Електронний мікроскоп у гаражі. Принцип дії електронного мікроскопа

Електронний мікроскоп у гаражі. Принцип дії електронного мікроскопа

01.07.2023

Технологічна археологія)
Одні електронні мікроскопи відновлюють, інші прошивки космічних апаратів, треті займаються реверс-інжинірингом схемотехніки мікросхем під мікроскопом. Підозрюю, що заняття дуже захоплююче.
А, до речі, згадав про чудовий піст про індустріальну археологію.

Спойлер

Корпоративна пам'ять буває двох видів: люди та документація. Люди пам'ятають, як речі працюють і знають, чому. Іноді вони записують цю інформацію кудись і зберігають свої записи десь. Це називається "документація". Корпоративна амнезія діє так само: люди йдуть, і документація зникає, гниє або просто забувається.

Я провів кілька десятиліть, працюючи у великій нафтохімічній компанії. На початку 1980-х ми спроектували та побудували завод, який переробляє одні вуглеводні до інших вуглеводнів. За наступні 30 років корпоративна пам'ять про цей завод ослабла. Так, завод все ще працює і приносить фірмі гроші; техобслуговування проводиться, і високомудрі фахівці знають, що їм треба смикати і куди штовхнути, щоб завод продовжив працювати.

Але компанія абсолютно забула, як цей завод працює.

Це сталося з вини кількох факторів:

Спад у нафтохімічній промисловості у 1980-х та 1990-х змусив нас припинити приймати на роботу нових людей. Наприкінці 1990-х, у нашій групі працювали хлопці віком до 35 або старше 55 - з дуже рідкісними винятками.
Ми поступово перейшли на проектування за допомогою комп'ютерних систем.
Через корпоративні реорганізації нам довелося фізично переїжджати всім офісом з місця на місце.
Корпоративне злиття декількома роками пізніше повністю розчинило нашу фірму більшою, викликавши глобальну перебудову відділів і перетасовування кадрів.
Індустріальна археологія

На початку 2000-х я та кілька моїх колег вийшли на пенсію.

Наприкінці 2000-х компанія згадала про завод і подумала, що було б непогано зробити з ним щось. Скажімо, збільшити виробництво. Наприклад, можна знайти вузьке місце у виробничому процесі і поліпшити його, - технологія ці 30 років не стояла на місці, - і, можливо, прилаштувати ще один цех.

І тут компанія з усього маху впечатується в цегляну стіну. Як цей завод було збудовано? Чому він був побудований саме так, а чи не інакше? Як саме він працює? Навіщо потрібен чан А, навіщо цехи Б і У з'єднані трубопроводом, чому трубопровід має діаметр саме Р, а чи не Д?

Корпоративна амнезія у дії. Гігантські машини, побудовані інопланетянами за допомогою їхньої інопланетної технології, чавкають, як заведені, видаючи на гора купи полімерів. Компанія приблизно уявляє собі, як обслуговувати ці машини, але гадки не має, що за дивовижний диво твориться всередині, і ні в кого немає ні найменшого уявлення про те, як вони створювалися. Загалом народ навіть не впевнений, що саме треба шукати, і не знає, з якого боку слід розплутувати цей клубок.

Відшукуються хлопці, які під час будівництва заводу вже працювали у фірмі. Тепер вони обіймають високі посади та сидять в окремих, кондиціонованих кабінетах. Їм дають завдання знайти документацію щодо зазначеного заводу. Це вже не корпоративна пам'ять, це більше схоже на індустріальну археологію. Ніхто не знає, яка документація по цьому заводу існує, чи існує вона взагалі, і якщо так, то в якому вигляді вона зберігається, в яких форматах, що вона включає і де вона лежить фізично. Завод проектувався проектною групою, якої більше немає, в компанії, яка з того часу була поглинена, в офісі, який був закритий, використовуючи методи до-комп'ютерної доби, які більше не застосовуються.

Хлопці згадують дитинство з обов'язковим копошенням у багнюці, закочують рукави дорогих піджаків і приймаються за роботу.

Як же влаштований електронний мікроскоп? У чому його відмінність від оптичного мікроскопа, чи існує з-поміж них якась аналогія?

