Электронный микроскоп устройство принцип работы

Ответы профессионалов по теме: "Электронный микроскоп устройство принцип работы" с пояснениями и выводами. Предлагаем статью собранную из различных авторитетных источников с ответами специалистов. Каждый вопрос, конечно, индивидуален. Если вы не нашли ответа на вопрос, или хотите уточнить актуальность информации в 2020 году, то просто обратитесь к дежурному консультанту.

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — высоковольтный, вакуумный прибор, в котором увеличенное изображение объекта получают с помощью потока электронов. Предназначен для исследования и фотографирования объектов при больших увеличениях. Электронные микроскопы имеют высокую разрешающую способность. Электронные микроскопы находят широкое применение в науке, технике, биологии и медицине.

По принципу действия различают просвечивающие (трансмиссионные), сканирующие, (растровые) и комбинированные электронные микроскопы. Последние могут работать в просвечивающем, сканирующем либо в двух режимах одновременно.

Отечественная промышленность приступила к выпуску просвечивающих электронных микроскопов в конце 40-х годов 20 века Необходимость создания электронного микроскопа была вызвана низкой разрешающей способностью световых микроскопов. Для увеличения разрешающей способности требовался более коротковолновый источник излучения. Решение проблемы стало возможным только с применением в качестве осветителя пучка электронов. Длина волны потока электронов, ускоренных в электрическом поле с разностью потенциалов 50 000 в, составляет 0,005 нм. В настоящее время на просвечивающем электронном микроскопе достигнуто разрешение для пленок золота 0,01 нм.

Принципиальная схема просвечивающего электронного микроскопа мало чем отличается от схемы светового микроскопа (см.). Ход лучей и основные элементы конструкции обоих микроскопов аналогичны. Несмотря на большое разнообразие выпускаемых электронных микроскопов, все они построены по одной схеме. Основным элементом конструкции просвечивающего электронного микроскопа является колонна микроскопа, состоящая из источника электронов (электронной пушки), набора электромагнитных линз, предметного столика с объектодержателем, люминесцентного экрана и фоторегистрирующего устройства (см. схему). Все элементы конструкции колонны микроскопа собраны герметично. Системой вакуумных насосов в колонне создается глубокий вакуум для беспрепятственного прохождения электронов и защиты образца от разрушения.

Поток электронов образуется в пушке микроскопа, построенной по принципу трехэлектродной лампы (катод, анод, управляющий электрод). В результате термоэмиссии с разогретого V-образного вольфрамового катода высвобождаются электроны, которые разгоняются до высоких энергий в электрическом поле с разностью потенциалов от нескольких десятков до нескольких сотен киловольт. Через отверстие в аноде поток электронов устремляется в просвет электромагнитных линз.

Наряду с вольфрамовыми термоэмиссионными катодами в электронном микроскопе применяют стержневые и автоэмиссионные катоды, обеспечивающие значительно большую плотность пучка электронов. Однако для их работы необходим вакуум не ниже 10^-7 мм рт. ст., что создает дополнительные конструктивные и эксплуатационные трудности.

Другой основной элемент конструкции колонны микроскопа — электромагнитная линза, представляющая собой катушку с большим числом витков тонкого медного провода, помещенную в панцирь из мягкого железа. При прохождении через обмотку линзы электрического тока в ней образуется электромагнитное поле, силовые линии которого концентрируются во внутреннем кольцевом разрыве панциря. Для усиления магнитного поля в область разрыва помещен полюсный наконечник, позволяющий получать мощное, симметричное поле при минимальном токе в обмотке линзы. Недостатком электромагнитных линз являются различные аберрации, влияющие на разрешающую способность микроскопа. Наибольшее значение имеет астигматизм, вызванный асимметрией магнитного поля линзы. Для его устранения применяют механические и электрические стигматоры.

Задача сдвоенных конденсорных линз, как и конденсора светового микроскопа, состоит в изменении освещенности объекта за счет изменения плотности потока электронов. Диафрагма конденсорной линзы диаметром 40—80 мкм выбирает центральную, наиболее однородную часть мучка электронов. Объективная линза — самая короткофокусная линза с мощным магнитным полем. Ее задача состоит в фокусировании и первичном увеличении угла движения электронов, прошедших через объект. От качества изготовления и однородности материала полюсного наконечника объективной линзы во многом зависит разрешающая способность микроскопа. В промежуточной и проекционной линзах происходит дальнейшее увеличение угла движения электронов.

Особые требования предъявляются к качеству изготовления предметного столика и объектодержателя, так как они должны не только перемещать и наклонять образец в заданных направлениях при большом увеличении, но и при необходимости подвергать его растяжению, нагреву или охлаждению.

Довольно сложным электронно-механическим устройством является фоторегистрирующая часть микроскопа, которая позволяет осуществлять автоматическую экспозицию, замену отснятого фотоматериала, производить на нем запись необходимых режимов микроскопирования.

