Abi Tele2-st, tariifid, küsimused

Elektronmikroskoop Elektronmikroskoop on seade, mis võimaldab tänu valgusvoo asemel elektronkiire kasutamisele saada objektidest pilte maksimaalse suurendusega kuni 10 6 korda. Elektronmikroskoobi lahutusvõime on 1000÷10000 korda suurem kui valgusmikroskoobi lahutusvõime ning parimate kaasaegsete instrumentide puhul võib see olla mitu angströmit (10-7 m).

Elektronmikroskoobi ilmumine sai võimalikuks pärast mitmeid füüsilisi avastusi 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses. See on elektroni avastamine 1897. aastal (J. Thomson) ja eksperimentaalne avastus 1926. aastal elektroni laineliste omaduste kohta (K. Davisson, L. Germer), mis kinnitab de Broglie 1924. aastal püstitatud hüpoteesi laine kohta. - igat tüüpi aine osakeste duaalsus. 1926. aastal lõi saksa füüsik H. Busch magnetläätse, mis võimaldas fokusseerida elektronkiire, mis oli eelduseks esimese elektronmikroskoobi loomisele 1930. aastatel. 1931. aastal sai R. Rudenberg patendi trning 1932. aastal ehitasid M. Knoll ja E. Ruska kaasaegse seadme esimese prototüübi. See E. Ruski töö pälvis 1986. aastal Nobeli füüsikaauhinna, mille pälvisid tema ja skaneeriva sondimikroskoobi leiutajad Gerd Karl Binnig ja Heinrich Rohrer. 1938. aastal ehitasid Ruska ja B. von Borries Saksamaale Siemens-Halske jaoks tööstusliku ülekandeelektronmikroskoobi prototüübi; see instrument võimaldas lõpuks saavutada eraldusvõime 100 nm. Mõni aasta hiljem ehitasid A. Prebus ja J. Hiller Toronto ülikoolis (Kanada) esimese kõrglahutusega OPEM-i. 1930. aastate lõpus ja 1940. aastate alguses ilmusid esimesed skaneerivad elektronmikroskoobid (SEM), mis moodustasid objekti kujutise, liigutades järjestikku väikese ristlõikega elektronsondi üle objekti. Nende seadmete laialdane kasutamine teadusuuringutes algas 1960. aastatel, mil saavutati märkimisväärne tehniline tipptase. SEM-i oma praegusel kujul leiutas 1952. aastal Charles Otley. Tõsi, sellise seadme esialgsed versioonid ehitas 1930. aastatel Saksamaal Knoll ja 1960. aastatel Zworykin ja tema kolleegid RCA Corporationist, kuid ainult Otley seade sai olla aluseks mitmetele tehnilistele täiustustele, mis kulmineerusid. SEM-i tööstusliku versiooni kasutuselevõtt 1960. aastate keskel.

Elektronmikroskoope on kahte peamist tüüpi. ülekandeelektronmikroskoop 1930. aastatel leiutati tavaline transmissioonelektronmikroskoop (OPEM), raster- (skaneeriv) elektronmikroskoop 1950. aastatel - raster- (skaneeriv) elektronmikroskoop (SEM)

Transmissioonelektronmikroskoop üliõhukesest objektist Transmissioonelektronmikroskoop (TEM) on seadistus, mille puhul üliõhukesest objektist (paksusega umbes 0,1 µm) moodustub kujutis elektronkiire interaktsiooni tulemusena prooviainega, millele järgneb suurendus. magnetläätsedega (objektiiv) ja fluorestsentsekraanile salvestamine. Läbilaskev elektronmikroskoop sarnaneb paljuski valgusmikroskoobiga, kuid kasutab proovide valgustamiseks pigem elektronkiirt kui valgust. See sisaldab elektroonilist valgustit, kondensaatorläätsede seeriat, objektiivi ja projektsioonisüsteemi, mis sobib okulaariga, kuid projitseerib tegeliku pildi fluorestsentsekraanile või fotoplaadile. Elektroniallikaks on tavaliselt kuumutatud volfram- või lantaanheksaboriidkatood. Katood on ülejäänud seadmest elektriliselt isoleeritud ning elektrone kiirendab tugev elektriväli. Sellise välja loomiseks hoitakse katoodi potentsiaali suurusjärgus B võrreldes teiste elektroodidega, mis fokuseerivad elektronid kitsaks kiireks. Seda seadme osa nimetatakse elektrooniliseks prožektoriks. üks miljardik atmosfäärist, kuna elektronid on aine poolt tugevalt hajutatud, peab mikroskoobi kolonnis, kus elektronid liiguvad, olema vaakum. Siin hoitakse rõhku mitte üle ühe miljardindiku atmosfäärirõhust.

Voolu kandva pooli pööretest tekkiv magnetväli toimib koguva läätsena, fookuskaugus mida saab muuta voolu muutmisega. Voolu kandva traadi mähised fokuseerivad elektronkiire samamoodi nagu klaaslääts valguskiire. Elektroonilise kujutise moodustavad elektri- ja magnetväljad samamoodi nagu valguspilt - optilised läätsed. Magnetläätse tööpõhimõtet illustreerib järgmine diagramm.

TAVALINE EDASTUSELEKTRONMIKROSKOOP (OPEM). 1 – elektronide allikas; 2 – kiirendussüsteem; 3 – diafragma; 4 – kondensaatorlääts; 5 – näidis; 6 – objektiiv; 7 – diafragma; 8 – projektsioonobjektiiv; 9 – ekraan või film; 10 – suurendatud pilt. Elektronid kiirendatakse ja seejärel fokusseeritakse magnetläätsede abil. Objektiivi diafragmat läbivate elektronide tekitatud suurendatud kujutis muudetakse fluorestseeruva ekraani abil nähtavaks pildiks või salvestatakse fotoplaadile. Kondensaatoriläätsede seeria (näidatud on ainult viimane) fokusseerib elektronkiire proovile. Tavaliselt loob esimene elektroniallikast suurendamata kujutise, teine ​​aga kontrollib proovi valgustatud ala suurust. Viimase kondensaatorläätse ava määrab kiire laiuse objekti tasapinnal. Näidis Näidis asetatakse suure optilise võimsusega objektiläätse magnetvälja - OPEM-i kõige olulisem objektiiv, mis määrab seadme maksimaalse võimaliku eraldusvõime. Objektiivi aberratsioone piirab selle ava, nagu kaamera või valgusmikroskoobi puhul. Objektiobjektiiv loob objektist suurendatud kujutise (tavaliselt umbes 100 suurendust); vahe- ja projektsiooniläätsede lisasuurendus jääb vahemikku veidi alla 10 kuni veidi rohkem. Seega on tänapäevaste OPEM-ide puhul saavutatav suurendus väiksem kui 1000 kuni ~ (miljonikordse suurenduse korral kasvab greip vahemikku. Maa suurus). Uuritav objekt asetatakse tavaliselt spetsiaalsesse hoidikusse asetatud väga peenele võrgule. Hoidik võib olla mehaaniline või elektriliselt liigutage sujuvalt üles ja alla ning vasakule ja paremale.