В основі роботи електронного мікроскопа лежить властивість неоднорідних електричних і магнітних полів, що мають обертальну симетрію, надавати на електронні пучки фокусуючу дію. Таким чином, роль лінз в електронному мікроскопі відіграє сукупність відповідним чином розрахованих електричних та магнітних полів; відповідні пристрої, які створюють ці поля, називають "електронними лінзами".

Залежно від виду електронних лінз електронні мікроскопи поділяються на магнітні, електростатичні та комбіновані.

Якого типу об'єкти можуть бути досліджені за допомогою електронного мікроскопа?

Так само як і у випадку оптичного мікроскопа об'єкти, по-перше, можуть бути «самосвітиться», тобто служити джерелом електронів. Це, наприклад, розжарений катод або фотоелектронний катод, що висвітлюється. По-друге, можуть бути використані об'єкти, «прозорі» для електронів, що мають певну швидкість. Іншими словами, під час роботи на просвіт об'єкти мають бути досить тонкими, а електрони досить швидкими, щоб вони проходили крізь об'єкти та надходили до системи електронних лінз. Крім того, шляхом використання відбитих електронних променів можуть бути вивчені поверхні масивних об'єктів (в основному металів та металізованих зразків). Такий спосіб спостереження аналогічний методам відбивної оптичної мікроскопії.

За характером дослідження об'єктів електронні мікроскопи поділяють на просвічуючі, відбивні, емісійні, растрові, тіньові та дзеркальні.

Найбільш поширеними в даний час є електромагнітні мікроскопи типу, що просвічує, в яких зображення створюється електронами, що проходять крізь об'єкт спостереження. Він складається з наступних основних вузлів: освітлювальної системи, камери об'єкта, системи фокусування і блоку реєстрації кінцевого зображення, що складається з фотокамери і флуоресцентного екрану. Всі ці вузли з'єднані один з одним, утворюючи так звану колону мікроскопа, усередині якої підтримується тиск. Освітлювальна система зазвичай складається з триелектродної електронної гармати (катод, фокусуючий електрод, анод) і конденсорної лінзи (йдеться про електронні лінзи). Вона формує пучок швидких електронів потрібного перерізу та інтенсивності та спрямовує його на досліджуваний об'єкт, що знаходиться в камері об'єктів. Пучок електронів, що пройшов крізь об'єкт, надходить у фокусуючу (проекційну) систему, що складається з об'єктивної лінзи та однієї або кількох проекційних лінз.

Електронна мікроскопія - це метод дослідження структур, що знаходяться поза межами видимості світлового мікроскопа і мають розміри менше одного мікрона (від 1 мк до 1-5 Å).

Дія електронного мікроскопа (рис.) заснована на використанні спрямованого потоку, який виконує роль світлового променя у світловому мікроскопі, а роль лінз грають магніти (магнітні лінзи).

Внаслідок того, що різні ділянки об'єкта, що досліджується, по-різному затримують електрони, на екрані електронного мікроскопа виходить чорно-біле зображення досліджуваного об'єкта, збільшене в десятки і сотні тисяч разів. У біології та медицині в основному використовуються електронні мікроскопи типу, що просвічує.

Електронна мікроскопія виникла у 30-х роках, коли були отримані перші зображення деяких вірусів (вірусу тютюнової мозаїки та бактеріофагів). В даний час електронна мікроскопія знайшла найбільш широке застосування в , і вірусології, зумовивши створення нових галузей науки. При електронній мікроскопії біологічних об'єктів застосовуються спеціальні методи приготування препаратів. Це необхідно для виявлення окремих компонентів об'єктів, що вивчаються (клітини, бактерії, вірусу і т. д.), а також для збереження їх структури в умовах високого вакууму під пучком електронів. З допомогою електронної мікроскопії вивчається зовнішня форма об'єкта, молекулярна організація його поверхні, з допомогою методу ультратонких зрізів досліджується внутрішню будову об'єкта.

Електронна мікроскопія у поєднанні з біохімічними, цитохімічними методами дослідження, імунофлюоресценцією, а також рентгеноструктурним аналізом дозволяють судити про склад та функції структурних елементів клітин та вірусів.