В отличие от светового микроскопа объект исследования в просвечивающем электронном микроскопе крепится на тонких сетках, изготовленных из немагнитного материала (медь, палладий, платина, золото). На сетки крепится пленка-подложка из коллодия, формвара или углерода толщиной несколько десятков нанометров, затем наносится материал, подвергаемый микроскопическому исследованию. Взаимодействие падающих электронов с атомами образца приводит к изменению направления их движения, отклонению на незначительные углы, отражению или полному поглощению. В формировании изображения на люминесцентном экране или фотоматериале принимают участие только те электроны, которые были отклонены веществом образца на незначительные углы и смогли пройти через апертурную диафрагму объективной линзы. Контрастность изображения зависит от наличия в образце тяжелых атомов, сильно влияющих на направление движения электронов. Для усиления контрастности биологических объектов, построенных в основном из легких элементов, применяют различные методы контрастирования (см. Электронная микроскопия).

В просвечивающем электронном микроскопе предусмотрена возможность получать темнопольное изображение образца при освещении его наклонным пучком электронов. В этом случае через апертурную диафрагму проходят рассеянные образцом электроны. Темнопольная микроскопия увеличивает контрастность изображения при высоком разрешении деталей образца. В просвечивающем электронном микроскопе предусмотрен также режим микродифракции минимальных кристаллов. Переход от светлопольного к темнопольному режиму и микродифракции не требует значительных изменений в схеме микроскопа.

В сканирующем электронном микроскопе поток электронов формируется высоковольтной пушкой. С помощью сдвоенных конденсорных линз получают тонкий пучок электронов (электронный зонд). Посредством отклоняющих катушек электронный зонд разворачивается на поверхности образца, вызывая излучение. Система сканирования в сканирующем электронном микроскопе напоминает систему, с помощью которой получают телевизионное изображение. Взаимодействие электронного луча с образцом приводит к появлению рассеянных электронов, потерявших часть энергии при взаимодействии с атомами образца. Для построения объемного изображения в сканирующем электронном микроскопе электроны собираются специальным детектором, усиливаются и подаются на генератор развертки. Количество отраженных и вторичных электронов в каждой отдельной точке зависит от рельефа и химического состава образца, соответственно меняется яркость и контрастность изображения объекта на кинескопе. Разрешающая способность сканирующего электронного микроскопа достигает 3 нм, увеличение — 300 000. Глубокий вакуум в колонне сканирующего электронного микроскопа предусматривает обязательное обезвоживание биологических образцов с помощью органических растворителей либо их лиофилизацию из замороженного состояния.

Читайте так же:  Платят ли налог с алиментов

Комбинированный электронный микроскоп может быть создан на базе просвечивающего или сканирующего электронного микроскопа. Пользуясь комбинированным электронным микроскопом, можно одновременно изучать образец в просвечивающем и сканирующем режимах. В комбинированном электронном микроскопе, как и в сканирующем, предусмотрена возможность для рентгеноструктурного, энергодисперсионного анализа химического состава вещества объекта, а также для оптико-структурного машинного анализа изображений.

Для увеличения эффективности использования всех видов электронных микроскопов созданы системы, позволяющие переводить электронно-микроскопическое изображение в цифровую форму с последующей обработкой этой информации на ЭВМ Оптико-структурный машинный анализ позволяет производить статистический анализ изображения непосредственно с микроскопа, минуя традиционный метод «негатив-отпечаток».

Библиогр.: Стоянова И. Г. и Анаскнн И. Ф. Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии, М., 1972; Суворов А. Л. Микроскопия в науке и технике, М., 1981; Финеан Дж. Биологические ультраструктуры, пер. с англ., М., 1970; Шиммель Г. Методика электронной микроскопии, пер. с нем.. М., 1972.

Источник: http://xn--90aw5c.xn--c1avg/index.php/%D0%AD%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%AB%D0%99_%D0%9C%D0%98%D0%9A%D0%A0%D0%9E%D0%A1%D0%9A%D0%9E%D0%9F

2.2. Устройство и работа растрового электронного микроскопа

Некоторые узлы микроскопа и их функции:

Схема растрового электронного микроскопа, назначение его узлов и их функционирование.

Схема растрового электронного микроскопа приведена на рис. 3 Он состоит из следующих основных узлов: электронной пушки 1. 3, эмитирующей электроны; электроннооптической системы 4. 10, формирующей электронный зонд и обеспечивающей его сканирование на поверхности образца 12; системы, формирующей изображение 11. 17. РЭМ имеет в акуумную камеру, которая служит для создания необходимого разряжения (

10 -3 Па) в рабочем объеме электронной пушки и электронно-оптической системы. Составными частями микроскопа являются механические узлы (шлюзы, гониометрический стол и т.д.), обеспечивающие установку и перемещение образца.

