Technologinė archeologija)
Vieni elektroniniai mikroskopai atkuria, kiti atkuria erdvėlaivių programinę-aparatinę įrangą, o kiti užsiima mikroschemų grandynų atvirkštine inžinerija mikroskopu. Įtariu, kad užsiėmimas siaubingai jaudinantis.
Ir, beje, prisiminiau nuostabų įrašą apie pramoninę archeologiją.
Spoileris
Yra dviejų tipų įmonės atmintis: žmonės ir dokumentacija. Žmonės prisimena, kaip viskas veikia, ir žino, kodėl. Kartais jie kažkur įrašo šią informaciją ir kažkur saugo įrašus. Tai vadinama „dokumentacija“. Įmonių amnezija veikia taip pat: žmonės išvažiuoja, o dokumentacija dingsta, pūva arba tiesiog pamirštama.
Kelis dešimtmečius dirbau didelėje naftos chemijos įmonėje. Devintojo dešimtmečio pradžioje suprojektavome ir pastatėme gamyklą, kuri angliavandenilius paverčia kitais angliavandeniliais. Per ateinančius 30 metų įmonės atmintis apie šį augalą susilpnėjo. Taip, gamykla vis dar veikia ir uždirba pinigus įmonei; atliekama priežiūra, o išmintingi žmonės žino, ką reikia trūkčioti ir spardyti, kad augalas veiktų.
Tačiau įmonė visiškai pamiršo, kaip veikia ši gamykla.
Taip atsitiko dėl kelių veiksnių:
Devintajame ir dešimtajame dešimtmetyje naftos chemijos pramonės nuosmukis privertė mus nustoti samdyti naujus žmones. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje mūsų grupę sudarė vaikinai iki 35 metų arba vyresni nei 55 metų – su labai retomis išimtimis.
Pamažu perėjome prie projektavimo kompiuterinių sistemų pagalba.
Dėl įmonių pertvarkymų turėjome fiziškai perkelti visą biurą iš vienos vietos į kitą.
Po kelerių metų įvykęs įmonių susijungimas mūsų įmonę visiškai išskyrė į didesnę, dėl ko buvo masiškai pertvarkyti padaliniai ir personalas.
Pramoninė archeologija
2000-ųjų pradžioje aš ir keli mano kolegos išėjome į pensiją.
2000-ųjų pabaigoje įmonė prisiminė gamyklą ir pagalvojo, kad būtų puiku ką nors su juo nuveikti. Tarkime, padidinkite gamybą. Pavyzdžiui, galite rasti gamybos proceso kliūtis ir ją patobulinti – technologija nestovi vietoje per šiuos 30 metų – ir, galbūt, pridėti dar vieną cechą.
O štai įmonė iš visų pusių įspausta mūrinėje sienoje. Kaip buvo pastatyta ši gamykla? Kodėl jis buvo pastatytas taip, o ne kitaip? Kaip tiksliai tai veikia? Kam reikalingas kubilas A, kodėl cechai B ir C sujungti vamzdynu, kodėl vamzdyno skersmuo yra G, o ne D?
Įmonės amnezija veikia. Milžiniškos mašinos, kurias pastatė ateiviai su savo ateivių technologijomis, dūzgia kaip laikrodis, išpilstydami krūvas polimerų. Bendrovė apytiksliai įsivaizduoja, kaip prižiūrėti šias mašinas, tačiau neįsivaizduoja, kokia nuostabi magija vyksta viduje, ir niekas neturi nė menkiausio supratimo, kaip jos buvo sukurtos. Apskritai žmonės net nežino, ko tiksliai ieškoti, ir nežino, iš kurios pusės šį raizginį reikėtų išnarplioti.