Електронний мікроскоп 70-х років минулого століття

Електронна мікроскопія – вивчення мікроскопічних об'єктів за допомогою електронного мікроскопа.

Електронний мікроскоп представляє електронно-оптичний інструмент, що має роздільну здатність в кілька ангстрем і дозволяє візуально вивчати тонку будову мікроскопічних структур і навіть деяких молекул.

Як джерело електронів для створення електронного пучка, що замінює світловий пучок, служить триелектродна гармата, що складається з катода, керуючого електрода та анода (рис. 1).


Мал. 1. Триелектродна гармата: 1 – катод; 2 - керуючий електрод; 3 – пучок електронів; 4 – анод.

Електромагнітні лінзи, які застосовуються в електронному мікроскопі замість оптичних, представляють багатошарові соленоїди, укладені в панцирі з магнітно-м'якого матеріалу, що мають на внутрішній стороні немагнітний зазор (рис. 2).


Мал. 2. Електромагнітна лінза: 1 – полюсний наконечник; 2 - латунне кільце; 3 – обмотка; 4 – панцир.

Електричні та магнітні поля, створювані в електронному мікроскопі, є аксіально симетричними. Завдяки дії цих полів заряджені частинки (електрони), що виходять з однієї точки об'єкта в межах невеликого кута, знову збираються у площині зображення. Вся електронно-оптична система укладена у колоні електронного мікроскопа (рис. 3).

Мал. 3. Електронно-оптична система: 1 – керуючий електрод; 2 - діафрагма першого конденсатора; 3 - діафрагма другого конденсатора; 4 – стигматор другого конденсатора; 5 – об'єкт; 6 – лінза об'єктива; 7 – стигматор лінзи об'єктива; 8 – стигматор проміжної лінзи; 9 – діафрагма проекційної лінзи; 10 – катод; 11 – анод; 12 – перший конденсатор; 13 – другий конденсатор; 14 - коректор фокусування; 15 - столик об'єктоутримувача; 16 – діафрагма лінзи об'єктива; 17 – селекторна діафрагма; 18 - проміжна лінза; 19 – проекційна лінза; 20 – екран.

Створений електронною гарматою пучок електронів прямує в поле дії конденсорних лінз, які дозволяють у широких межах змінювати щільність, діаметр і апертуру пучка, що падає на об'єкт, що досліджується. У камері об'єкта встановлено столик, конструкція якого забезпечує переміщення об'єкта у взаємно перпендикулярних напрямках. При цьому можна послідовно оглянути площу, що дорівнює 4 мм 2 і вибрати найбільш цікаві ділянки.

За камерою об'єкта розташована лінза об'єктива, яка дозволяє досягати різкого зображення об'єкта. Вона ж дає перше збільшене зображення об'єкта, і за допомогою наступних, проміжної та проекційної лінз загальне збільшення можна довести до максимального. Зображення об'єкта виникає на екрані, що люмінескує під дією електронів. За екраном розташовані фотопластини. Стабільність дії електронної гармати, а також чіткість зображення поряд з іншими факторами (постійність високої напруги та ін) багато в чому залежать від глибини розрідження в колоні електронного мікроскопа, тому якість роботи приладу значною мірою визначається вакуумною системою (насоси, канали відкачування, крани, клапани, ущільнення) (рис. 4). Необхідне розрідження всередині колони досягається завдяки високій ефективності вакуумних насосів.

Попереднє розрідження у всій вакуумній системі створює механічний форвакуумний насос, потім входить в дію дифузійний масляний насос; обидва насоси включені послідовно та забезпечують у колоні мікроскопа високе розрідження. Введення в систему електронного мікроскопа масляного насоса бустерного дозволило на тривалий час відключати форвакуумний насос.


Мал. 4. Вакуумна схема електронного мікроскопа: 1 - пастка, що охолоджується рідким азотом (холодогін); 2 – високовакуумний кран; 3 – дифузійний насос; 4 - обхідний клапан; 5 – малий буферний балон; 6 – бустерний насос; 7 – механічний форвакуумний насос попереднього розрідження; 8 - чотириходовий клапанний кран; 9 – великий буферний балон; 10 – колона електронного мікроскопа; 11 - клапан напуску повітря колону мікроскопа.

