Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Позвонил мне как-то друг и говорит: нашёл интересную штуку, нужно привезти к тебе, весит полтонны. Так у меня появилась колонна от сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-50A. Её давно списали из какого-то НИИ и вывезли в металлолом. Электронику потеряли, а вот электронно-оптическую колонну вместе с вакуумной частью удалось спасти. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

  • Понять основы работы электронных микроскопов
  • Разобраться в том, что такое вакуум, какой он бывает
  • Как измеряют вакуум, как его получают
  • Как работают высоковакуумные насосы
  • Минимально разобраться в химии (какие растворители использовать для очистки вакуумной камеры, какое масло использовать для смазки вакуумных деталей)
  • Освоить металлообработку (токарные и фрезерные работы) для изготовления всевозможных переходников и инструментов
  • Разобраться с микроконтроллерами, схемотехникой их подключения

Имея на вооружении научный метод я попробую освоить совершенно новые области, которыми никогда не занимался ранее. Приглашаю сделать это вместе со мной. Восстановление микроскопа после как минимум десятка лет — под катом.

DISCLAIMER: Помните, безопасность превыше всего! Я не несу никакой ответственности за то, что вы случайно нанесёте вред своему здоровью или создадите чёрную дыру, используя знания из этой статьи

Интересно не просто запустить старую железяку в рабочее состояние, но и проверить, возможно ли используя научный метод освоить совершенно новые области.

Поэтому прежде, чем что-то делать, всегда полезно понять, как оно работает.

Принципы работы электронных микроскопов

Есть два типа электронных микроскопов:

  • просвечивающий (TEM или ПЭМ)
  • сканирующий (SEM или РЭМ от «растровый»)

Просвечивающий электронный микроскоп

ПЭМ очень похож на обычный оптический, только исследуемый образец облучается не светом (фотонами), как в оптическом микроскопе, а электронами.

Длина волны электронного луча намного меньше, чем фотонного, поэтому можно получить существенно большее разрешение.

Фокусировка и управление электронным лучом осуществляется с помощью электромагнитных или электростатических линз. Им даже присущи те же искажения (хроматические аберрации), что и оптическим линзам, хотя природа физического взаимодействия совершенно иная. Она, кстати, добавляет ещё и новых искажений (закручивание электронов в линзе вдоль оси электронного пучка, чего не происходит с фотонами в оптическом микроскопе). У ПЭМ есть недостатки: исследуемые образцы должны быть очень тонкие, тоньше 1 микрона, что не всегда удобно в домашних условиях. Например, чтобы посмотреть свой волос на просвет, его нужно разрезать вдоль хотя бы на 50 слоёв. Это связано с тем, что проникающая способность электронного луча гораздо хуже фотонного. К тому же, ПЭМ за редким исключением достаточно громоздки. Вот этот аппарат, изображённый ниже, вроде бы и не такой большой (хотя выше человеческого роста, и имеет цельную чугунную станину), но к нему идёт ещё блок питания размером с большой шкаф, итого занимая целую комнату. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Но разрешение ПЭМ — наивысшее. С помощью него (если сильно постараться) можно увидеть отдельные атомы вещества. (Фото отсюда). Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Особо полезно такое разрешение для идентификации возбудителя вирусного заболевания. Вся вирусная аналитика 20 века была построена на базе ПЭМ, и только с появлением более дешёвых методов диагностики популярных вирусов (напр. ПЦР), рутинное использование ПЭМов для этой цели уже не встречается.

Например, вот как выглядит грипп H1N1 «на просвет»: (фото отсюда)

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Сканирующий электронный микроскоп

SEM применяется в основном для исследования поверхности образцов с очень высоким разрешением (увеличение в миллион крат, против 2 тысяч у оптических). А это уже гораздо полезнее в хозяйстве 🙂

К примеру, кто-то смотрит на новую зубную щётку:

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. В сканирующем микроскопе узко сфокусированный электронный луч «сканирует» поверхность образца точка-за-точкой, а всевозможные датчики улавливают то, что вылетает из образца после ударов электронами. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Вылетать могут: — электроны с различными энергиями — оптическое излучение видимого, инфракрасного, ультрафиолеотового диапазонов — рентгеновское излучение

— неведомая хрень

Принцип работы сканирующего электронного микроскопа немного похож на работу электронно-лучевой трубки телевизора (в которой есть и глубокий вакуум, и электронная пушка, и система фокусирующих и отклоняющих линз). Вот, кстати, как он работает при съёмке 1000 кадр/с: То же самое должно происходить и в электронно-оптической колонне микроскопа, только облучается образец, а не люминофор экрана, и изображение формируется на основе информации с датчиков (вторичных электронов, упруго-отражённых электронов, и прочих). И кинескоп телевизора, и электронно-оптическая колонна микроскопа работают только под вакуумом.

Вдохновившись картинками, приступаем к работе.