Ieškome vaikinų, kurie jau dirbo įmonėje statant šią gamyklą. Dabar jie užima aukštas pareigas ir sėdi atskiruose biuruose su oro kondicionieriais. Jiems duota užduotis surasti dokumentaciją apie minėtą gamyklą. Tai nebėra įmonės atmintis, o labiau kaip pramoninė archeologija. Niekas nežino, kokia dokumentacija apie šį augalą egzistuoja, ar ji apskritai egzistuoja, ir jei taip, kokia forma ji saugoma, kokiais formatais, ką ji apima ir kur yra fiziškai. Gamyklą suprojektavo projektuotojų komanda, kurios nebėra įmonėje, kuri nuo to laiko buvo perimta, biure, kuris buvo uždarytas, taikydama iki kompiuterinio amžiaus metodus, kurie nebenaudojami.
Vaikinai vaikystę prisimena su privalomu slampinėjimu purve, pasiraitoja brangių švarkų rankoves ir kimba į darbus.
Kaip veikia elektroninis mikroskopas? Kuo jis skiriasi nuo optinio mikroskopo, ar yra kokia nors analogija tarp jų?
Elektroninio mikroskopo veikimas pagrįstas nehomogeniškų elektrinių ir magnetinių laukų, turinčių sukimosi simetriją, savybe fokusuoti elektronų pluoštus. Taigi lęšių vaidmenį elektroniniame mikroskope atlieka tinkamai apskaičiuotų elektrinių ir magnetinių laukų rinkinys; atitinkami prietaisai, sukuriantys šiuos laukus, vadinami „elektroniniais lęšiais“.
Priklausomai nuo elektroninių lęšių tipo elektroniniai mikroskopai skirstomi į magnetinius, elektrostatinius ir kombinuotus.
Kokio tipo objektus galima ištirti elektroniniu mikroskopu?
Kaip ir optinio mikroskopo atveju, objektai, pirma, gali būti „savaime šviečiantys“, t.y. tarnauti kaip elektronų šaltinis. Tai, pavyzdžiui, kaitrinis katodas arba apšviestas fotoelektroninis katodas. Antra, gali būti naudojami objektai, kurie yra „skaidrūs“ tam tikro greičio elektronams. Kitaip tariant, veikiant transmisijoje, objektai turi būti pakankamai ploni, o elektronai – pakankamai greiti, kad galėtų praeiti pro objektus ir patekti į elektroninių lęšių sistemą. Be to, naudojant atspindėtus elektronų pluoštus, galima ištirti masyvių objektų (daugiausia metalų ir metalizuotų pavyzdžių) paviršius. Šis stebėjimo metodas yra panašus į atspindinčios optinės mikroskopijos metodus.
Pagal objektų tyrimo pobūdį elektroniniai mikroskopai skirstomi į perdavimo, atspindžio, emisijos, rastrinius, šešėlinius ir veidrodinius.
Šiuo metu labiausiai paplitę yra perdavimo tipo elektromagnetiniai mikroskopai, kuriuose vaizdą sukuria elektronai, praeinantys per stebėjimo objektą. Jį sudaro šie pagrindiniai komponentai: apšvietimo sistema, objekto kamera, fokusavimo sistema ir galutinio vaizdo registravimo blokas, susidedantis iš kameros ir fluorescencinio ekrano. Visi šie mazgai yra sujungti vienas su kitu, sudarydami vadinamąją mikroskopo kolonėlę, kurios viduje palaikomas slėgis. Apšvietimo sistema dažniausiai susideda iš trijų elektrodų elektronų pistoleto (katodas, fokusavimo elektrodas, anodas) ir kondensatoriaus lęšio (kalbame apie elektroninius lęšius). Jis suformuoja norimo skerspjūvio ir intensyvumo greitųjų elektronų spindulį ir nukreipia jį į tiriamą objektą, esantį objekto kameroje. Per objektą einantis elektronų spindulys patenka į fokusavimo (projekcijos) sistemą, kuri susideda iš objektyvo ir vieno ar kelių projekcinių lęšių.
Elektroninė mikroskopija – tai struktūrų, kurių matomumas yra už šviesos mikroskopo ribų ir kurių matmenys yra mažesni nei vienas mikronas (nuo 1 mikrono iki 1–5 Å), tyrimo metodas.