Электронная пушка состоит из катода 1, цилиндра Венельта 2 и анода 3. Обычно в качестве катода используется вольфрамовая V-образная проволока, согнутая под углом, как это показано на рисунке. При нагреве катода прямым пропусканием тока происходит термоэмиссия электронов. Электроны ускоряются напряжением, приложенным между катодом и анодом, которое можно изменять от 1 до 50 кВ. Цилиндр Венельта имеет высокий отрицательный потенциал и служит для регулировки потока электронов. Пучок электронов от пушки проходит через три электромагнитные линзы 5, 6, 9. Фокусировка потока электронов осуществляется магнитным полем, имеющим осевую симметрию. Оно создается электромагнитной линзой, которая представляет собой соленоид. Магнитное поле возникает при пропускании электрического тока через обмотку соленоида, концентрируется с помощью так называемого полюсного наконечника и воздействует на проходящий через него поток электронов. Фокусное расстояние линзы можно плавно регулировать путем изменения силы тока в обмотке соленоида. В системе имеются две диафрагмы 4, 10, ограничивающие расходимость пучка электронов.

Несовершенства электронной оптики, как указывалось ранее, оказывают влияние на разрешающую способность микроскопа. К несовершенствам оптики относятся хроматическая, сферическая аберрации и астигматизм.

Хроматическая аберрация возникает из-за различной скорости (т.е. длины волны) электронов и изменении ее по времени, что приводит к непостоянству фокусных расстояний линз. Хроматическую аберрацию уменьшают путем стабилизации ускоряющего электроны напряжения и электрического тока в линзах.

Сферическая аберрация возникает вследствие того, что электроны проходят на различных угловых расстояниях от оптической оси линзы и поэтому по разному фокусируются. Сферическую аберрацию уменьшают наложением строгих ограничений на геометрию полюсных наконечников линз, увеличением ускоряющего напряжения и уменьшением диафрагмы. В этом случае поток формируется электронами, в меньшей степени отклоненными от оптической оси линзы.

Возникновение астигматизма связано с нарушением магнитной или геометрической симметрии линзы. Устранение асимметрии достигается обеспечением высокой геометрической точности изготовления полюсного наконечника линзы и введением специальной системы, называемой стигматором 8, который корректирует магнитное поле линзы, восстанавливая его симметрию.

Стигматор расположен в объективной линзе 9. Внутри нее также находятся две пары электромагнитных отклоняющих катушек 7, каждая из которых служит для отклонения зонда соответственно в х и y направлениях в плоскости перпендикулярной оси потока электронов. Катушки соединены с генератором 16, обеспечивающим синхронность передвижения электронного зонда по образцу и электронного луча по экрану электронно-лучевой трубки 15.

Образец 12 крепится на предметном столике, который может перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях, допускает наклон образца до 90 o к электронно-оптической оси и вращение вокруг оси от 0 до 360 o . Электронный пучок, сфокусированный на поверхности образца, вызывает появление отраженных, вторичных и поглощенных электронов, которые используются для получения изображения поверхности образца. Эти сигналы улавливаются специальными детекторами. На схеме РЭМ (рис.3) представлен только один из возможного набора тип детектора, используемый для регистрации вторичных электронов 13. В детекторе поток электронов преобразуется в электрический сигнал (ток). После прохождения тока через усилитель 14 модулируется яркость экрана.

В качестве детектора вторичных электронов используется детектор Эверхарта-Торнли. Схема детектора представлена на рис. 4. Коллектор 1 имеет положительный потенциал, приблизительно +250 В, благодаря чему траектории вторичных электронов искривляются и они попадают в коллектор. На первичные и отраженные электроны, имеющие высокие значения энергии, этот потенциал существенного влияния не оказывает. (см. видеоролик № 5)

Читайте так же:  Дополнительный отпуск инвалидам 1 группы

Внутри коллектора электроны ускоряются. Для этого на сцинтиллятор 3 подается высокое напряжение порядка 12 кВ. Его влияние на электронный зонд экранируется корпусом коллектора. Вследствие ускорения вторичные электроны получают достаточную энергию, чтобы вызвать световое излучение материала сцинтиллятора, которое по световоду 2 попадает на фотоумножитель 4, где преобразуется в электрический сигнал. Мощность этого сигнала и, следовательно, яркость соответствующей точки на экране при использовании вторичных электронов определяется топографическим контрастом. Характерная особенность топографического контраста в РЭМ — повышенная яркость изображения острых вершин и выступов рельефа поверхности образца, вызывается увеличением выхода электронов с этих участков.