Lõplik suurendatud elektrooniline pilt muudetakse nähtavaks pildiks fluorestseeruva ekraani abil, mis helendab elektronide pommitamise all. Seda pilti, tavaliselt madala kontrastsusega, vaadatakse tavaliselt läbi binokulaarse valgusmikroskoobi. Sama heledusega võib selline 10-kordse suurendusega mikroskoop luua võrkkestale kujutise, mis on 10 korda suurem kui palja silmaga vaadeldes. Mõnikord kasutatakse nõrga pildi heleduse suurendamiseks elektron-optilise muunduriga luminofoorekraani. Sel juhul saab lõplikku pilti kuvada tavalisel teleriekraanil. Fotoplaat annab tavaliselt selgema pildi kui see, mida vaadeldakse palja silmaga või salvestatakse videolindile, kuna fotomaterjalid salvestavad üldiselt elektrone tõhusamalt. Resolutsioon.Resolutsioon. Elektronkiirte omadused on sarnased valguskiirte omadega. Eelkõige iseloomustab iga elektroni konkreetne lainepikkus. EM-i eraldusvõime määrab elektronide efektiivne lainepikkus. Lainepikkus sõltub elektronide kiirusest ja seega ka kiirenduspingest; Mida suurem on kiirenduspinge, seda suurem on elektronide kiirus ja lühem lainepikkus, mis tähendab, et eraldusvõime on suurem. EM-i selline oluline eelis eraldusvõimes on seletatav asjaoluga, et elektronide lainepikkus on palju lühem kui valguse lainepikkus. Kuid kuna elektronläätsed ei teravusta nii hästi kui optilised läätsed (hea elektronläätse numbriline ava on vaid 0,09, hea optilise läätse NA on aga 0,95), on EM-i eraldusvõime 50–100 elektroni lainepikkust. Isegi nii nõrkade läätsede puhul võib elektronmikroskoobiga saavutada ~0,17 nm eraldusvõime piiri, mis võimaldab kristallides eristada üksikuid aatomeid. Sellise eraldusvõime saavutamiseks on vaja instrumendi väga hoolikat reguleerimist; eelkõige on vaja ülistabiilseid toiteallikaid ning vibratsioonivaba paigaldust vajab seade ise (mis võib olla ~2,5 m kõrge ja kaaluda mitu tonni) ja selle lisavarustus. OPEM-is saab kuni 1 miljoni tõusu Ruumilise (x, y) eraldusvõime piir on ~0,17 nm.

Skaneeriv elektronmikroskoopia Skaneeriv elektronmikroskoop (SEM) on seade, mis põhineb elektronkiire ja aine interaktsiooni põhimõttel, mis on loodud suure ruumilise eraldusvõimega (mitu nanomeetrit) objekti pinna kujutise saamiseks, samuti teabe saamiseks pinnalähedaste kihtide koostis, struktuur ja mõned muud omadused. Skaneeriva elektronmikroskoobi ruumiline lahutusvõime sõltub elektronkiire põikisuurusest, mis omakorda sõltub elektron-optilisest süsteemist, mis kiirt fokusseerib. Praegu kaasaegsed mudelid SEM-e toodavad mitmed ettevõtted üle maailma, sealhulgas: Carl Zeiss NTS GmbH Saksamaa FEI ettevõte USA (ühendatud ettevõttega Philips Electron Optics) FOCUS GmbH Saksamaa Hitachi Jaapan JEOL Jaapan (Jaapani elektronoptika laboratoorium) Tescan Tšehhi Vabariik

1 – elektronide allikas; 2 – kiirendussüsteem; 3 – magnetlääts; 4 – läbipaindepoolid; 5 – näidis; 6 – peegeldunud elektronide detektor; 7 – rõngadetektor; 8 – analüsaator SEM-is kasutatakse elektronläätsesid elektronkiire (elektronsondi) teravustamiseks väga väikesesse kohta. SEM-i on võimalik reguleerida nii, et laigu läbimõõt selles ei ületaks 0,2 nm, kuid reeglina on see paar või kümneid nanomeetreid. See koht jookseb pidevalt ümber proovi teatud ala, sarnaselt teleri toru ekraanil jooksva kiirega. Objekti kiirelektronidega pommitamisel tekkivat elektrilist signaali kasutatakse televisiooni kineskoobi või katoodkiiretoru (CRT) ekraanile kujutise moodustamiseks, mille skaneerimine on sünkroniseeritud elektronkiire kõrvalekaldesüsteemiga (joonis). Suurenduse all mõistetakse sel juhul ekraanil oleva kujutise suuruse suhet proovil oleva kiirega kaetud ala suurusesse. See kasv on 10 miljonilt 10 miljonile elektronsambale Elektronläätsed (tavaliselt sfäärilised magnetilised) ja läbipaindemähised moodustavad süsteemi, mida nimetatakse elektronsambaks. SEM-meetodit iseloomustavad aga mitmed piirangud ja puudused, mis tulevad eriti esile submikronilistes ja nanomeetrilistes mõõtevahemikes: ebapiisavalt kõrge ruumiline eraldusvõime; pinnast kolmemõõtmeliste kujutiste saamise raskus, mis tuleneb peamiselt asjaolust, et SEM-i reljeefi kõrguse määrab elastse ja mitteelastse elektronide hajumise efektiivsus ning see sõltub primaarsete elektronide pinda tungimise sügavusest kiht; vajadus kanda halvasti juhtivatele pindadele täiendavat voolu koguvat kihti, et vältida laengu akumuleerumisega seotud mõjusid; mõõtmiste läbiviimine ainult vaakumtingimustes; võimalus kahjustada uuritavat pinda suure energiaga fokuseeritud elektronkiirega.

Väga kitsa elektronkiire tõttu on SEM-idel väga suur teravussügavus (mm), mis on kaks suurusjärku kõrgem kui optilise mikroskoobi oma ja võimaldab saada selgeid mikrograafe, millel on iseloomulik kolmemõõtmeline efekt objektidele, millel on keeruline topograafia. See SEM-i omadus on äärmiselt kasulik proovi pinnastruktuuri mõistmiseks. Õietolmu mikrofoto näitab SEM-i võimeid.

Skaneerivad sondimikroskoobid Skaneerivad sondimikroskoobid (SPM Scanning Probe Microscope) on mikroskoopide klass, mis on ette nähtud objekti omaduste mõõtmiseks erinevat tüüpi sonde kasutades. Pildistamisprotsess põhineb pinna skaneerimisel sondiga. Üldiselt võimaldavad SPM-id saada suure eraldusvõimega pinnast (topograafia) kolmemõõtmelist kujutist. Skaneerivate sondimikroskoopide peamised tüübid: Skaneeriv tunnelmikroskoop Skaneeriv tunnelmikroskoop (STM skaneeriv tunnelmikroskoop) või skaneeriv tunnelmikroskoop (RTM) - kujutise saamiseks kasutatakse sondi ja proovi vahelist tunnelivoolu, mis võimaldab saada teavet sondi ja proovi vahel. topograafia ja elektriliste omaduste näidis. Skaneeriv aatomjõumikroskoop Skaneeriv aatomjõumikroskoop (AFM) – salvestab erinevad jõud sondi ja proovi vahel. Võimaldab saada pinna topograafiat ja selle mehaanilisi omadusi. Skaneeriv lähivälja optiline mikroskoop Skaneeriv lähivälja optiline mikroskoop (SNOM) – kasutab pildi saamiseks lähiväljaefekti.

SPM-i eripäraks on: sond, süsteem sondi liigutamiseks proovi suhtes piki 2. (X-Y) või 3. (X-Y-Z) koordinaati, salvestussüsteem. Pinna ja proovi väikesel kaugusel saab kaasaegsete salvestusvahenditega salvestada interaktsioonijõudude (tõuke-, tõmbe- ja muud jõud) toimet ja erinevate efektide avaldumist (näiteks elektronide tunneldamine). Kasutamise registreerimiseks Erinevat tüüpi andurid, mille tundlikkus võimaldab tuvastada väikseid häireid. Skaneeriva sondi mikroskoobi töö põhineb proovipinna interaktsioonil sondiga (konsool - inglise beam, nõel või optiline sond). Konsoolid jagunevad tala pikkuses kõvadeks ja pehmeteks ning seda iseloomustab konsoolvõnkumiste resonantssagedus. Mikrosondiga pinna skaneerimine võib toimuda nii atmosfääris või etteantud gaasis kui ka vaakumis ja isegi läbi vedela kile. Konsool skaneerivas elektronmikroskoobis (suurendus 1000X)

Salvestussüsteem salvestab funktsiooni väärtuse, mis sõltub sondi ja proovi kaugusest. Täisväärtusliku rasterpildi saamiseks kasutatakse erinevaid X- ja Y-telgede skaneerimisseadmeid (näiteks piesotorud, tasapinnalised paralleelskannerid). Pinnaskannimine võib toimuda kahel viisil: skaneerimine konsooliga ja skaneerimine substraadiga. Kui esimesel juhul liigub konsool piki uuritavat pinda, siis teisel juhul liigub substraat ise statsionaarse konsooli suhtes. tagasisidet Skaneerimisrežiimi säilitamiseks - konsool peab olema pinna lähedal, - olenevalt režiimist, - kas see on konstantse jõu režiim või konstantse kõrguse režiim, on olemas süsteem, mis suudab sellist režiimi skaneerimise ajal säilitada. protsessi. Sel eesmärgil sisaldab mikroskoobi elektrooniline lülitus spetsiaalset tagasisidesüsteemi, mis on ühendatud konsooli algsest asendist kõrvalekaldumise süsteemiga. Peamised tehnilised raskused skaneeriva sondimikroskoobi loomisel: Sondi ots peab olema uuritavate objektidega võrreldavate mõõtmetega. Tagab mehaanilise (sh termilise ja vibratsiooni) stabiilsuse tasemel, mis on parem kui 0,1 angströmi. Andurid peavad usaldusväärselt tuvastama salvestatud parameetri väikesed häired. Täppisskaneerimise süsteemi loomine. Sondi sujuva lähenemise tagamine pinnale.