Elektroninio mikroskopo (pav.) veikimas pagrįstas nukreipto srauto naudojimu, kuris šviesos mikroskope veikia kaip šviesos spindulys, o lęšių vaidmenį atlieka magnetai (magnetiniai lęšiai).
Dėl to, kad skirtingos tiriamo objekto dalys skirtingai sulaiko elektronus, elektroninio mikroskopo ekrane gaunamas nespalvotas tiriamo objekto vaizdas, padidintas dešimtimis ir šimtais tūkstančių kartų. Biologijoje ir medicinoje daugiausia naudojami perdavimo tipo elektroniniai mikroskopai.
Elektroninė mikroskopija atsirado praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, kai buvo gauti pirmieji kai kurių virusų (tabako mozaikos viruso ir bakteriofagų) vaizdai. Šiuo metu elektroninė mikroskopija yra plačiausiai pritaikyta virusologijoje, todėl sukuriamos naujos mokslo šakos. Biologinių objektų elektroninėje mikroskopijoje naudojami specialūs paruošimo metodai. Tai būtina norint nustatyti atskirus tiriamų objektų komponentus (ląsteles, bakterijas, virusus ir kt.), taip pat išsaugoti jų struktūrą aukšto vakuumo sąlygomis elektronų pluoštu. Elektroninės mikroskopijos pagalba tiriama išorinė objekto forma, jo paviršiaus molekulinė organizacija, ultraplonų pjūvių metodu – vidinė objekto sandara.
Elektroninė mikroskopija kartu su biocheminiais, citocheminiais tyrimo metodais, imunofluorescencija, taip pat rentgeno spindulių difrakcijos analize leidžia spręsti apie ląstelių ir virusų struktūrinių elementų sudėtį ir funkcijas.
Praėjusio amžiaus 70-ųjų elektronų mikroskopas
Elektroninė mikroskopija – mikroskopinių objektų tyrimas naudojant elektroninį mikroskopą.
Elektroninis mikroskopas yra elektroninis optinis instrumentas, kurio skiriamoji geba yra keletas angstremų ir leidžia vizualiai ištirti smulkią mikroskopinių struktūrų ir net kai kurių molekulių struktūrą.
Trijų elektrodų pistoletas, sudarytas iš katodo, valdymo elektrodo ir anodo, yra elektronų šaltinis, sukuriantis elektronų pluoštą, kuris pakeičia šviesos spindulį (1 pav.).
Ryžiai. 1. Trijų elektrodų pistoletas: 1 - katodas; 2 - valdymo elektrodas; 3 - elektronų pluoštas; 4 - anodas.
Elektroniniame mikroskope vietoj optinių lęšių naudojami elektromagnetiniai lęšiai yra daugiasluoksniai solenoidai, uždengti minkštos magnetinės medžiagos apvalkalais, kurių viduje yra nemagnetinis tarpelis (2 pav.).
Ryžiai. 2. Elektromagnetinis lęšis: 1 - poliaus antgalis; 2 - žalvarinis žiedas; 3 - apvija; 4 - apvalkalas.
Elektroniniame mikroskope generuojami elektriniai ir magnetiniai laukai yra ašies simetriški. Dėl šių laukų veikimo iš vieno objekto taško nedideliu kampu išnyrančios įkrautos dalelės (elektronai) vėl surenkamos vaizdo plokštumoje. Visa elektronoptinė sistema yra uždaryta elektroninio mikroskopo stulpelyje (3 pav.).
Ryžiai. 3. Elektroninė-optinė sistema: 1 - valdymo elektrodas; 2 - pirmojo kondensatoriaus diafragma; 3 - antrojo kondensatoriaus diafragma; 4 - antrojo kondensatoriaus stigmatatorius; 5 - objektas; 6 - objektyvas; 7 - objektyvo lęšio stigmatatorius; 8 - tarpinio lęšio stigmatatorius; 9 - projekcijos objektyvo diafragma; 10 - katodas; 11 - anodas; 12 - pirmasis kondensatorius; 13 - antrasis kondensatorius; 14 - fokusavimo korektorius; 15 - objektų laikiklis stalas; 16 - objektyvo diafragma; 17 - selektorių diafragma; 18 - tarpinis objektyvas; 19 - projekcinis objektyvas; 20 - ekranas.