Большая разрешающая способность РЭМ при работе в режиме регистрации вторичных электронов служит причиной того, что именно он используется при изучении топографии поверхности (поверхность излома, протравленного шлифа и др.). При формировании изображения в режиме детектирования вторичных электронов возможно появление композиционного контраста. Однако он относительно невелик.

Для регистрации отраженных электронов могут использоваться различные типы детекторов, в том числе и детектор Эверхарта-Торнли, но с некоторым изменением. Это вызвано тем, что отраженные электроны имеют высокую энергию, движутся прямолинейно, не отклоняясь электрическим полем в отличие от вторичных электронов. Поэтому нет необходимости использовать в детекторе высокие напряжения и, следовательно, коллектор. Эффективность сбора отраженных электронов зависит от угла наклона детектора к поверхности генерации электронов и расстояния между ними.

Получение изображения в отраженных электронах вызвано тем, что эмиссия этих электронов зависит от порядкового номера химического элемента. Поэтому, например, на плоской поверхности образца участок материала с более высоким средним порядковым номером атомов отражает большее количество электронов. Он выглядит на экране более светлым относительно других участков образца. Полученный контраст называют композиционным.

Изображение в отраженных электронах позволяет определить количество фаз в материале, наблюдать микроструктуру материала без предварительного травления шлифа и др. Выявление структуры материала становится возможным, поскольку химический состав зерен в многокомпонентных системах отличается от химического состава их границ.

В том случае, когда поверхность образца имеет ярко выраженные неровности, то дополнительно к композиционному возникает топографический контраст. Для разделения композиционного и топографического контрастов применяют два детектора отраженных электронов Эверхарта-Торнли.

На рис. 5 приведен пример разделения контрастов. В случае сложения сигналов детекторов Д1 и Д2 усиливается композиционный и устраняется топографический контраст. При вычитании сигналов аннулируется композиционный и усиливается топографический контраст.

При получении изображения в поглощенных электронах сигналом служит ток поглощенных электронов, который равен току первичных электронов за вычетом тока отраженных и вторичных электронов. В итоге он зависит от количества эмитированных отраженных и вторичных электронов. Соответственно в сигнале присутствуют как композиционная, так и топографическая составляющая, причем они не разделяются.

При сканировании зонда по поверхности образца, имеющего химическую неоднородность и сильно выраженный рельеф, интенсивность сигнала будет меняться. Для улавливания сигнала не требуется специальный детектор. Его роль выполняет образец, в котором образуются поглощенные электроны. Поток поглощенных электронов только усиливается, а затем передается в блок изображения. Метод широко использовался в ранних конструкциях сканирующих микроскопов.

Сигналы, преобразованные детектором в электрический ток, после усиления служат для модулирования яркости точек на экране. Формирование изображения поверхности объекта на экране будет происходить следующим образом. С помощью отклоняющих катушек 7 (рис. 3) осуществляется сканирование тонко сфокусированного зонда по поверхности образца. Оно проходит по линии. Совокупность параллельных линий (растр) дает представление о площади объекта. Генератор развертки 16, соединенный с отклоняющими катушками и монитором, обеспечивает синхронность передвижения электронного зонда по образцу и электронного луча по экрану. Благодаря этому, каждая точка на образце соответствует определенной точке на экране. В свою очередь, яркость точки на экране определяется интенсивностью сигнала, поступающего от соответствующей точки образца (см. видеоролик № 6).

Совокупность сигналов различной интенсивности создает контраст яркости (изображение) на экране трубки. Увеличение РЭМ определяется соотношением амплитуд развертки луча по экрану (L) и зонда по поверхности образца (l) и равно L/l. Так как максимальная длина развертки L на экране фиксирована, то повышение увеличения микроскопа достигается путем уменьшения l. Изменение амплитуды колебания зонда задается с помощью блока управления увеличением 17, путем изменения тока в отклоняющих катушках. Обычно рабочий диапазон изменения увеличений, обеспечивающий высокую четкость изображения поверхности, составляет 10…50000. Увеличение, превышающее максимальное полезное увеличение микроскопа, обычно используется только для его фокусирования.

Источник: http://lab.bmstu.ru/rem/parts2/parts2/index.htm

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ — метод морфологического исследования объектов с помощью потока электронов, позволяющий изучать структуру этих объектов на макромолекулярном и субклеточном уровнях.

После выпуска первой промышленной модели просвечивающего (трансмиссионного) электронного микроскопа (см.) электронная микроскопия прошла большой путь развития и позволила перейти на качественно новый уровень изучения материи. Электронная микроскопия нашла широкое применение в морфологии, микробиологии, вирусологии, биохимии, онкологии, медицинской генетике, иммунологии. Благодаря электронной икроскопии раскрыта субмикроскопическая структура клеток, открыт ряд неизвестных ранее клеточных органелл, таких как лизосомы (см.), рибосомы (см.), эндоплазматический ретикулум, микротрубочки, цитоскелет, структуры, специфичные для отдельных видов клеток (см. Клетка). Электронная микроскопия позволила понять многие тонкие механизмы развития болезней, в том числе на ранних этапах их возникновения, еще до появления четкой клинической симптоматики.