Электронно-оптическая колонна

Электронно-оптическая колонна микроскопа — это вакуумная камера, в которой расположены:

  • электронная пушка, испускающая электронный луч
  • система электромагнитных линз, фокусирующих, сдвигающих, раскручивающих и перемещающих луч
  • держатель для образца, с возможностью его перемещения и наклона по разным осям
  • детекторы излучения различной природы — электронов, рентгеновского, светового диапазонов
  • порты для подключения дополнительных устройств
  • система управления вакуумом

Электронная пушка (со снятым цилиндром Венельта): Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Управляемый предметный столик (расположен внутри колонны, доступ к нему через специальный шлюз, снаружи его расположение можно узнать по обилию ручек для перемещения и наклона) Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

I. Разборка, очистка, покраска

Самое первое, что захотелось сделать — это всё основательно отмыть и покрасить поржавевшие детали. Защитные кожухи сверху и сбоку были сняты, под ними оказалось ещё больше пыли, а сталь успела местами соржаветь от действия влаги и воздуха. Хорошо, что сама колонна сделана из нержавейки и так легко не окисляется. Вакуумная часть (под колонной) в процессе разборки выглядела как-то так: Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Снимаем снизу всю вакуумную арматуру, остатки блока управления вакуумом, диффузионный насос, зачищаем и красим дно полуматовой чёрной краской, чтобы было красиво. Сверху снимаем защитные кожухи, видим тридцатилетнюю пыль, всё моем, шкурим и красим. Вот было/стало для сравнения:

  • А также смотрите видео на моём канале.
  • Жду ваших комментариев и вопросов, до встречи в следующих сериях!

Разобравшись с железяками я разблокировал антивибрационную пружинную подвеску колонны и попробовал вывесить колонну в рабочее положение (двухсантиметровый стальной лист и несколько утяжелителей обеспечивают солидность покачивания). Все части проекта:

Что можно увидеть в оптический и цифровой микроскопы и как ими пользоваться

При проведении научных и любительских исследований невозможно обойтись без микроскопа. Он не только приблизит исследователя к новым открытиям, но и поможет рассмотреть удивительный мир, открывающийся в окружающих нас вещах. Что именно можно увидеть в микроскоп, как им пользоваться и какой лучше подойдет — в этом материале.  

Прообраз первого микроскопа появился еще в 16 веке и с тех пор устройство прошло длинный путь своего становления и развития. Микроскопом называют прибор, предназначенный для увеличения мелких или практически не видимых человеческим глазом предметов и объектов. Процессы такого изучения называют микроскопией, которая подразделяется на категории в зависимости от вида микроскопа. 

Где же можно использовать данное устройство:

  1. Проведение научных исследований. Например, в медицине. Это исследования крови, тканей и т.п. Не обойдутся без него и в таких науках как химия, биология.
  2. Школьникам и студентам микроскопы необходимы для изучения предметов и проведения опытов. Можно разглядывать листочки, частички овощей, веточки и т.п.

     

  3. В ювелирном деле, проведении всевозможных анализов и просто в познавательных целях. Также микроскоп будет полезен тем, кто работает с электронными платами, минералами, коллекционирует монеты и т.д. 

На вопрос «Кто изобрел микроскоп?» до сих пор нет однозначного ответа, так как многие ученые и любители работали над похожими системами.

Тем не менее часто выделяют Иоанна Липперсгея, Захария Янсена и, конечно же, Галилео Галилея.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Многие помнят или представляют микроскоп, как прибор с одним или двумя окулярами, которые при увеличении позволяют исследователю рассмотреть предмет в многократном увеличении. Это и есть классический прямой оптический микроскоп. Современная микроскопия использует множество типов приборов: электронные, инвертированные, лазерные, люминесцентные, стереоскопические и другие.

Так, например, люминесцентные подсвечивают изучаемый объект и позволяют изучать его как бы освещенным изнутри собственным светом за счет специальной лампы и системы светофильтров.

А электронные, в отличие от оптических, используют вместо света пучки электронов. В общем для каждой отрасли науки и даже изучаемого объекта нужен определенный прибор.

Мы же рассмотрим наиболее популярные и доступные рядовым пользователям модели.  

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

И так, микроскопы отличаются друг от друга видами и целевым назначением. Соответственно, и устроены они по-разному. Существует две системы — оптическая и механическая. Первая включает в себя все элементы без которых микроскоп не будет микроскопом.

Окуляр 

Глядя в глазной окуляр исследователь и будет изучать какой-либо объект. Окуляр дает некоторое фиксированное увеличение (10x, 20x, 25x и т.д.). Современные окуляры имеют несколько линз, встроенных в металлический корпус (тубус).

В зависимости от количества окуляров микроскопы подразделяются на монокулярные, бинокулярные и тринокулярные. Бинокулярные создают стереокартинку, более удобны чем молекулярные, но в отличие от последних требуют привыкания и дополнительных настроек при использовании двух окуляров.

Если используется цифровой микроскоп, то в нем окуляр как таковой отсутствует — его роль выполняет камера.  

Важнейшая и самая сложная часть прибора, позволяющая в купе с окуляром детально рассмотреть любой объект исследования. Чаще всего состоит из металлической трубки с несколькими линзами, дающими кратное увеличение. Объектив смотрит непосредственно на предмет изучения, точнее сказать — на предметный столик. Полученное с помощью объектива изображение мы и видим в окуляр.

В любительских и профессиональных устройствах может быть несколько объективов (не менее 3-х) встроенных в устройство или насадку револьверного типа. Пользователь просто проворачивает насадку и смотрит в нужный объектив. Чем больше объективов разной кратности, тем лучше для пользователя. Кратность указывается на корпусе объектива. 

У каждого окуляра и объектива есть свое увеличение, которое вместе образует общее увеличение микроскопа. Чтобы высчитать его? нужно перемножить кратность увеличения окуляров и объективов.

Так, например, если кратность окуляра составляет 10х, а объектива 40х, то общее увеличение будет составлять 400х. В некоторых приборах общее увеличение может составлять до 1200х.