Skaneeriv tunnelmikroskoop (STM, inglise keeles STM scanning tunneling microscope) või rastertunneling microscope (RTM) Skaneeriva tunnelmikroskoobi tänapäevasel kujul leiutas (selle klassi seadmete põhimõtted on varem paika pannud teised teadlased) Gerd Karl Binnig ja Heinrich Rohrer 1981. aastal. Selle leiutise eest pälvisid nad 1986. aasta Nobeli füüsikaauhinna, mille nad jagasid ülekandeelektronmikroskoobi leiutaja E. Ruska vahel. STM-is tuuakse proovile terav metallnõel mitme angströmi kaugusel. Kui nõelale rakendatakse proovi suhtes väike potentsiaal, tekib tunnelvool. Selle voolu suurus sõltub eksponentsiaalselt proovi ja nõela kaugusest. Tüüpilised pA väärtused umbes 1 A kaugusel. See mikroskoop kasutab elektronide saamiseks väikese läbimõõduga metallist otsa. Otsa ja proovi pinna vahelises pilus on a elektriväli. Välja poolt tipust tõmmatud elektronide arv ajaühikus (tunnelivool) sõltub tipu ja proovi pinna vahelisest kaugusest (praktikas on see kaugus väiksem kui 1 nm). Kui ots liigub piki pinda, siis vool moduleeritakse. See võimaldab teil saada proovi pinna topograafiaga seotud kujutise. Kui ots lõpeb ühe aatomiga, saab pinnast kujutise moodustada aatomite kaupa läbides.

RTM saab töötada ainult tingimusel, et kaugus tipust pinnani on konstantne ja otsa saab liigutada täpselt aatommõõtmeteni. Kõrge STM-i eraldusvõime piki pinnanormaali (~0,01 nm) ja horisontaalsuunas (~0,1 nm), mis realiseerub nii vaakumis kui ka dielektrilise keskkonnaga tunnelipilus, avab laialdased väljavaated mõõtmistäpsuse suurendamiseks lineaarsed mõõtmed nanomeetri vahemikus. Skaneeriva tunnelmikroskoobi lähivõtte plaatina-iriidiumi nõel.

Skaneeriv aatomjõumikroskoop (AFM) Skaneeriv aatomjõumikroskoop (AFM) 1986. aastal välja pakutud pinnaaatomjõumikroskoopia (AFM) põhineb jõudude vastasmõjul tihedalt asetsevate tahkete ainete vahel. Erinevalt STM-ist sobib AFM-meetod mõõtmiste läbiviimiseks nii juhtivatel kui ka mittejuhtivatel pindadel, mitte ainult vaakumis, vaid ka õhus ja vedelas keskkonnas. Kõige olulisem element AFM on mikrosond (konsool), mille otsas on kõverusraadiusega R dielektriline ots, milleni uuritava proovi pind viiakse kolmiku abil kaugusele d0,1÷10 nm. - koordinaatide manipulaator. Konsooli ots on tavaliselt paigaldatud vedrule, mis on valmistatud madala mehaanilise jäikusega kronsteini kujul. Proovi ja konsooli otsa vahelise aatomitevahelise (molekulidevahelise) interaktsiooni tulemusena kaldub klamber kõrvale. AFM-i eraldusvõime piki pinnanormaali on võrreldav vastava STM-i eraldusvõimega ning eraldusvõime horisontaalsuunas (pikilahutus) sõltub kaugusest d ja tipu kõverusraadiusest R. Arvuline arvutus näitab, et R = 0,5 nm ja d = 0,4 nm, pikisuunaline eraldusvõime on ~1 nm. Tuleb rõhutada, et AFM sond on nõela ots, mis võimaldab saada teavet nanomeetri mõõtmetega pinnareljeefelemendi profiili kohta, kuid sellise elemendi kõrgus (sügavus) ei tohiks ületada 100 nm, ja naaberelement ei tohiks asuda lähemal kui 100 nm kaugusel. Kui teatud AFM-spetsiifilised tingimused on täidetud, on võimalik elemendi profiil taastada ilma teabe kadumiseta. Neid tingimusi on aga praktiliselt võimatu eksperimentaalselt rakendada.

Vaade Ruumiline eraldusvõime (x,y) Z-koordinaatide eraldusvõime Välja suurus Suurendus Optiline mikroskoopia 200 nm-0,4 -0,2 mm x Konfokaalne mikroskoop 200 nm 1 nm Valge valguse interferomeetria 200 nm 0,1 nm 0,05 kuni x 20 mikroskoopiat x 0,01nm Transmissioonelektronmikroskoop 0,2 nm- kuni skaneeriv elektronmikroskoop (SEM) 0,4 nm 0,1 nm 0,1-500 µm piki z - ~1-10 mm kuni x Skaneeriva sondi mikroskoobid 0,1 nm 0,05 nm ~1050 µz -1

Tehnoloogiline arheoloogia)
Mõned elektronmikroskoobid taastavad kosmoselaeva püsivara, teised pöördprojekteerivad mikroskoobi all mikroskeemide skeemi. Kahtlustan, et tegevus on jube põnev.
Ja muide, mulle meenus imeline postitus tööstusarheoloogiast.

Spoiler

Ettevõttemälu on kahte tüüpi: inimesed ja dokumentatsioon. Inimesed mäletavad, kuidas asjad töötavad, ja teavad, miks. Mõnikord kirjutavad nad selle teabe kuskile üles ja salvestavad oma märkmed kuhugi. Seda nimetatakse "dokumentatsiooniks". Ettevõtte amneesia toimib samamoodi: inimesed lahkuvad ja dokumentatsioon kaob, mädaneb või lihtsalt unustatakse.

Töötasin mitu aastakümmet suures naftakeemiaettevõttes. 1980. aastate alguses projekteerisime ja ehitasime tehase, mis muudab süsivesinikud teisteks süsivesinikeks. Järgmise 30 aasta jooksul kadus ettevõtte mälu tehase kohta. Jah, tehas töötab endiselt ja toob ettevõttele raha; hooldus on tehtud ja targad spetsialistid teavad, mida tuleb tõmmata ja kuhu lüüa, et tehas edasi töötaks.

Kuid ettevõte on täielikult unustanud, kuidas see tehas töötab.

See juhtus mitme teguri tõttu:

Naftakeemiatööstuse langus 1980. ja 1990. aastatel pani meid lõpetama uute inimeste palkamise. 1990. aastate lõpus koosnes meie grupp alla 35-aastastest või üle 55-aastastest poistest – väga harvade eranditega.
Oleme aeglaselt üle läinud arvutisüsteemide abil projekteerimisele.
Ettevõtete ümberkorralduste tõttu pidime kogu oma kontori füüsiliselt ühest kohast teise kolima.
Mõned aastad hiljem toimunud ettevõtete ühinemine muutis meie ettevõtte täielikult suuremaks, põhjustades ulatusliku osakondade kapitaalremondi ja personali ümberpaigutamise.
Tööstusarheoloogia

2000. aastate alguses läksime koos mitme kolleegiga pensionile.