Elektronų patrankos sukurtas elektronų pluoštas nukreipiamas į kondensatorių lęšių veikimo lauką, leidžiantį plačiu diapazonu keisti į tiriamą objektą patenkančio pluošto tankį, skersmenį ir diafragmą. Objekto kameroje sumontuotas stalas, kurio konstrukcija užtikrina objekto judėjimą abipusiai statmenomis kryptimis. Tokiu atveju galite nuosekliai išnagrinėti 4 mm 2 plotą ir pasirinkti įdomiausias sritis.
Už objekto kameros yra objektyvas, leidžiantis pasiekti ryškų objekto vaizdą. Taip pat suteikiamas pirmasis padidintas objekto vaizdas, o vėlesnių, tarpinių ir projekcinių lęšių pagalba bendras padidėjimas gali būti padidintas iki maksimumo. Ekrane atsiranda objekto vaizdas, kuris šviečia veikiant elektronams. Už ekrano yra fotografinės plokštės. Elektroninio ginklo veikimo stabilumas, taip pat vaizdo aiškumas, kartu su kitais veiksniais (aukštos įtampos pastovumu ir kt.), labai priklauso nuo retėjimo gylio elektroninio mikroskopo stulpelyje, todėl įrenginio kokybę daugiausia lemia vakuuminė sistema (siurbliai, siurbimo kanalai, čiaupai, vožtuvai, sandarikliai) (4 pav.). Reikalingas neigiamas slėgis kolonėlės viduje pasiekiamas dėl didelio vakuuminių siurblių efektyvumo.
Preliminarus vakuumas visoje vakuuminėje sistemoje sukuria mechaninį priekinį siurblį, tada pradeda veikti alyvos difuzijos siurblys; abu siurbliai yra sujungti nuosekliai ir užtikrina didelį vakuumą mikroskopo kolonėlėje. Alyvos stiprintuvo siurblio įvedimas į elektroninio mikroskopo sistemą leido ilgam išjungti priekinį siurblį.
Ryžiai. 4 pav. Elektroninio mikroskopo vakuuminė schema: 1 - skystu azotu aušinamas gaudyklė (šaltas vamzdis); 2 - didelio vakuumo vožtuvas; 3 - difuzinis siurblys; 4 - aplinkkelio vožtuvas; 5 - mažas buferinis cilindras; 6 - stiprintuvo siurblys; 7 - mechaninis pirminio išretinimo vakuuminis siurblys; 8 - keturių krypčių vožtuvo vožtuvas; 9 - didelis buferinis cilindras; 10 - elektroninio mikroskopo kolonėlė; 11 - oro įleidimo vožtuvas į mikroskopo kolonėlę.
Mikroskopo elektros grandinę sudaro aukštos įtampos šaltiniai, katodinė kaitinamoji lemputė, elektromagnetinių lęšių maitinimo šaltinis, taip pat sistema, teikianti kintamą tinklo įtampą priekinio vakuuminio siurblio elektros varikliui, difuzinio siurblio krosnelei ir valdymo pulto apšvietimas. Maitinimo šaltiniui keliami labai aukšti reikalavimai: pavyzdžiui, didelės raiškos elektroniniam mikroskopui aukštos įtampos nestabilumo laipsnis neturi viršyti 5·10 -6 per 30 sek.
Dėl šiluminės emisijos susidaro intensyvus elektronų pluoštas. Katodas, kuris yra V formos volframo siūlas, šildomas aukšto dažnio generatoriumi. Sukurta įtampa, kurios virpesių dažnis yra 100-200 kHz, suteikia monochromatinį elektronų pluoštą. Elektroninio mikroskopo lęšių maitinimą užtikrina labai stabilizuota nuolatinė srovė.
Ryžiai. 5. Elektroninis mikroskopas UEMV-100B gyviems mikroorganizmams tirti.