При таком увеличении можно рассматривать клетки растений и животных, строение насекомых, пыльцу растений и т.п.  

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Подсветка     

При изучении объект, когда он расположен на подставке, необходимо подсвечивать снизу пучком света. Свет можно направить как простым зеркалом, так и более сложными устройствами, например, электроосветителями.

Также подсветка может быть комбинированная для просмотра прозрачных и непрозрачных объектов. На нижних фотографиях указана комбинированная подсветка. На правом фото также виден небольшой винт регулировки подсветки.

   

Микроскопы используют при реставрациях образцов мировой культуры. Например, для восстановления терракотовой армии или полотен эпохи Возрождения.

А сейчас перейдем к механической системе микроскопа. Вот некоторые элементы, которые она включает в себя.

Подставка 

Это основание микроскопа, отвечающее за его устойчивость. Если сюда прибавить еще и штатив, то вместе получится корпус микроскопа. На него крепятся все остальные части прибора.

Чтобы фокусировать изображение, на корпусе обычно располагаются два винта, один из которых приближает или отдаляет объектив от объекта (грубая регулировка), а второй помогает произвести более тонкую фокусировку на предмете (тонкая регулировка).

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

На него помещаются объекты для изучения. В центре столика есть небольшое круглое отверстие, через которое на предмет попадает пучок света. Снабжен зажимами. В некоторых моделях цифровых микроскопов, предметный столик отсутствует. 

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Дополнительные аксессуары 

Помимо самого микроскопа потребуются и дополнительные инструменты, без которых работа будет невозможна или затруднительна. Главным здесь будет предметное стекло, на которое помещается предмет, подлежащий изучению. При необходимости он сверху накрывается покрывным стеклом.

Также пригодятся скальпель, пипетка и пинцет. Пипетка будет полезна при наборе жидких образцов, пинцетом можно передвигать объекты изучения, а скальпелем отрезать небольшие частицы от предметов.

Собирать и хранить какие-либо образцы желательно в специальных контейнерах, хотя можно обойтись и подручными средствами. 

Кратко коснемся принца работы устройства и разберем его на примере оптического микроскопа. Для того, чтобы что-то рассмотреть в окуляры, нужна подсветка.

В зависимости от вида прибора это может быть естественное или искусственное освещение, направление которого регулируется зеркалом. Кстати говоря, сейчас это уже устаревшая система.

Все чаще используют свет, исходящий от встроенной в основание микроскопа лампы, которая питается от сети или батарейки. Подсветка лампы чаще всего регулируемая.

Поток света (естественного или от лампы) проходит через отверстие в предметном столике, пронизывает объект изучения насквозь и попадает на линзы объектива, а затем — окуляра, которые обеспечивают увеличение. Ну а далее в дело вступает опытный взгляд исследователя. 

Перед началом работы нужно подготовить рабочее место, очистить его от мусора и пыли. Желательно вымыть руки или использовать перчатки. Если есть пробелы в знаниях или сомнения, относящиеся к работе микроскопа, то обязательно нужно изучить инструкцию. В целом же работать с микроскопом не так сложно, как кажется на первый взгляд.

Изучаемый предмет помещается на предметный столик. Так можно изучать продукты питания, бумагу, насекомых, волосы и другие мелкие предметы. Несколько сложнее с жидкостью или в том случае, когда исследуемые объекты требуют предварительной подготовки. Например, тонкого среза или смеси в виде кашицы.

На них нужно капнуть воды или специальной жидкости и сверху осторожно накрыть покровным стеклом. Также можно использовать готовые наборы микропрепаратов, в которые входит предметное стекло с уже нанесенным на него объектом исследования.

Это может быть кошачья шерсть, голова мухи, срез дождевого червя, костная ткань, минералы и многое другое. 

Далее нужно осуществить фокусировку. Винтом грубой регулировки следует приближать и отдалять предмет, пока не получится четкое изображение. После этого винтом (или колесиком) тонкой настройки добиваемся максимальной резкости картинки.

Начинать фокусировать нужно с минимального значения, постепенно переключаясь на более высокое увеличение.

Например, если прибор имеет два объектива значением 2х и 4х, то начинать фокусировку нужно с 2х, а затем, вращая револьверную насадку увеличивать значение.

Начав сразу же с максимального увеличения, пользователь рискует увидеть лишь малую часть объекта или же вообще ничего не увидеть. Если же прибор имеет только один объектив, то увеличение у него будет постоянным.

Важно помнить, что винтом грубой фокусировки объектив приближается к предметному столику, поэтому есть большой риск сломать стекло, повредить сам объектив и даже получить порезы. Искать фокус следует не к стеклу, а от стекла.

Стоит заметить, что на некоторых объективах, в первую очередь стократных, устанавливается специальная оправа, которая пружинит при встрече со стеклом. Однако, ее цель состоит не в защите линзы, а в создании более плотного контакта стекла с объективом.

Цифровой микроскоп работает по-другому. У него отсутствует окуляр и сам он напоминает цифровую камеру, только с более многократным увеличением. Такие микроскопы можно встретить в нескольких вариантах, с различными характеристиками, назначением и соответственно ценами. Возьмем для примера стандартный настольный микроскоп, который больше относится к любительским.

Подключив его через USB порт к компьютеру, пользователь также устанавливает специальное программное обеспечение, с помощью которого возможно рассмотреть изображение. После подключения, под объектив прибора размешается объект изучения, после чего исследователь сможет рассмотреть полученное изображение на мониторе компьютера.

