Tehnoloģiskā arheoloģija)
Daži elektronu mikroskopi atjauno, citi atjauno kosmosa kuģu programmaparatūru, bet citi nodarbojas ar mikroshēmu shēmu reverso inženieriju mikroskopā. Man ir aizdomas, ka okupācija ir šausmīgi aizraujoša.
Un, starp citu, es atcerējos brīnišķīgu ierakstu par industriālo arheoloģiju.
Spoileris
Ir divu veidu korporatīvā atmiņa: cilvēki un dokumentācija. Cilvēki atceras, kā lietas darbojas, un zina, kāpēc. Dažreiz viņi kaut kur ieraksta šo informāciju un kaut kur glabā savus ierakstus. To sauc par "dokumentāciju". Korporatīvā amnēzija darbojas tāpat: cilvēki aiziet, un dokumentācija pazūd, sapūst vai vienkārši tiek aizmirsta.
Es pavadīju vairākus gadu desmitus, strādājot lielā naftas ķīmijas uzņēmumā. Astoņdesmito gadu sākumā mēs projektējām un uzbūvējām rūpnīcu, kas pārvērš ogļūdeņražus citos ogļūdeņražos. Nākamo 30 gadu laikā korporatīvā atmiņa par šo augu ir mazinājusies. Jā, rūpnīca joprojām darbojas un pelna naudu uzņēmumam; tiek veikta apkope, un gudri cilvēki zina, kas viņiem jāraustās un jāsper, lai iekārta darbotos.
Taču uzņēmums ir pilnībā aizmirsis, kā šī iekārta darbojas.
Tas notika vairāku faktoru dēļ:
Lejupslīde naftas ķīmijas rūpniecībā 20. gadsimta 80. un 90. gados lika mums pārtraukt jaunu cilvēku pieņemšanu darbā. 90. gadu beigās mūsu grupā bija puiši, kas jaunāki par 35 gadiem vai vecāki par 55 — ar ļoti retiem izņēmumiem.
Lēnām pārgājām uz projektēšanu ar datorsistēmu palīdzību.
Korporatīvo reorganizāciju dēļ mums nācās fiziski pārvietot visu biroju no vienas vietas uz otru.
Pēc dažiem gadiem uzņēmumu apvienošana pilnībā izšķīra mūsu firmu par lielāku, izraisot masveida nodaļu un personāla pārkārtošanos.
Rūpnieciskā arheoloģija
2000. gadu sākumā es un vairāki mani kolēģi aizgāja pensijā.
2000. gadu beigās uzņēmums atcerējās rūpnīcu un domāja, ka būtu jauki ar to kaut ko darīt. Sakiet, palielināt ražošanu. Piemēram, var atrast sašaurinājumu ražošanas procesā un to uzlabot – tehnoloģija nav stāvējusi uz vietas šos 30 gadus – un, iespējams, pievienot vēl vienu darbnīcu.
Un šeit uzņēmums no visas malas ir iespiests ķieģeļu sienā. Kā šī rūpnīca tika uzcelta? Kāpēc tas tika uzcelts tā, nevis citādi? Kā tieši tas darbojas? Kāpēc nepieciešama tvertne A, kāpēc cehi B un C ir savienoti ar cauruļvadu, kāpēc cauruļvada diametrs ir G, nevis D?
Korporatīvā amnēzija darbībā. Milzīgas mašīnas, ko uzbūvējuši citplanētieši ar savu citplanētiešu tehnoloģiju čempionu kā pulksteņa mehānismu, izspļauj polimēru kaudzes. Uzņēmumam ir neskaidrs priekšstats par to, kā uzturēt šīs mašīnas, taču nav ne jausmas, kāda pārsteidzoša maģija notiek iekšpusē, un nevienam nav ne mazākās nojausmas, kā tās tika izveidotas. Vispār tauta pat nav pārliecināta, ko īsti meklēt, un nezina, no kuras puses šis mudžeklis jāšķetina.
