Hallo,
bei der EM bestrahlt man das Objekt der Begirde (z.B. ein Protein) mit einem e-Strahl. Wie entsteht das Bild, welches man letztendlich erhält ? Wie sieht das Bild oder Spektrum überhaupt aus? Die Materie wechselwirkt ja mit den Elektronen. Entsteht ein Art Signal dadurch, daß Atome irgendwie angeregt werden?
Vielen Dank schon mal…
Sabine
Hi Sabine,
aus einer schönen Quelle hab ich folgendes geschöpft
Elektronenmikroskop
Prinzipiell besteht ein E. aus den folgenden Einheiten: – Hochvakuumapparatur, damit die freie Weglänge der Elektronen genügend groß ist u. der Elektronenstrahl nicht durch Stöße mit Hintergrundsgasteilchen geschwächt u. aufgeweitet wird. – Strahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls. Meist verwendet man eine Glühkathode, die gegenüber der geerdeten Anode auf neg. Potential liegt. Wichtig ist, ein Kathodenmaterial mit möglichst hohem Richtstrahlwert i (entspricht der Strahldichte bei opt. Strahlung) zu verwenden. Bei Elektronenenergien von E = 100 keV werden erreicht :
i = 105 A/cm · sr mit Wolfram-Haarnadelkathoden
i = 106 A/cm · sr mit Wolfram-Spitzenkathoden
i = 107 A/cm · sr mit Lanthan-Hexaboridkathoden
i £ 109 A/cm · sr mit Feldemissionskathoden
– Elektronenlinsen, die auf Elektronenstrahlen ähnlich wirken wie opt. Linsen auf Lichtstrahlen. Im E. verwendet man magnet. Linsen, die durch Magnetfelder die Bahn der Elektronen umlenken. In Analogie zu opt. Instrumenten spricht man von einer Kondensorlinse, mit der die Elektronen auf das Objekt gelenkt werden (s. Abb.). – Das Objekt selbst wird in die Mitte eines symmetr. aufgebauten Kondensorobjektives gestellt, um Abbildungsfehler zu reduzieren. Beim Ruhbildmikroskop entwirft das Objektiv ein vergrößertes Zwischenbild, das, ggf. durch weitere Zwischenlinsen mehrstufig vergrößert, durch das Projektiv nochmals vergrößert auf einen Leuchtschirm abgebildet wird. Dort kann es direkt od. über ein opt. Instrument betrachtet werden. An Stelle des Leuchtschirmes kann auch eine Photoplatte eingesetzt werden od. die Elektronen werden auf eine Detektorplatte, ähnlich der Kathode einer Fernsehkamera, abgebildet u. das Signal elektron. verarbeitet. Durch Veränderung der Brennweite des Projektivs wird nicht das reelle Bild, sondern das Beugungsbild auf den Leuchtschirm (Photoplatte, Detektorplatte) abgebildet, was bes. für die Bestimmung von Kristallgittern eingesetzt wird .
Der bisher beschriebene Aufbau des Ruhbild- u. Transmissionsmikroskops war die erste techn. realisierte Mikroskopart; sie beinhaltet aber einige Nachteile: a) Das Objekt kann nur in Transmission betrachtet werden u. da die Eindringtiefe von Elektronen nicht hoch ist, muß mit sehr dünnen Schnittproben gearbeitet werden, die über ein kompliziertes Verf. hergestellt werden müssen (s. unten).
b) Um eine ausreichende Helligkeit u. einen guten Kontrast zu erreichen, muß ein Elektronenstrahl mit hoher Intensität verwendet werden. Dieser heizt die Probe oft so stark auf, daß sie therm. verändert od. zerstört wird. Bei modernen Syst. kann aufgrund von Computer-Auswertung mit geringerer Strahlintensität gearbeitet werden, was dieses Problem mindert.
