Mine sisu juurde

Kasutaja:HSaare/Elektronmikroskoop: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatusUuem muudatus →
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
HSaare (arutelu | kaastöö)
32 muudatust
Resümee puudub
HSaare (arutelu | kaastöö)
32 muudatust
Resümee puudub
1. rida: 1. rida:


[[Pilt:Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum - Munich.jpg|pisi|Ernst Ruska poolt 1933. aastal ehitatud elektronmikroskoop. Tegu on esimese elektronmikroskoobiga, mille lahutusvõime ületas valgusmikroskoobi oma ]]
[[Pilt:Ernst Ruska Electron Microscope - Deutsches Museum - Munich.jpg|pisi|1933. aastal Ernst Ruska ehitatud elektronmikroskoop. Tegu on esimese elektronmikroskoobiga, mille lahutusvõime ületas valgusmikroskoobi oma ]]
'''Elektronmikroskoop''' on elektronoptiline seade, mis annab väikestest objektidest suurendatud kujutisi elektronide kimbu – elektronsondi – abil. Elektronkimpe kujundavad, koondavad ja suunavad elektronmikroskoobis [[elektronlääts|elektronläätsed]] <ref>Väike entsüklopeedia. Toimetaja Aro. R.Eesti Entsüklopeediakirjastus, Tallinn, 2006</ref>. Kuna elektroni [[lainepikkus]] võib olla 100 000 korda väikesem nähtavast lainepikkusest, siis võrreldes [[valgusmikroskoop|valgusmikroskoobiga]] on elektronmikroskoobil palju suurem lahutusvõime. Elektronmikroskoobiga on võimalik saavutada kuni 10 000 000 kordne suurendus, samas kui valgusmikroskoobid on piiratud kuni 2000 kordse suurenduseni. <ref>{{netiviide | URL = http://orf.od.nih.gov/PoliciesAndGuidelines/BiomedicalandAnimalResearchFacilitiesDesignPoliciesandGuidelines/Pages/DRM%20News%20to%20Use/Facility-Design-Criteria-for-Electron-Microscopes-%E2%80%93-Part-I.aspx#top | Pealkiri = Facility Design Criteria for Electron Microscopes – Part I
'''Elektronmikroskoop''' on elektronoptiline seade, mis annab väikestest objektidest suurendatud kujutisi elektronide kimbu – elektronsondi – abil. Elektronkimpe kujundavad, koondavad ja suunavad elektronmikroskoobis [[elektronlääts|elektronläätsed]] <ref>Väike entsüklopeedia. Toimetaja Aro. R.Eesti Entsüklopeediakirjastus, Tallinn, 2006</ref>. Kuna elektroni [[lainepikkus]] võib olla 100 000 korda väikesem nähtavast lainepikkusest, siis võrreldes [[valgusmikroskoop|valgusmikroskoobiga]] on elektronmikroskoobil palju suurem lahutusvõime. Elektronmikroskoobiga on võimalik saavutada kuni 10 000 000-kordne suurendus, samas kui valgusmikroskoobid on piiratud kuni 2000-kordse suurenduseni. <ref>{{netiviide | URL = http://orf.od.nih.gov/PoliciesAndGuidelines/BiomedicalandAnimalResearchFacilitiesDesignPoliciesandGuidelines/Pages/DRM%20News%20to%20Use/Facility-Design-Criteria-for-Electron-Microscopes-%E2%80%93-Part-I.aspx#top | Pealkiri = Facility Design Criteria for Electron Microscopes – Part I
| Väljaandja = Office of Research Facilities | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>
| Väljaandja = Office of Research Facilities | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>


Elektronmikroskoope kasutatakse erinevate bioloogiliste ja anorgaaniliste proovide, näiteks mikroorganismide, rakkude, molekulide, biopsiamaterjalide ja kristallide uurimiseks. Tööstuslikult kasutatakse elektronmikroskoopi kvaliteedikontrolliks ning rikkeanalüüsiks. Kaasaegsed elektronmikroskoobid suudavad luua [[mikrograaf|mikrograafe]], kasutades selleks spetsiaalseid digitaalkaameraid või [[kaadrimuundur|kaadrimuundureid]].
Elektronmikroskoope kasutatakse erinevate bioloogiliste ja anorgaaniliste proovide, näiteks mikroorganismide, rakkude, molekulide, biopsiamaterjalide ja kristallide uurimiseks. Tööstuslikult kasutatakse elektronmikroskoopi kvaliteedikontrolliks ning rikkeanalüüsiks. Kaasaegsed elektronmikroskoobid suudavad luua [[mikrograaf|mikrograafe]], kasutades selleks spetsiaalseid digitaalkaameraid või [[kaadrimuundur|kaadrimuundureid]] <ref>Sandler,"Direct three-dimensional analysis of electron micrograph pictures." Pattern Recognition 4(4), 353-359, 1972</ref>..




