? Ова е местото каде што различни видови микроскопи доаѓаат да им помогнат на луѓето. На пример, оптичките уреди овозможуваат да се разликуваат структури во кои растојанието помеѓу елементите е најмалку 0,20 μm.
Како функционира микроскопот?
Уредот, со помош на кој испитувањето на микроскопските предмети станува достапно за човечкото око, има два главни елементи. Тоа се леќите и окуларот. Овие делови од микроскопот се фиксирани во подвижна цевка, сместена на метална основа. На него има и тема табела.
Современите типови на микроскопи обично се опремени со систем за осветлување. Ова е, особено, кондензатор со дијафрагма на ирисот. Задолжителен комплетен сет на уреди за зголемување се микро и макро завртки, кои се користат за прилагодување на острината. Дизајнот на микроскопите предвидува и присуство на систем кој ја контролира положбата на кондензаторот.
Во специјализирани, посложени микроскопи, често се користат други дополнителни системи и уреди.
Леќи
Описот на микроскопот би сакал да го започнам со приказна за еден од неговите главни делови, односно од целта. Тие се сложен оптички систем кој ја зголемува големината на предметниот објект во рамнината на сликата. Дизајнот на леќите вклучува цел систем од не само единечни леќи, туку и две или три леќи залепени заедно.
Комплексноста на таков оптичко-механички дизајн зависи од опсегот на оние задачи што мора да ги реши овој или оној уред. На пример, најсофистицираниот микроскоп обезбедува до четиринаесет леќи.
Објективот го вклучува предниот дел и системите што го следат. Која е основата за создавање слика со посакуваниот квалитет, како и одредување на оперативната состојба? Ова е предната леќа или нивниот систем. Потребни се следните делови на објективот за да се постигне потребното зголемување, фокусна должина и квалитет на сликата. Сепак, овие функции се можни само во комбинација со преден објектив. Исто така, треба да се каже дека дизајнот на последователниот дел влијае на должината на цевката и висината на леќата на уредот.
Окулари
Овие делови од микроскопот се оптички систем дизајниран да ја изгради потребната микроскопска слика на површината на мрежницата на очите на набљудувачот. Окуларите вклучуваат две групи леќи. Најблиску до окото на истражувачот се нарекува око, а далечното поле (со негова помош леќата гради слика на предметот што се проучува).
Систем за осветлување
Микроскопот има сложена структура од дијафрагми, огледала и леќи. Со негова помош се обезбедува еднообразно осветлување на истражуваниот објект. Во првите микроскопи, оваа функција беше извршена.Како што оптичките инструменти се подобруваа, во нив беа користени прво рамни, а потоа конкавни огледала.
Со помош на такви едноставни детали, зраците од сонцето или светилките беа насочени кон предметот на проучување. Современите микроскопи се посовршени. Се состои од кондензатор и колектор.
Предметна табела
Микроскопските примероци што треба да се испитаат се ставаат на рамна површина. Ова е предметната табела. Различни видови микроскопи може да имаат дадена површина, дизајнирана на таков начин што предметот на проучување ќе се ротира во набљудувачот хоризонтално, вертикално или под одреден агол.
Принцип на работа
Во првиот оптички уред, системот на леќи произведе обратна слика на микро-објекти. Ова овозможило да се согледа структурата на материјата и најмалите детали што биле предмет на проучување. Принципот на работа на светлосниот микроскоп денес е сличен на оној на огноотпорниот телескоп. Во овој уред, светлината се прекршува додека минува низ стаклениот дел.
Како се зголемуваат современите светлосни микроскопи? Откако зрак на светлосни зраци ќе влезе во уредот, тие се претвораат во паралелен тек. Дури тогаш се случува прекршување на светлината во окуларот, поради што се зголемува сликата на микроскопските предмети. Понатаму, оваа информација доаѓа во форма неопходна за набљудувачот во неговата
Подвидови на светлосни микроскопи
Модерната класифицира:
1. Според класата на сложеност за истражувачки, работен и училишен микроскоп.
2. По полето на примена за хируршки, биолошки и технички.