Meklējam puišus, kuri jau strādāja uzņēmumā šīs ražotnes būvniecības laikā. Tagad viņi ieņem augstus amatus un sēž atsevišķos birojos ar gaisa kondicionētāju. Viņiem tiek dots uzdevums atrast dokumentāciju par minēto iekārtu. Tā vairs nav korporatīvā atmiņa, tā vairāk atgādina rūpniecisko arheoloģiju. Neviens nezina, kāda veida dokumentācija par šo augu pastāv, vai tā vispār pastāv, un, ja jā, tad kādā formā tā tiek glabāta, kādos formātos, ko tā ietver un kur tā fiziski atrodas. Rūpnīcu projektēja dizaineru komanda, kas vairs nepastāv uzņēmumā, kas kopš tā laika ir pārņemta, birojā, kas ir slēgts, izmantojot pirmsdatora vecuma metodes, kuras vairs netiek izmantotas.
Puiši bērnību atceras ar obligātu spietošanos dubļos, uzrot dārgo jaku piedurknes un ķeras pie darba.
Kā darbojas elektronu mikroskops? Kāda ir tā atšķirība no optiskā mikroskopa, vai starp tiem ir kāda līdzība?
Elektronu mikroskopa darbības pamatā ir neviendabīgu elektrisko un magnētisko lauku īpašība, kam ir rotācijas simetrija, fokusēt elektronu starus. Tādējādi lēcu lomu elektronu mikroskopā spēlē atbilstoši aprēķinātu elektrisko un magnētisko lauku kopums; atbilstošās ierīces, kas veido šos laukus, sauc par "elektroniskajām lēcām".
Atkarībā no elektronisko lēcu veida elektronu mikroskopus iedala magnētiskajos, elektrostatiskajos un kombinētajos.
Kāda veida objektus var pārbaudīt ar elektronu mikroskopu?
Tāpat kā optiskā mikroskopa gadījumā, objekti, pirmkārt, var būt "pašgaismojoši", t.i., kalpot kā elektronu avots. Tas ir, piemēram, kvēlspuldžu katods vai apgaismots fotoelektronu katods. Otrkārt, var izmantot objektus, kas ir "caurspīdīgi" elektroniem ar noteiktu ātrumu. Citiem vārdiem sakot, darbojoties transmisijā, objektiem jābūt pietiekami plāniem un elektroniem pietiekami ātriem, lai tie izietu cauri objektiem un iekļūtu elektroniskajā lēcu sistēmā. Turklāt, izmantojot atstarotos elektronu starus, var pētīt masīvu objektu (galvenokārt metālu un metalizētu paraugu) virsmas. Šī novērošanas metode ir līdzīga atstarojošās optiskās mikroskopijas metodēm.
Pēc objektu izpētes rakstura elektronu mikroskopus iedala pārraides, atstarošanas, emisijas, rastra, ēnas un spoguļa mikroskopos.
Šobrīd visizplatītākie ir pārraides tipa elektromagnētiskie mikroskopi, kuros attēlu veido elektroni, kas iet cauri novērošanas objektam. Tas sastāv no šādām galvenajām sastāvdaļām: apgaismojuma sistēma, objekta kamera, fokusēšanas sistēma un galīgā attēla reģistrācijas bloks, kas sastāv no kameras un dienasgaismas ekrāna. Visi šie mezgli ir savienoti viens ar otru, veidojot tā saukto mikroskopa kolonnu, kuras iekšpusē tiek uzturēts spiediens. Apgaismojuma sistēma parasti sastāv no trīs elektrodu elektronu lielgabala (katods, fokusēšanas elektrods, anoda) un kondensatora lēcas (mēs runājam par elektroniskām lēcām). Tas veido vēlamā šķērsgriezuma un intensitātes ātro elektronu kūli un novirza to uz pētāmo objektu, kas atrodas objekta kamerā. Elektronu stars, kas iet caur objektu, nonāk fokusēšanas (projekcijas) sistēmā, kas sastāv no objektīva un vienas vai vairākām projekcijas lēcām.
Elektronu mikroskopija ir metode tādu struktūru izpētei, kuras ir ārpus gaismas mikroskopa redzamības un kuru izmēri ir mazāki par vienu mikronu (no 1 mikrona līdz 1-5 Å).