Считывается изображение посредством цифровой камеры.

Исследования через микроскоп — это не только полезно, но еще и увлекательно. Ученые используют профессиональные, мощные и дорогие устройства. Любителям же подойдут цифровые или бинокулярные оптические модели, с помощью которых можно изучать окружающий мир: насекомых, растения, продукты питания, камни, веточки деревьев и многое другое.  

Принцип действия и ограничения электронного микроскопа

Электронные микроскопы появились в 1930-х годах и вошли в повсеместное употребление в 1950-х.

На рис. 5.6 изображен современный трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп, а на рис. 5.7 показан путь электронного пучка в этом микроскопе. В трансмиссионном электронном микроскопе электроны, прежде чем сформируется изображение, проходят сквозь образец. Такой электронный микроскоп был сконструирован первым.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Рис. 5.6. Современный трансмиссионный электронный микроскоп.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Рис. 5.7. Траектория пучка электронов в трансмиссионном электронном микроскопе.

Электронный микроскоп перевернут «вверх дном» по сравнению со световым микроскопом. Излучение подается на образец сверху, а изображение формируется внизу. Принцип действия электронного микроскопа в сущности тот же, что и светового микроскопа.

Электронный пучок направляется конденсорными линзами на образец, а полученное изображение затем увеличивается с помощью других линз. В табл. 5.3 суммированы некоторые сходства и различия между световым и электронным микроскопами.

В верхней части колонны электронного микроскопа находится источник электронов — вольфрамовая нить накала, сходная с той, какая имеется в обычной электрической лампочке. На нее подаётся высокое напряжение (например, 50 000 В), и нить накала излучает поток электронов. Электромагниты фокусируют электронный пучок.

Внутри колонны создается глубокий вакуум. Это необходимо для того, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов из-за столкновения их с частицами воздуха. Для изучения в электронном микроскопе можно использовать только очень тонкие срезы или частицы, так как более крупными объектами электронный пучок почти полностью поглощается.

Части объекта, отличающиеся относительно более высокой плотностью, поглощают электроны и потому на сформировавшемся изображении кажутся более темными. Для окрашивания образца с целью увеличения контраста используют тяжелые металлы, такие как свинец и уран.

Таблица 5.3. Сравнение светового и электронного микроскопов

Трансмиссионный электронный микроскоп Световой микроскоп
Излучение Электроны Свет
Длина волны -0,005 нм 400-700 нм
Максимальное разрешение на практике 0,5 нм 200 нм
Максимально полезное увеличение х250 000 (на экране) х1500
Линзы Электромагнитные Стеклянные
Объект Неживой, обезвоженный, относительно маленький или тонкий Живой или неживой
Удерживается на маленькой медной сетке в вакууме Обычно лежит на предметном стекле
Распространенные красители. Содержат тяжелые металлы, которые отражают электроны Цветные красители
Изображение Черно-белое Обычно цветное

Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцирующий экран, который воспроизводит видимое (черно-белое) изображение. Чтобы получить фотоснимок, экран убирают и направляют электроны непосредственно на фотопленку. Полученный в электронном микроскопе фотоснимок называется электронной микрофотографией.

  • Преимущество:
  • 1) высокое разрешение (0,5 нм на практике)
  • Недостатки:
  • 1) подготовленный к исследованию материал должен быть мертвым, так как в процессе наблюдения он находится в вакууме;
  • 2) трудно быть уверенным, что объект воспроизводит живую клетку во всех ее деталях, поскольку фиксация и окрашивание исследуемого материала могут изменить или повредить ее структуру;
  • 3) дорого стоит и сам электронный микроскоп и его обслуживание;
  • 4) подготовка материала для работы с микроскопом отнимает много времени и требует высокой квалификации персонала;

5) исследуемые образцы под действием пучка электронов постепенно разрушаются. Поэтому, если требуется детальное изучение образца, необходимо его фотографировать.

ПредыдущаяСодержаниеСледующая

Как работает электронный микроскоп

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.

Перед нами стоит статуя Мыслителя Родена и мы кидаем в нее камнями. По тому, как отскочит камень, мы можем сказать, попал он в ямку или в выпуклость, — и в зависимости от этого зарисовываем статую отскок за отскоком. Так же работает электронный микроскоп, где камни — это электроны, а Мыслитель — это объект, который мы рассматриваем.

Допустим, наш Мыслитель размером 10 микрометров. Использовать дневной свет, которого достаточно для оптического микроскопа, чтобы разглядывать такой маленький объект, — все равно, что бросать валуны в статую. И здесь нужно разобраться с явлением дифракции, которое и заставило человечество придумать электронный микроскоп.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа. Нанометр — это супер-мало, примерно 10 атомов гелия в ряд. Наши волосы как раз растут со скоростью примерно 2-3 нанометра в секунду.

Дифракция — это способность света огибать объекты. У света, как известно, раздвоение личности — он одновременно и волна, и поток частиц. Из двух частей корпускулярно-волнового дуализма нас интересует та часть, где свет — волна.

У волны есть длина, и у видимого света она составляет от 390 до 750 нм.

Если размер объекта меньше 250нм, как у клетки крови или вируса гриппа, мы не сможем его разглядеть в оптическом микроскопе, так как волна света будет его огибать, а изображение будет размытым.