Електрична схема мікроскопа складається з джерел високої напруги, розжарення катода, живлення електромагнітних лінз, а також системи, що забезпечує змінною мережевою напругою електродвигун форвакуумного насоса, піч дифузійного насоса та освітлення пульта управління. До пристрою живлення пред'являються дуже високі вимоги: наприклад, для високороздільного електронного мікроскопа ступінь нестабільності високої напруги не повинна перевищувати 5·10 -6 за 30 сек.

Інтенсивний електронний пучок утворюється внаслідок термоемісії. Джерелом розжарення катода, який є V-подібною вольфрамовою ниткою, служить високочастотний генератор. Напруга, що генерується, з частотою коливань 100-200 кГц забезпечує отримання монохроматичного електронного пучка. Живлення лінз електронного мікроскопа забезпечується постійним високостабілізованим струмом.


Мал. 5. Електронний мікроскоп УЕМВ-100Б на дослідження живих мікроорганізмів.

Випускаються прилади (рис. 5) з гарантованою роздільною здатністю 4,5 Å; на окремих унікальних знімках отримано роздільну здатність 1,27 Å, що наближається до розміру атома. Корисне збільшення у своїй дорівнює 200 000.

Електронний мікроскоп - прецезійний прилад, який потребує спеціальних методів приготування препаратів. Біологічні об'єкти малоконтрастні, тому доводиться штучно посилювати контраст препарату. Є кілька способів підвищення контрастності препаратів. При відтінку препарату під кутом платиною, вольфрамом, вуглецем тощо стає можливим визначати на електронномікроскопічних знімках розміри по всіх трьох осях просторової системи координат. При позитивному контрастуванні препарат з'єднується з водорозчинними солями важких металів (уранілацетат, моноокис свинцю, перманганат калію та ін.). При негативному контрастуванні препарат оточують тонким шаром аморфної речовини високої щільності, непроникної для електронів (молібденовокислий амоній, уранілацетат, фосфорно-вольфрамова кислота та ін.).

Електронна мікроскопія вірусів (вірусоскопія) зумовила значний прогрес у вивченні ультратонкої субмолекулярної структури вірусів (див.). Поряд з фізичними, біохімічними та генетичними методами дослідження застосування електронної мікроскопії сприяло також виникненню та розвитку молекулярної біології. Предметом вивчення цього нового розділу біології є субмікроскопічна організація та функціонування клітин людини, тварин, рослин, бактерій та мікоплазм, а також організація рикетсій та вірусів (рис. 6). Віруси, великі молекули білка та нуклеїнових кислот (РНК, ДНК), окремі фрагменти клітин (наприклад, молекулярна будова оболонки бактеріальних клітин) можна досліджувати за допомогою електронного мікроскопа після спеціальної обробки: відтінку металом, позитивного або негативного контрастування уранілацетатом або фосфорно-вольфрамовою кислотою, а також іншими сполуками (рис. 7).

Мал. 6. Клітина культури тканини серця мавпи циномольгус, інфікована вірусом натуральної віспи (X 12 000): 1 – ядро; 2 - мітохондрії; 3 – цитоплазма; 4 – вірус.
Мал. 7. Вірус грипу (негативне контрастування (Х450 000): 1 – оболонка; 2 – рибонуклеопротеїд.

Методом негативного контрастування на поверхні багатьох вірусів було виявлено закономірно розташовані групи білкових молекул – капсомери (рис. 8).

Мал. 8. Фрагмент поверхні капсиду вірусу герпесу. Видно окремі капсомери (X500 000): 1 - вид збоку; 2 – вид зверху.
Мал. 9. Ультратонкий зріз бактерії Salmonella typhimurium (Х80000): 1 - ядро; 2 – оболонка; 3 – цитоплазма.

Внутрішню будову бактерій та вірусів, а також інших більших біологічних об'єктів можна вивчати тільки після розтину їх за допомогою ультратому та приготування найтонших зрізів завтовшки 100-300 Å. (Рис. 9). Завдяки покращенню методів фіксації, заливання та полімеризації біологічних об'єктів, застосуванню алмазних та скляних ножів при ультратомуванні, а також використанню висококонтрастуючих сполук для фарбування серійних зрізів вдалося отримати ультратонкі зрізи не лише великих, а й найдрібніших вірусів людини, тварин, рослин та бактерій.

