Электронный микроскоп
Привет, пикабу.
Подписчики, заждались?
Как и обещал продолжаю рассказывать про электронные методы и приборы для изучения микромира. Сегодня на очереди электронный микроскоп. (сначала много букаф, а красивые картиночки в конце)
В отличие от зондового, о котором я рассказывал ранее, электронный микроскоп имеет куда больше сходств с обычным оптическим.
Как уже я уже говорил: для оптических микроскопов есть так называемый оптический предел – минимальный размер объекта, который можно рассмотреть в такой микроскоп. Существование этого предела связано с дифракцией (огибанием малых объектов) световой волны. Т.е., чтобы рассмотреть очень маленький (меньше 0,2 мкм) объект нужна меньшая длина волны. Для этого в электронном микроскопе применяются не фотоны, а электроны (откуда и название), которыми "освещают" исследуемый образец.
Такой переход не только позволяет обойти оптический предел и рассматривать нанометровые объекты с увеличением вплоть до 1 000 000, но и значительно повысить резкость изображения. Однако по этой же причине пропадает цвет изображения, что мы и видели в посте, с которого все началось.
На этом различия не заканчиваются. Для фокусировки пучка электронов на объекте никак не подойдут обычные оптические линзы, так как с ними электроны попросту провзаимодействуют. Поэтому в электронном микроскопе применяются специальные, магнитные линзы, которые по сути действуют на летящие электроны так же, как обычные линзы на фотоны.
Более того, так как электроны очень активные частицы то всю эту систему линз необходимо еще и вакуумировать, образуя как можно более глубокий вакуум. Как правило в камере поддерживается давление порядка 10-5 Паскаль (7,5*10-9 мм. рт. ст.). Так как постоянно откачивать воздух до такого давления из достаточно большого объема камеры – долгая процедура, то всю систему попросту постоянно держат в вакууме.
Теперь о том, как, собственно, получается изображение в электронном микроскопе.
Когда разогнанные и сфокусированные электроны врезаются в образец они могут по-разному взаимодействовать с ним: отразиться обратно, выбить другие электроны, затормозиться веществом, пролететь насквозь в конце концов (но только, если образец достаточно тонкий).
Каждый тип электронов (отраженные, выбитые, они же вторичные, и прошедшие) регистрируется определенным детектором. В зависимости от выбранного детектора различают электронную микроскопию на отраженных, на вторичных электронах или просвечивающую. Нередко в одном микроскопе сочетаются несколько видов детекторов.
Под управлением умной электронике сфокусированный пучок электронов пробегает образец "построчно" подобно тому, как луч пробегает по экрану в старом ЭЛТ мониторе. Таким образом происходит сканирование образца, а чтобы не путать сканирующий зондовый и электронный микроскопы, последний иногда называют растровым.
А вот так внешне выглядит наш микроскоп:
Тут хорошо видна колонна (белая "бочка" в центре сверху), в которой расположены линзы и электронная пушка.
Вон та длинная ручка служит для загрузки образца внутрь и в нужный момент инженер опускает ее вниз и проталкивает образец внутрь. Извлекается он точно так же.
А вот, собственно, и сам образец, загружаемый в промежуточный шлюз (нужен, чтобы не терять вакуум в основной камере):
Образцы загружаются на специальной подставке-держателе. Они имеют различные форму и предназначение. Некоторые позволяют закрепить образец вертикально (например, если нужно увидеть тонкую пленку на поверхности чего-то с торца), некоторые позволяют загружать сразу несколько различных образцов и т.д.
Вот поближе тот держатель, что загружали на предыдущем снимке:
На него нанесен какой-то порошок. Я не сильно вдавался в подробности о составе и предназначении.
А теперь, собственно, можно перейти к получаемым на электронном микроскопе изображениям.
Небольшая предыстория. Когда только этот микроскоп появился в университете и на нем более-менее научились работать, для пробы фотографировали все, что только могли. Вот, например, фотография моли:
Внизу, на черном поле, есть маркер с меткой размера (белая линия, а рядом надпись, означает 100 мкм). А так же ниже и левее можно увидеть кратность увеличения (в данном случае х43).
А так же тут можно увидеть информацию о напряжении на электронной пушке и режиме получения картинки (5 киловольт, SEI - secondary electron image - картинка получена на вторичных электронах).
Вот еще пара интересных снимков того же образца:
глаз моли, увеличение в 500, 1600 и 19 000 раз:
А вот чешуйки, которыми покрыто все ее тельце:
Есть еще много разных фотографий, если кого заинтересовало, могу скинуть в комментарии, чтобы не загромождать пост.
А на этом мое повествование об электронной микроскопии заканчивается. Меня несколько удивила реакция пикабушников на посты с такой тематикой. Не ожидал, что кому-то вообще это интересно.
Впринципе, у нас в лабораториях еще полно всякого оборудования, о котором я с радостью могу рассказать, что знаю, примерно в том же ключе, что и о микроскопии. Так мне продолжать? (только скажите, что вам интересно будет; учусь на химика, но область интересов лежит на стыке химии и физики, так что различных исследовательских методов и приборов знаю много)