Elektronu mikroskopa darbība (att.) balstās uz virzītas plūsmas izmantošanu, kas gaismas mikroskopā darbojas kā gaismas stars, un lēcu lomu spēlē magnēti (magnētiskās lēcas).
Sakarā ar to, ka dažādas pētāmā objekta daļas elektronus aiztur dažādos veidos, elektronu mikroskopa ekrānā tiek iegūts pētāmā objekta melnbalts attēls, kas palielināts desmitiem un simtiem tūkstošu reižu. Bioloģijā un medicīnā galvenokārt izmanto transmisijas tipa elektronu mikroskopus.
Elektronu mikroskopija radās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados, kad tika iegūti pirmie dažu vīrusu (tabakas mozaīkas vīrusa un bakteriofāgu) attēli. Pašlaik elektronu mikroskopija ir atradusi visplašāko pielietojumu virusoloģijā, izraisot jaunu zinātnes nozaru izveidi. Bioloģisko objektu elektronmikroskopijā tiek izmantotas īpašas sagatavošanas metodes. Tas nepieciešams, lai identificētu atsevišķas pētāmo objektu sastāvdaļas (šūnas, baktērijas, vīrusi u.c.), kā arī saglabātu to struktūru augsta vakuuma apstākļos elektronu starā. Ar elektronu mikroskopijas palīdzību tiek pētīta objekta ārējā forma, tā virsmas molekulārā organizācija, ar ultraplānu griezumu metodes palīdzību tiek pētīta objekta iekšējā struktūra.
Elektronu mikroskopija kombinācijā ar bioķīmisko, citoķīmisko pētījumu metodēm, imunofluorescenci, kā arī rentgenstaru difrakcijas analīzi ļauj spriest par šūnu un vīrusu strukturālo elementu sastāvu un darbību.
Pagājušā gadsimta 70. gadu elektronu mikroskops
Elektronu mikroskopija - mikroskopisku objektu izpēte, izmantojot elektronu mikroskopu.
Elektronu mikroskops ir elektronoptisks instruments ar vairāku angstrēmu izšķirtspēju un ļauj vizuāli izpētīt mikroskopisko struktūru un pat dažu molekulu smalko struktūru.
Trīs elektrodu lielgabals, kas sastāv no katoda, vadības elektroda un anoda, kalpo kā elektronu avots elektronu stara radīšanai, kas aizstāj gaismas staru (1. att.).
Rīsi. 1. Trīs elektrodu lielgabals: 1 - katods; 2 - vadības elektrods; 3 - elektronu stars; 4 - anods.
Elektromagnētiskās lēcas, ko izmanto elektronu mikroskopā optisko lēcu vietā, ir daudzslāņu solenoīdi, kas ir ietverti mīksta magnētiska materiāla apvalkos ar nemagnētisku spraugu iekšpusē (2. att.).
Rīsi. 2. Elektromagnētiskā lēca: 1 - pola uzgalis; 2 - misiņa gredzens; 3 - tinums; 4 - apvalks.
Elektronu mikroskopā radītie elektriskie un magnētiskie lauki ir aksiāli simetriski. Šo lauku darbības dēļ lādētās daļiņas (elektroni), kas izplūst no viena objekta punkta nelielā leņķī, atkal tiek savāktas attēla plaknē. Visa elektronoptiskā sistēma ir ietverta elektronu mikroskopa kolonnā (3. att.).
Rīsi. 3. Elektronoptiskā sistēma: 1 - vadības elektrods; 2 - pirmā kondensatora diafragma; 3 - otrā kondensatora diafragma; 4 - otrā kondensatora stigmatators; 5 - objekts; 6 - objektīva lēca; 7 - objektīva lēcas stigmatators; 8 - starpposma lēcas stigmatators; 9 - projekcijas lēcas apertūra; 10 - katods; 11 - anods; 12 - pirmais kondensators; 13 - otrais kondensators; 14 - fokusa korektors; 15 - priekšmetu turētāju galds; 16 - objektīva apertūra; 17 - selektora diafragma; 18 - starpposma lēca; 19 - projekcijas lēca; 20 - ekrāns.