=Ajalugu=
=Ajalugu=


Esimese elektronmikroskoobi prototüübi konstrueerisid 1931. aastal saksa füüsik [[Ernst Ruska]] ning elektriinsener [[Max Knoll]] <ref>{{netiviide | URL = http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/ruska-bio.html | Pealkiri = Ernst Ruska - Biographical | Autor = Ernst Ruska | Väljaanne = Nobel Lectures | Aeg = 1986 | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Kaks aastat hiljem, aastal 1933, ehitas Ruska elektronmikroskoobi, mis ületas valgusmikroskoobiga saavutatava võimaliku lahutuvuse <ref>{{netiviide | URL = http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/ruska-bio.html | Pealkiri = Ernst Ruska - Biographical | Autor = Ernst Ruska | Väljaanne = Nobel Lectures | Aeg = 1986 | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Esimene pilt skanneeriva elektronmikroskoobi poolt saavutati 1935. aastal Max Knolli poolt, näidates elektronide kanaliseerumist räniterase kristallis <ref>K. Max "Aufladepotentiel und Sekundäremission elektronenbestrahlter Körper". ''Zeitschrift für technische Physik'' 1935, Saksamaa</ref>. Esimene tööstuslik transmissioonelektronmikroskoop ehitati [[Siemens-Shuckert|Siemens-Schuckerti]] poolt aastal 1939 <ref>The Growth of Electron Microscopy, Academic Press, New York, 1996 </ref>. Esimene skaneeriv elektronmikroskoop toodeti tööstuslikult 1965. aastal Cambridge Scientific Instrument Company poolt <ref>{{netiviide | URL = http://www2.eng.cam.ac.uk/~bcb/semhist.htm | Pealkiri = The Scanning Electron Microscope | Autor = K.Smith, B. Breton | Väljaandja = Cambridge University Engineering Department | Kasutatud = 5.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>.
Esimese elektronmikroskoobi prototüübi konstrueerisid 1931. aastal saksa füüsik [[Ernst Ruska]] ning elektriinsener [[Max Knoll]] <ref>{{netiviide | URL = http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/ruska-bio.html | Pealkiri = Ernst Ruska - Biographical | Autor = Ernst Ruska | Väljaanne = Nobel Lectures | Aeg = 1986 | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Kaks aastat hiljem, aastal 1933, ehitas Ruska elektronmikroskoobi, mis ületas valgusmikroskoobiga saavutatava võimaliku lahutuvuse <ref>{{netiviide | URL = http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/ruska-bio.html | Pealkiri = Ernst Ruska - Biographical | Autor = Ernst Ruska | Väljaanne = Nobel Lectures | Aeg = 1986 | Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Esimese pildi skaneeriva elektronmikroskoobiga tegi 1935. aastal Max Knoll, näidates elektronide kanaliseerumist räniterase kristallis <ref>K. Max "Aufladepotentiel und Sekundäremission elektronenbestrahlter Körper". ''Zeitschrift für technische Physik'' 1935, Saksamaa</ref>. Esimese tööstusliku transmissioonelektronmikroskoobi ehitas [[Siemens-Shuckert]] aastal 1939 <ref>The Growth of Electron Microscopy, Academic Press, New York, 1996 </ref>. Esimese tööstusliku skaneeriva elektronmikroskoobi tootis 1965. aastal Cambridge Scientific Instrument Company <ref>{{netiviide | URL = http://www2.eng.cam.ac.uk/~bcb/semhist.htm | Pealkiri = The Scanning Electron Microscope | Autor = K.Smith, B. Breton | Väljaandja = Cambridge University Engineering Department | Kasutatud = 5.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>.


