elektronu mikroskops

elektronu mikroskops ir svarīgs klasiskā mikroskopa variants.Ar elektronu palīdzību tas var attēlot objekta virsmu vai iekšpusi.

Kas ir elektronu mikroskops?

Agrākos laikos sauca arī elektronu mikroskopu Pār mikroskopu. Tas kalpo kā zinātnisks rīks, kas ļauj objektus vizuāli palielināt, izmantojot elektroniskos starus, kas ļauj veikt rūpīgāku izpēti.

Izmantojot elektronu mikroskopu, var sasniegt daudz augstākas izšķirtspējas nekā ar gaismas mikroskopu. Labākajā gadījumā gaismas mikroskopi var sasniegt palielinājumu divtūkstoš reizes. Ja attālums starp diviem punktiem ir mazāks par pusi no gaismas viļņa garuma, cilvēka acs tos vairs nespēj redzēt atsevišķi.

No otras puses, elektronu mikroskops sasniedz palielinājumu 1: 1 000 000. To var izsekot faktam, ka elektronu mikroskopa viļņi ir ievērojami īsāki nekā gaismas viļņi. Lai novērstu traucējošās gaisa molekulas, elektronu stars ar masīvu elektrisko lauku palīdzību tiek fokusēts uz objektu vakuumā.

Pirmo elektronu mikroskopu 1931. gadā izveidoja vācu elektromehāniķi Ernsts Ruska (1906–1988) un Makss Kollons (1897–1969). Sākotnēji kā attēlus tomēr netika izmantoti elektronu caurspīdīgi objekti, bet gan mazi režģi, kas izgatavoti no metāla. Ernsts Ruska 1938. gadā uzbūvēja arī pirmo elektronu mikroskopu, ko izmantoja komerciāliem mērķiem. 1986. gadā Ruska saņēma Nobela prēmiju fizikā par supermikroskopu.

Gadu gaitā elektronu mikroskopija tika nepārtraukti pakļauta jauniem dizainiem un tehniskiem uzlabojumiem, tāpēc elektronu mikroskops mūsdienās ir kļuvis par neatņemamu zinātnes sastāvdaļu.

Formas, veidi un veidi

Svarīgākie elektronu mikroskopu pamatveidi ietver skenējošo elektronu mikroskopu (SEM) un pārraides elektronu mikroskopu (TEM). Skenējošais elektronu mikroskops skenē plānu elektronu staru virs masīva objekta. Elektronus vai citus signālus, kas rodas no objekta vai ir izkliedēti atpakaļ, var noteikt sinhroni. Attēla punkta intensitātes vērtību, ko nosaka elektronu stars, nosaka atklātā strāva.

Parasti noteiktos datus var parādīt savienotā ekrānā. Tādā veidā lietotājs spēj reālā laikā sekot attēla struktūrai. Skenējot ar elektroniskajiem stariem, elektronu mikroskops ir ierobežots līdz objekta virsmai. Vizualizēšanai instruments novirza attēlus caur dienasgaismas ekrānu. Pēc fotografēšanas attēlus var palielināt līdz 1: 200 000.

Izmantojot Ernsta Ruska izgatavotu transmisijas elektronu mikroskopu, pārbaudāmais objekts, kuram jābūt attiecīgi plānam, tiek apstarots ar elektroniem. Piemērotais objekta biezums svārstās no dažiem nanometriem līdz vairākiem mikrometriem, kas ir atkarīgs no objekta materiāla atomu skaita, vēlamās izšķirtspējas un paātrinājuma sprieguma līmeņa. Jo zemāks paātrinājuma spriegums un lielāks atomu skaitlis, jo plānākam objektam jābūt. Pārraides elektronu mikroskopa attēlu rada absorbētie elektroni.

Papildu elektronmikroskopa apakštipi ir cyroelectron mikroskops (KEM), ko izmanto, lai pārbaudītu sarežģītas olbaltumvielu struktūras, un augstsprieguma elektronu mikroskops, kuram ir ļoti augsts paātrinājuma diapazons. To izmanto lielu objektu attēlošanai.

Struktūra un funkcionalitāte

Šķiet, ka elektronu mikroskopa struktūrai ir maz kopīga ar gaismas mikroskopu. Bet ir arī paralēles. Elektronu lielgabals atrodas augšpusē. Vienkāršākā gadījumā tas var būt volframa stieple. Tas tiek uzkarsēts un izstaro elektronus. Elektronu staru fokusē elektromagnēti, kuriem ir gredzenveida forma. Elektromagnēti ir līdzīgi objektīviem gaismas mikroskopā.

Smalkais elektronu stars tagad spēj patstāvīgi izsist elektronus no parauga. Tad elektronus atkal uztver detektors, no kura var ģenerēt attēlu. Ja elektronu stars nepārvietojas, var tikt attēlots tikai viens punkts. Tomēr, ja apgabals tiek skenēts, notiek izmaiņas. Elektronu staru kūli novirza ar elektromagnētiem un virza pa līniju pa pētāmo objektu. Šī skenēšana nodrošina palielinātu un augstas izšķirtspējas objekta attēlu.

Ja eksaminētājs vēlas tuvināties objektam, viņam tikai jāsamazina laukums, no kura tiek skenēts elektronu stars. Jo mazāks skenēšanas apgabals, jo lielāks ir objekts.

Pirmais uzbūvētais elektronu mikroskops 400 reizes palielināja tā pārbaudītos objektus. Mūsdienās instrumenti var pat palielināt objektu 500 000 reizes.

Medicīniskie un veselības ieguvumi

Elektronu mikroskops ir viens no vissvarīgākajiem izgudrojumiem medicīnā un tādās zinātnes jomās kā bioloģija. Ar instrumentu var sasniegt fantastiskus pārbaudes rezultātus.

Īpaši svarīgi medicīnai bija tas, ka vīrusus tagad varēja pārbaudīt arī ar elektronu mikroskopu. Vīrusi ir vairākas reizes mazāki nekā baktērijas, tāpēc tos nevar detalizēti parādīt ar gaismas mikroskopu.

Arī šūnas iekšpusi nevar precīzi izpētīt ar gaismas mikroskopu. Tomēr ar elektronu mikroskopu tas mainījās. Mūsdienās tādas bīstamas slimības kā AIDS (HIV) vai trakumsērgu daudz labāk var izpētīt, izmantojot elektroniskos mikroskopus.

Tomēr elektronu mikroskopam ir arī daži trūkumi. Piemēram, pārbaudāmos objektus var ietekmēt elektronu stars, jo tas sakarst vai ātrie elektroni saduras ar veseliem atomiem. Turklāt elektronu mikroskopa iegādes un uzturēšanas izmaksas ir ļoti augstas. Šī iemesla dēļ instrumentus galvenokārt izmanto pētniecības institūti vai privāti pakalpojumu sniedzēji.