Gaminami įrenginiai (5 pav.) su garantuota 4,5 Å skiriamąja geba; Atskiri unikalūs vaizdai rodo 1,27 Å skiriamąją gebą, artėjančią prie atomo dydžio. Naudingas padidėjimas šiuo atveju yra 200 tūkst.
Elektroninis mikroskopas yra tikslus instrumentas, kuriam reikalingi specialūs paruošimo metodai. Biologiniai objektai turi mažą kontrastą, todėl būtina dirbtinai padidinti vaisto kontrastą. Yra keletas būdų, kaip padidinti preparatų kontrastą. Kai preparatas užtamsintas kampu platina, volframu, anglimi ir kt., elektroninio mikroskopo vaizduose tampa įmanoma nustatyti visų trijų erdvinės koordinačių sistemos ašių matmenis. Teigiamai kontrastuojant, vaistas derinamas su vandenyje tirpiomis sunkiųjų metalų druskomis (uranilo acetatu, švino monoksidu, kalio permanganatu ir kt.). Esant neigiamam kontrastingumui, preparatas yra apsuptas plonu didelio tankio amorfinės medžiagos, nelaidžios elektronams, sluoksniu (amonio molibdatas, uranilacetatas, fosfovolframo rūgštis ir kt.).
Virusų elektroninė mikroskopija (viroskopija) padarė didelę pažangą tiriant itin ploną, submolekulinę virusų struktūrą (žr.). Kartu su fiziniais, biocheminiais ir genetiniais tyrimų metodais elektroninės mikroskopijos naudojimas taip pat prisidėjo prie molekulinės biologijos atsiradimo ir vystymosi. Šios naujos biologijos šakos tema – žmonių, gyvūnų, augalų, bakterijų ir mikoplazmų ląstelių submikroskopinė organizacija ir funkcionavimas, taip pat riketsijų ir virusų organizavimas (6 pav.). Virusai, didelės baltymų ir nukleorūgščių (RNR, DNR) molekulės, atskiri ląstelių fragmentai (pavyzdžiui, bakterijų ląstelių apvalkalo molekulinė struktūra) gali būti tiriami elektroniniu mikroskopu po specialaus apdorojimo: užtemdymas metalu, teigiamas. arba neigiamas dažymas uranilo acetatu arba fosfovolframo rūgštimi, taip pat kitais junginiais (7 pav.).
Ryžiai. 6 pav. Beždžionės cynomolgus, užkrėstos variola virusu (X 12 000), širdies audinio ląstelių audinio kultūra: 1 - branduolys; 2 - mitochondrijos; 3 - citoplazma; 4 - virusas.
Ryžiai. 7. Gripo virusas (neigiamas dažymas (X450 000): 1 - apvalkalas; 2 - ribonukleoproteinas.
Taikant neigiamo dažymo metodą daugelio virusų paviršiuje, buvo rastos reguliariai išsidėsčiusios baltymų molekulių grupės – kapsomerai (8 pav.).
Ryžiai. 8. Herpes viruso kapsidės paviršiaus fragmentas. Matomi atskiri kapsomerai (X500 000): 1 - vaizdas iš šono; 2 - vaizdas iš viršaus.
Ryžiai. 9 pav. Itin plona Salmonella typhimurium bakterijos pjūvis (X80 000): 1 - šerdis; 2 - apvalkalas; 3 - citoplazma.
Bakterijų ir virusų bei kitų didesnių biologinių objektų vidinę sandarą galima tirti tik juos išpjaustius ultratomu ir paruošus ploniausias 100-300 Å storio pjūvius. (9 pav.). Dėl patobulintų biologinių objektų fiksavimo, įterpimo ir polimerizacijos metodų, ultratomijai panaudojus deimantinius ir stiklinius peilius bei naudojant labai kontrastingus junginius serijinių pjūvių dažymui, pavyko gauti itin plonas ne tik dideles, bet ir labai plonas dalis. taip pat mažiausi žmonių, gyvūnų, augalų ir bakterijų virusai.
