در مطلب قبلی در رابطه با ژئوشیمی چیست صحبت کردیم و در این مطلب از شرکت دایا اکسیر فروش مواد شیمیایی آزمایشگاهی، می خواهیم به بررسی میکروسکوپ الکترونی بپردازیم.
هدف از ایجاد یک میکروسکوپ الکترونی دستیابی به بزرگنمایی‌های بسیار بیشتر از بزرگنمایی‌هایی بود که با میکروسکوپ‌های نوری معمولی امکان‌پذیر بود که شامل استفاده از یک سیم پیچ مغناطیسی یا میدان الکتریکی برای متمرکز کردن الکترون ها به یک نقطه واحد میباشد.
میکروسکوپ الکترونی چیست؟
میکروسکوپ الکترونی میکروسکوپی است که از پرتوی الکترون‌های شتاب‌دار به عنوان منبع روشنایی استفاده می‌کند. این نوع خاصی از میکروسکوپ است که وضوح تصویر بالایی دارد و می‌تواند اجسام را تا ابعاد نانومتر بزرگنمایی کند. ارنست روسکا، مهندس و استاد دانشگاه آلمانی، اولین میکروسکوپ الکترونی را در سال ۱۹۳۱ ساخت و همان قواعد نوشته شده در پشت نمونه اولیه او هنوز بر میکروسکوپ های الکترونی مدرن حاکم است. ارنست روسکا این کشف را در دانشگاه فنی برلین در اواخر دهه ۱۹۲۰ انجام داد. او و مکس نات اولین میکروسکوپ الکترونی جهان را در سال ۱۹۳۱ ساختند و این ابزار تنها به اندازه ۴۰۰x وضوح داشت و هنوز به خوبی یک میکروسکوپ نوری نبود.
دستگاهی که آنها در ۲۰ آوریل سال بعد در فیلادلفیا ساختند، ۱۰ فوت ارتفاع و نیم تن وزن داشت که توانایی بزرگنمایی ۱۰۰۰۰۰ برابر را داشت.
نحوه عملکرد میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ های الکترونی از سیگنال های ناشی از برهمکنش یک پرتو الکترونی با نمونه برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد ساختار و ترکیب ماده استفاده می کنند.
دو مجموعه از عدسی های خازنی پرتو الکترونی را روی نمونه متمرکز می کنند و برای حرکت الکترون ها به پایین ستون، یک ولتاژ شتاب دهنده (بیشتر بین ۱۰۰ کیلو ولت تا ۱۰۰۰ کیلوولت) بین رشته تنگستن و آند اعمال می شود.
نمونه ای که باید مورد بررسی قرار گیرد بسیار نازک است، حداقل ۲۰۰ برابر نازک تر از نمونه های مورد استفاده در میکروسکوپ نوری میباشد.
پرتو الکترونیکی از نمونه عبور می کند و الکترون ها بسته به ضخامت یا ضریب شکست قسمت های مختلف نمونه پراکنده می شوند.
مناطق متراکم‌تر در نمونه، الکترون‌های بیشتری را پراکنده می‌کنند و بنابراین در تصویر تیره‌تر به نظر می‌رسند، زیرا الکترون‌های کمتری به آن ناحیه از صفحه برخورد می‌کنند. در مقابل، مناطق شفاف روشن تر هستند.
پرتو الکترونی که از نمونه خارج می شود به عدسی شیئی می رسد که قدرت بالایی دارد و تصویر بزرگنمایی شده متوسط را تشکیل می دهد. سپس لنزهای چشمی تصویر بزرگنمایی نهایی را تولید می کنند.
قطعات میکروسکوپ الکترونی
- تفنگ الکترونی
- لنزهای الکترومغناطیسی
- نگهدارنده نمونه
- سیستم مشاهده و ضبط تصویر
انواع میکروسکوپ الکترونی
دو نوع میکروسکوپ الکترونی با سبک های عملکردی متفاوت وجود دارد:
۱-میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM)
میکروسکوپ الکترونی انتقالی برای مشاهده نمونه‌های نازکی استفاده میشود که الکترون‌ها می‌توانند از آن عبور کنند و یک تصویر برآمده تولید کنند.
TEM از بسیاری جهات مشابه میکروسکوپ نوری معمولی است.
TEM برای تصویربرداری از داخل سلول ها (در مقاطع نازک)، ساختار مولکول های پروتئین، سازماندهی مولکول ها در ویروس ها و رشته های اسکلت سلولی استفاده میشود.
۲-میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
از زمان معرفی میکروسکوپ های الکترونی در دهه ۱۹۳۰، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به یک ابزار حیاتی در زمینه های مختلف تحقیقاتی تبدیل شده است که همه چیز را از علم مواد، پزشکی قانونی، تولید صنعتی و حتی علوم زیستی در بر می گیرد. به محض اینکه اطلاعات میکروسکوپی در مورد سطح یا منطقه نزدیک به یک نمونه مورد نیاز است، SEM به یک ابزار ضروری تبدیل می شود. به همین دلیل، این روش تقریباً در هر شاخه ای از علم، فناوری و صنعت کاربرد دارد.
SEM ها، انعطاف پذیری و تطبیق پذیری را برای پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای آکادمیک و صنعتی ارائه می دهند که پشتیبانی از نمونه های بزرگ و سنگین، طیف گسترده ای از لوازم جانبی، کیفیت تصویربرداری عالی برای چالش برانگیزترین مواد یا کوچکترین جزئیات، و آزمایش های پویا را شامل میشود.
میکروسکوپ الکترونی روبشی تصاویر دقیقی که از سطوح سلول ها و موجودات توسط TEM امکان پذیر نیست را ارائه می دهد. همچنین می توان از آن برای شمارش ذرات و تعیین اندازه استفاده کرد.