Электронный микроскоп был придуман, чтобы бороться с такими ограничениями. Вместо света он использует поток электронов с длинами волн меньше 1 нм. Внутри микроскопа стоят магниты. Они искривляют этот поток, собирают его в очень узкий пучок и «водят» им по образцу, который лежит под электронной пушкой в вакууме: в воздухе электроны ударялись бы об атомы и теряли энергию.

Когда электрон вылетел из пушки и ударился в какое-то место на образце, это место возбуждается и начинает выбрасывать целую гамму излучений: рентгеновское, поток вторичных электронов, оже-электроны и обратно рассеянные электроны.

Оже-электроны способны рассказать нам, из каких элементов состоит сканируемый объект и как они в нем распределены.

Из них вторичные электроны — самые главные. Детектор в микроскопе регистрирует их количество и строит свое представление о точке — а если точнее, о контрасте точки.

Водя потоком по образцу (отсюда — сканирующий), точка за точкой микроскоп получает сведения об их контрасте (по шкале от белого до черного) и составляет из этих точек черно-белое растровое изображение, которое мы и видим.

Цветные изображения со сканирующих микроскопов — это раскраска: цвет поток электронов передать не может.

Электронная микроскопия | Справочник по защите растений AgroXXI

В устройство электронного микроскопа входит вольфрамовая нить, через которую проходит ток, нагревающий ее и вызывающий эмиссию электронов. Высокое отрицательное напряжение, прилагаемое к нити, обеспечивает значительную разность величины потенциалов между вольфрамовой нитью и заземленной пластиной анода.

Разность потенциалов приводит к ускорению движения электронов по направлению к аноду. При этом часть электронов проходит через отверстие в центре анода (центральную апертуру) и формирует электронный луч, направленный вниз по колонне микроскопа.

Данный луч фокусируется первой (конденсорной) магнитной линзой и освещает исследуемый препарат.

Основная масса электронов проходит через исследуемый объект без отклонения, но часть их подвергается рассеиванию тяжелыми атомами объекта и выбивается из общего электронного луча. Чем плотнее структура объекта, тем сильнее рассеивание лучей. В результате формируется структура выходящего луча, способная при повторной фокусировке преобразоваться в изображение исследуемого объекта.

Электроны, прошедшие сквозь объект, фокусируются второй магнитной линзой (объективной). Она и создает увеличенное изображение, которое увеличивается третьей (проекционной) магнитной линзой, а затем проецируется на экран с люминофорным покрытием.

Чаще всего вирусы фотографируют при увеличении в 20–50 тысяч раз. При печати фотографии есть возможность увеличить изображения ещё в несколько раз.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.Электронный микроскоп

  • Биологические объекты, предназначенные для изучения с помощью электронной микроскопии, должны отвечать следующим требованиям:
  • обладать высокой электрической проводимостью;
  • обладать устойчивостью к вакууму;
  • обладать устойчивостью к нагреванию;
  • обладать устойчивостью к действию электронного пучка;
  • обладать достаточно большими значениями атомных масс элементов, входящим в его состав;
  • быть выделенным из свежего материала.

Для четкой видимости вирионов под электронным микроскопом применяют контрастирование вирусных препаратов при их приготовлении – напыление металлом (хром, вольфрам, платина, золото) или негативное контрастирование при помощи химических соединений. Для негативного контрастирования используются фосфорно-вольфрамовая кислота, молибденовокислый аммоний, вольфрамат натрия. Негативное контрастирование обеспечивает возможность изучения внутренней структуры вирионов.

Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.Вирусные частицы (с напылением) под электронным микроскопом

Вирусные препараты готовят на специализированных сетках диаметром 2–3 мм. Сверху сетки покрыты пленкой-подложкой из формвара или коллодия. Препараты для метода электронного микроскопирования готовят согласно специальным методикам.

  1. Метод погружения – пригоден для выявления нитевидных, палочковидных вирусов в ростках, листьях, кожуре клубней. Для этого край листа обрезают и место среза погружают на пару секунд в каплю дистиллированной воды, нанесенную на сетку с пленкой-подложкой. Таким же образом срезают кожуру клубня или росток (на высоте 1/3 клубня), место среза погружают в каплю дистиллированной воды на сетке. После высыхания капли препарат контрастируют металлом.
  2. Метод разбавленной суспензии – кусочек исследуемого листа (1 смили 10–30 мг) растирают в фарфоровой ступке до однородной массы и добавляют маленькими порциями 10–20 мг дистиллированной воды. Растирание продолжают до получения однородной разбавленной смеси. Каплю, полученной взвеси, наносят на сетку и после высыхания напыляют металлом. Метод применяется для исследования стабильных палочковидных и нитевидных вирусов, характеризующихся относительно высокой концентрацией вирионов в тканях растений.
  3. Препараты для лабильных вирусов (с нестойкими вирионами) готовят, используя с применением различных приемов, способствующих стабилизации вирусных частиц. Для таких вирусов, особенно с бацилловидной формой используют только негативное контрастирование.Для каждого вида лабильных вирусов разрабатываются индивидуальные способы контрастирования. В частности, вирус мозаики люцерны и вируса обыкновенной мозаики огурца сохраняют путем обработки очищенных препаратов формалином перед негативным контрастированием. Стабилизация вирионов вируса штриховатой мозаики пшеницы производится с помощью вакуум-инфильтрации внутрь тканей листьев 12% раствора глютаральдегида в течение получаса, затем суспензия негативно окрашивается фосфорно-вольфрамовой кислотой.