Vermieden werden diese Nachteile durch das Raster-E. (E scanning electron microscope). Der Elektronenstrahl wird hierbei auf einen kleinen Fleck des Objektes fokussiert (Größe ~ 10 nm) u. die in Vorwärts- od. Rückwärts-Richtung austretenden Elektronen od. Röntgen- bzw. Gamma-Strahlen gemessen. Die Bilderzeugung erfolgt, indem der Elektronenstrahl, ähnlich wie bei einem Fernsehgerät, zeilenweise über das Objekt gelenkt wird u. die Anzahl der emittierten Sekundärelektronen bzw. die Intensität der Strahlung als Helligkeit für einen synchron laufenden Strahl in einer Elektronenstrahlröhre (Oszilloskop) dient. Beobachtet man in Rückwärtsrichtung emittierte Sekundärelektronen, so werden diese, da sie nur mit geringer Energie emittiert werden, durch ein schwaches elektr. Feld vom Objekt abgesaugt, nachbeschleunigt u. durch einen Elektronenmultiplier nachgewiesen. Da die Nachweiswahrscheinlichkeit für Sekundärelektronen sehr hoch ist, kann mit einem schwachen prim. Elektronenstrahl gearbeitet werden, der nicht das Präp. zerstört. Außerdem kann man dicke Präp. verwenden, denn die Elektronen müssen nicht das Präp. durchdringen (entspricht opt. Auflichtmikroskop). Da ferner die Ausbeute rückgestreuter Elektronen materialabhängig ist, können verschiedene Phasen von Leg. u. Krist.-Orientierungen unterschieden werden. Durch recht einfache Energieanalyse der Sekundärelektronen gelingt es, zwischen verschiedenen elektr. Potentialen der Präp.-Oberfläche zu unterscheiden, was bes. bei der Fehlersuche integrierter Halbleiterbauelemente eingesetzt wird. Der Austritt von Sekundärelektronen an Kanten ist erleichtert, somit erscheinen diese bei der Bilderzeugung sehr stark aufgehellt u. ergeben ein kontrastreiches, räumlich wirkendes Bild.
In der Tab. sind die verschiedenen detektierbaren Partikel, die zugrundeliegenden physikal. Prozesse, die gewonnene Information u. das Auflösungsvermögen zusammengestellt .
Die Objektpräparation beim Raster-E. ist relativ einfach. Elektr. leitende Proben müssen nach der Reinigung nur mit einem elektr. leitenden Kleber auf dem Objekthalter befestigt werden. Nichtleitende Proben (Isolatoren) würden bei Elektronenbeschuß Bereiche mit hoher neg. Ladung erhalten. Das dadurch aufgebaute elektr. Feld würde den prim. Elektronenstrahl unkontrolliert ablenken u. defokussieren. Daher müssen diese Proben mit einem leitfähigen Überzug aus Kohlenstoff od. einem Metall beschichtet werden.
Beim Transmissions-E. müssen zusätzlich dünne Präparatschichten hergestellt werden, denn nur in relativ wenigen Fällen ist eine direkte Betrachtung des Untersuchungsmaterials möglich; sei es, weil es im Hochvak. des Mikroskops u./od. unter der Elektronenstrahlbelastung seine Struktur ändern würde, od. weil es zu dick ist, um von den Elektronen durchstrahlt zu werden. Stabile Festkörper (z. B. Pigmente, Krist., keram. Material etc.), von denen man ggf. durch Ionenstrahlätzen (s. Ätzen) sehr dünne Präp. herstellen kann, lassen sich unter diesen Voraussetzungen direkt im EM beobachten, während bei biolog.-medizin. Objekten fast stets eine geeignete Präparation vorausgehen muß: Fixierung mit Osmiumtetroxid (ggf. nach Vorfixierung mit Glutardialdehyd), Entwässerung mit abs. Ethanol u. Propylenoxid u. schließlich die Einbettung. Bei den Einbettungsmitteln handelt es sich um Mehrkomponentensyst. (meist auf Epoxid-Basis), die je nach Mischungsverhältnis u. Initiator verschieden hart auspolymerisieren. Von diesem mehr od. weniger harten Block lassen sich im Ultramikrotom mit Hilfe von Glas- od. Diamantmessern Ultradünnschnitte mit einer Schnittdicke bis zu ca. 20 nm (220 Å) herab anfertigen; erst diese gestatten eine Durchstrahlung u. elektronenmikroskop. Betrachtung des Untersuchungsmaterials, insbes. nach Behandlung mit Blei- od. Uran-Salzen zur Kontrasterhöhung.