Історія створення електронного мікроскопа

У 1931 році Р. Руденберг отримав патент на електронний мікроскоп, що просвічує, а в 1932 році М. Кнолль і Е. Руска побудували перший прототип сучасного приладу. Ця робота Е. Руски у 1986 році була відзначена Нобелівською премією з фізики, яку присудили йому та винахідникам скануючого зондового мікроскопа Герду Карлу Біннігу та Генріху Рореру. Використання електронного мікроскопа, що просвічує, для наукових досліджень було розпочато наприкінці 1930-х років і тоді ж з'явився перший комерційний прилад, побудований фірмою Siemens.

Наприкінці 1930-х – на початку 1940-х років з'явилися перші растрові електронні мікроскопи, що формують зображення об'єкта при послідовному переміщенні електронного зонда малого перерізу об'єктом. Масове застосування цих приладів у наукових дослідженнях розпочалося у 1960-х роках, коли вони досягли значної технічної досконалості.

Значним стрибком (у 70-х рр.) у розвитку було використання замість термоемісійних катодів - катодів Шоттки та катодів з холодною автоемісією, проте їх застосування потребує значно більшого вакууму.

Наприкінці 90х - початку 2000х комп'ютеризація та використання CCD-детекторів значно збільшили стабільність і (щодо) простоту використання.

В останнє десятиліття в сучасних передових електронних мікроскопах, що просвічують, використовуються коректори сферичних і хроматичних аберацій (що вносять основне спотворення в одержуване зображення), проте їх застосування часом значно ускладнює використання приладу.

Види електронних мікроскопів

Електронна мікроскопія, що просвічує

Шаблон:Заготівля розділу

Початковий вид електронного мікроскопа. У електронному мікроскопі, що просвічує, використовується високоенергетичний електронний пучок для формування зображення. Електронний пучок створюється за допомогою катода (вольфрамового, LaB 6 , Шоттки або холодної польової емісії). Отриманий електронний пучок прискорюється зазвичай до +200 кеВ (використовуються різні напруги від 20кеВ до 1меВ), фокусується системою електростатичних лінз, проходить через зразок так, що частина його проходить розсіюючись на зразку, а частина - ні. Таким чином, електронний пучок, що пройшов через зразок, несе інформацію про структуру зразка. Далі пучок проходить через систему лінз, що збільшують, і формує зображення на люмінесцентному екрані (як правило, з сульфіду цинку), фото-пластинці або CCD-камері.

Дозвіл ПЕМ лімітується в основному сферичною аберацією. Деякі сучасні ПЕМ мають коректори сферичної аберації.

Основними недоліками ПЕМ є необхідність дуже тонкому зразку (порядку 100нм) і нестійкість (розкладання) зразків під пучком.ааааа

Просвітлююча растрова (скануюча) електронна мікроскопія (ПРЕМ)

Основна стаття: Прозорий растровий електронний мікроскоп

Один з типів електронної мікроскопії (ПЕМ), що просвічує, проте є прилади, що працюють виключно в режимі ПРЕМ. Пучок електронів пропускається через відносно тонкий зразок, але, на відміну від звичайної електронної мікроскопії, що просвічує, електронний пучок фокусується в точку, яка переміщається за зразком по растру.

Растрова (скануюча) електронна мікроскопія

В основі лежить телевізійний принцип розгорнення тонкого пучка електронів на поверхні зразка.