=Liigid=
=Liigid=
19. rida: 19. rida:
Transmissioonelektronmikroskoobi resolutsioon on peamiselt piiratud sfäärilise [[Aberratsioon_(optika)|aberratsiooni]] tõttu. Kõrglahutuvus transmissioonelektronmikroskoobis korrigeeritakse riistvara aberratsiooni mõju vähendamiseks, nii on võimalik saada pilte resolutsiooniga 0.5 ongströmi ning 50 miljoni kordseid suurendusi <ref>Kisielowksi," Detection of single atoms and buried defects in three dimensions
Transmissioonelektronmikroskoobi resolutsioon on peamiselt piiratud sfäärilise [[Aberratsioon_(optika)|aberratsiooni]] tõttu. Kõrglahutuvus transmissioonelektronmikroskoobis korrigeeritakse riistvara aberratsiooni mõju vähendamiseks, nii on võimalik saada pilte resolutsiooniga 0.5 ongströmi ning 50 miljoni kordseid suurendusi <ref>Kisielowksi," Detection of single atoms and buried defects in three dimensions
by aberration-corrected electron microscope with 0.5-angstrom information limit."Microsc. Microanal. 14, 469-477, 2008</ref>.
by aberration-corrected electron microscope with 0.5-angstrom information limit."Microsc. Microanal. 14, 469-477, 2008</ref>.
Elektrondifraktsioon on üks tähtsamatest TEM-i rakendusviisidest. Tema eelis [[röntgenkristallograafia]] ees on see, et uuritav proov ei pea olema üksik kristall ega polükristalliline pulber, kuid ta peab olema äärmiselt peenike – umbes 100 nanomeetrit. Bioloogilised proovid peavad olema keemiliselt [[Fiksatsioon|fikseeritud]], dehüdreeritud ning asetatud polümeervaigu sisse.
Elektrondifraktsioon on üks tähtsamatest TEM-i rakendusviisidest. Selle eelis [[röntgenkristallograafia]] ees on see, et uuritav proov ei pea olema üksik kristall ega polükristalliline pulber, kuid see peab olema äärmiselt peenike – umbes 100 nanomeetrit. Bioloogilised proovid peavad olema keemiliselt [[Fiksatsioon|fikseeritud]], dehüdreeritud ning asetatud polümeervaigu sisse.


==Skaneeriv elektronmikroskoop (SEM)==
==Skaneeriv elektronmikroskoop (SEM)==
{{Vaata|Skaneeriv elektronmikroskoop}}
{{Vaata|Skaneeriv elektronmikroskoop}}
Sarnaselt TEM-iga loob skaneeriv elektronmikroskoop proovist kujutise elektronide vooga, kuid SEM-i kiir ei kanna endaga kaasas informatsiooni tervest kujutisest <ref>{{netiviide | URL = http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/achievements/mcmullan/mcm.htm | Pealkiri = Scanning Electron Microscopy, 1928-1965 | Autor = D. McMullan | Väljaanne = 51st Annual Meeting of the Microscopy Society of America| Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Pildid on saadud kombates uuritavat proovi fokuseeritud elektronkiirega, mida skaneeritakse üle ristkülikukujulise ala. Elektronid interakteeruvad pinnal asuvate aatomitega, tekitades signaale, mis sisaldavad informatsiooni pinna kuju, koostise, elektrijuhtivuse ja muude omaduste kohta.
Sarnaselt TEM-iga loob skaneeriv elektronmikroskoop proovist kujutise elektronide vooga, kuid SEM-i kiir ei kanna endaga kaasas informatsiooni tervest kujutisest <ref>{{netiviide | URL = http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/achievements/mcmullan/mcm.htm | Pealkiri = Scanning Electron Microscopy, 1928-1965 | Autor = D. McMullan | Väljaanne = 51st Annual Meeting of the Microscopy Society of America| Kasutatud = 05.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>. Pildid on saadud kombates uuritavat proovi fokuseeritud elektronkiirega, mida skaneeritakse üle ristkülikukujulise ala. Elektronid interakteeruvad pinnal asuvate aatomitega, tekitades signaale, mis sisaldavad informatsiooni pinna kuju, koostise, elektrijuhtivuse ja muude omaduste kohta.
Üldiselt on SEM-i poolt tekitatud piltide resolutsioon umbes suurusjärgu võrra halvem kui TEM-il. Skaneeriva elektronmikroskoobi pilt põhineb pinnaprotsessidel, mistõttu on ta võimeline tekitama pilte proovidest, mis on mitmete sentrimeetrite suurused ning tänu laiale teravussügavusele on tekkiv kujutis kolmemõõtmeline. Lisaks eksisteerib [[skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop]] (ESEM), mis suudab mikrograafe luua proovidest, mis on märjad või asetsevad nõrgas vaakumis.
Üldiselt on SEM-i poolt tekitatud piltide resolutsioon umbes suurusjärgu võrra halvem kui TEM-il. Skaneeriva elektronmikroskoobi pilt põhineb pinnaprotsessidel, mistõttu on see võimeline tekitama pilte proovidest, mis on mitmete sentimeetrite suurused ning tänu laiale teravussügavusele on tekkiv kujutis kolmemõõtmeline <ref>W.Denk, H.Horstmann" Serial block-face scanning electron microscopy to reconstruct three-dimensional tissue nanostructure" PLOs Biology 2, 2004</ref>. Lisaks eksisteerib [[skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop]] (ESEM), mis suudab mikrograafe luua proovidest, mis on märjad või asetsevad nõrgas vaakumis.