Elektroninio mikroskopo istorija
1931 metais R. Rudenbergas gavo patentą perdavimo elektroniniam mikroskopui, o 1932 metais M. Knollas ir E. Ruska sukonstravo pirmąjį modernaus instrumento prototipą. Šis E. Ruskos kūrinys 1986 metais buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija, kuri buvo skirta jam ir skenuojančio zondo mikroskopo išradėjams Gerdui Karlui Binnigui ir Heinrichui Rohreriui. Perdavimo elektronų mikroskopas pradėtas naudoti moksliniams tyrimams praėjusio amžiaus trečiojo dešimtmečio pabaigoje ir tuo pačiu metu pasirodė pirmasis komercinis Siemens sukurtas instrumentas.
Trečiojo dešimtmečio pabaigoje – ketvirtojo dešimtmečio pradžioje pasirodė pirmieji skenuojantieji elektroniniai mikroskopai, kurie objekto vaizdą sudaro nuosekliai perkeldami mažo skerspjūvio elektroninį zondą virš objekto. Masinis šių prietaisų naudojimas moksliniams tyrimams prasidėjo septintajame dešimtmetyje, kai jie pasiekė reikšmingą techninį tobulumą.
Reikšmingas šuolis (septintajame dešimtmetyje) buvo Schottky katodų ir katodų su šalto lauko emisija naudojimas vietoj termioninių katodų, tačiau jų naudojimas reikalauja daug didesnio vakuumo.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje ir 2000-ųjų pradžioje kompiuterizavimas ir CCD detektorių naudojimas labai padidino stabilumą ir (santykinai) naudojimo paprastumą.
Pastarąjį dešimtmetį šiuolaikiniuose pažangiuose perdavimo elektroniniuose mikroskopuose naudojami sferinių ir chromatinių aberacijų korektoriai (kurie įveda pagrindinį gaunamo vaizdo iškraipymą), tačiau jų naudojimas kartais gerokai apsunkina įrenginio naudojimą.
Elektroninių mikroskopų tipai
Perdavimo elektronų mikroskopija
Šablonas: skyrius tuščias
Originalus elektroninio mikroskopo vaizdas. Perdavimo elektronų mikroskopas vaizdui suformuoti naudoja didelės energijos elektronų pluoštą. Elektronų pluoštas sukuriamas naudojant katodą (volframas, LaB 6 , Schottky arba šaltojo lauko emisija). Gautas elektronų pluoštas dažniausiai pagreitinamas iki +200 keV (naudojamos įvairios įtampos nuo 20 keV iki 1 meV), sufokusuojamas elektrostatinių lęšių sistema, praeina pro mėginį taip, kad dalis jo praeina per sklaidą ant bandinio, o dalis ne. Taigi, elektronų pluoštas, praleistas per mėginį, neša informaciją apie mėginio struktūrą. Tada spindulys praeina per didinamųjų lęšių sistemą ir sudaro vaizdą liuminescenciniame ekrane (dažniausiai pagamintame iš cinko sulfido), fotografinėje plokštelėje arba CCD kameroje.
TEM skiriamąją gebą daugiausia riboja sferinė aberacija. Kai kurie šiuolaikiniai TEM turi sferinės aberacijos korektorius.
Pagrindiniai TEM trūkumai yra labai plono mėginio poreikis (maždaug 100 nm) ir mėginių nestabilumas (skilimas) po pluoštu.
Perdavimo skenavimo (skenavimo) elektronų mikroskopija (SEM)
Pagrindinis straipsnis: Perdavimo skenuojantis elektronų mikroskopas
Vienas iš perdavimo elektronų mikroskopijos (TEM) tipų, tačiau yra prietaisų, kurie veikia tik TEM režimu. Elektronų pluoštas praleidžiamas per palyginti ploną mėginį, tačiau, skirtingai nuo įprastos perdavimo elektronų mikroskopijos, elektronų pluoštas sufokusuojamas į tašką, kuris juda per mėginį išilgai rastro.
Rastrinė (skenuojanti) elektroninė mikroskopija
Jis pagrįstas televizijos principu, kai per mėginio paviršių nubraukiamas plonas elektronų pluoštas.