3. По типови на микроскопија за уреди на рефлектирана и пренесена светлина, фазен контакт, луминисцентна и поларизација.
4. Во насока на прозрачниот флукс кон превртени и прави линии.
Електронски микроскопи
Со текот на времето, уредот дизајниран за испитување на микроскопски објекти станува сè посовршен. Се појавија такви типови на микроскопи во кои се користеше сосема поинаков принцип на работа, кој не зависеше од прекршувањето на светлината. Во процесот на користење на најновите типови на уреди, вклучени се електрони. Таквите системи ви овозможуваат да видите толку мали поединечни делови од материјата што светлосните зраци едноставно течат околу нив.
За што служи електронскиот микроскоп? Се користи за проучување на структурата на клетките на молекуларно и субклеточно ниво. Исто така, таквите уреди се користат за проучување на вируси.
Уред за електронски микроскопи
Која е основата на работата на најновите инструменти за гледање микроскопски објекти? Како електронски микроскоп се разликува од светлиот? Дали има сличности меѓу нив?
Принципот на работа на електронскиот микроскоп се заснова на својствата што ги имаат електричните и магнетните полиња. Нивната ротациона симетрија е способна да обезбеди ефект на фокусирање на електронските зраци. Врз основа на ова, може да се даде одговор на прашањето: "Како електронски микроскоп се разликува од светлиот?" Во него, за разлика од оптички уред, нема леќи. Нивната улога ја играат соодветно пресметаните магнетни и електрични полиња. Тие се создаваат со вртења на калеми низ кои поминува струја. Во овој случај, таквите полиња дејствуваат слично.Со зголемување или намалување на моменталната јачина, фокусната должина на уредот се менува.
Што се однесува до шематски дијаграм, во електронски микроскоп тој е сличен на оној на светлосниот уред. Единствената разлика е во тоа што оптичките елементи се заменуваат со слични електрични.
Зголемувањето на објектот во електронските микроскопи се јавува поради процесот на прекршување на зрак светлина што минува низ предметот што се проучува. Под различни агли, зраците паѓаат во рамнината на објективната леќа, каде што се случува првото зголемување на примерокот. Електроните потоа патуваат до средната леќа. Во него има мазна промена во зголемувањето на големината на објектот. Конечната слика на материјалот за тестирање ја обезбедува проекциската леќа. Од него, сликата паѓа на флуоресцентниот екран.
Видови електронски микроскопи
Модерните типови вклучуваат:
1... ТЕМ, или преносен електронски микроскоп.Во оваа поставка, слика на многу тенок објект со дебелина до 0,1 μm се формира со интеракција на електронски сноп со супстанцијата што се проучува и нејзино последователно зголемување со магнетни леќи лоцирани во објективот.
2... SEM, или електронски микроскоп за скенирање.Таквиот уред овозможува да се добие слика на површината на објект со висока резолуција од редот на неколку нанометри. Кога се користат дополнителни методи, таков микроскоп дава информации кои помагаат да се одреди хемискиот состав на слоевите блиску до површината.
3. Електронски микроскоп за скенирање на тунели или STM.Со помош на овој уред се мери релјефот на спроводливите површини со висока просторна резолуција. Во процесот на работа со STM, остра метална игла се доведува до предметот што се проучува. Во овој случај, се одржува растојание од само неколку ангстроми. Понатаму, на иглата се нанесува мал потенцијал, поради што се јавува струја на тунелирање. Во овој случај, набљудувачот добива тродимензионална слика на предметот што се проучува.
Микроскопи „Левенгук“
Во 2002 година, во Америка се појави нова компанија, која се занимаваше со производство на оптички инструменти. Списокот на асортиман на нејзините производи вклучува микроскопи, телескопи и двогледи. Сите овие уреди се одликуваат со висок квалитет на сликата.
Седиштето и одделот за развој на компанијата се наоѓаат во САД, во градот Фримонд (Калифорнија). Што се однесува до производствените капацитети, тие се наоѓаат во Кина. Благодарение на сето ова, компанијата го снабдува пазарот со напредни и висококвалитетни производи по пристапна цена.