==Reflektoorne elektronmikroskoop (REM)==
==Reflektoorne elektronmikroskoop (REM)==
{{Vaata|Reflektoorne elektronmikroskoop}}
{{Vaata|Reflektoorne elektronmikroskoop}}


Reflektoorne elektronmikroskoop kasutab samuti elektronkiirt, mida suunatakse uuritavale pinnale, kuid detekteeritakse peegeldunud kiirest elastselt hajunud elektrone. REM-i kasutatakse tavaliselt koos peegeldunud kõrgeenergeetilise elektronide difraktsiooniga (RHEED) ja peegeldunud kõrgeenergeetilise energiakadude spektroskoopiaga (RHELS).
Reflektoorne elektronmikroskoop kasutab samuti elektronkiirt, mida suunatakse uuritavale pinnale, kuid detekteeritakse peegeldunud kiirest elastselt hajunud elektrone. REM-i kasutatakse tavaliselt koos peegeldunud kõrgeenergeetilise elektronide difraktsiooniga (RHEED) ja peegeldunud kõrgeenergeetilise energiakadude spektroskoopiaga (RHELS) <ref>Z.L. Wang, Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis, Cambridge University Press, Cambridge, 2005 </ref><ref>A. Ichimiya, P.I. Cohen, Reflection High-Energy Electron Diffraction, Cambridge University Press, Cambridge, 2011 </ref>.




35. rida: 35. rida:


Elektronmikroskoobi all vaatlemiseks peab materjale eelnevalt töötlema, et luua sobivat proovi. Selleks kasutatavad meetodid erinevad sõltuvalt uuritavast proovist ning tehtavast analüüsist:
Elektronmikroskoobi all vaatlemiseks peab materjale eelnevalt töötlema, et luua sobivat proovi. Selleks kasutatavad meetodid erinevad sõltuvalt uuritavast proovist ning tehtavast analüüsist:
*''Dehüdratsioon'' – külmkuivatamine või vee asendamine orgaaniliste lahustega, näiteks etanooli või atsetooniga.
*''Dehüdratsioon'' – külmkuivatamine või vee asendamine orgaaniliste lahustega, näiteks etanooli või atsetooniga. <ref name="Preparation">{{netiviide | URL = http://sharedresources.fhcrc.org/sites/default/files/EMProceduresManual.pdf | Pealkiri = Electron microscopy procedures manual | Väljaandja = Fred Hutchinson cancer research center | Kasutatud = 12.10.2014 | Keel = inglise keeles }}</ref>
*''Juhtiva kihiga katmine'' – kõrgvaakumis aurustamisega kaetakse proov üliõhukese hea elektrijuhtivusega aine kihiga. Seda tehakse, et vähendada staatilise elektri kogunemist proovi pinnale. Katvateks materjalideks on näiteks kuld, grafiit, volfram ning kulla ja pallaadiumi segu.
*''Juhtiva kihiga katmine'' – kõrgvaakumis aurustamisega kaetakse proov üliõhukese hea elektrijuhtivusega aine kihiga. Seda tehakse, et vähendada staatilise elektri kogunemist proovi pinnale. Katvateks materjalideks on näiteks kuld, grafiit, volfram ning kulla ja pallaadiumi segu.
*''Keemiline fikseerimine'' – kasutatakse bioloogiliste proovide puhul, et makromolekulaarset struktuuri säilitada. Fiksatsioon saavutatakse proteiinide ristsidumisel aldehüüdidega.
*''Keemiline fikseerimine'' – kasutatakse bioloogiliste proovide puhul, et makromolekulaarset struktuuri säilitada. Fiksatsioon saavutatakse proteiinide ristsidumisel aldehüüdidega. <ref name="Preparation" />
*''Krüofikseerimine'' – proov külmutatakse vedelas etaanis ja säilitatakse vedelas lämmastikus või vedelas heeliumis, et vesi moodustaks amorfse jää. See säilitab proovi hetkeseisu lahuses. Antud tehnikast on arenenud krüo-elektronmikroskoopia.
*''Krüofikseerimine'' – proov külmutatakse vedelas etaanis ja säilitatakse vedelas lämmastikus või vedelas heeliumis, et vesi moodustaks amorfse jää. See säilitab proovi hetkeseisu lahuses. Antud tehnikast on arenenud krüo-elektronmikroskoopia.
*''[[Maandamine]]'' – juhtivale kihile elektrilaengu kogunemise vältimiseks ühendatakse ta elektriliselt maandusvardaga. Ühenduse loomiseks kasutatakse enamasti elektrit juhtivat liimi.
*''[[Maandamine]]'' – juhtivale kihile elektrilaengu kogunemise vältimiseks ühendatakse ta elektriliselt maandusvardaga. Ühenduse loomiseks kasutatakse enamasti elektrit juhtivat liimi.
*''Negatiivne värvimine'' – lahus, mis sisaldab [[nanoosake|nanoosakesi]] või peent bioloogilist materjali (näiteks viiruseid või bakteeriat), segatakse lahjendatud elektronidele läbipaistmatu lahusega, näiteks ammooniummolübdaati või fosforvolframhappega. Segu asetatakse sobivalt kaetud elektronmikroskoobi võrele ning kuivatatakse. Parimate tulemuste jaoks tasub võimalikult kiiresti preparaati TEM-iga vaadelda. Negatiivset värvimist kasutatakse mikrobioloogias kiireks identifitseerimiseks.
*''Negatiivne värvimine'' – lahus, mis sisaldab [[nanoosake|nanoosakesi]] või peent bioloogilist materjali (näiteks viiruseid või bakteeriat), segatakse lahjendatud elektronidele läbipaistmatu lahusega, näiteks ammooniummolübdaati või fosforvolframhappega. Segu asetatakse sobivalt kaetud elektronmikroskoobi võrele ning kuivatatakse. Parimate tulemuste jaoks tasub võimalikult kiiresti preparaati TEM-iga vaadelda. Negatiivset värvimist kasutatakse mikrobioloogias kiireks identifitseerimiseks. <ref name="Preparation" />



=Puudused=
=Puudused=
47. rida: 46. rida:
Elektronmikroskoopide ehitamine ning hooldus on kallis, samuti peavad kõrge suurendusvõimega mikroskoobid paiknema stabiilsetes ehitistes, mõnikord isegi maa all. Lisaks vajavad elektronmikroskoobid eriteenuseid, näiteks magnetvälja nõrgendavaid süsteeme.
Elektronmikroskoopide ehitamine ning hooldus on kallis, samuti peavad kõrge suurendusvõimega mikroskoobid paiknema stabiilsetes ehitistes, mõnikord isegi maa all. Lisaks vajavad elektronmikroskoobid eriteenuseid, näiteks magnetvälja nõrgendavaid süsteeme.
Proove peab enamasti jälgima vaakumis, et õhumolekulid ei hajutaks elektrone. Ainsaks erandiks on skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop, mis lubab hüdreeritud proove vaadelda ka rõhkudel kuni 20 Torri.
Proove peab enamasti jälgima vaakumis, et õhumolekulid ei hajutaks elektrone. Ainsaks erandiks on skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop, mis lubab hüdreeritud proove vaadelda ka rõhkudel kuni 20 Torri.
Skanneeriv elektronmikroskoop, mis töötab kõrgvaakumis, saab pilte teha vaid elektrit hästi juhtivatest proovidest. Mittejuhtivaid proove tuleb katta materjaliga, mis juhiks elektrit. Enamasti kasutatakse selleks materjaliks kulla ja pallaadiumi sulamit, süsiniku või osmiumit. Samuti on võimalik mittejuhtivaid proove jälgida tänapäevaste mikroskoopide madalpingerežiimiga.
Skaneeriv elektronmikroskoop, mis töötab kõrgvaakumis, saab pilte teha vaid elektrit hästi juhtivatest proovidest. Mittejuhtivaid proove tuleb katta materjaliga, mis juhiks elektrit. Enamasti kasutatakse selleks materjaliks kulla ja pallaadiumi sulamit, süsiniku või osmiumit. Samuti on võimalik mittejuhtivaid proove jälgida tänapäevaste mikroskoopide madalpingerežiimiga.
Hüdreeritud materjale ehk peaaegu kõiki bioloogilisi proove tuleb eelnevalt töödelda, et neid stabiliseerida, vähendada nende paksust ja suurendada optilist kontrastsust.
Hüdreeritud materjale ehk peaaegu kõiki bioloogilisi proove tuleb eelnevalt töödelda, et neid stabiliseerida, vähendada nende paksust ja suurendada optilist kontrastsust.


Redaktsioon: 12. oktoober 2014, kell 19:02

1933. aastal Ernst Ruska ehitatud elektronmikroskoop. Tegu on esimese elektronmikroskoobiga, mille lahutusvõime ületas valgusmikroskoobi oma

Elektronmikroskoop on elektronoptiline seade, mis annab väikestest objektidest suurendatud kujutisi elektronide kimbu – elektronsondi – abil. Elektronkimpe kujundavad, koondavad ja suunavad elektronmikroskoobis elektronläätsed [1]. Kuna elektroni lainepikkus võib olla 100 000 korda väikesem nähtavast lainepikkusest, siis võrreldes valgusmikroskoobiga on elektronmikroskoobil palju suurem lahutusvõime. Elektronmikroskoobiga on võimalik saavutada kuni 10 000 000-kordne suurendus, samas kui valgusmikroskoobid on piiratud kuni 2000-kordse suurenduseni. [2]

Elektronmikroskoope kasutatakse erinevate bioloogiliste ja anorgaaniliste proovide, näiteks mikroorganismide, rakkude, molekulide, biopsiamaterjalide ja kristallide uurimiseks. Tööstuslikult kasutatakse elektronmikroskoopi kvaliteedikontrolliks ning rikkeanalüüsiks. Kaasaegsed elektronmikroskoobid suudavad luua mikrograafe, kasutades selleks spetsiaalseid digitaalkaameraid või kaadrimuundureid [3]..


Ajalugu

Esimese elektronmikroskoobi prototüübi konstrueerisid 1931. aastal saksa füüsik Ernst Ruska ning elektriinsener Max Knoll [4]. Kaks aastat hiljem, aastal 1933, ehitas Ruska elektronmikroskoobi, mis ületas valgusmikroskoobiga saavutatava võimaliku lahutuvuse [5]. Esimese pildi skaneeriva elektronmikroskoobiga tegi 1935. aastal Max Knoll, näidates elektronide kanaliseerumist räniterase kristallis [6]. Esimese tööstusliku transmissioonelektronmikroskoobi ehitas Siemens-Shuckert aastal 1939 [7]. Esimese tööstusliku skaneeriva elektronmikroskoobi tootis 1965. aastal Cambridge Scientific Instrument Company [8].

Liigid

Transmissioonelektronmikroskoop (TEM)

Kaasaegne transmissioonelektronmikroskoop
 Pikemalt artiklis Transmissioonelektronmikroskoop

Tegu on esimese elektronmikroskoobi liigiga. TEM kasutab kujutise saamiseks kõrgepingelist elektronide voogu. Antud voog tekitatakse elektronkahuri poolt, mille elektronide allikaks on enamasti volframniit. Elektronkiirt kiirendatakse anoodi poolt tüüpiliselt +100 keV juures katoodi suhtes. Seejärel fokuseeritakse see elektrostaatiliste ning elektromagnetiliste läätsete poolt ning suunatakse läbi proovi, millest elektronid lähevad osaliselt läbi ning osaliselt hajuvad. Elektronide hajumine tekitab kujutise, mida fokuseeritakse ja suurendatakse ning projitseeritakse fotoplaadile, digitaalse kaamera sensorile või fluorestseeruvale ekraanile, mis on valmistatud 10-100 μm läbimõõduga tsinksulfaadi osakestest. Ekraani saab vaadata läbi spetsiaalse klaasiga kaetud akna, mille ees kasutatakse vaadeldavast täiendava suurenduse saavutamiseks veel ettelükatavat binokulaari. Transmissioonelektronmikroskoobi resolutsioon on peamiselt piiratud sfäärilise aberratsiooni tõttu. Kõrglahutuvus transmissioonelektronmikroskoobis korrigeeritakse riistvara aberratsiooni mõju vähendamiseks, nii on võimalik saada pilte resolutsiooniga 0.5 ongströmi ning 50 miljoni kordseid suurendusi [9]. Elektrondifraktsioon on üks tähtsamatest TEM-i rakendusviisidest. Selle eelis röntgenkristallograafia ees on see, et uuritav proov ei pea olema üksik kristall ega polükristalliline pulber, kuid see peab olema äärmiselt peenike – umbes 100 nanomeetrit. Bioloogilised proovid peavad olema keemiliselt fikseeritud, dehüdreeritud ning asetatud polümeervaigu sisse.