2000. aastate lõpus pidas ettevõte seda tehast meeles ja arvas, et oleks tore sellega midagi ette võtta. Oletame, et suurendage tootmist. Näiteks võite leida kitsaskoha tootmisprotsess ja seda täiustada – tehnoloogia pole need 30 aastat seisma jäänud – ja võib-olla lisada veel üks töökoda.

Ja siis tormab seltskond sisse telliskivisein. Kuidas see tehas ehitati? Miks ehitati just nii ja mitte teisiti? Kuidas see täpselt töötab? Miks on vaja vat A, miks on töökojad B ja C ühendatud torustikuga, miks on torujuhtme läbimõõt D ja mitte D?

Ettevõtte amneesia tegevuses. Hiiglaslikud masinad, mille on ehitanud tulnukad oma tulnukate tehnoloogia abil, trügivad justkui kokku ja toodavad hunnikuid polümeere. Ettevõttel on mõningane ettekujutus, kuidas neid masinaid hooldada, kuid pole õrna aimugi, milline hämmastav maagia sees toimub ja kellelgi pole õrna aimugi, kuidas need loodi. Üldiselt pole inimesed isegi kindlad, mida täpselt otsida, ega tea, kummalt poolt seda sasipundart lahti harutada.

Otsime mehi, kes töötasid ettevõttes juba selle tehase ehitamise ajal. Nüüd on nad kõrgetel ametikohtadel ja istuvad eraldi konditsioneeriga kontorites. Neile antakse ülesanne leida määratud tehase jaoks dokumentatsioon. See pole enam ettevõtte mälu, see on pigem tööstusarheoloogia. Keegi ei tea, milline dokumentatsioon selle tehase kohta on olemas, kas see on üldse olemas ja kui on, siis millisel kujul, millistes vormingutes, mida see sisaldab ja kus see füüsiliselt asub. Tehase projekteeris projekteerimismeeskond, mida enam ei eksisteeri, ettevõttes, mis on vahepeal omandatud, suletud kontoris, kasutades arvutiajastu eelseid meetodeid, mida enam ei kasutata.

Tüübid meenutavad oma lapsepõlve kohustusliku mullas kaevamisega, käärivad kallite jopede käised üles ja asuvad tööle.

Kuidas elektronmikroskoop töötab? Mille poolest see erineb optilisest mikroskoobist, kas nende vahel on mingit analoogiat?

Elektronmikroskoobi töö põhineb pöörlemissümmeetriaga mittehomogeensete elektri- ja magnetväljade omadusel avaldada elektronkiirtele fokusseerivat mõju. Seega mängib läätsede rolli elektronmikroskoobis sobivalt arvutatud elektri- ja magnetväljade kogum; vastavaid seadmeid, mis neid välju loovad, nimetatakse "elektroonilisteks läätsedeks".

Olenevalt elektrooniliste läätsede tüübist elektronmikroskoobid jagunevad magnetilisteks, elektrostaatilisteks ja kombineeritud.

Milliseid objekte saab elektronmikroskoobiga uurida?

Nii nagu optilise mikroskoobi puhul, võivad objektid esiteks olla "isevalgustavad", st toimida elektronide allikana. See on näiteks kuumutatud katood või valgustatud fotoelektronkatood. Teiseks saab kasutada objekte, mis on teatud kiirusega elektronidele “läbipaistvad”. Teisisõnu, ülekandes töötades peavad objektid olema piisavalt õhukesed ja elektronid piisavalt kiired, et need läbiksid objekte ja siseneksid elektronläätsede süsteemi. Lisaks saab peegeldunud elektronkiirte abil uurida massiivsete objektide (peamiselt metallide ja metalliseeritud proovide) pindu. See vaatlusmeetod sarnaneb peegeldava optilise mikroskoopia meetoditega.

Vastavalt objektide uurimise olemusele jagatakse elektronmikroskoobid ülekande-, peegeldus-, emissiooni-, raster-, varju- ja peegelmikroskoobid.

Praegu on levinumad ülekandetüüpi elektromagnetmikroskoobid, milles kujutist tekitavad vaatlusobjekti läbivad elektronid. See koosneb järgmistest põhikomponentidest: valgustussüsteem, objektikaamera, teravustamissüsteem ja lõpppildi salvestusseade, mis koosneb kaamerast ja fluorestsentsekraanist. Kõik need sõlmed on omavahel ühendatud, moodustades nn mikroskoobi kolonni, mille sees rõhku hoitakse. Valgustussüsteem koosneb tavaliselt kolmeelektroodilisest elektronpüstolist (katood, teravustamiselektrood, anood) ja kondensaatorläätsest (räägime elektronläätsedest). See moodustab vajaliku ristlõike ja intensiivsusega kiiretest elektronidest kiire ja suunab selle objektikambris asuvale uuritavale objektile. Objekti läbiv elektronkiir siseneb objektiivist ja ühest või mitmest projektsiooniläätsest koosnevasse fokuseerimis- (projektsiooni)süsteemi.

ELEKTRONMIKROSKOOP
seade, mis võimaldab saada objektidest kõrgelt suurendatud pilte, kasutades nende valgustamiseks elektrone. Elektronmikroskoop (EM) võimaldab näha detaile, mis on valgusmikroskoobiga (optilise) mikroskoobiga lahendamiseks liiga väikesed. EM on aine struktuuri fundamentaalteaduslike uuringute üks olulisemaid instrumente, eriti sellistes teadusvaldkondades nagu bioloogia ja füüsika tahke. EM-i on kolm peamist tüüpi. 1930. aastatel leiutati tavapärane transmissioonelektronmikroskoop (CTEM), 1950. aastatel raster- (skaneeriv) elektronmikroskoop (SEM) ja 1980. aastatel skaneeriv tunnelmikroskoop (RTM). Need kolm tüüpi mikroskoobid täiendavad üksteist erinevat tüüpi struktuuride ja materjalide uurimisel.
TAVALINE EDASTUSELEKTRONIMIKROSKOOP
OPEM on paljuski sarnane valgusmikroskoobiga, vt MICROSCOPE, kuid see kasutab proovide valgustamiseks pigem elektronide kiirt kui valgust. See sisaldab elektroonilist prožektorit (vt allpool), kondensaatorläätsede seeriat, objektiivi ja projektsioonisüsteemi, mis sobib okulaariga, kuid projitseerib tegeliku pildi fluorestsentsekraanile või fotoplaadile. Elektroniallikaks on tavaliselt kuumutatud volfram- või lantaanheksaboriidkatood. Katood on ülejäänud seadmest elektriliselt isoleeritud ning elektrone kiirendab tugev elektriväli. Sellise välja loomiseks hoitakse katoodi potentsiaali umbes -100 000 V võrreldes teiste elektroodidega, mis fokusseerivad elektronid kitsaks kiireks. Seda seadme osa nimetatakse elektronprožektoriks (vt ELECTRON GUN). Kuna elektronid on aine poolt tugevalt hajutatud, peab mikroskoobi kolonnis olema vaakum, kus elektronid liiguvad. Siin hoitakse rõhku mitte üle ühe miljardindiku atmosfäärirõhust.
Elektrooniline optika. Elektroonilise kujutise moodustavad elektri- ja magnetväljad umbes samamoodi nagu valguskujutist optilised läätsed. Magnetläätse tööpõhimõtet illustreerib diagramm (joonis 1). Voolu kandva pooli pööretest tekkiv magnetväli toimib koonduva läätsena, mille fookuskaugust saab voolu muutes muuta. Kuna sellise objektiivi optiline võimsus, s.o. võime elektrone fokuseerida sõltub pingest magnetväli telje lähedal, selle suurendamiseks on soovitav koondada magnetväli võimalikult väiksesse mahtu. Praktikas saavutatakse see sellega, et mähis on peaaegu täielikult kaetud spetsiaalsest nikli-koobaltisulamist valmistatud magnetilise "soomusega", jättes selle sisemisse ossa vaid kitsa pilu. Sel viisil loodud magnetväli võib olla 10-100 tuhat korda tugevam kui Maa magnetväli maapinnal.