Дали ви треба микроскоп? Левенхук ќе ја предложи потребната опција. Опсегот на оптичката опрема на компанијата вклучува дигитални и биолошки уреди за зголемување на предметот што се проучува. Покрај тоа, на купувачот му се нудат дизајнерски модели направени во различни бои.
Микроскопот Левенхук има широка функционалност. На пример, образовен уред од почетно ниво може да се поврзе со компјутер, а исто така е способен за видео снимање на тековните истражувања. Моделот Levenhuk D2L е опремен со оваа функционалност.
Компанијата нуди биолошки микроскопи од различни нивоа. Ова се и поедноставни модели и нови предмети кои се погодни за професионалци.
Историјата на создавањето на електронски микроскоп
Во 1931 година Р. Руденберг добил патент за преносен електронски микроскоп, а во 1932 година М. Нол и Е. Руска го изградиле првиот прототип на модерен уред. Ова дело на Е. Руски во 1986 година ја доби Нобеловата награда за физика, која му беше доделена на него и на пронаоѓачите на микроскопот за скенирачка сонда Герд Карл Биниг и Хајнрих Рорер. Употребата на преносен електронски микроскоп за научни истражувања започна во доцните 1930-ти, кога се појави првиот комерцијален инструмент, изграден од Сименс.
Во доцните 1930-ти - почетокот на 1940-тите, се појавија првите електронски микроскопи за скенирање, кои формираат слика на објект кога електронска сонда со мал пресек последователно се преместува над објектот. Масовната употреба на овие уреди во научното истражување започна во 1960-тите, кога тие постигнаа значителна техничка извонредност.
Значаен скок напред (во 70-тите) во развојот беше употребата на Шотки катоди и катоди со емисија на ладно поле наместо термионски катоди, но нивната употреба бара многу поголем вакуум.
Во доцните 90-ти и раните 2000-ти, компјутеризацијата и употребата на CCD детекторите значително ја зголемија стабилноста и (релативно) леснотијата на користење.
Во последната деценија, коректори на сферични и хроматски аберации (кои го воведуваат главното изобличување на добиената слика) се користат во современите напредни преносни електронски микроскопи, но нивната употреба понекогаш значително ја отежнува употребата на уредот.
Видови електронски микроскопи
Преносна електронска микроскопија
Шаблон: Празен дел
Почетен приказ на електронски микроскоп. Преносниот електронски микроскоп користи електронски зрак со висока енергија за да формира слика. Електронскиот зрак се создава со помош на катода (волфрам, LaB 6, Шотки или емисија на ладно поле). Добиениот електронски сноп обично се забрзува до +200 keV (различни напони се користат од 20 keV до 1 meV), се фокусира со систем на електростатички леќи и поминува низ примерокот така што дел од него се расфрла на примерокот, и дел не е. Така, електронскиот сноп поминат низ примерокот носи информации за структурата на примерокот. Зракот потоа поминува низ систем на леќи за зголемување и формира слика на флуоресцентен екран (обично цинк сулфид), фотографска плоча или CCD камера.
Резолуцијата на ТЕМ е ограничена главно со сферична аберација. Некои модерни ТЕМ имаат коректори на сферични аберации.
Главните недостатоци на ТЕМ се потребата од многу тенок примерок (од редот од 100 nm) и нестабилноста (распаѓањето) на примероците под зракот.
Електронска микроскопија за преносна растерска (скенирање) (STEM)
Главна статија: Електронски микроскоп за скенирање на пренос
Еден од типовите на преносна електронска микроскопија (TEM), сепак, постојат уреди кои работат исклучиво во режим STEM. Електронскиот зрак се пренесува низ релативно тенок примерок, но, за разлика од конвенционалната трансмисиона електронска микроскопија, електронскиот зрак е фокусиран до точка што се движи низ примерокот по растер.
Скенирање (скенирање) електронска микроскопија
Се заснова на телевизискиот принцип на скенирање на тенок електронски сноп над површината на примерокот.