Электронная микроскопия все шире применяется для ранней диагностики заболеваний, а также для выявления этиологии инфекционных процессов. Ее используют в онкологии для определения гистогенеза опухолей (см.), что имеет важное значение в лечении и прогнозе онкологического заболевания. В нефрологии исследование с помощью электронной микроскопии материала, полученного при пункционной биоп сии, позволяет выявить ранние морфологические изменения структур почек, диагностировать форму гломерулонефрита (см.) и т. п. При электронной микроскопии пунктатов печени удается провести дифференциальную диагностику гематитов (см. Гепатит), гепатозов (см.) и других заболеваний печени, определить активность процесса и нередко его этиологию.

Читайте так же:  Досрочное погашение кредита уменьшает проценты
Видео (кликните для воспроизведения).

Исследования строения материи на субклеточном и макромолекулярном уровнях сдерживаются возможностями разрешающей способности электронных микроскопов (см. Электронный микроскоп). Использование электронной микроскопии в сочетании с другими методами, например с авторадиографией, гистохимическими, иммунологическими методами, обусловило появление электронной авторадиографии, (см.), электронной гистохимии (см.), иммунной электронной микроскопии (электронной иммуноморфологии) и др. Это позволило значительно расширить информацию, получаемую с помощью электронной микроскопии, наблюдать структурное выражение течения биохимических процессов в клетке, что, в свою очередь, подтвердило один из основных методологических принципов современной биологии — диалектическое единство структуры и функции.

Электронная микроскопия требует специальной подготовки объектов изучения, от которой в значительной мере зависят возможности метода. В соответствии с целями исследования методика такой подготовки может быть различной. Однако непременным условием при любых электронно-микроскопических исследованиях является фиксация тканей или микробов с максимальным сохранением их прижизненного строения. Существует два принципиально различных способа фиксации — химический и физический; каждый из них имеет различные варианты.

В электронной микроскопии, как правило, используют химическую фиксацию с помощью фиксаторов, обладающих стабилизирующими свойствами. Универсального для любых тканей фиксатора не существует, поэтому в зависимости от задач конкретного исследования применяют соответствующие фиксаторы. При выборе хим. фиксаторов исходят из их способности коагулировать белки (спирты, ацетон, некоторые кислоты, соли тяжелых металлов и др.) либо стабилизировать липиды и гели (четырехокись осмия, глутаровый альдегид, формалин, двухромовокислый калий и др.).

Для исследования берут биопсийный материал или материал от трупа человека или животных вскоре после наступления смерти. Существуют оптимальные сроки взятия различных тканей и клеток, обычно исчисляемые минутами. Чем раньше ткань помещают в фиксатор, тем более достоверные данные получают о прижизненной структуре клеток. Фиксаторы обладают различной скоростью проникновения в ткань; от этого зависит возможная величина объекта исследования. Так, четырехокись осмия и глутаровый альдегид проникают в ткань на 0,1— 0,5 мм примерно за 1—1,5 часа, что позволяет исследовать образец ткани объемом не более 1 мм 3 . В среднем время фиксации в химических фиксаторах составляет 1 —1,5 часа, но для некоторых тканей оно может быть увеличено до 4 часов или сокращено до 20—30 минут. В отдельных случаях допускается фиксация в течение 1 суток. Наибольшее распространение получила фиксация материала в глутаровом альдегиде с последующей дофиксацией в четырехокиси осмия. Глутаровый альдегид лучше, чем четырехокись осмия, фиксирует белки, но хуже стабилизирует липиды, что и обусловливает использование обоих фиксаторов как дополняющих друг друга.

Для избирательной фиксации отдельных субклеточных структур используют более специфические фиксаторы (перманганат калия, двухромовокислый калий и др.). Качество фиксации в значительной степени зависит от pH и осмотического давления фиксирующего раствора. Оптимальным является pH 7,2—7,4, что соответствует физиологическим параметрам. Поэтому применяют буферные растворы (см.). Чаще применяют фосфатные или какодилатный буферы. Физиологическое осмотическое давление создают путем добавления осмотически активных веществ, например сахарозы или некоторых солей.

Имеется несколько методов химической фиксации: перфузионный, когда фиксатор вводят в ток крови; фиксация на месте, когда фиксатор вводят в ткань до ее иссечения: метод погружения иссеченных кусочков ткани в фиксатор. Для замедления аутолитических процессов, протекающих в иссеченных кусочках ткани до полной их фиксации, последнюю проводят при 2—5°.