Иммуносорбентная электронная микроскопия является методом, сочетающий серологию с электронной микроскопией. Пленки-подложки обрабатывают специфическими антисыворотками. Это дает возможность выявить низкую концентрацию вирусов и дифференцировать вирусные частицы при смешанной инфекции.

При использовании данного метода сетку, пленкой вниз, помещают в каплю антисыворотки, обладающей специфичностью к данному вирусу. Через 30–40 секунд сыворотку удаляют фильтровальной бумагой, оставляя на пленке следы влаги. Затем сетку переносят на поверхность капли сока растения, затем на каплю контрастера. Избыточную жидкость удаляют фильтровальной бумагой.

При такой подготовке биологического материала под электронным микроскопом можно наблюдать вирусы, связанные и покрытые антителами диагностической сыворотки.

ПОИСК

    Основной принцип действия электронного микроскопа заключается в следующем. Для того чтобы освещенный предмет стал ви- [c.327]

    Электронный микроскоп перевернут вверх дном по сравнению со световым микроскопом. Излучение подается на образец сверху, а изображение формируется внизу.

Принцип действия электронного микроскопа в сущности тот же, что и светового микроскопа. Электронный пучок направляется конденсорными линзами на образец, а полученное изображение затем увеличивается с помощью других линз. В табл. 5.3 суммированы некоторые сходства и различия между световым и электронным микроскопами.

В верхней части колонны электронного микроскопа находится источник электронов — вольфрамовая нить накала, сходная с той, какая имеется в обычной электрической лампочке. На нее подается высокое напряжение (например, 50 ООО В), и нить накала излучает поток электронов. Электромагниты фокусируют электронный пучок.

Внутри [c.174]

    Принцип действия электронного микроскопа [c.61]

    Принцип действия и устройство электронного микроскопа. Принцип электронно-микроскопического метода заключается во взаимодействии узкого электронного пучка с достаточно тонким объектом, слабо поглощающим электроны.

Длина волны де Бройля для электронов, разогнанных до высоких скоростей в вакууме, составляет 0,005 нм, что значительно меньще межатомных расстояний в конденсированном веществе.

Поэтому основными явлениями, возникающими при взаимодействии электронного пучка с веществом, являются рассеяние и интерференция. [c.123]

    И вот для изучения тонкого строения клетки, ее отдельных частей привлекли электронный микроскоп, Мы уже несколько раз упоминали об этом приборе, теперь давайте познакомимся с ни.м несколько подробнее.

Как это на первый взгляд ни удивительно, но принцип действия электронного микроскопа такой же. как и его старшего брата, обычного оптического микроскопа, изобретенного 300 лет назад. Однако дитя XX века в десятки тысяч раз сильнее.

Почему Сейчас вам все станет ясно. [c.144]

    Принцип действия просвечивающего микроскопа основан на создании изображения электронным пучком, проходящим через объект. Контрастность изображения при данных условиях опыта зависит от свойств исследуемого вещества и толщины образца. Для полимерных материалов наилучший контраст обеспечивается эффективной толщиной 60—100 нм. [c.110]

    В данной лекции проведен сравнительный анализ ряда физико-химических методов, применяемых для исследования структуры твердых катализаторов.

Показано, что оптимальный набор методов определяется но основе анализа свойств, которые должны быть охарактеризованы для изучаемой системы.

Для твердых катализаторов этот набор включает методы химического анализа, адсорбцию газов при низкой температуре, просвечивающую электронную микроскопию, селективную адсорбцию газов, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, рентгеновскую дифракцию.

Обсуждаются физические принципы действия этих методов и тип получаемой информации. На примере исследования ряда монолитных катализаторов очистки выхлопных газов автомобильных двигателей продемонстрированы методические особенности практического применения выбранных методов. [c.9]

    Поэтому для изучения формы и размеров элементов надмолекулярной структуры полимеров используется электронный микроскоп, действие которого основано на принципе поглощения или рассеяния электронов (прямая электронная микроскопия или электронография), длина волны которых в несколько сот тысяч раз меньше длины волны видимого света. Разрешающая способность современных электронных микроскопов достигает нескольких ангстрем. Практически (с учетом недостаточно высокого различия в электронных плотностях полимеров) разрешение составляет 10—30 А. Техника прямого рассмотрения объектов, контрастирования их и получения с них реплик, а также детали устройства современных микроскопов подробно описаны в литературе, а конкретные примеры электронно-микроскопических фотографий приводятся в гл. И. Поэтому здесь следует обратить внимание только на те ограничения, которые необходимо принимать во внимание при интерпретации и оценке результатов электронно-микроскопических исследований. [c.238]

    Соотношение (768) аналогично выражению (766), если заменить Г на оно подтверждается экспериментально, по крайней мере, качественно. На явлении холодной эмиссии основан принцип действия эмиссионного электронного микроскопа. [c.454]

    Разрешающую способность микроскопа определяют путем измерения минимального расстояния между двумя точками, которые видны раздельно. Изображения точек, расположенных слишком близко, сливаются, поскольку из-за действия аберраций линз и дифракций лучей каждая точка объекта в принципе всегда изображается кружком рассеяния.

В качестве тест-объекта для определения разрешающей способности микроскопа по точкам можно брать частицы золота (или тяжелого и тугоплавкого сплава Р1—1г), образующиеся при конденсации из пара на холодной подложке (рис. 20.12, а).

Поскольку разрешение в современных электронных микроскопах расстояния близки к межплоскостным расстояниям в кристаллах, в качестве тест-объекта используют различные тонкие кристаллы (рис. 20.12,6). Надо иметь в виду, что в изображении системы плоскостей интерференции разрешение оказывается лучшим, чем в изображении точечного объекта.