این میکروسکوپ الکترونی به این علت روبشی نامیده می شود که تصویر از اسکن یک پرتو الکترونی متمرکز بر روی سطح نمونه در یک الگوی شطرنجی تشکیل می شود.
کاربردهای میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ الکترونی در عمل کاربردهای متنوعی دارد. توانایی مشاهده ساختار میکروسکوپی یک نمونه با وضوح بالاتر از آنچه با میکروسکوپ نوری امکان پذیر است به آن نقش متمایزی در تحقیقات علمی و کاربردهای صنعتی می دهد. در زیر به تعدادی از کاربرد های آن پرداخته شده است.
تحقیق علمی
میکروسکوپ های الکترونیکی معمولاً در آزمایشگاه های تحقیقاتی، دانشگاه ها و مراکز فناوری نانو استفاده می شوند. در این موسسات، ساختار نمونه را می توان با جزئیات زیاد مشاهده کرد تا اطلاعاتی در مورد عملکرد آن ها به دست آورند.
به عنوان مثال، یک میکروسکوپ الکترونی ممکن است برای تجزیه و تحلیل ذرات یا خصوصیات مواد در یک آزمایشگاه تحقیقاتی استفاده شود. این اطلاعات در مورد ویژگی های ذره یا ماده برای درک نقش آن ذره در تحقیق و آزمایش مورد نظر استفاده قرار میگیرد.
در علوم زیستی، میکروسکوپ الکترونی را می توان برای کشف ماهیت مولکولی و مکانیسم های بیماری، مشاهده ساختار سه بعدی بافت ها یا سلول های بیولوژیکی، تعیین ساختار پروتئین ها و مشاهده ویروس ها در زمینه بیولوژیکی استفاده کرد. همچنین این یافته‌ها می‌تواند به مراکز تحقیقاتی صنعتی منتقل شود تا بر استفاده از اطلاعات برای ارائه راه‌حل تمرکز کنند. به عنوان مثال، اطلاعات مربوط به ماهیت بیماری ممکن است برای فرموله کردن داروهای مرتبط، مورد استفاده قرار گیرند.
صنعت
میکروسکوپ الکترونی اغلب برای اهداف صنعتی برای کمک به توسعه محصولات جدید و در سراسر فرآیند تولید استفاده می شود.
به عنوان مثال، صنایع الکترونیک از میکروسکوپ های الکترونی برای تصویربرداری با وضوح بالا در فرآیندهای توسعه و ساخت نیمه هادی ها و سایر لوازم الکترونیکی استفاده می کنند. صنایع دیگری که معمولاً از میکروسکوپ های الکترونی به عنوان بخشی از فرآیند تولید خود استفاده می کنند عبارتند از صنایع هوانوردی، خودروسازی، پوشاک و داروسازی.
میکروسکوپ الکترونی همچنین می تواند در تجزیه و تحلیل خطاها و کنترل فرآیند صنایع مختلف استفاده شود.
منابع طبیعی
میکروسکوپ الکترونی ممکن است برای توصیف و تجزیه و تحلیل مواد آلی استفاده شود، که اطلاعات ارزشمندی برای شرکت‌های معدنی است. این میکروسکوپ ها می توانند اطلاعات کمی را در مورد محیط به سرعت ارائه دهند.
علاوه بر این، شرکت‌های نفت و گاز می‌توانند با استفاده از این تکنیک، یک منطقه را بررسی کرده و اطلاعاتی در مورد آن به دست آورند. این می تواند به کاهش خطرات مرتبط با اکتشاف و استخراج نفت و گاز کمک کند.
پزشکی قانونی
یکی دیگر از کاربردهای میکروسکوپ الکترونی، علم پزشکی قانونی است که شامل تجزیه و تحلیل برای ارائه شواهد برای اهداف جرم و جنایت است. به عنوان مثال، یک میکروسکوپ الکترونی ممکن است برای تجزیه و تحلیل جزئیات حاد یک نمونه مرتبط، مانند باقی مانده یک گلوله یا نمونه ای از الیاف لباس، خون، یا سایر مواد بیولوژیکی استفاده شود.
جزئیات ارائه شده توسط میکروسکوپ الکترونی در مقایسه با سایر تکنیک ها به دانشمندان پزشکی قانونی اجازه می دهد تا اطلاعات بیشتری در مورد صحنه جنایت کشف کنند که می تواند به ارائه شواهد کمک کند.
از دیگر کاربرد های میکروسکوپ الکترونی میتوان به کاربرد آن برای بررسی ساختار طیف وسیعی از نمونه‌های بیولوژیکی و معدنی از جمله میکروارگانیسم‌ها، سلول‌ها، مولکول‌های بزرگ، نمونه‌های بیوپسی، فلزات و کریستال‌ها اشاره کرد.
مزایای میکروسکوپ الکترونی
- بزرگنمایی بسیار بالا
- وضوح فوق العاده بالا
- مواد به ندرت در اثر آماده سازی تحریف می شوند
- امکان بررسی عمیق تر ماده بیشتر وجود دارد
در پایان به صراحت میتوان بیان نمود که بسیاری از صنایع مانند داروسازی، نفت و گاز، هوانوردی، خودروسازی، پوشاک و علوم میکروبیولوژی توسعه خود را مدیون میکروسکوپ الکترونی هستند. و تاثیر گذارترین بخش مربوط به مطالعه میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، ویروس ها و سایر عوامل بیماری زا میباشد که در درمان بسیاری از بیماری ها و نجات جان انسان ها موثر بوده است.
در این مطلب از شرکت دایا اکسیر مرکز فروش مواد شیمیایی در تهران در مورد میکروسکوپ الکترونی به تفصیل صحبت کردیم.
