Elektronmikroskop

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Elektronmikroskop af transmissions-typen.
Elektronmikroskop af transmissions-typen.

Et elektronmikroskop er et mikroskop, som i stedet for lys eller anden elektromagnetisk stråling bruger elektroner til at "belyse" det præparat der skal studeres.

Indholdsfortegnelse

[redigér] Teorien bag elektronmikroskopet

Elektroner er omfattet af den partikel-bølge dualitet, som den franske fysiker Louis de Broglie introducerede i 1924: Givet de rette omstændigheder "optræder" stråler af elektroner som stråler af "lys", og hvor lys kan afbøjes og fokuseres med blandt andet optiske linser, kan man tilsvarende afbøje og fokusere en elektronstråle ved hjælp af elektriske og magnetiske felter.

Fordelen ved at bruge elektroner i stedet for lys er at elektronernes bølgelængde kan gøres meget kortere end bølgelængderne for det lys der bruges i "almindelige", optiske mikroskoper, og da bølgelængden sætter en nedre grænse for hvor små detaljer man kan se, har elektronmikroskoper en detaljeskarphed der er op imod ni millioner gange bedre end i de bedste optiske mikroskoper.

[redigér] Forskellige typer elektronmikroskoper

Ligesom blandt de optiske mikroskoper er der flere forskellige "underarter" af elektronmikroskoper.

Tegning der sammenligner det optiske mikroskop med elektronmikroskoper og billedrøret.
Tegning der sammenligner det optiske mikroskop med elektronmikroskoper og billedrøret.

[redigér] Transmissions-elektronmikroskopet (TEM)

De første elektronmikroskoper fra 1930'erne var transmissions-elektronmikroskoper (forkortet TEM): Her sendes den fokuserede elektronstråle igennem præparatet, hvorved elektronerne absorberes nogle steder, og trænger igennem præparatet andre steder. Bag præparatet findes en fotografisk film, en fosforeserende skærm eller en anden form for "billed-sensor", som registrerer det endelige billede. Nederst på billedet til højre kan man se nogle små "vinduer" ind til det sted hvor den fosforeserende skærm viser det forstørrede billede.

[redigér] Scanning-elektronmikroskopet (SEM)

I scanning-elektronmikroskopet dirigerer man en elektronstråle til at "feje" hen over præparatets overflade på samme måde som elektronstrålen i et billedrør: Der hvor strålen rammer præparatet, slås nogle af atomernes elektroner løs; såkaldte sekundære elektroner. En særlig sensor måler løbende mængden af disse sekundære elektroner, og sammenholdt med elektronstrålens "rute" hen over præparatet kan denne information sammenstilles til det færdige billede.

[redigér] Refleksions-elektronmikroskopet (REM)

I Refleksions-elektronmikroskopet "fejer" elektronstrålen hen over præparatet ligesom i scanning-elektronmikroskopet, men hvor sidstnævnte måler på sekundære elektroner, registrerer refleksionsmikroskopet de "originale" elektroner, i det omfang disse bliver tilbagekastet fra præparatets overflade.

[redigér] Scanning-transmissions-elektronmikroskopet (STEM)

Denne type elektronmikroskop kan betragtes som en mellemting mellem transmissions-elektronmikroskopet (TEM) og scanning-elektronmikroskopet (SEM): Igen dirigeres en skarpt fokuseret elektronstråle hen over bestemte punkter i præparatet, men i scanning-transmissions-elektronmikroskopet måler man, som hos transmissions-elektronmikroskopet, hvor mange elektroner der trænger igennem præparatet.

[redigér] Elektronmikroskopi i praksis

Scanning-elektronmikroskop-billede af en loppe.
Scanning-elektronmikroskop-billede af en loppe.

Et elektronmikroskop er typisk indrettet i et lufttæt indeslutning af facon som en lodret "søjle": I toppen af indeslutningen findes en elektronkanon, og langs elektronstrålens vej ned mod præparatet sidder et antal elektriske spoler som fokuserer og styrer strålen. Nederst findes en "holdeplads" for præparatet, samt den sensor, film etc. som "opsamler" det endelige billede.

Når et præparat er anbragt på sin plads i den nederste ende, pumpes luften ud så der er et stærkt vakuum inde i indeslutningen — hvis der var luft til stede inde i mikroskopet, ville luftmolekylerne populært sagt "rende i vejen" for elektronstålen.

[redigér] Forberedelse af præparater

Inden de kan undersøges i elektronmikroskopet, skal langt de fleste objekter forberedes på forskellig måde: Vand og andre væsker skal fjernes fra biologiske prøver, da vandet ellers vil fordampe i vakuumet i mikroskopet og hindre et "frit udsyn". Hvis objektet ikke "af sig selv" leder elektrisk strøm, skal det have pådampet et ultratyndt lag af guld, grafit eller et andet ledende materiale. Ellers opsamles der negativ statisk elektricitet i præparatet, hvilket hurtigt vil forhindre yderligere elektroner i at nå deres "mål".

Nogle emner skal måske fikseres i epoxy for at de kan fastgøres i mikroskopets præparat-holder. For andre emners vedkommende tager man præcise afstøbninger i et materiale der egner sig til elektronmikroskopi, og undersøger så afstøbningen i mikroskopet.

Ligesom man kan indfarve præparater der skal undersøges i optiske mikroskoper, kan man bruge tungmetalholdige stoffer til at "farve" bestemte dele af et præparat, så de fremtræder på en bestemt måde i elektronmikroskopet.

I forbindelse med transmissions- eller scannings-transmissions-elektronmikroskoper skal præparatet også være tilpas tyndt til, at elektronstrålen i tilstrækkelig grad kan trække igennem det.

[redigér] Ulemper ved elektronmikroskopi

Ud over de omstændelige forberedelser til en elektronmikroskop-undersøgelse, er selve mikroskopet et følsom apparat, som stiller høje krav til strømforsyning, kølesystemer m.v., og som kræver beskyttelse mod eksterne magnetiske og elektriske felter, som ellers ville påvirke elektronernes færd inde i instrumentet. Disse problemer er dog mindre udtalt i nyere transmissions-elektronmikroskoper, som derfor er billigere at fremstille, og nemmere at installere og vedligeholde.

organisation