Skaneeriv elektronmikroskoop (SEM)

 Pikemalt artiklis Skaneeriv elektronmikroskoop

Sarnaselt TEM-iga loob skaneeriv elektronmikroskoop proovist kujutise elektronide vooga, kuid SEM-i kiir ei kanna endaga kaasas informatsiooni tervest kujutisest [10]. Pildid on saadud kombates uuritavat proovi fokuseeritud elektronkiirega, mida skaneeritakse üle ristkülikukujulise ala. Elektronid interakteeruvad pinnal asuvate aatomitega, tekitades signaale, mis sisaldavad informatsiooni pinna kuju, koostise, elektrijuhtivuse ja muude omaduste kohta. Üldiselt on SEM-i poolt tekitatud piltide resolutsioon umbes suurusjärgu võrra halvem kui TEM-il. Skaneeriva elektronmikroskoobi pilt põhineb pinnaprotsessidel, mistõttu on see võimeline tekitama pilte proovidest, mis on mitmete sentimeetrite suurused ning tänu laiale teravussügavusele on tekkiv kujutis kolmemõõtmeline [11]. Lisaks eksisteerib skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop (ESEM), mis suudab mikrograafe luua proovidest, mis on märjad või asetsevad nõrgas vaakumis.

Reflektoorne elektronmikroskoop (REM)

 Pikemalt artiklis Reflektoorne elektronmikroskoop

Reflektoorne elektronmikroskoop kasutab samuti elektronkiirt, mida suunatakse uuritavale pinnale, kuid detekteeritakse peegeldunud kiirest elastselt hajunud elektrone. REM-i kasutatakse tavaliselt koos peegeldunud kõrgeenergeetilise elektronide difraktsiooniga (RHEED) ja peegeldunud kõrgeenergeetilise energiakadude spektroskoopiaga (RHELS) [12][13].


Proovieksemplari valmistamine

Elektronmikroskoobi all vaatlemiseks peab materjale eelnevalt töötlema, et luua sobivat proovi. Selleks kasutatavad meetodid erinevad sõltuvalt uuritavast proovist ning tehtavast analüüsist:

  • Dehüdratsioon – külmkuivatamine või vee asendamine orgaaniliste lahustega, näiteks etanooli või atsetooniga. [14]
  • Juhtiva kihiga katmine – kõrgvaakumis aurustamisega kaetakse proov üliõhukese hea elektrijuhtivusega aine kihiga. Seda tehakse, et vähendada staatilise elektri kogunemist proovi pinnale. Katvateks materjalideks on näiteks kuld, grafiit, volfram ning kulla ja pallaadiumi segu.
  • Keemiline fikseerimine – kasutatakse bioloogiliste proovide puhul, et makromolekulaarset struktuuri säilitada. Fiksatsioon saavutatakse proteiinide ristsidumisel aldehüüdidega. [14]
  • Krüofikseerimine – proov külmutatakse vedelas etaanis ja säilitatakse vedelas lämmastikus või vedelas heeliumis, et vesi moodustaks amorfse jää. See säilitab proovi hetkeseisu lahuses. Antud tehnikast on arenenud krüo-elektronmikroskoopia.
  • Maandamine – juhtivale kihile elektrilaengu kogunemise vältimiseks ühendatakse ta elektriliselt maandusvardaga. Ühenduse loomiseks kasutatakse enamasti elektrit juhtivat liimi.
  • Negatiivne värvimine – lahus, mis sisaldab nanoosakesi või peent bioloogilist materjali (näiteks viiruseid või bakteeriat), segatakse lahjendatud elektronidele läbipaistmatu lahusega, näiteks ammooniummolübdaati või fosforvolframhappega. Segu asetatakse sobivalt kaetud elektronmikroskoobi võrele ning kuivatatakse. Parimate tulemuste jaoks tasub võimalikult kiiresti preparaati TEM-iga vaadelda. Negatiivset värvimist kasutatakse mikrobioloogias kiireks identifitseerimiseks. [14]