OPEM-i diagramm on näidatud joonisel fig. 2. Kondensaatorläätsede seeria (näidatud on ainult viimane) fokusseerib elektronkiire proovile. Tavaliselt loob esimene elektroniallikast suurendamata kujutise, teine ​​aga kontrollib proovi valgustatud ala suurust. Viimase kondensaatorläätse ava määrab kiire laiuse objekti tasapinnal. Näidis asetatakse suure optilise võimsusega objektiivi magnetvälja - OPEM-i kõige olulisem objektiiv, mis määrab seadme maksimaalse võimaliku eraldusvõime. Objektiivi aberratsioone piirab selle ava, nagu kaamera või valgusmikroskoobi puhul. Objektiiv teeb objektist suurendatud kujutise (tavaliselt umbes 100 suurendust); vahe- ja projektsiooniläätsede lisasuurendus jääb vahemikku veidi alla 10 kuni veidi rohkem kui 1000. Seega on tänapäevaste OPEM-ide puhul saadav suurendus vahemikus alla 1000 kuni 1 000 000 ELECTRON MICROSCOPE (miljonikordse suurendusega greip kasvab Maa suuruseks.) Uuritav objekt asetatakse tavaliselt spetsiaalsesse hoidikusse asetatud väga peenele võrgule. Hoidjat saab mehaaniliselt või elektriliselt liigutada sujuvalt üles-alla ja vasakule-paremale.

Pilt. OPEM-i kontrastsus on tingitud elektronide hajumisest, kui elektronkiir proovi läbib. Kui proov on piisavalt õhuke, on hajutatud elektronide osa väike. Kui elektronid läbivad proovi, on osa neist hajutatud kokkupõrgete tõttu proovi aatomite tuumadega, teised hajuvad aatomite elektronidega kokkupõrgete tõttu ja kolmandad läbivad hajumist ilma. Hajumisaste proovi mis tahes piirkonnas sõltub proovi paksusest selles piirkonnas, selle tihedusest ja keskmisest aatommassist (prootonite arvust) antud punktis. Diafragmast väljuvad elektronid nurgahälbega, mis ületab teatud piiri, ei saa enam pilti kandvasse kiiresse tagasi pöörduda ja seetõttu ilmuvad pildile tugevalt hajuvad suurenenud tiheduse, paksusega alad ja raskete aatomite asukohad valgusel tumedate tsoonidena. taustal. Sellist pilti nimetatakse heledaks väljaks, kuna selles on ümbritsev väli objektist heledam. Kuid on võimalik veenduda, et elektriline läbipaindesüsteem võimaldab ainult osal hajutatud elektronidest läätse diafragmasse pääseda. Seejärel näib proov tumeda välja taustal hele. Nõrgalt hajuvat objekti on sageli mugavam vaadata tumeda välja režiimis. Lõplik suurendatud elektrooniline pilt muudetakse nähtavaks pildiks fluorestseeruva ekraani abil, mis helendab elektronide pommitamise all. Seda pilti, tavaliselt madala kontrastsusega, vaadatakse tavaliselt läbi binokulaarse valgusmikroskoobi. Sama heledusega võib selline 10-kordse suurendusega mikroskoop luua võrkkestale kujutise, mis on 10 korda suurem kui palja silmaga vaadeldes. Mõnikord kasutatakse nõrga pildi heleduse suurendamiseks elektron-optilise muunduriga luminofoorekraani. Sel juhul saab lõplikku pilti kuvada tavalisel teleriekraanil, mis võimaldab selle videolindile salvestada. Videosalvestust kasutatakse piltide salvestamiseks, mis aja jooksul muutuvad näiteks voolu tõttu keemiline reaktsioon. Kõige sagedamini salvestatakse lõplik pilt fotofilmile või fotoplaadile. Fotoplaat annab tavaliselt selgema pildi kui see, mida vaadeldakse palja silmaga või salvestatakse videolindile, kuna fotomaterjalid salvestavad üldiselt elektrone tõhusamalt. Lisaks saab fotofilmi pindalaühiku kohta salvestada 100 korda rohkem signaale kui videolindi pindalaühiku kohta. Tänu sellele saab fotofilmile salvestatud pilti veelgi suurendada umbes 10 korda ilma selgust kaotamata.
Luba. Elektronkiirte omadused on sarnased valguskiirte omadega. Eelkõige iseloomustab iga elektroni konkreetne lainepikkus. EM-i eraldusvõime määrab elektronide efektiivne lainepikkus. Lainepikkus sõltub elektronide kiirusest ja seega ka kiirenduspingest; Mida suurem on kiirenduspinge, seda suurem on elektronide kiirus ja lühem lainepikkus, mis tähendab, et eraldusvõime on suurem. EM-i selline oluline eelis eraldusvõimes on seletatav asjaoluga, et elektronide lainepikkus on palju lühem kui valguse lainepikkus. Aga kuna elektronläätsed ei teravusta nii hästi kui optilised läätsed (hea elektronläätse numbriline ava on vaid 0,09, hea optilise läätse puhul ulatub see väärtus aga 0,95-ni), võrdub EM-i eraldusvõime 50-100 elektroni lainepikkusega. Isegi nii nõrkade läätsede puhul võib elektronmikroskoobiga saavutada eraldusvõime piiri ca. 0,17 nm, mis võimaldab kristallides eristada üksikuid aatomeid. Sellise eraldusvõime saavutamiseks on vaja instrumendi väga hoolikat reguleerimist; Eelkõige on vaja väga stabiilseid toiteallikaid ning seade ise (mis võib olla ligikaudu 2,5 m kõrge ja kaaluda mitu tonni) ja selle lisaseadmed vajavad vibratsioonivaba paigaldust.
RASTER ELEKTRONMIKROSKOOP
SEM, millest on saanud teadusuuringute oluline vahend, täiendab hästi OPEM-i. SEM-id kasutavad elektronläätsi, et fokusseerida elektronkiire väga väikesesse kohta. SEM-i on võimalik reguleerida nii, et laigu läbimõõt selles ei ületaks 0,2 nm, kuid reeglina on see paar või kümneid nanomeetreid. See koht jookseb pidevalt ümber proovi teatud ala, sarnaselt teleri toru ekraanil jooksva kiirega. Objekti kiirelektronidega pommitamisel tekkivat elektrilist signaali kasutatakse televisiooni kineskoobi või elektronkiiretoru (CRT) ekraanile kujutise moodustamiseks, mille skaneerimine on sünkroniseeritud elektronkiire kõrvalekaldesüsteemiga (joonis 3). . Suurenduse all mõistetakse sel juhul ekraanil oleva kujutise suuruse suhet proovil oleva kiirega kaetud ala suurusesse. See kasv jääb 10 ja 10 miljoni vahele.