После фиксации необходимо осуществить обезвоживание ткани. Этот процесс должен быть относительно быстрым, постепенным и вместе с тем обеспечить максимально полное удаление воды из образца, что достигается проведением подлежащей исследованию ткани через батарею спиртов или ацетонов восходящей концентрации (от 30 до 100%) в течение 1 часа.

Следующим важным этапом подготовки материала для электронной микроскопии является заливка (заключение) тканей в заливочные среды с целью получения блока, обладающего оптимальным сочетанием твердости и эластичности, позволяющим приготовить тонкий срез ткани (толщиной менее 100 нм), через который может пройти электронный луч. Первым заливочным материалом были метелметакрилат и бутилметакрилат. В настоящее время они почти не применяются, так как токсичны и легко возгоняются под пучком электронов, что приводит к выраженным артефактам и загрязнению электронного микроскопа. Наиболее широко для заливки тканей используют эпоксидные смолы, в основном аралдит и эпон, часто применяемые совместно. Менее распространены полиэфирные смолы (вестопал W) и водорастворимые заливочные смеси, из которых чаще пользуются гликольметакрилатом и дуркупаном. Однако ни одна заливочная среда не является химически инертной и в какой-то степени оказывает влияние на ткань; это необходимо учитывать при интерпретации результатов микроскопировання.

В последние годы широкое применение нашла заливка в так наз. компаунды, то есть в смесь определенных веществ: основы (мономера), отвердителя, придающего образующемуся полимеру прочность и твердость, пластификатора, обеспечивающего эластичность и упругость полимера, инициатора, диссоциирующего с образованием свободных радикалов, ускорителя, который, взаимодействуя с мономером, освобождает дополнительные активные радикалы, и катализатора, способствующего началу реакции полимеризации. В практике обычно используют компаунд, состоящий из основы, отвердителя, пластификатора и катализатора, роль которого может играть ускоритель или инициатор. Имеется достаточно большое количество способов пропитки ткани заливочными средами. Процесс пропитки обычно протекает при комнатной температуре или в термостате при t° 30—48° в течение 15—48 часов. Затем кусочки ткани переносят в маркированные желатиновые капсулы или специальные формы, наполненные заливочной смесью. Для полимеризации смеси капсулы на 48 часов помещают в термостат при t° 60° либо оставляют в течение 24 часов при комнатной температуре, затем на 24 часа их помещают в термостат при t° 48° и еще на 24 часа — при t° 60°. В результате полимеризации образуется блок, обладающий соответствующими свойствами.

Читайте так же:  Автокредит процентная ставка


Для получения ультратонких срезов толщиной 30—50 нм используются стеклянные или алмазные ножи. Алмазные ножи долговечнее стеклянных, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

К задней стороне ножа прикрепляют специальную ванночку и нож устанавливают на ультратом. В ванночку наливают 10% раствор этилового спирта или 10% раствор ацетона на дистиллированной воде. В подвижном держателе ультратома закрепляют блок с тканью. Резка блока осуществляется за счет поступательного движения стержня держателя, а подъем и опускание держателя относительно режущей кромки ножа обеспечиваются электронной схемой. Обычно вначале изготовляют так называемые полутонкие срезы толщиной 1 мкм, изучая которые, выбирают интересующий исследователя участок. Сориентировав соответствующим образом полутонкий срез и блок, проводят заточку блока с таким расчетом, чтобы на вершине образовавшейся пирамиды находился необходимый участок. Затем изготовляют ультратонкие срезы толщиной 30—50 нм. Из ванночки срезы переносят на металлические сетки.

Для контрастирования срезов применяют вещества с большим атомным весом, такие как соли тяжелых металлов, интенсивно рассеивающие электроны. Ионы нек-рых из этих веществ могут образовывать связи с кислородом и присоединяться к фосфатным группам нуклеиновых кислот; другие, особенно уранилацетат, помимо этого, действуют как универсальные красители на белки; свинец связывается с комплексами ткани и осмиевыми фиксаторами. Повышают контрастность и сами фиксаторы. Обычно проводят контрастирование ультратонких срезов или сочетают контрастирование кусочков и ультратонких срезов ткани, после чего их изучают в электронном микроскопе.

Химические методы фиксации и заливка материала имеют ряд недостатков. Так, при их использовании происходят химические изменения макромолекулярной структуры клеток; при фиксации и обезвоживании клетки и ткани теряют некоторые вещества; при взаимодействии ткани, фиксатора и заливочной среды может меняться локализация внутриклеточных структур. Поэтому интенсивно разрабатываются физические методы приготовления ткани для электронной микроскопии и особенно для электронной гистохимии (см.) и цитохимии (см.). Большая часть этих методов основана на очень быстром замораживании кусочков ткани.