Нисконапонска електронска микроскопија
Примени на електронски микроскопи
|
Полупроводници и складирање податоци
Биологија и животни науки
|
Научно истражување
Индустрија
|
Главните светски производители на електронски микроскопи
исто така види
Белешки (уреди)
Врски
- Топ 15 слики од електронски микроскопи од 2011 година Сликите на препорачаната локација се случајно обоени и имаат уметничка а не научна вредност (електронските микроскопи произведуваат црно-бели слики наместо боја).
Фондацијата Викимедија. 2010 година.
Погледнете што е „Електронски микроскоп“ во другите речници:
Уред за набљудување и фотографирање на повеќекратно (до 106 пати) зголемена слика на објект, во која наместо светлосни зраци, зраци од електрони забрзани до високи енергии (30 1000 keV и повеќе) се користат во длабок вакуум. Физички ... Физичка енциклопедија
Уред за набљудување и фотографирање на повеќекратни (до 106 пати) зголемени слики на предмети, во кои наместо светлосни зраци се користат зраци од електрони, забрзани до високи енергии (30-100 keV и повеќе) во длабок вакуум. Физика....... Физичка енциклопедија
Електронски микроскоп- (шема). ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП, вакуумски електро-оптички уред за набљудување и фотографирање на повеќекратни (до 106 пати) зголемени слики на предмети добиени со помош на електронски зраци забрзани до високи енергии. ... Илустриран енциклопедиски речник
ЕЛЕКТРОНСКИ МИКРОСКОП, МИКРОСКОП, кој го „осветлува“ предметот што се проучува со струја од електрони. Наместо конвенционални леќи, содржи магнети кои го фокусираат електронскиот зрак. Овој уред ви овозможува да гледате предмети со многу мали димензии, бидејќи ... Научно-технички енциклопедиски речник
Да се проучуваат нано-објекти со резолуција на оптички микроскопи ( дури и со користење на ултравиолетови) очигледно не е доволно. Во овој поглед, во 1930-тите. се појави идејата да се користат електрони наместо светлина, чија бранова должина, како што знаеме од квантната физика, е стотици пати пократка од онаа на фотоните.
Како што знаете, нашата визија се заснова на формирање на слика на објект на мрежницата на окото со светлосни бранови рефлектирани од овој објект. Ако, пред да влезе во окото, светлината поминува низ оптичкиот систем микроскоп, гледаме зголемена слика. Во овој случај, текот на светлосните зраци вешто го контролираат леќите што го сочинуваат објективот и окуларот на уредот.
Но, како можете да добиете слика на објект, и тоа со многу поголема резолуција, користејќи не светлосно зрачење, туку проток на електрони? Со други зборови, како е можно да се видат објекти врз основа на употреба на честички, а не на бранови?
Одговорот е многу едноставен. Познато е дека траекторијата и брзината на електроните се значително под влијание на надворешните електромагнетни полиња, со чија помош е можно ефикасно да се контролира движењето на електроните.
Науката за движењето на електроните во електромагнетните полиња и пресметката на уредите што ги формираат потребните полиња се нарекува електронска оптика.
Електронската слика се формира од електрични и магнетни полиња на ист начин како што светлосната слика се формира од оптичките леќи. Затоа, во електронски микроскоп, уредите за фокусирање и расејување на електронски зрак се нарекуваат „ електронски леќи”.
Електронска леќа. Вртењата на жиците на намотките низ кои тече струјата го фокусираат електронскиот зрак на ист начин како што стаклената леќа го фокусира светлосниот зрак.
Магнетното поле на серпентина делува како конвергирачка или дифузна леќа. За да се концентрира магнетното поле, серпентина е затворена со магнетна " оклоп»Направено од специјална легура на никел-кобалт, оставајќи само тесен јаз во внатрешноста. Магнетното поле создадено на овој начин може да биде 10-100 илјади пати посилно од магнетното поле на Земјата!
За жал, нашите очи не можат директно да ги согледаат електронските зраци. Затоа, тие се користат за „ цртање„Слики на флуоресцентни екрани (кои светат при удар на електрони). Патем, истиот принцип лежи во основата на работата на мониторите и осцилографите.
Има многу различни видови на електронски микроскопи, меѓу кои најпопуларен е скенирачкиот електронски микроскоп (SEM). Добиваме поедноставен дијаграм за него ако го ставиме предметот што се испитува во катодната цевка на обичен телевизор помеѓу екранот и изворот на електрони.