Žemos įtampos elektronų mikroskopija
Elektroninių mikroskopų taikymo sritys
|
Puslaidininkiai ir saugykla
Biologija ir biologijos mokslai
|
Moksliniai tyrimai
Industrija
|
Pagrindiniai pasaulio elektroninių mikroskopų gamintojai
taip pat žr
Pastabos
Nuorodos
- 15 populiariausių 2011 m. elektroninio mikroskopo vaizdų Rekomenduojamos svetainės vaizdai yra atsitiktinai nuspalvinti ir turi daugiau meninės, o ne mokslinės vertės (elektroniniai mikroskopai sukuria nespalvotus, o nespalvotus vaizdus).
Wikimedia fondas. 2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra „elektroninis mikroskopas“ kituose žodynuose:
Daugkartinio (iki 106 kartų) padidinto objekto vaizdo stebėjimo ir fotografavimo įrenginys, kuriame vietoj šviesos spindulių naudojami iki didelių energijų (30-1000 keV ir daugiau) giliame vakuume pagreitinti elektronų pluoštai. Fizinė… Fizinė enciklopedija
Daugkartinio (iki 106 kartų) padidinto objektų vaizdo stebėjimo ir fotografavimo įrenginys, kuriame vietoj šviesos spindulių naudojami iki didelių energijų (30-100 keV ir daugiau) giliame vakuume pagreitinti elektronų pluoštai. Fizinis…… Fizinė enciklopedija
Elektroninis mikroskopas- (schema). ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS, vakuuminis elektroninis optinis prietaisas, skirtas stebėti ir fotografuoti daugkartinį (iki 106 kartų) padidintą objektų vaizdą, gautą naudojant elektronų pluoštus, pagreitintus iki didelės energijos. ... ... Iliustruotas enciklopedinis žodynas
ELEKTRONINIS MIKROSKOPAS, MIKROSKOPAS, kuris „apšviečia“ tiriamą objektą elektronų srautu. Vietoj įprastų lęšių jame yra magnetai, fokusuojantys elektronų spindulį. Šis prietaisas leidžia matyti labai mažo dydžio objektus, nes ... ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas
Pradedame leisti verslininko, informacinių technologijų specialisto ir neakivaizdinio dizainerio mėgėjo Aleksejaus Bragino tinklaraštį, kuriame pasakojama apie neįprastą patirtį – jau metus tinklaraščio autorė užsiima sudėtingos mokslinės įrangos atstatymu – skenavimu. elektroninis mikroskopas – praktiškai namuose. Skaitykite apie tai, su kokiais inžineriniais, techniniais ir moksliniais iššūkiais susidūrė Aleksejus ir kaip jis su jais susidorojo.
Kartą man paskambino draugas ir pasakė: radau įdomų daiktą, reikia tau atnešti, bet sveria pusę tonos. Taigi savo garaže gavau kolonėlę iš JEOL JSM-50A skenuojančio elektroninio mikroskopo. Ją seniai išjungė iš kažkokio tyrimų instituto ir išvežė į metalo laužą. Dingo elektronika, tačiau elektroninė-optinė kolonėlė kartu su vakuumine dalimi buvo išsaugota.
Kadangi pagrindinė įrangos dalis buvo išsaugota, iškilo klausimas: ar įmanoma išsaugoti visą mikroskopą, tai yra atkurti ir sutvarkyti? O čia pat garaže, savo rankomis, pasitelkus tik pagrindines inžinerines ir technines žinias bei improvizuotas priemones? Tiesa, dar niekada nebuvau susidūręs su tokia moksline įranga, jau nekalbant apie galimybę ja naudotis, ir neįsivaizdavau, kaip ji veikia. Tačiau įdomu ne tik padėti seną geležies gabalą į darbinę būklę – įdomu pačiam viską išsiaiškinti ir patikrinti, ar įmanoma moksliniu metodu įvaldyti visiškai naujas sritis. Taigi aš pradėjau restauruoti elektroninį mikroskopą garaže.