При использовании метода замораживания—высушивания кусочка ткани помещают в хладоагенты (пропан, изопентан или фреон), охлажденные до t° —150°, и в клетках мгновенно прекращаются обменные процессы. При этом в ткани не успевают образоваться кристаллы льда, и поэтому субклеточные структуры не разрушаются, а вода переходит в стекловидное состояние. Затем в высоком вакууме (10 -6 — 10 -7 мм рт. ст.) происходит сублимация, после чего ткань специальным способом заливают в замороженные метакрилаты, аралдит или вестопал W. Однако не всегда удается достаточно быстро и равномерно заморозить ткань, а следовательно, полностью избежать образования кристаллов льда, которые при повышении температуры повреждают внутриклеточные структуры. Возникают и другие трудности, приводящие к появлению артефактов. Поэтому чаще применяют разновидность этого метода — замораживание—замещение. После замораживания воду, перешедшую в стекловидное состояние, удаляют, помещая ткань в обезвоживающие вещества при низкой температуре. В этих условиях спирт и ацетон мало влияют на структуру клеток.

Метод криоскалывания (замораживания—травления) позволяет избежать возникновения химических реакций при обработке ткани. Фрагменты тканей замораживают в хладоагенте со скоростью, превышающей 1000° в 1 сек. Объект помещают в вакуумную камеру и тем или иным способом раскалывают или разрывают. На поверхность скола наносят платиноуглеродное покрытие (реплику). Затем реплику очищают от органических остатков в растворе сильного окислителя, промывают в воде и помещают на сеточку для электронной микроскопии.

Для исследования поверхности биол. тканей используют методы реплик и оттенения. Наибольшее распространение получил метод приготовления реплик путем напыления в вакуумной камере углерода на поверхность образца ткани. Для контрастирования образовавшейся реплики на нее под острым углом напыляют электронно-плотные вещества (например, платину или платино-иридиевый сплав). При этом количество атомов металла значительно больше на той стороне контуров образца, которая ближе к источнику напыления; при исследовании в электронном микроскопе она выглядит неконтрастной. Противоположная поверхность контуров имеет мало атомов металла; в электронном микроскопе она контрастна и как бы оттеняет неконтрастную поверхность контура. Метод оттенения позволяет рассчитать высоту контуров исследуемого объекта, так как известны угод напыления, длина тени и увеличение, при котором производилось фотографирование реплики в электронном микроскопе.

Для электронной микроскопии микробов применяют сходные методы с учетом особенностей строения микробов, их размеров, осмотического давления и др. Так, особый подход осуществляется при электронной микроскопии вирусов. Изучение структуры вирусов затруднено из-за малых размеров и слабой рассеивающей способности вириона. На первых этапах электронной микроскопии вирусов эта трудность преодолевалась оттенением частиц при испарении тяжелых металлов в вакууме. Вплоть до конца 50-х годов 20 века методика оттенения вирусных частиц была основной при изучении вирусов в суспензиях. Чаще для этой методики использовали уран-238, платину, палладий или сплавы платины с палладием. Наибольшее распространение получил сплав платины с палладием в отношении 4:1. Зная заданный угол оттенения по длине образующейся тени, определяют высоту вирусной частицы и ее диаметр. Оттенение металлами исследуемого объекта при сочетании с криогенными методиками (замораживание—высушивание) позволяет получить важную информацию при изучении структуры вириона изометрических вирусов.

Читайте так же:  Как подавать иск на алименты

Широкое распространение получила методика негативного контрастирования вирусов с помощью вольфрамофосфорной кислоты (HзPW12O40), которая при подщелачивают едким калием или едким натрием (от значения pH В. С. Пауков, А. К. Кранчев; С. М. Клименко (вир., имм. ).

Источник: http://xn--90aw5c.xn--c1avg/index.php/%D0%AD%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%90%D0%AF_%D0%9C%D0%98%D0%9A%D0%A0%D0%9E%D0%A1%D0%9A%D0%9E%D0%9F%D0%98%D0%AF

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Навигация

Искать

Электронный микроскоп

Подробности Категория: Фотометрия Опубликовано 27.02.2015 10:14 Просмотров: 7660

Разрешающая способность оптического микроскопа ограничена длиной световой волны. С его помощью можно наблюдать детали размером 0,1 — 0,2 мкм. Но этого недостаточно, чтобы видеть молекулы, атомы, или другие объекты, размеры которых значительно меньше. С этой задачей легко справляется электронный микроскоп.

Устройство и принцип действия электронного микроскопа

Чтобы увеличить разрешающую способность микроскопа, нужно уменьшить длину волны, освещающей исследуемый объект. Поэтому вместо световых лучей в электронном микроскопе используются электроны, длина волны которых в тысячи раз меньше длины волны фотонов. Разрешающая способность электронного микроскопа превосходит разрешение оптического микроскопа в 1000 — 10000 раз.

Принцип получения изображения в электронном микроскопе такой же, как и у оптического. Но в отличие от оптического микроскопа, где световым лучом управляют линзы, находящиеся в объективе и окуляре, в электронном микроскопе это делается с помощью магнитных линз.

Магнитные линзы — это электромагниты, создающие сильные неоднородные электромагнитные поля. Изменяя силу тока, можно управлять магнитными полями и менять траекторию электронов, направляя их поток на исследуемый образец.

В электронном микроскопе поток электронов падает на образец сверху, а изображение получается внизу.

Корпус электронного микроскопа представляет собой металлическую трубу. В её верхней части расположен источник электронов. Это вольфрамовая нить накала, называемая катодом. На неё подаётся высокое напряжение, и начинается излучение электронов с поверхности катода. Пучок электронов ускоряется с помощью высокой разности потенциалов между катодом и анодом. Для этой цели используется напряжение от 20 кВ до 1 мВ. Далее ускоренный поток фокусируется и направляется системой магнитных линз на исследуемый образец. Пройдя через него, он попадает в систему увеличивающих магнитных линз. Вся эта система называется электронной колонной.

Так как наш глаз не может воспринимать электронные пучки, то изображение создается на люминесцентном экране либо фиксируется на фотопластинке или цифровой камере.

Чтобы электроны не рассеивались в результате столкновений с молекулами воздуха, внутри колонны создаётся вакуум.

Виды электронных микроскопов

Существует 2 основных вида электронных микроскопов: просвечивающий электронный микроскоп и растровый электронный микроскоп.

Просвечивающий, или трансмиссионный, электронный микроскоп создаёт изображение исследуемого ультратонкого образца (толщиной порядка 0,1 мкм), пропуская через него пучок электронов. Часть электронов при этом рассеивается на образце, а часть проходит через него и затем увеличивается магнитными линзами, выполняющими роль объектива. Изображение регистрируется на экране или фиксируется на фотоплёнке.

Пучок электронов создаётся электронной пушкой. Пушки бывают термоэлектронными и автоэмиссионными.

В термоэлектронной пушке электроны вырываются с поверхности катода (вольфрамовой нити накала или заострённого кристалла гексаборида лантана) при нагревании. Причём чем выше температура, тем больше число вырвавшихся электронов.

В автоэмиссионной пушке электроны испускаются с поверхности катода (вольфрамовой нити) под действием внешнего электрического поля.

В растровом электронном микроскопе пучок электронов попадает на исследуемый объект таким же образом, как и в просвечивающем микроскопе. Но в отличие от него узкий электронный луч не проходит сквозь образец, а сканирует (обегает) каждую его точку, перемещаясь последовательно по горизонтальным строчкам, точка за точкой, строка за строкой. Усиленный сигнал синхронно передаётся на кинескоп. Этот процесс напоминает работу электронно-лучевой трубки в телевизоре. В современных растровых микроскопах изображение выдаётся в цифровой форме.

В растровом микроскопе, как и в просвечивающем, электронный луч образуется электронной пушкой. В электронной колонне он фокусируется и направляется на объект, расположенный на предметном столике. Столик может вращаться в трёх направлениях.

Попадая на поверхность исследуемого образца, электроны взаимодействуют с ней. Часть электронов отражается от поверхности. А часть, получив энергию от электронного пучка, может оторваться от поверхности. Такие электроны называются вторичными. Информация, которую они несут, используется для анализа поверхности и состава образца.

Применение электронных микроскопов

Патент на первый просвечивающий электронный микроскоп был получен в 1931 г. немецким физиком Р. Рутенбергом. А первый такой прибор создали в 1932 г. Эрнст Август Руска и М. Кнолль. Он давал 400-кратное увеличение, которое было меньшим, чем у оптических микроскопов. Но в его конструкции использовались катушки индуктивности вместо стеклянных линз. Это был прототип современного электронного микроскопа.

В конце 30-х годов фирма Siemens создала первую промышленную модель просвечивающего микроскопа, который позволял исследовать внутреннюю структуру вещества.

Первый растровый микроскоп начали производить в середине 60-х годов прошлого века, хотя изобрели его ещё в 1952 г. С его помощью можно получить информацию о рельефе поверхности, составе частиц и даже о химическом составе вещества.

Благодаря высокой разрешающей способности, электронные микроскопы нашли широкое применение в микробиологии, медицине, фармакологии, вирусологии. Они дали возможность получать 3-хмерные изображения микроскопических структур (электронная томография), контролировать качество лекарственных препаратов, изучать воздействие токсинов на организмы. Незаменимы они в промышленности. Их используют для получения двухмерных и трёхмерных микрохарактеристик образцов, в микротехнологиях: травлении, полировке, легировании, литографии и др.

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/fotometriya/397-elektronnyj-mikroskop

Электронный микроскоп устройство принцип работы
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here