Fokuseeritud kiirte elektronide interaktsioon proovi aatomitega võib viia mitte ainult nende hajumiseni, mida kasutatakse OPEM-is piltide saamiseks, vaid ka röntgenikiirte ergastamise, nähtava valguse emissiooni ja emissioonini. sekundaarsetest elektronidest. Lisaks, kuna SEM-il on proovi ees ainult teravustamisläätsed, võimaldab see uurida "pakse" proove.
Peegeldav SEM. Reflective SEM on mõeldud massiivsete proovide uurimiseks. Kuna salvestamisel tekkiv kontrast peegeldus, s.o. tagasihajutatud ja sekundaarsed elektronid on peamiselt seotud elektronide langemisnurgaga proovile, pinna struktuur avaldub pildil. (Tagasihajumise intensiivsus ja selle toimumise sügavus sõltuvad langeva kiire elektronide energiast. Sekundaarsete elektronide emissiooni määrab peamiselt proovi pinna koostis ja elektrijuhtivus.) Mõlemad signaalid kannavad teavet. valimi üldiste omaduste kohta. Tänu elektronkiire vähesele konvergentsile on võimalik teostada vaatlusi palju suurema teravussügavusega kui valgusmikroskoobiga töötades ning saada suurepäraseid mahumikrograafe väga arenenud reljeefiga pindadest. Salvestades proovi kiirgavat röntgenkiirgust, saab lisaks reljeefiandmetele teavet selle kohta keemiline koostis proov pinnakihis, mille sügavus on ELECTRON MICROSCOPE 0,001 mm. Materjali koostist pinnal saab hinnata ka mõõdetud energia järgi, millega teatud elektronid emiteeritakse. Kõik SEM-iga töötamise raskused tulenevad peamiselt selle salvestus- ja elektroonilistest visualiseerimissüsteemidest. Täieliku detektorite valikuga seade koos kõigi SEM-funktsioonidega tagab elektronsondi mikroanalüsaatori töörežiimi.
Skaneeriv ülekandeelektronmikroskoop. Skaneeriv ülekandeelektronmikroskoop (RTEM) on SEM-i eritüüp. See on mõeldud õhukeste proovide jaoks, mis on samad, mida uuriti OPEM-is. RPEM-diagramm erineb joonisel fig. 3 ainult selles osas, et sellel ei ole proovi kohal asuvaid detektoreid. Kuna kujutise moodustab rändkiir (mitte kogu uuritavat prooviala valgustav kiir), on vaja kõrge intensiivsusega elektroniallikat, et pilt saaks mõistliku aja jooksul salvestatud. Kõrge eraldusvõimega RTEM-id kasutavad suure heledusega väljasaatjaid. Sellises elektronallikas tekib söövitamise teel teritatud väga väikese läbimõõduga volframtraadi pinna lähedale väga tugev elektriväli (ca V/cm). See väli tõmbab sõna otseses mõttes ilma kuumuseta juhtmest välja miljardeid elektrone. Sellise allika heledus on ligi 10 000 korda suurem kui kuumutatud volframtraadist allikal (vt eespool) ja selle poolt kiiratavad elektronid saab fokuseerida alla 1 nm läbimõõduga kiireks. On saadud isegi 0,2 nm lähedase läbimõõduga kiiri. Välielektroonilised allikad saavad töötada ainult ülikõrge vaakumi tingimustes (rõhul alla Pa), kus saasteained, nagu süsivesinike aurud ja vesi, puuduvad täielikult ning saab võimalikuks kõrge eraldusvõimega pildistamine. Tänu sellistele ülipuhastele tingimustele on tavapäraste vaakumsüsteemidega võimalik uurida protsesse ja nähtusi, mis on EM-le kättesaamatud. RPEM uuringud viiakse läbi üliõhukeste proovidega. Elektronid läbivad selliseid proove peaaegu ilma hajumiseta. Üle paarikraadise nurga all hajutatud elektronid registreeritakse ilma aeglustumata, kui nad tabavad proovi all asuvat rõngaselektroodi (joonis 3). Sellelt elektroodilt korjatud signaal sõltub suuresti aatomite aatomite arvust piirkonnas, mida elektronid läbivad – raskemad aatomid hajutavad detektori suunas rohkem elektrone kui kergemad aatomid. Kui elektronkiir on fokusseeritud punkti, mille läbimõõt on väiksem kui 0,5 nm, saab üksikuid aatomeid pildistada. Tegelikult on RTEM-is saadud pildil võimalik eristada üksikuid aatomeid raua aatommassiga (st 26 või rohkem). Rõngasdetektori auku lähevad elektronid, mis ei ole proovis hajumist läbinud, samuti elektronid, mis on prooviga interaktsiooni tulemusena aeglustunud. Selle detektori all asuv energiaanalüsaator võimaldab esimest eraldada teisest. Mõõtes elektronide hajumise käigus kaotatud energiat, saab proovi kohta olulist teavet. Röntgenkiirguse ergastusega või proovist sekundaarsete elektronide väljalöögiga seotud energiakaod võimaldavad hinnata keemilised omadused ained piirkonnas, mida elektronkiir läbib.
RASTERTUNNELIMIKROSKOOP
Eespool käsitletud EM-id kasutavad elektronide fokuseerimiseks magnetläätsi. See jaotis on pühendatud objektiivideta EM-ile. Kuid enne skaneeriva tunnelmikroskoobi (RTM) juurde liikumist on kasulik põgusalt vaadata kahte vanemat tüüpi läätsedeta mikroskoopi, mis toodavad projitseeritud varjupilti.
Auto-elektroonilised ja auto-ion projektorid. RPEM-is kasutatud väljaelektroonilist allikat on varjuprojektorites kasutatud alates 1950. aastate algusest. Väljaemissiooniprojektoris kiirendatakse väga väikese läbimõõduga otsast välja emissiooniga kiiratavad elektronid otsast mõne sentimeetri kaugusel asuva fluorestsentsekraani suunas. Selle tulemusel ilmub ekraanile projitseeritud kujutis otsa pinnast ja sellel pinnal paiknevatest osakestest suurenemisega, mis võrdub ekraani raadiuse ja otsa raadiuse suhtega (järjestus). Suurem eraldusvõime saavutatakse väljaioonprojektoris, milles kujutis projitseeritakse heeliumioonide (või mõne muu elemendi) abil, mille efektiivne lainepikkus on elektronide omast lühem. See tekitab pilte, mis näitavad aatomite tegelikku paigutust otsamaterjali kristallvõres. Seetõttu kasutatakse väljaioonprojektoreid eelkõige selleks, et uurida kristallstruktuuri ja selle defekte materjalides, millest selliseid otsikuid saab valmistada.
Skaneeriv tunnelmikroskoop (RTM). See mikroskoop kasutab elektronide saamiseks ka väikese läbimõõduga metallist otsikut. Otsa ja proovipinna vahelises pilus tekib elektriväli. Välja poolt tipust tõmmatud elektronide arv ajaühikus (tunnelivool) sõltub tipu ja proovi pinna vahelisest kaugusest (praktikas on see kaugus väiksem kui 1 nm). Kui ots liigub piki pinda, siis vool moduleeritakse. See võimaldab teil saada proovi pinna topograafiaga seotud kujutise. Kui ots lõpeb ühe aatomiga, saab pinnast kujutise moodustada aatomite kaupa läbides. RTM saab töötada ainult tingimusel, et kaugus tipust pinnani on konstantne ja otsa saab liigutada täpselt aatommõõtmeteni. Vibratsioon on summutatud tänu jäigale konstruktsioonile ja mikroskoobi väikesele suurusele (mitte suurem kui rusikas), samuti mitmekihiliste kummist amortisaatorite kasutamisele. Kõrge täpsus pakkuda piesoelektrilisi materjale, mis välismõjul pikenevad ja kokku tõmbuvad elektriväli. Rakendades pinget suurusjärgus 10-5 V, on võimalik selliste materjalide mõõtmeid muuta 0,1 nm või vähem. See võimaldab, kinnitades otsa piesoelektrilisest materjalist elemendi külge, liigutada seda kolmes üksteisega risti asetsevas suunas aatomi suurusjärgu täpsusega.
ELEKTRONIMIKROSKOOPIA TEHNIKA
Vaevalt on bioloogia ja materjaliteaduse valdkonnas ühtegi uurimisvaldkonda, kus ei kasutataks tr(TEM); see on tagatud proovide ettevalmistamise tehnikate edusammudega. Kõik elektronmikroskoopias kasutatavad tehnikad on suunatud üliõhukese proovi saamisele ja maksimaalse kontrasti pakkumisele selle ja substraadi vahel, mida see toena vajab. Põhitehnika on mõeldud proovidele paksusega 2-200 nm, mis on toestatud õhukeste plast- või süsinikkiledega, mis asetatakse võrele, mille võrgusilma suurus on u. 0,05 mm. (Sobivat proovi, olenemata sellest, kuidas see saadakse, töödeldakse nii, et elektronide hajumise intensiivsus uuritaval objektil suureneks.) Kui kontrast on piisavalt suur, suudab vaatleja silm hõlpsasti eristada detaile, mis asuvad kaugusel 0,1-0,2 mm üksteisest. Järelikult, et proovil 1 nm kaugusel eraldatud detailid oleksid elektronmikroskoobiga loodud kujutisel eristatavad, on vajalik kogusuurendus suurusjärgus 100-200 tuhat. Parimad mikroskoobid suudavad pildi luua proov fotoplaadil sellise suurendusega, kuid samas Kuvatav ala on liiga väike. Tavaliselt tehakse mikrofoto väiksema suurendusega ja seejärel suurendatakse seda fotograafiliselt. Fotoplaat eraldub u 10 cm pikkuselt. 10 000 rida. Kui proovi iga joon vastab teatud struktuurile pikkusega 0,5 nm, siis sellise struktuuri registreerimiseks on vajalik vähemalt 20 000 suurendus, samas kui SEM ja RPEM abil, milles kujutise salvestatakse elektrooniline süsteem ja kuvatakse teleriekraanil, ainult OK. 1000 rida. Seega on televiisori monitori kasutamisel minimaalne nõutav suurendus ligikaudu 10 korda suurem kui pildistamisel.
Bioloogilised ravimid. Elektronmikroskoopiat kasutatakse laialdaselt bioloogilistes ja meditsiinilistes uuringutes. Välja on töötatud meetodid fikseerimiseks, kinnistamiseks ja õhukeste koelõikude saamiseks uurimiseks OPEM-is ja RPEM-is ning fikseerimistehnikad mahuproovide uurimiseks SEM-is. Need tehnikad võimaldavad uurida rakukorraldust makromolekulaarsel tasemel. Elektronmikroskoopiaga selgusid raku komponendid ja raku moodustavate membraanide, mitokondrite, endoplasmaatilise retikulumi, ribosoomide ja paljude teiste organellide struktuursed detailid. Proov fikseeritakse esmalt glutaaraldehüüdi või muude fiksaatoritega ning seejärel dehüdreeritakse ja asetatakse plastikusse. Krüofiksatsioonimeetodid (kinnitus väga madalatel – krüogeensetel – temperatuuridel) võimaldavad säilitada struktuuri ja koostist ilma keemilisi fikseerivaid aineid kasutamata. Lisaks võimaldavad krüogeensed meetodid külmutatud bioloogiliste proovide pildistamist ilma dehüdratsioonita. Poleeritud teemandist või purustatud klaasist labadega ultramikrotoomide abil saab valmistada 30-40 nm paksuseid koelõike. Kinnitatud histoloogilisi preparaate saab värvida raskmetallide ühenditega (plii, osmium, kuld, volfram, uraan), et suurendada üksikute komponentide või struktuuride kontrastsust.