Die Ausarbeitung von Meth. zum Nachw. bzw. zur Darst. einzelner Stoffe od. Stoffgruppen im elektronenmikroskop. Präp. ist das Anliegen der Ultrahistochemie (s. Histochemie), deren Verf. z. B. die Anwesenheit, Menge u. Verteilung eines bestimmten Enzyms in einem Zellorganell festzustellen gestatten. Eine Reihe weiterer Techniken lassen sich mit der E. kombinieren u. erweitern ihren Anwendungsbereich, z. B. die Autoradiographie zu Stoffwechseluntersuchung u. die immunhistochem. Lokalisierung von Antigenen mit Ferritin-markierten Antikörpern. Wichtig sind auch Abdruck- u. Bedampfungs-Verf. zur Sichtbarmachung von kleinen Partikeln u. von Oberflächen. Zum Aufdampfen benutzt man Metalle (Au, Pd, Pt, Pt-Leg. u. a. Schwermetalle) u./od. Kohle.
Ein gutes, möglichst ölfreies Hochvak. ist zum Betreiben eines E. unbedingt notwendig, um Kontamination des Präp. zu vermeiden. Ferner ist zu beachten, daß manche Präp. noch „ausgasen“ u. die dabei freiwerdenden organ. Substanzen durch den Elektronenstrahl karbonisiert werden können. Der Einsatz von Kühlfallen hat sich hierbei sehr bewährt.
Neben Elektronen können auch Ionen zur Mikroskopie eingesetzt werden, s. Ionenmikroskop. Weitere Mikroskope, deren Auflösung ausreicht, einzelne Atome in einer Oberfläche abzubilden, sind das Tunnelmikroskop u. ein Mikroskop, das atomare Kräfte ausmißt (AFM, Atomic Force Microscope). Beide Typen sind Rastermikroskope.
Beim Feldeffekt- od. Emissionselektronenmikroskop befindet sich eine feine Wolfram-Einkristallspitze als Kathode im Zentrum eines halbkugelförmigen Zinksulfid-Leuchtschirmes als Anode. Durch Anlegen einer hohen Spannung (1–10 kV) werden Elektronen aus der Kristallspitze gelöst. Da ein rein radiales elektr. Feld vorliegt, entsprechen die Auftreffpunkte der Elektronen auf der Leuchtschicht den Kristallbereichen hoher Elektronenemission. Der Vergrößerungsfaktor ist das Verhältnis des Schirmradius zum Krümmungsradius der Spitze. Das Auflösungsvermögen reicht mit ~ 2 · 10–9 m in den mol. Bereich.
Lit.: 1 Phys. Bl. 43, 271 (1987). 2 Kohlrausch, Praktische Physik, Bd. 3, S. 544, Stuttgart: Teubner 1996. 3 Phys. Bl. 50, 432 (1994). 4 Kohlrausch, Praktische Physik, Bd. 2, S. 668, Stuttgart: Teubner 1996. 5 Chem. Unserer Zeit 21, 194 (1987). 6 Phys. Unserer Zeit 16, 180 (1985).
allg.: Alexander, Grundlagen der Elektronenmikroskopie, Stuttgart: Teubner 1996 ï Bethe u. Heydenreich, Elektronenmikroskopie in der Festkörperphysik, Berlin: Springer 1982 ï Buseck (Hrsg.), High-resolution transmission electron microscopy, Oxford: University 1989 ï Cherns (Hrsg.), Evaluation of Advanced Semiconductor Material by Electron Microscopy, New York: Nato ASI Series B, Physics 1989 ï Lange u. Blödorn, Das Elektronenmikroskop TEM + REM, Stuttgart: Thieme 1981 ï Methods Application Scanning 5, 14 (1983) ï Reimer, Transmission Electron Microscopy, Berlin: Springer 1982. – Zeitschriften u. Serien: Advances in Optical and Electron Microscopy, New York: Academic Press (seit 1966) ï Biomedical Research Applications of Scanning Electron Microscopy, New York: Academic Press (seit 1979) ï Electron Microscopy in Biology, New York: Wiley (seit 1981) ï Hayat, Principles and Techniques of Electron Microscopy, New York: Van Nostrand Reinhold (seit 1970) ï Hayat, Electron Microscopy of Enzymes, New York: Van Nostrand Reinhold (seit 1973) ï Hayat, Principles and Techniques of Scanning Electron Microscopy, New York: Van Nostrand Reinhold (seit 1974) ï Practical Methods in Electron Microscopy, Amsterdam: North-Holland (seit 1972) ï Schimmel u. Vogell, Methodensammlung der Elektronenmikroskopie (Loseblattsammlung), Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsges. (seit 1975). – Inst. u. Organisationen: Institut für Biophysik u. Elektronenmikroskopie der Universität Düsseldorf, 40225 Düsseldorf ï Institut für Elektronenmikroskopie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, 14195 Berlin ï International Federation of Societies for Electron Microscopy, Univ. California, Berkeley, Calif. 94 720.