Šiame tinklaraštyje papasakosiu apie tai, ką jau spėjau nuveikti ir ką dar reikia padaryti. Pakeliui supažindinsiu su elektroninių mikroskopų veikimo principais ir pagrindiniais jų komponentais, taip pat papasakosiu apie daugybę techninių kliūčių, kurias teko įveikti darbo eigoje. Taigi pradėkime.
Norint atkurti mikroskopą, kurį turėjau bent iki „piešimo elektronų pluoštu ant liuminescencinio ekrano“ būsenos, reikėjo:
Pradėkime eilės tvarka. Šiandien kalbėsiu apie elektroninių mikroskopų veikimo principus. Jie yra dviejų tipų:
Perdavimo elektronų mikroskopas
TEM labai panašus į įprastą optinį mikroskopą, tik tiriamas mėginys apšvitinamas ne šviesa (fotonais), o elektronais. Elektronų pluošto bangos ilgis yra daug mažesnis nei fotonų pluošto, todėl galima gauti daug didesnę skiriamąją gebą.
Elektronų pluoštas sufokusuojamas ir valdomas elektromagnetiniais arba elektrostatiniais lęšiais. Jie netgi turi tokius pat iškraipymus (chromatines aberacijas), kaip ir optiniai lęšiai, nors fizinės sąveikos pobūdis čia visiškai kitoks. Beje, tai prideda ir naujų iškraipymų (atsiranda dėl elektronų sukimosi objektyve išilgai elektronų pluošto ašies, o tai neįvyksta su fotonais optiniame mikroskope).
TEM turi trūkumų: tiriami mėginiai turi būti labai ploni, plonesni nei 1 mikronas, o tai ne visada patogu, ypač dirbant namuose. Pavyzdžiui, norėdami matyti plaukus per šviesą, jie turi būti kirpti mažiausiai 50 sluoksnių. Taip yra dėl to, kad elektronų pluošto prasiskverbimo galia yra daug blogesnė nei fotono. Be to, TEM, išskyrus retas išimtis, yra gana sudėtinga. Šis prietaisas, parodytas žemiau, neatrodo toks didelis (nors jis yra aukštesnis už žmogų ir turi tvirtą ketaus lovą), tačiau jame taip pat yra didelės spintelės dydžio maitinimo blokas - iš viso , reikia beveik viso kambario.
Tačiau TEM skiriamoji geba yra didžiausia. Su jo pagalba (jei labai stengiatės) galite pamatyti atskirus medžiagos atomus.
Kalgario universitetas
Ši rezoliucija ypač naudinga nustatant virusinės ligos sukėlėją. Visa XX amžiaus virusų analizė buvo sukurta remiantis TEM, ir tik atsiradus pigesniems populiarių virusų diagnozavimo metodams (pavyzdžiui, polimerazės grandininei reakcijai arba PGR), įprastinis TEM naudojimas šiam tikslui nutrūko.
Pavyzdžiui, štai kaip H1N1 gripas atrodo „per šviesą“:
Kalgario universitetas
Skenuojantis elektroninis mikroskopas
SEM daugiausia naudojamas tiriant labai didelės skiriamosios gebos mėginių paviršių (milijoną kartų padidinus, palyginti su 2 tūkst. optinių mikroskopų). O tai daug naudingiau buityje :)
Pavyzdžiui, taip atrodo vienas naujo dantų šepetėlio šerelis:
Tas pats turėtų nutikti ir mikroskopo elektronoptinėje kolonėlėje, tik čia apšvitinamas mėginys, o ne ekrano fosforas, o vaizdas formuojamas pagal informaciją iš jutiklių, kurie fiksuoja antrinius elektronus, elastingai atsispindinčius elektronus ir pan. įjungta. Būtent apie tokio tipo elektroninį mikroskopą ir bus kalbama šiame tinklaraštyje.
Tiek televizoriaus kineskopas, tiek mikroskopo elektronoptinė kolonėlė veikia tik vakuume. Bet apie tai išsamiai pakalbėsiu kitame numeryje.
(Tęsinys)