Elektronu lielgabala radītais elektronu stars tiek virzīts kondensatora lēcu darbības laukā, kas ļauj plašā diapazonā mainīt uz pētāmo objektu krītošā stara blīvumu, diametru un apertūru. Objekta kamerā ir uzstādīts galds, kura dizains nodrošina objekta kustību savstarpēji perpendikulāros virzienos. Šajā gadījumā jūs varat konsekventi pārbaudīt laukumu, kas vienāds ar 4 mm 2, un atlasīt interesantākos apgabalus.
Aiz objekta kameras atrodas objektīvs, kas ļauj sasniegt asu objekta attēlu. Tas arī dod pirmo palielināto objekta attēlu, un ar nākamo, starpposma un projekcijas lēcu palīdzību kopējo pieaugumu var palielināt līdz maksimālajam. Uz ekrāna parādās objekta attēls, kas luminiscē elektronu iedarbībā. Aiz ekrāna ir fotoplates. Elektronu lielgabala darbības stabilitāte, kā arī attēla skaidrība kopā ar citiem faktoriem (augstsprieguma noturība utt.) lielā mērā ir atkarīga no retināšanas dziļuma elektronu mikroskopa kolonnā, tāpēc ierīces kvalitāti lielā mērā nosaka vakuuma sistēma (sūkņi, sūknēšanas kanāli, krāni, vārsti, blīves4). Nepieciešamais negatīvais spiediens kolonnas iekšpusē tiek sasniegts, pateicoties vakuumsūkņu augstajai efektivitātei.
Iepriekšējais vakuums visā vakuuma sistēmā rada mehānisku priekšējās līnijas sūkni, pēc tam iedarbojas eļļas difūzijas sūknis; abi sūkņi ir savienoti virknē un nodrošina augstu vakuumu mikroskopa kolonnā. Eļļas pastiprinātāja sūkņa ieviešana elektronu mikroskopa sistēmā ļāva uz ilgu laiku izslēgt priekšējo sūkni.
Rīsi. 4. att. Elektronu mikroskopa vakuuma shēma: 1 - ar šķidro slāpekli dzesētais slazds (aukstā caurule); 2 - augsta vakuuma vārsts; 3 - difūzijas sūknis; 4 - apvada vārsts; 5 - mazs bufera cilindrs; 6 - pastiprinātāja sūknis; 7 - mehāniskais priekš-vakuuma sūknis ar iepriekšēju retināšanu; 8 - četrceļu vārsta vārsts; 9 - liels bufera cilindrs; 10 - elektronu mikroskopa kolonna; 11 - gaisa ieplūdes vārsts mikroskopa kolonnā.
Mikroskopa elektriskā ķēde sastāv no augstsprieguma avotiem, katoda kvēlspuldzes, elektromagnētisko lēcu barošanas, kā arī sistēmas, kas nodrošina maiņstrāvas spriegumu priekšvakuumsūkņa elektromotoram, difūzijas sūkņa cepeškrāsnim un vadības paneļa apgaismojumam. Strāvas padevei tiek izvirzītas ļoti augstas prasības: piemēram, augstas izšķirtspējas elektronu mikroskopam augstsprieguma nestabilitātes pakāpe nedrīkst pārsniegt 5·10 -6 uz 30 sek.
Termiskās emisijas rezultātā veidojas intensīvs elektronu stars. Katods, kas ir V-veida volframa kvēldiegs, tiek uzkarsēts ar augstfrekvences ģeneratoru. Radītais spriegums ar svārstību frekvenci 100-200 kHz nodrošina monohromatisku elektronu staru kūli. Elektronu mikroskopa lēcu barošanu nodrošina ļoti stabilizēta līdzstrāva.
Rīsi. 5. Elektronmikroskops UEMV-100B dzīvo mikroorganismu izpētei.