Во такви микроскоптенок зрак од електрони (дијаметар на зракот околу 10 nm) се провлекува околу (како да го скенира) примерокот по хоризонтални линии, точка по точка и синхроно го пренесува сигналот до кинескопот. Целиот процес е сличен на работата на телевизорот за време на процесот на чистење. Изворот на електроните е метал (најчесто волфрам), од кој при загревање се испуштаат електрони како резултат на термионска емисија.
Шема на работа на електронски микроскоп за скенирање
Термионска емисија- излезот на електроните од површината на спроводниците. Бројот на емитирани електрони е мал на T = 300 K и расте експоненцијално со зголемување на температурата.
Кога електроните минуваат низ примерокот, некои од нив се расфрлаат поради судири со јадрата на атомите на примерокот, други поради судири со електроните на атомите, а трети поминуваат низ него. Во некои случаи, се емитуваат секундарни електрони, се индуцираат рендгенски зраци итн. Сите овие процеси се регистрирани со посебни детектории во трансформирана форма се прикажуваат на екранот, создавајќи зголемена слика на предметот што се проучува.
Зголемувањето во овој случај се подразбира како однос на големината на сликата на екранот со големината на површината покриена со зракот на примерокот. Поради фактот што брановата должина на електронот е пократка од онаа на фотонот, во современиот SEM ова зголемување може да достигне 10 милиони15, што одговара на резолуција од неколку нанометри, што овозможува да се визуелизираат поединечни атоми.
Главниот недостаток електронска микроскопија- потребата да се работи во полн вакуум, бидејќи присуството на каков било гас во внатрешноста на комората на микроскопот може да доведе до јонизација на неговите атоми и значително да ги наруши резултатите. Покрај тоа, електроните имаат деструктивен ефект врз биолошките објекти, што ги прави неприменливи за истражување во многу области на биотехнологијата.
Историја на создавањето електронски микроскопПретставува извонреден пример за достигнување заснован на интердисциплинарен пристап, кога самостојно развивајќи ги областите на науката и технологијата, обединети, создаде нова моќна алатка за научно истражување.
Врвот на класичната физика беше теоријата на електромагнетното поле, која го објасни ширењето на светлината, електричната енергија и магнетизмот како ширење на електромагнетни бранови. Брановата оптика го објасни феноменот на дифракција, механизмот на снимање и играта на факторите кои ја одредуваат резолуцијата во светлосен микроскоп. Успех квантна физикаго должиме откривањето на електронот со неговите специфични корпускуларно-бранови својства. Овие одделни и навидум независни патеки на развој доведоа до создавање на електронска оптика, чиј еден од најважните пронајдоци во 1930-тите беше електронскиот микроскоп.
Но, научниците не мируваа ниту на ова. Брановата должина на електронот забрзан со електрично поле е неколку нанометри. Ова е добро ако сакаме да видиме молекула или дури и атомска решетка. Но, како да се погледне внатре во атомот? Како е хемиската врска? Како изгледа процесот на една хемиска реакција? За ова денес, научниците во различни земји развиваат неутронски микроскопи.
Неутроните обично се вклучени во атомските јадра заедно со протоните и имаат речиси 2000 пати поголема маса од електрон. Оние кои не ја заборавиле формулата на Де Брољ од квантното поглавје веднаш ќе сфатат дека брановата должина на неутронот е исто толку помала, односно е пикометри во илјадити дел од нанометарот! Тогаш атомот ќе им се појави на истражувачите не како нејасна дамка, туку во сета своја слава.
Неутрон микроскопима многу предности - особено, неутроните добро ги рефлектираат атомите на водород и лесно продираат во дебели слоеви на примероци. Сепак, многу е тешко да се изгради: неутроните немаат електричен полнеж, затоа тие мирно ги игнорираат магнетните и електричните полиња и се стремат да ги избегнат сензорите. Плус, не е лесно да се исфрлат големи, големи неутрони од атомите. Затоа, денес првите прототипови на неутронски микроскоп се уште се многу далеку од совршени.