Низьковольтна електронна мікроскопія

Сфери застосування електронних мікроскопів

Напівпровідники та зберігання даних

  • Редагування схем
  • Метрологія 3D
  • Аналіз дефектів
  • Аналіз несправностей

Біологія та біологічні науки

  • Кріобіологія
  • Локалізація білків
  • Електронна томографія
  • Клітинна томографія
  • Кріо-електронна мікроскопія
  • Токсикологія
  • Біологічне виробництво та моніторинг завантаження вірусів
  • Аналіз частинок
  • Фармацевтичний контроль якості
  • 3D зображення тканин
  • Вірусологія
  • Скло

Наукові дослідження

  • Кваліфікація матеріалів
  • Підготовка матеріалів та зразків
  • Створення нанопрототипів
  • Нанометрологія
  • Тестування та зняття характеристик пристроїв
  • Дослідження мікроструктури металів

Промисловість

  • Створення зображень високої роздільної здатності
  • Зняття мікрохарактеристик 2D та 3D
  • Макрозразки для нанометричної метрології
  • Виявлення та зняття параметрів частинок
  • Конструювання прямого пучка
  • Експерименти з динамічними матеріалами
  • Підготовка зразків
  • Судова експертиза
  • Видобуток та аналіз корисних копалин
  • Хімія/Нафтохімія

Основні світові виробники електронних мікроскопів

Див. також

Примітки

Посилання

  • 15 найкращих зображень 2011 року, зроблених електронними мікроскопами Зображення на рекомендованому сайті є довільно розфарбованими, і мають скоріше художню, ніж наукову цінність (електронні мікроскопи видають чорно-білі, а не кольорові зображення).

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Електронний мікроскоп" в інших словниках:

    Прилад для спостереження і фотографування багаторазово (до 106 разів) збільшеного зображення об'єкта, крім замість світлових променів використовуються пучки електронів, прискорених до великих енергій (30 1000 кеВ і більше) в умовах глибокого вакууму. Фіз … Фізична енциклопедія

    Прилад для спостереження та фотографування багаторазово (до 106 разів) збільшеного зображення об'єктів, крім замість світлових променів використовуються пучки елнів, прискорених до великих енергій (30 100 кеВ і більше) в умовах глибокого вакууму. Фіз. Фізична енциклопедія

    Електронний мікроскоп- (Схема). ЕЛЕКТРОННИЙ МІКРОСКОП, вакуумний електронно-оптичний прилад для спостереження та фотографування багаторазово (до 106 разів) збільшеного зображення об'єктів, отриманого за допомогою пучків електронів, прискорених до великих енергій. Ілюстрований енциклопедичний словник

    ЕЛЕКТРОННИЙ МІКРОСКОП, МІКРОСКОП, який «висвітлює» об'єкт, що вивчається потоком електронів. Замість звичайних лінз у ньому є магніти, що фокусують електронний пучок. Цей пристрій дозволяє розглянути предмети дуже малих розмірів, тому що… Науково-технічний енциклопедичний словник

Ми починаємо публікувати блог підприємця, спеціаліста в галузі інформаційних технологій та за сумісництвом конструктора-аматора Олексія Брагіна, в якому розповідається про незвичайний досвід - ось уже рік як автор блогу зайнятий відновленням складного наукового обладнання - скануючого електронного мікроскопа - практично в домашніх умовах. Читайте про те, з якими інженерно-технічними та науковими завданнями довелося зіткнутися Олексію та як він із ними впорався.

Подзвонив мені якось друг і каже: знайшов цікаву штуку, треба привезти до тебе, щоправда, важить півтонни. Так у мене в гаражі з'явилася колона від електронного електронного мікроскопа JEOL JSM-50A. Її давно списали з якогось НДІ та вивезли до металобрухту. Електроніку втратили, а ось електронно-оптичну колону разом із вакуумною частиною вдалося врятувати.

Якщо основна частина обладнання збереглася, постало питання: чи не можна врятувати мікроскоп повністю, тобто відновити і привести його в робочий стан? Причому прямо в гаражі, власними руками, за допомогою лише базових інженерно-технічних знань та підручних засобів? Щоправда, раніше я ніколи не мав справи з подібним науковим обладнанням, не кажучи вже про те, щоб вміти користуватися ним, і не уявляв, як воно працює. Але ж цікаво не просто запустити стару залізяку в робочий стан - цікаво в усьому самостійно розібратися і перевірити, чи можливо, використовуючи науковий метод, освоїти нові області. Так я став відновлювати електронний мікроскоп у гаражі.