Bioloogilised uuringud on laienenud mikroorganismidele, eriti viirustele, mida valgusmikroskoobiga ei lahendata. TEM võimaldas paljastada näiteks bakteriofaagide struktuurid ja subühikute paiknemise viiruste valgukestas. Lisaks suutsid positiivsed ja negatiivsed värvimismeetodid paljastada struktuuri koos subühikutega paljudes muudes olulistes bioloogilistes mikrostruktuurides. Nukleiinhapete kontrasti suurendamise tehnikad on võimaldanud jälgida ühe- ja kaheahelalist DNA-d. Need pikad lineaarsed molekulid jaotatakse aluselise valgu kihiks ja kantakse õhukesele kilele. Seejärel pihustatakse proovi vaakumpritsiga väga õhuke kiht Heavy metal. See raskmetallikiht "varjutab" proovi, mille tõttu viimane näib OPEM-is või RPEM-is vaadeldes justkui valgustatud küljelt, kust metall sadestati. Kui proovi sadestamise ajal pöörata, koguneb metall osakeste ümber igast küljest ühtlaselt (nagu lumepall).
Mittebioloogilised materjalid. TEM-i kasutatakse materjaliuuringutes õhukeste kristallide ja nendevaheliste piiride uurimiseks erinevad materjalid. Liidese kõrge eraldusvõimega kujutise saamiseks täidetakse proov plastikuga, proov lõigatakse liidesega risti ja seejärel lahjendatakse nii, et liides oleks teravast servast nähtav. Kristallvõre hajutab elektrone tugevalt teatud suundades, tekitades difraktsioonimustri. Kristallilise proovi kujutise määrab suuresti see muster; kontrastsus sõltub suuresti orientatsioonist, paksusest ja täiuslikkusest kristallvõre. Kontrastsuse muutused pildil võimaldavad kristallvõre ja selle ebatäiuslikkust uurida aatomiskaalal. Sel juhul saadud teave täiendab puisteproovide röntgenanalüüsiga saadud teavet, kuna EM võimaldab kõigis üksikasjades vahetult näha nihkeid, virnastamisvigu ja terade piire. Lisaks saab EM-i abil võtta elektronide difraktsioonimustreid ja vaadelda difraktsioonimustreid proovi valitud piirkondadest. Kui läätse ava reguleerida nii, et seda läbib ainult üks hajutatud ja hajutamata keskkiir, siis on võimalik saada kujutis teatud kristallitasandite süsteemist, mis seda hajutatud kiirt tekitab. Kaasaegsed instrumendid võimaldavad eraldada 0,1 nm võreperioode. Kristalle saab uurida ka tumevälja kujutise abil, mille puhul keskkiir blokeeritakse nii, et kujutis moodustub ühest või mitmest hajutatud kiirest. Kõik need meetodid andsid olulist teavet paljude materjalide struktuuri kohta ning selgitasid oluliselt kristallide füüsikat ja nende omadusi. Näiteks õhukeste väikese suurusega kvaasikristallide kristallvõre TEM-piltide analüüs koos nende elektronide difraktsioonimustrite analüüsiga võimaldas 1985. aastal avastada viiendat järku sümmeetriaga materjale.
Kõrgepinge mikroskoopia. Praegu toodab tööstus OPEM-i ja RPEM-i kõrgepingeversioone, mille kiirenduspinge on 300–400 kV. Sellistel mikroskoopidel on suurem läbitungimisvõime kui madalpingeseadmetel ja need on selles osas peaaegu sama head kui varem ehitatud 1 miljoni volti mikroskoobid. Kaasaegsed kõrgepingemikroskoobid on üsna kompaktsed ja neid saab paigaldada tavalisse laboriruumi. Nende suurenenud läbitungimisvõime osutub väga väärtuslikuks omaduseks paksemate kristallide defektide uurimisel, eriti nendes, millest pole võimalik õhukesi proove valmistada. Bioloogias võimaldab nende kõrge läbitungimisvõime uurida terveid rakke ilma neid lõikamata. Lisaks on selliste mikroskoopide abil võimalik saada paksude objektide kolmemõõtmelisi kujutisi.
Madalpinge mikroskoopia. Saadaval on ka vaid mõnesajavoldise kiirenduspingega SEM-id. Isegi nii madalatel pingetel on elektronide lainepikkus alla 0,1 nm, seega on siin ruumiline eraldusvõime piiratud ka magnetläätsede aberratsioonidega. Kuna aga nii madala energiaga elektronid tungivad madalalt proovi pinna alla, on peaaegu kõik kujutise moodustamises osalevad elektronid pärit pinnale väga lähedalt asuvast piirkonnast, suurendades seeläbi pinnareljeefi eraldusvõimet. Madalpinge SEM-ide abil on saadud kujutised alla 1 nm objektide tahketel pindadel.
Kiirguskahjustus. Kuna elektronid on ioniseeriv kiirgus, puutub EM-is olev proov sellega pidevalt kokku. (See kokkupuude tekitab SEM-is kasutatavaid sekundaarseid elektrone.) Järelikult on proovid alati kiirguskahjustuste all. Tüüpiline õhukese proovi neeldunud kiirgusdoos mikrofoto salvestamisel OPEM-is vastab ligikaudu energiale, mis oleks piisav täielikuks aurustumiseks külm vesi 4 m sügavusest tiigist, mille pindala on 1 ha. Proovi kiirguskahjustuste vähendamiseks on vaja kasutada erinevaid proovi ettevalmistamise meetodeid: värvimine, kinnistamine, külmutamine. Lisaks on võimalik pilti salvestada 100-1000 korda väiksemate elektrondoosidega kui standardtehnikat kasutades ning seejärel arvutipilditöötlusmeetodite abil seda täiustada.
AJALOOLINE VIIDE
Elektronmikroskoobi loomise ajalugu on suurepärane näide sellest, kuidas iseseisvalt arenevad teadus- ja tehnikavaldkonnad saavad saadud infot vahetades ja jõude ühendades luua uue võimsa tööriista teadusuuringuteks. Klassikalise füüsika tipp oli elektromagnetvälja teooria, mis seletas valguse levimist, elektri- ja magnetvälja tekkimist ning laetud osakeste liikumist neis väljades elektromagnetlainete levimisena. Laineoptika tegi selgeks difraktsiooni fenomeni, kujutise moodustumise mehhanismi ja valgusmikroskoobis eraldusvõimet määravate tegurite mängu. Me võlgneme edusammude teoreetilise ja eksperimentaalse füüsika vallas tänu elektronide avastamisele koos selle spetsiifiliste omadustega. Need eraldiseisvad ja näiliselt iseseisvad arenguteed viisid elektronoptika alusteni, mille üheks olulisemaks rakenduseks oli EM-i leiutamine 1930. aastatel. Otseseks vihjeks sellele võimalusele võib pidada 1924. aastal Louis de Broglie poolt püstitatud hüpoteesi elektroni lainelise olemuse kohta ning 1927. aastal eksperimentaalselt kinnitanud K. Davisson ja L. Germer USA-s ning J. Thomson Inglismaal. See viitas analoogiale, mis võimaldas konstrueerida EM-i laineoptika seaduste järgi. H. Bush avastas, et elektri- ja magnetvälja kasutades on võimalik moodustada elektroonilisi kujutisi. 20. sajandi kahel esimesel kümnendil. loodi ka vajalikud tehnilised eeldused. Elektronkiire ostsilloskoobi kallal töötavad tööstuslaborid toodavad vaakumtehnoloogiat, stabiilseid allikaid kõrgepinge ja praegused, head elektroonilised emitterid. 1931. aastal esitas R. Rudenberg patenditaotluse trning 1932. aastal ehitasid M. Knoll ja E. Ruska esimese sellise mikroskoobi, kasutades elektronide fokusseerimiseks magnetläätsi. See seade oli kaasaegse OPEM-i eelkäija. (Ruska pälvis pingutuste eest 1986. aasta Nobeli füüsikaauhinna.) 1938. aastal ehitasid Ruska ja B. von Borries Saksamaal Siemens-Halske jaoks tööstusliku OPEM-i prototüübi; see instrument võimaldas lõpuks saavutada eraldusvõime 100 nm. Mõni aasta hiljem ehitasid A. Prebus ja J. Hiller Toronto ülikoolis (Kanada) esimese kõrglahutusega OPEM-i. Lai valik võimalusi OPEM ilmnes peaaegu kohe. Tema tööstuslik tootmine algatasid üheaegselt Siemens-Halske Saksamaal ja RCA Corporation USA-s. 1940. aastate lõpus hakkasid selliseid seadmeid tootma ka teised ettevõtted. SEM-i oma praegusel kujul leiutas 1952. aastal Charles Otley. Tõsi, sellise seadme esialgsed versioonid ehitas 1930. aastatel Saksamaal Knoll ja 1940. aastatel Zworykin ja tema kolleegid RCA Corporationist, kuid ainult Otley seade sai olla aluseks mitmetele tehnilistele täiustustele, mis kulmineerusid. SEM-i tööstusliku versiooni kasutuselevõtul tootmisse 1960. aastate keskel. Sellise üsna lihtsalt kasutatava kolmemõõtmelise pildi ja elektroonilise väljundsignaaliga seadme tarbijate ring on hüppeliselt laienenud. Praegu on kolmel kontinendil kümmekond SEM-i tööstuslikku tootjat ja kümneid tuhandeid selliseid seadmeid kasutatakse laborites üle maailma 1960. aastatel töötati välja ülikõrgepingelised mikroskoobid, et uurida paksemaid proove arendus oli G. Dupuy Prantsusmaal, kus 1970. aastal võeti kasutusele 3,5 miljoni volti kiirenduspingega seade RTM, mille leiutasid G. Binnig ja G. Rohrer 1979. aastal Zürichis pindade eraldusvõime RTM-i loomise eest said Binnig ja Rohrer (Ruskaga samal ajal) Nobeli füüsikaauhinna.
Vaata ka