Puudused

Elektronmikroskoopide ehitamine ning hooldus on kallis, samuti peavad kõrge suurendusvõimega mikroskoobid paiknema stabiilsetes ehitistes, mõnikord isegi maa all. Lisaks vajavad elektronmikroskoobid eriteenuseid, näiteks magnetvälja nõrgendavaid süsteeme. Proove peab enamasti jälgima vaakumis, et õhumolekulid ei hajutaks elektrone. Ainsaks erandiks on skaneeriv keskkonnaelektronmikroskoop, mis lubab hüdreeritud proove vaadelda ka rõhkudel kuni 20 Torri. Skaneeriv elektronmikroskoop, mis töötab kõrgvaakumis, saab pilte teha vaid elektrit hästi juhtivatest proovidest. Mittejuhtivaid proove tuleb katta materjaliga, mis juhiks elektrit. Enamasti kasutatakse selleks materjaliks kulla ja pallaadiumi sulamit, süsiniku või osmiumit. Samuti on võimalik mittejuhtivaid proove jälgida tänapäevaste mikroskoopide madalpingerežiimiga. Hüdreeritud materjale ehk peaaegu kõiki bioloogilisi proove tuleb eelnevalt töödelda, et neid stabiliseerida, vähendada nende paksust ja suurendada optilist kontrastsust.


Rakendused

Pooljuhid ja andmekandjad:

  • Vooluringi redigeerimine
  • Defekti analüüs
  • Veaanalüüs

Bioteadused:

Materjaliuuringud:

Tööstus:

  • Kõrgresolutsiooniline pildistamine
  • 2D ja 3D mikrotasemel karakteriseerimine
  • Osakeste detekteerimine ja iseloomustamine
  • Proovide valmistamine
  • Kriminalistika
  • Mineraalainete vabanemise analüüs
  • Naftakeemia
  • Veaanalüüs

Vaata ka

Viited

  1. ↑ Väike entsüklopeedia. Toimetaja Aro. R.Eesti Entsüklopeediakirjastus, Tallinn, 2006
  2. ↑ "Facility Design Criteria for Electron Microscopes – Part I" (inglise keeles). Office of Research Facilities. Vaadatud 05.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  3. ↑ Sandler,"Direct three-dimensional analysis of electron micrograph pictures." Pattern Recognition 4(4), 353-359, 1972
  4. ↑ Ernst Ruska (1986). "Ernst Ruska - Biographical". Nobel Lectures (inglise keeles). Vaadatud 05.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  5. ↑ Ernst Ruska (1986). "Ernst Ruska - Biographical". Nobel Lectures (inglise keeles). Vaadatud 05.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  6. ↑ K. Max "Aufladepotentiel und Sekundäremission elektronenbestrahlter Körper". Zeitschrift für technische Physik 1935, Saksamaa
  7. ↑ The Growth of Electron Microscopy, Academic Press, New York, 1996
  8. ↑ K.Smith, B. Breton. "The Scanning Electron Microscope" (inglise keeles). Cambridge University Engineering Department. Vaadatud 5.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  9. ↑ Kisielowksi," Detection of single atoms and buried defects in three dimensions by aberration-corrected electron microscope with 0.5-angstrom information limit."Microsc. Microanal. 14, 469-477, 2008
  10. ↑ D. McMullan. "Scanning Electron Microscopy, 1928-1965". 51st Annual Meeting of the Microscopy Society of America (inglise keeles). Vaadatud 05.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  11. ↑ W.Denk, H.Horstmann" Serial block-face scanning electron microscopy to reconstruct three-dimensional tissue nanostructure" PLOs Biology 2, 2004
  12. ↑ Z.L. Wang, Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis, Cambridge University Press, Cambridge, 2005
  13. ↑ A. Ichimiya, P.I. Cohen, Reflection High-Energy Electron Diffraction, Cambridge University Press, Cambridge, 2011
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 "Electron microscopy procedures manual" (PDF) (inglise keeles). Fred Hutchinson cancer research center. Vaadatud 12.10.2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Kasutaja:HSaare/Elektronmikroskoop&oldid=4012053"