Дело в том, что в процессе дифракции на кристаллической решетке происходит монохроматизация излучения и на качестве изображения не сказываются хроматические аберрации. [c.448]

    Предельная разрешающая способность оптического микроскопа составляет примерно 0,2 мк при использовании света с длиной волны около 0,5 мк [16].

Однако частицы размером до 20 A могут быть обнаружены с помощью электронного микроскопа, действие которого основано на том же принципе, что и у оптического микроскопа, с той лишь разницей, что для фокусировки и коллимации луча вместо стеклянных линз применяются электромагниты.

Достаточно хорошая оценка величины поверхности получается только в том случае, если вещество не пористое или если фактор шероховатости частиц близок к единице. Но в то же время, применяя электронно-микроскопический метод, можно получить сведения о количестве крупных пор и их распределении по размерам.

Такие сведения чрезвычайно полезны при предварительной оценке скоростей реакции в пористых твердых веществах, так как устья именно этих крупных пор обеспечивают доступ реагирующих молекул к внутренней поверхности. [c.168]

    Принцип действия растрового электронного микроскопа состоит в следующем. Электроны, генерируемые пушкой (в результате термоэлектронной или холодной эмиссии), проходят через систему электромагнитных линз, которые фокусируют узкий (диаметр 5—100 нМ) пучок электронов — так называемый электронный зонд — на поверхность [c.96]

    Немного найдется устройств, которые были бы снабжены таким количеством кнопок и измерительных приборов, как электронный микроскоп. Кроме того, некоторые методики требуют от исследователя настоящего искусства и огромного внимания к мельчайшим деталям.

Тем не менее в большинстве случаев использование прибора не связано с серьезными затруднениями, а приготовление образцов довольно простое. Не может быть сомнений в том, что каждая лаборатория должна иметь доступ к электронному микроскопу, а каждый биохимик должен быть достаточно осведомлен о возможностях его использования.

В дайной главе мы не будем касаться специфических методик или технических подробностей, а покажем возможности метода и опишем его принцип действия. [c.61]

    Область применения электронно-микроскопических исследований чрезвычайно широка.

В комплексе с другими методами, применяемыми в биологических исследованиях, электронная микроскопия участвует в решении таких актуальных теоретических проблем, как механизм биосинтеза белков, и нуклеиновых кислот в клетке, механизм наследственности (расшифровка генетического кода, изучение первичной и вторичной структуры ДНК и РНК), эволюция и систематика микроорганизмов, их принцип организации и развития, функциональная морфология клетки. Кроме решения теоретических проблем, электронная микроскопия находит самое широкое применение в практике. Благодаря электронному микроскопу совершенствуется морфологическая диагностика заболеваний человека и животных, определяется топография и характер места локализации антигенов, изучается действие лекарственных и дезинфицирующих веществ на клетку и микроорганизмы, а также используется для решения ряда других важных практических задач. [c.211]

    Принцип действия электронного микроскопа идентичен схеме обычного светового гжкроскопа. В электронном мшфоскопе соответ- [c.104]

    Принцип действия электронного микроскопа основан на использовании волновых свойств веществ.

Пучок электронов ускоряется в электрическом поле до тех пор, пока электроны не приобретут скорость порядка 10 см сек или больше и соответствующее количество движения порядка 10 г-см1сек (масса электрона равна 9-10″ г).

Корпускулярные свойства электронов связаны с волновыми свойствами хорошо известным соотношением де Бройля. Длина волны пучка электронов [c.120]

    Экспериментальные установки обычйо сочетают проведение в одной и той же вакуумной камере Оже-спектроскопии и измерений дифракции электронов низкой энергии. В результате получается информация как о химическом составе поверхности, так и о ее атомной структуре.

Для изучения геометрической структуры поверхности используют электронный сканирующий микроскоп.

Принцип действия этого прибора аналогичен передаче телевизионного изображения, только здесь на исследуемый объект направляется сфокусированный пучок электронов, а детектируется интенсивность отраженных электронов, которая затем передается на экран электронно-лучевой трубки.

Движение сфокусированного пучка электронов вдоль исследуемого образца синхронизовано с движением луча электронно-лучевой трубки, в результате чего на ее экране получается изображение изучаемой поверхности. Разрешение современных сканирующих микроскопов составляет 5—10 нм. [c.86]

    На рис. 10.5-1 показан принцип действия сканирующего туннельного микроскопа. Очень тонкое металлическое острие (например, Pt/Ir или W) укрепляют на блоке пьезоэлектрических датчиков, которые заставляют острие двигаться в направлениях х, у и z.

Когда острие приближается к поверхности (приблизительно на расстояние 1 A), под действием небольшой разности потенциалов, приложенной между острием и поверхностью (обычно несколько милливольт), может возникать туннельный ток (обычно несколько наноампер).

Поскольку туннельный ток очень сильно зависит от расстояния между острием и поверхностью (экспоненциально), то регистрация тока как функции пространственного положения острия позволяет получить изображение топографии поверхности с высоким субангстремным разрешением.

При интерпретации СТМ-изображений следует учитывать, однако, что их контраст определяется электронными плотностями, которые на атомном уровне не обязательно отражают положение атомных ядер. [c.369]

    В отечественной литературе описание принципа действия и устройства различных электронных микроскопов имеется в книге Сушкина [8], в обстоятельной монографии под редакцией Лебедева [9], в обзорной статье Кушнира [10], где разбираются советские электронные микроскопы (в том числе и последние модели).