IN kaasaegne maailm Mikroskoopi peetakse asendamatuks optiliseks seadmeks. Ilma selleta on raske ette kujutada selliseid inimtegevuse valdkondi nagu bioloogia, meditsiin, keemia, kosmoseuuringud, Geenitehnoloogia.


Mikroskoope kasutatakse väga erinevate objektide uurimiseks ja võimaldab näha palja silmaga nähtamatuid struktuure väga detailselt. Kellele võlgneb inimkond selle kasuliku seadme välimuse? Kes ja millal leiutas mikroskoobi?

Millal ilmus esimene mikroskoop?

Seadme ajalugu ulatub iidsetesse aegadesse. Kumerate pindade peegeldumis- ja murdumisvõime päikesevalgus märkas seda juba 3. sajandil eKr maadeavastaja Euclid. Oma töödes leidis teadlane seletuse objektide visuaalsele suurenemisele, kuid siis ei leidnud tema avastus praktilist rakendust.

Varaseim teave mikroskoopide kohta pärineb aastast XVIII sajand. 1590. aastal pani Hollandi meister Zachary Jansen ühte torusse kaks klaasiläätse ja suutis näha objekte, mida suurendati 5-10 korda.


Hiljem leiutas kuulus maadeavastaja Galileo Galilei teleskoobi ja juhtis tähelepanu huvitavale omadusele: kui liigutate seda üksteisest kaugele, saate väikeseid objekte oluliselt suurendada.

Kes ehitas optilise seadme esimese mudeli?

Tõeline teaduslik ja tehniline läbimurre mikroskoobi arendamisel toimus 17. sajandil. 1619. aastal leiutas Hollandi leiutaja Cornelius Drebbel kumerate läätsedega mikroskoobi ja sajandi lõpus esitles teine ​​hollandlane Christiaan Huygens oma mudelit, milles okulaare oli võimalik reguleerida.

Täiustatud seadme leiutas leiutaja Anthony Van Leeuwenhoek, kes lõi ühe suure objektiiviga seadme. Järgmise pooleteise sajandi jooksul andis see toode kõrgeima pildikvaliteedi, mistõttu Leeuwenhoeki nimetatakse sageli mikroskoobi leiutajaks.

Kes leiutas esimese liitmikroskoobi?

On arvamus, et optilist seadet ei leiutanud Leeuwenhoek, vaid Robert Hooke, kes 1661. aastal täiustas Huygensi mudelit, lisades sellele täiendava objektiivi. Saadud seadmetüüp sai teadusringkondades üheks populaarsemaks ja seda kasutati laialdaselt kuni 18. sajandi keskpaigani.


Seejärel osalesid paljud leiutajad mikroskoobi väljatöötamisel. 1863. aastal leiutas Henry Sorby polariseeriva seadme, mis võimaldas uurida , ja 1870. aastatel töötas Ernst Abbe välja mikroskoopide teooria ja avastas mõõtmeteta väärtuse "Abbe number", mis aitas kaasa arenenumate optiliste seadmete valmistamisele.

Kes on elektronmikroskoobi leiutaja?

1931. aastal patenteeris teadlane Robert Rudenberg uue seadme, mis suudab elektronkiirte abil objekte suurendada. Seadet nimetati elektronmikroskoobiks ja see leiti lai rakendus paljudes teadustes oma kõrge eraldusvõime tõttu tuhandeid kordi parem kui tavaline optika.

Aasta hiljem lõi Ernst Ruska moodsa elektroonikaseadme prototüübi, mille eest pälvis Nobeli preemia. Juba 1930. aastate lõpus hakati tema leiutist laialdaselt kasutama teaduslikus uurimistöös. Samal ajal hakkas Siemens tootma kommertskasutuseks mõeldud elektronmikroskoope.

Kes on nanoskoobi autor?

Tänapäeva kõige uuenduslikum optilise mikroskoobi tüüp on nanoskoop, mille töötas välja 2006. aastal Saksa leiutaja Stefan Helli juhitud teadlaste rühm.


Uus seade võimaldab mitte ainult ületada Abbe numbribarjääri, vaid annab ka võimaluse jälgida objekte, mille mõõtmed on kuni 10 nanomeetrit. Lisaks pakub seade objektidest kvaliteetseid kolmemõõtmelisi pilte, mida tavamikroskoopidega varem ei olnud.