E electron microscope
F microscope électronique
I microscopio elettronico
S microscopio electrónico
Quelle: Römpp Lexikon Chemie – Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999
Sicher hat Gandalf alle erschöpfend beschrieben… wiel’s aber sicher in bederlei Bedeutung „errschöpfend“ ist, hier nochmal der versuch einer Kurzerklärung:
Es gibt 2 Arten von e-Mikroskopen:
Raster-e-Mikroskope
Transmissions-e-Mikrosope
Raster-e-Mikroskope
Schiessen einen e-Strahl auf ein Objekt, welches eine leitende Obejfläche haben muss (entweder es ist ein Metall oder ein metallbedampftes Objekt). Der Strahl rastert das Objekt Zeile für Zeile an, während die Streustrahlung gemessen wird (ein Stromfluss durch Refelxion am Objekt). Die Stromstärken werden als Bild dargestellt, man erhält ein Hell/Dunkel-Bild, welches die 3D-Oberfläche zeigt.
Beispiel:
http://www.g-o.de/kap11/11c0005.htm
ich war so frei den Link klickbar zu machen (MOD)
Radialarien (einzellige Kieselalgen)
Beispiel:
http://medlib.med.utah.edu/WebPath/HISTHTML/EM/EM020…
zeigt einen Ausschnitt eines tierischen Zelle (Epithel). Zu erkennen sind einige Einschlüsse (Granulae) in der Zelle, die Zellmembran (Doppenmembran!), haarförmige Ausstülpungen (Cilien, nach oben rechts). Die kleinen dunklen runden Strukturen in der Zelle sind wahrscheinlich Mitochondrien.
Gruß
Jochen
Hallo Sabine
Hallo,
bei der EM bestrahlt man das Objekt der Begirde (z.B. ein
Protein) mit einem e-Strahl. Wie entsteht das Bild, welches
man letztendlich erhält ?
Die beiden anderen Artikel haben es ja schon recht gut beschrieben .
Bei dem Durchstrahlverfahren wird eine Elektronenoptik vewendet , wie sie Ähnlichkeit mit einer Linsenoptik hat , nur das es eben ringförmige Magnetfelder und elektrostatische Felder sind . Es entsteht ein Zwischenbild im Material und eine Projektion auf einer Platte mit Fotofilm , Leuchtschirm oder Sensoren .
Beim abtastenden Verfahren wird zeilenweise gearbeitet .
Die elektrisch getasteten Werte können mit einer Oszilloskopröhre oder ähnlich dargestellt werden .
Im Computerzeitalter wird man einen Monitor bevorzugen .
Wie sieht das Bild oder Spektrum
überhaupt aus? Die Materie wechselwirkt ja mit den
Elektronen. Entsteht ein Art Signal dadurch, daß Atome
irgendwie angeregt werden?
Angeregt werden sollen die Atome ja möglichst wenig , weil es ja auch Erwärmung bedeutet . Außerdem können Atome durch den Elektronenstrahl herausgeschlagen werden .
Aber der Elektronenstrahl reagiert auf die Art der Materie , es kann festgestellt werden , welche Atome getroffen werden .
Das liegt daran , das die verschiedenen Elemente den reflektierten Elektronenstrahl aus einer oder mehreren Spannungen in spektraler Form über 180 Grad verteilt .
Diese Elektronenstreuung kann deswegen auch zur Materialanalyse ohne Mikroskopanwendung benutzt werden , es muß jedoch ein spezieller Abtaster (Sensor) vorhanden sein , welcher 0 bis 90 Grad ( oder beim Strahl 90 bis 180 Grad ) abfährt . Man kann sich vorstellen , das man aus praktischen Gründen nicht für jeden gescannten Punkt ein komplettes Spektrum erzeugen werden kann .
Das gilt nicht für das Raster oder Tunnelmikroskop , sondern für gerade auftreffende , beschleunigte Elektronen .
MfG