У цьому блозі я розповідатиму вам про те, що мені вже вдалося зробити і що ще належить. Принагідно я познайомлю вас із принципами функціонування електронних мікроскопів та їх основних вузлів, а також розповім про безліч технічних перешкод, які довелося подолати по ходу роботи. Отже, почнемо.

Щоб відновити мікроскоп, що виявився у мене, хоча б до стану «малюємо електронним променем на люмінесцентному екрані», необхідно було наступне:

  • зрозуміти засади роботи електронних мікроскопів;
  • розібратися в тому, що таке вакуум і який він буває;
  • як вимірюють вакуум і як його одержують;
  • як працюють високовакуумні насоси;
  • мінімально розібратися в прикладній хімії (які розчинники використовувати для очищення вакуумної камери, яку олію    використовувати для змащування вакуумних деталей);
  • освоїти металообробку (токарні та фрезерні роботи) для виготовлення різноманітних перехідників та інструментів;
  • розібратися з мікроконтролерами та схемотехнікою їх підключення.

  • Почнемо по порядку. Сьогодні розповім про принципи роботи електронних мікроскопів. Вони бувають двох типів:

  • просвічуючий – TEM, або ПЕМ;
  • скануючий - SEM, або РЕМ (від «Растровий»).
  • Електронний мікроскоп, що просвічує

    ПЕМ дуже нагадує звичайний оптичний мікроскоп, лише досліджуваний зразок опромінюється не світлом (фотонами), а електронами. Довжина хвилі електронного променя набагато менша, ніж фотонного, тому можна отримати значно більшу роздільну здатність.

    Фокусування електронного променя та керування ним здійснюються за допомогою електромагнітних або електростатичних лінз. Їм навіть притаманні самі спотворення (хроматичні аберації), як і оптичним лінзам, хоча природа фізичної взаємодії тут зовсім інша. Вона, до речі, додає ще й нових спотворень (викликаних закручуванням електронів у лінзі вздовж осі електронного пучка, чого не відбувається з фотонами в оптичному мікроскопі).

    У ПЕМ є недоліки: досліджувані зразки повинні бути дуже тонкі, тонші за 1 мікрон, що не завжди зручно, особливо при роботі в домашніх умовах. Наприклад, щоб подивитися своє волосся на просвіт, його необхідно розрізати вздовж хоча б на 50 шарів. Це з тим, що проникаюча здатність електронного променя набагато гірше фотонного. До того ж ПЕМ, за рідкісними винятками, досить громіздкі. Ось цей апарат, зображений нижче, начебто і не такий великий (хоча він вищий за людський зріст і має цілісну чавунну станину), але до нього ще додається блок живлення розміром з велику шафу - разом необхідна майже ціла кімната.


    Натомість дозвіл у ПЕМ – найвищий. З його допомогою (якщо постаратися) можна побачити окремі атоми речовини.


    University of Calgary


    Такий дозвіл буває особливо корисним для ідентифікації збудника вірусного захворювання. Вся вірусна аналітика ХХ століття була побудована на базі ПЕМ, і тільки з появою більш дешевих методів діагностики популярних вірусів (наприклад, полімеразної ланцюгової реакції, або ПЛР), рутинне використання ПЕМів для цієї мети припинилося.

    Наприклад, ось як виглядає грип H1N1 «на просвіт»:


    University of Calgary


    Скануючий електронний мікроскоп


    SEM застосовується в основному для дослідження поверхні зразків з дуже високою роздільною здатністю (збільшення в мільйон крат, проти 2 тисяч оптичних мікроскопів). А це вже набагато корисніше у домашньому господарстві:)

    Наприклад, так виглядає окрема щетинка нової зубної щітки:

    Те саме має відбуватися і в електронно-оптичній колоні мікроскопа, тільки тут опромінюється зразок, а не люмінофор екрану, і зображення формується на основі інформації з датчиків, що фіксують вторинні електрони, пружно-відбиті електрони та інше. Про електронний мікроскоп саме цього типу і йтиметься у цьому блозі.

    І кінескоп телевізора, і електронно-оптична колона мікроскопа працюють лише під вакуумом. Але про це я розповім докладно у наступному випуску.

    (Далі буде)



    © 2023 globusks.ru - Ремонт та обслуговування автомобілів для новачків