Tiek ražotas ierīces (5. att.) ar garantētu izšķirtspēju 4,5 Å; Atsevišķos unikālos attēlos redzama 1,27 Å izšķirtspēja, kas tuvojas atoma izmēram. Lietderīgais pieaugums šajā gadījumā ir 200 000.
Elektronu mikroskops ir precīzs instruments, kam nepieciešamas īpašas sagatavošanas metodes. Bioloģiskiem objektiem ir zems kontrasts, tāpēc ir nepieciešams mākslīgi palielināt zāļu kontrastu. Ir vairāki veidi, kā palielināt preparātu kontrastu. Ja preparātu leņķī ieēno ar platīnu, volframu, oglekli utt., elektronu mikroskopa attēlos kļūst iespējams noteikt izmērus uz visām trim telpiskās koordinātu sistēmas asīm. Ar pozitīvu kontrastu zāles apvieno ar ūdenī šķīstošiem smago metālu sāļiem (uranilacetātu, svina monoksīdu, kālija permanganātu utt.). Ar negatīvu kontrastu preparātu ieskauj plāns augsta blīvuma amorfas vielas slānis, kas necaurlaidīgi elektroniem (amonija molibdāts, uranilacetāts, fosfovolframskābe utt.).
Vīrusu elektronu mikroskopija (viroskopija) ir devusi ievērojamu progresu vīrusu ultraplānās, submolekulārās struktūras izpētē (sk.). Līdzās fizikālās, bioķīmiskās un ģenētiskās izpētes metodēm elektronu mikroskopijas izmantošana veicināja arī molekulārās bioloģijas rašanos un attīstību. Šīs jaunās bioloģijas nozares tēma ir cilvēka, dzīvnieku, augu, baktēriju un mikoplazmas šūnu submikroskopiskā organizācija un funkcionēšana, kā arī riketsiju un vīrusu organizācija (6. att.). Vīrusus, lielas olbaltumvielu un nukleīnskābju (RNS, DNS) molekulas, atsevišķus šūnu fragmentus (piemēram, baktēriju šūnu apvalka molekulāro struktūru) var pārbaudīt ar elektronu mikroskopu pēc īpašas apstrādes: ēnojumu ar metālu, pozitīvu vai negatīvu kontrastu ar uranilacetātu vai fosfovolframskābi, kā arī citus savienojumus (Fig.7).
Rīsi. 6. att. Ar variola vīrusu inficēta cynomolgus pērtiķa sirds audu šūnu audu kultūra (X 12 000): 1 - kodols; 2 - mitohondriji; 3 - citoplazma; 4 - vīruss.
Rīsi. 7. Gripas vīruss (negatīvs krāsojums (X450 000): 1 - apvalks; 2 - ribonukleoproteīns.
Izmantojot negatīvās krāsošanas metodi uz daudzu vīrusu virsmas, tika atrastas regulāri sakārtotas olbaltumvielu molekulu grupas - kapsomēri (8. att.).
Rīsi. 8. Herpes vīrusa kapsīda virsmas fragments. Ir redzami atsevišķi kapsomēri (X500 000): 1 - sānskats; 2 - skats no augšas.
Rīsi. 9. att. Baktērijas Salmonella typhimurium (X80 000) īpaši plāns griezums: 1 - kodols; 2 - apvalks; 3 - citoplazma.
Baktēriju un vīrusu, kā arī citu lielāku bioloģisko objektu iekšējo uzbūvi var pētīt tikai pēc to sadalīšanas ar ultratomu un plānāko 100-300 Å biezu daļu sagatavošanas. (9. att.). Pateicoties uzlabotām bioloģisko objektu fiksācijas, iegulšanas un polimerizācijas metodēm, dimanta un stikla nažu izmantošanai ultratomijā un ļoti kontrastējošu savienojumu izmantošanai sērijveida sekciju krāsošanai, bija iespējams iegūt īpaši plānas sekcijas no ne tikai lieliem, bet arī mazākajiem cilvēku, dzīvnieku, augu un baktēriju vīrusiem.
Elektronu mikroskopa vēsture
1931. gadā R. Rūdenbergs saņēma patentu transmisijas elektronu mikroskopam, un 1932. gadā M. Knolls un E. Ruska uzbūvēja pirmo modernā instrumenta prototipu. Šis E. Ruskas darbs 1986. gadā tika apbalvots ar Nobela prēmiju fizikā, kas tika piešķirta viņam un skenējošās zondes mikroskopa izgudrotājiem Gerdam Kārlim Binnigam un Heinriham Roreram. Transmisijas elektronu mikroskopu sāka izmantot zinātniskiem pētījumiem pagājušā gadsimta 30. gadu beigās, un tajā pašā laikā parādījās pirmais Siemens komerciālais instruments.
30. gadu beigās – 40. gadu sākumā parādījās pirmie skenējošie elektronu mikroskopi, kas veido objekta attēlu, secīgi pārvietojot pār objektu neliela šķērsgriezuma elektronzondi. Šo ierīču masveida izmantošana zinātniskajos pētījumos sākās pagājušā gadsimta 60. gados, kad tās sasniedza ievērojamu tehnisko pilnību.
Būtisks lēciens (70. gados) attīstībā bija Šotkija katodu un katodu ar aukstā lauka emisiju izmantošana termisko katodu vietā, taču to izmantošanai nepieciešams daudz lielāks vakuums.
90. gadu beigās un 2000. gadu sākumā datorizācija un CCD detektoru izmantošana ievērojami palielināja stabilitāti un (salīdzinoši) lietošanas vienkāršību.
Pēdējā desmitgadē mūsdienu progresīvie transmisijas elektronu mikroskopi izmanto korektorus sfēriskām un hromatiskām aberācijām (kas rada galvenos kropļojumus iegūtajā attēlā), taču to izmantošana dažkārt ievērojami sarežģī ierīces lietošanu.
Elektronu mikroskopu veidi
Transmisijas elektronu mikroskopija
Veidne: sadaļa ir tukša
Sākotnējais elektronu mikroskopa skats. Transmisijas elektronu mikroskops izmanto augstas enerģijas elektronu staru, lai izveidotu attēlu. Elektronu staru rada ar katoda palīdzību (volframa, LaB 6 , Šotkija vai aukstā lauka emisija). Iegūtais elektronu stars parasti tiek paātrināts līdz +200 keV (tiek izmantoti dažādi spriegumi no 20 keV līdz 1 meV), fokusēts ar elektrostatisko lēcu sistēmu, iziet cauri paraugam tā, ka daļa no tā iziet cauri izkliedei uz parauga, bet daļa ne. Tādējādi elektronu stars, kas iziet cauri paraugam, nes informāciju par parauga struktūru. Pēc tam stars iziet cauri palielināmo lēcu sistēmai un veido attēlu uz luminiscējoša ekrāna (parasti izgatavots no cinka sulfīda), fotoplates vai CCD kameru.
TEM izšķirtspēju galvenokārt ierobežo sfēriskā aberācija. Dažiem mūsdienu TEM ir sfērisko aberāciju korektori.
TEM galvenie trūkumi ir nepieciešamība pēc ļoti plāna parauga (apmēram 100 nm) un paraugu nestabilitāte (sadalīšanās) zem stara.
Transmisijas skenēšanas (skenēšanas) elektronu mikroskopija (SEM)
Galvenais raksts: Transmisijas skenējošais elektronu mikroskops
Viens no transmisijas elektronu mikroskopijas (TEM) veidiem, tomēr ir instrumenti, kas darbojas tikai TEM režīmā. Elektronu stars tiek izlaists cauri salīdzinoši plānam paraugam, taču atšķirībā no parastās transmisijas elektronu mikroskopijas elektronu stars tiek fokusēts uz punktu, kas pārvietojas pāri paraugam pa rastru.
Rastra (skenējošā) elektronu mikroskopija
Tas ir balstīts uz televīzijas principu, kas paredz plānu elektronu staru slaucīšanu pa parauga virsmu.
Zemsprieguma elektronu mikroskopija
Elektronu mikroskopu pielietošanas jomas
|
Pusvadītāji un uzglabāšana
Bioloģija un bioloģijas zinātnes
|
Zinātniskie pētījumi
Rūpniecība
|
Galvenie elektronu mikroskopu ražotāji pasaulē
Skatīt arī
Piezīmes
Saites
- 2011. gada 15 populārākie elektronu mikroskopu attēli Ieteiktajā vietnē esošie attēli ir nejauši iekrāsoti, un tiem ir mākslinieciska, nevis zinātniska vērtība (elektronmikroskopi rada melnbaltus, nevis krāsainus attēlus).
Wikimedia fonds. 2010 .
Skatiet, kas ir "elektronu mikroskops" citās vārdnīcās:
Ierīce daudzkārt (līdz 106 reizēm) palielināta objekta attēla novērošanai un fotografēšanai, kurā gaismas staru vietā tiek izmantoti elektronu stari, kas paātrināti līdz lielām enerģijām (30-1000 keV un vairāk) dziļā vakuumā. Fiziskā… Fiziskā enciklopēdija
Ierīce daudzkārt (līdz 106 reizēm) palielināta objektu attēla novērošanai un fotografēšanai, kurā gaismas staru vietā tiek izmantoti elektronu kūļi, kas paātrināti līdz lielām enerģijām (30-100 keV un vairāk) dziļā vakuumā. Fiziskā…… Fiziskā enciklopēdija
Elektronu mikroskops- (shēma). ELEKTRONISKS MIKROSKOPS, vakuuma elektronoptiska ierīce, lai novērotu un fotografētu daudzkārt (līdz 106 reizēm) palielinātu objektu attēlu, kas iegūts, izmantojot elektronu starus, kas paātrināti līdz lielām enerģijām. ... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca
ELEKTRONISKS MIKROSKOPS, MIKROSKOPS, kas "izgaismo" pētāmo objektu ar elektronu plūsmu. Parasto lēcu vietā tam ir magnēti, kas fokusē elektronu staru. Šī ierīce ļauj redzēt ļoti maza izmēra objektus, jo ... ... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca
Sākam izdot uzņēmēja, informācijas tehnoloģiju speciālista un uz pusslodzi amatieru dizainera Alekseja Bragina blogu, kas stāsta par neparastu pieredzi - jau gadu bloga autore nodarbojas ar sarežģītas zinātniskās iekārtas - skenējošā elektronu mikroskopa - atjaunošanu praktiski mājās. Lasiet par to, ar kādiem inženiertehniskiem, tehniskiem un zinātniskiem izaicinājumiem Aleksejs bija jāsaskaras un kā viņš ar tiem tika galā.
Reiz man piezvanīja draugs un teica: Atradu interesantu lietu, vajag atvest tev, tomēr sver pustonnu. Tāpēc es ieguvu kolonnu no JEOL JSM-50A skenējošā elektronu mikroskopa savā garāžā. Viņa jau sen tika izņemta no kāda pētniecības institūta un aizvesta metāllūžņos. Elektronika tika pazaudēta, bet elektronoptiskā kolonna kopā ar vakuuma daļu tika izglābta.
Tā kā galvenā aprīkojuma daļa tika saglabāta, radās jautājums: vai ir iespējams saglabāt visu mikroskopu, tas ir, atjaunot un nogādāt to darba stāvoklī? Un tieši garāžā, ar savām rokām, izmantojot tikai pamata inženiertehniskās zināšanas un improvizētus līdzekļus? Tiesa, es nekad agrāk nebiju nodarbojies ar šādu zinātnisku aprīkojumu, nemaz nerunājot par to, ka varēju to izmantot, un man nebija ne jausmas, kā tas darbojas. Taču interesanti ir ne tikai veco dzelzs gabalu nolikt darba stāvoklī – interesanti pašam visu izdomāt un pārbaudīt, vai ar zinātnisku metodi ir iespējams apgūt pilnīgi jaunas jomas. Tāpēc es sāku atjaunot elektronu mikroskopu garāžā.
Šajā blogā pastāstīšu par to, ko esmu jau paspējusi paveikt un kas vēl ir darāms. Pa ceļam iepazīstināšu ar elektronu mikroskopu darbības principiem un to galvenajām sastāvdaļām, kā arī pastāstīšu par daudzajiem tehniskajiem šķēršļiem, kas bija jāpārvar darba gaitā. Tātad sāksim.
Lai atjaunotu mikroskopu, kas man bija vismaz stāvoklī "zīmēt ar elektronu staru uz luminiscējoša ekrāna", bija nepieciešams:
Sāksim secībā. Šodien es runāšu par elektronu mikroskopu darbības principiem. Tie ir divu veidu:
Transmisijas elektronu mikroskops
TEM ir ļoti līdzīgs parastajam optiskajam mikroskopam, tikai pētāmais paraugs tiek apstarots nevis ar gaismu (fotoniem), bet ar elektroniem. Elektronu stara viļņa garums ir daudz mazāks nekā fotonu staru kūlim, tāpēc var iegūt daudz lielāku izšķirtspēju.
Elektronu staru fokusē un kontrolē elektromagnētiskās vai elektrostatiskās lēcas. Viņiem pat ir tādi paši kropļojumi (hromatiskās aberācijas) kā optiskajām lēcām, lai gan fiziskās mijiedarbības raksturs šeit ir pilnīgi atšķirīgs. Starp citu, tas pievieno arī jaunus kropļojumus (ko izraisa elektronu vērpšanās objektīvā pa elektronu stara asi, kas optiskā mikroskopā nenotiek ar fotoniem).
TEM ir trūkumi: pētāmajiem paraugiem jābūt ļoti plāniem, plānākiem par 1 mikronu, kas ne vienmēr ir ērti, īpaši strādājot mājās. Piemēram, lai redzētu matus caur gaismu, tiem jābūt nogrieztiem vismaz 50 kārtās. Tas ir saistīts ar faktu, ka elektronu staru caurlaidības spēja ir daudz sliktāka nekā fotona stara. Turklāt TEM, ar retiem izņēmumiem, ir diezgan apgrūtinoša. Šis zemāk redzamais aparāts nešķiet tik liels (lai gan tas ir garāks par cilvēku un tam ir pamatīgs čuguna rāmis), taču tam ir arī barošanas bloks liela skapja izmērā - kopumā ir nepieciešama gandrīz vesela telpa.
Bet TEM izšķirtspēja ir visaugstākā. Ar tās palīdzību (ja ļoti cenšaties) var redzēt atsevišķus vielas atomus.
Kalgari Universitāte
Šī izšķirtspēja ir īpaši noderīga, lai noteiktu vīrusu slimības izraisītāju. Visa 20. gadsimta vīrusu analīze tika veidota, pamatojoties uz TEM, un tikai līdz ar lētāku populāru vīrusu diagnostikas metožu parādīšanos (piemēram, polimerāzes ķēdes reakcija vai PCR), TEM regulāra izmantošana šim nolūkam tika pārtraukta.
Piemēram, lūk, kā H1N1 gripa izskatās "caur gaismu":
Kalgari Universitāte
Skenējošais elektronu mikroskops
SEM galvenokārt izmanto, lai pētītu paraugu virsmu ar ļoti augstu izšķirtspēju (miljonu reižu palielinājums, salīdzinot ar 2 tūkstošiem optiskajiem mikroskopiem). Un tas ir daudz noderīgāk mājsaimniecībā :)
Piemēram, šādi izskatās jaunas zobu birstes atsevišķi sariņi:
Tam pašam vajadzētu notikt mikroskopa elektronoptiskajā kolonnā, tikai šeit tiek apstarots paraugs, nevis ekrāna luminofors, un attēls tiek veidots, pamatojoties uz informāciju no sensoriem, kas reģistrē sekundāros elektronus, elastīgi atstarotos elektronus utt. Tieši šāda veida elektronu mikroskops tiks apspriests šajā emuārā.
Gan televizora kineskops, gan mikroskopa elektronoptiskā kolonna darbojas tikai vakuumā. Bet par to sīkāk pastāstīšu nākamajā numurā.
(Turpinājums sekos)