Обзорный материал относительно электронных и ионных проекторов имеется в статье Третьякова [И]. Поэтому указанные вопросы здесь рассматриваться не будут, и мы ограничимся приведением табл. 1, в которой даны характеристики советских электронных микроскопов (согласно [10]), а также табл.

2, в которой собраны характеристики ряда зарубежных микроскопов [12]. В периодической печати имеется детальное описание советских электронных микроскопов УЭМБ-100 [13, 14] и ЭМ-5 [15], а также уникального высоковольтного микроскопа на 400 кв [16].

Обзор современных зарубежных электронных микроскопов имеется в статье Руска [17]. Обстоятельное описание одного из лучших современных приборов — Эльмископ I — содержится в статье [18], где рассматривается также ряд вопросов, возникающих при работе с микроскопом высокого разрешения.

Характеристика общего состояния электронной микроскопии в Японии и сведения [c.4]

    Автоэпектронная микроскопия (АЭМ).

Используя аппаратуру, аналогичную описанной выше для автоионной микроскопии, и прилагая к образцу сильное электрическое поле, можно определить изменение работы выхода электронов, испускаемых вследствие туннельного эф-фектаь Общая схема установки и принцип действия показаны на рис. 3.1 Катодом служит металлическое острие из анализируемого вещества, анодом — флуоресцентный экран, градиент поля на поверхности образца достигает 4 10 В/см. [c.59]

    Выполненные до настоя- -1,5 щего времени работы позво-тяют в принципе определить -J константы равновесия окисления или сульфирования металлов.

При этом поверхности последних, подвергнутые при различных температурах действию окислительно — восстановительных газовых смесей переменного состава, изучают под электронным микроскопом и электронным дифрактором.

С другой стороны, эти константы в большинстве случаев известны благодаря исследованиям, в которых применялись традиционные методы изучения химических равновесий. Возникает вопрос, совпадают ли результаты, полученные столь различными методами  [c.305]

    Обычный способ наблюдения дислокаций в электронном микроскопе основан на неоди ако1вой дифракции электронного луча в деформированных и иедеформированных участках.

В принципе можно исследовать совершенство любого материала, который допускает изготовление без разрушения тонких образцов, прозрачных для электронного луча с энергией около 100 кэВ и не разрушающихся под действием электронов.

Для большинства материалов нужная толщина образцов составляет 10 м [85].

Если кристалл близок к совершенству (с угловой раз-ориентацией 10 рад) и имеет достаточную толщину ( Ю- м для германия), то благодаря электронной дифракции в нем будут образовываться линии Кикучи [86,87] с шириной, пропорциональной искривлению кристаллической плоскости. Следовательно, картины линий Кикучи полезны при изучении качества кристаллов высокой степени совершенства ). [c.49]

    Принцип действия большинства электровакуумных приборов основан на иопользовании потоков заряженных частиц (электронов, ионов), движущихся в вакууме или газе. Что же представляют собой эти заряженные частицы Известно, что все вещества состоят из атомов, которые, несмотря на их микроскопи- [c.10]

    Сходные результаты были получены при исследовании черной субстанции. Гроувс (Groves) и его сотрудники из Сан-Диего высказали предположение, что выходная импульсация дофаминэргических нейронов регулируется дофамином по принципу обратной связи (аналогично пресинаптической регуляции в стриатуме).

Дофамин содержится в дендритах этих нейронов и после своего высвобождения может либо реагировать с рецепторами, находящимися на тех же дендритах, либо диффундировать к соседним дендритам, либо действовать в дендро-дендритных синапсах (такие синапсы были обнаружены с помощью электронной микроскопии см. рис. 25.12Б).

[c.186]

    Еще одна новинка, сведения о которой опубликованы тогда же,— позитронный микроскоп, по принципу действия сходный с электронным. Напомню позитроны при столкновении с электронами айнигилируют, порождая гамма-кванты.

Оба позитронных микроскопа, построенных в США, фиксируют это излучение. Те участки объекта, на которых электронная плотность выше, получаются на снимках более темными.

Пока эти приборы уступают электронным микроскопам по разрешающей способности и используются лишь для исследования поверхности твердых тел. Од- [c.215]

    Роль геометрических факторов. В теории катализа значение геометрических факторов получило наиболее общее выражение в принципе геометрического соответствия мультиплетной теории Баландина.

Близкий принцип лежит в основе теории матричных эффектов, общепринятой в современной молекулярной биологии для объяснения действия ферментов, нуклеиновых кислот и других регуляторов биохимических процессов.

Применительно к выяснению возможности ускорения сравнительно простых реакций использование геометрических характеристик требует большой осторожности. Трудности начинаются с выбора геометрических параметров поверхности.

Во-первых, эти параметры различны для идеальных плоскостей разных индексов (одного и того же монокристалла), которые обычно одновременно наблюдаются на поверхности.

Во-вторых, как показывают прямые исследования дифракции медленных электронов, не только расстояния, но и тип структуры могут быть различными на поверхности и в объеме кристалла. Так, в частности, Ое и 81 в объеме имеют кубическую структуру алмаза, а на поверхности — гексагональную структуру расстояния З — 81 или соответственно Се — Се в объеме и на поверхности различаются, как известно, весьма существенно. В-третьих, по данным электронографии и эмиссионной микроскопии, атомы поверхности [c.25]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector