Elektron mikroskop (EM) — asbob (mikroskop) yordamida obyektlarni 106 martagacha kattalashtirib tasvirlash mumkin. Bunga optik mikroskopdan farqli ravishda yorug‘lik oqimi o‘rniga elektronlar dastasidan foydalaniladi; elektronlar energiyasi 200 eV dan 400 keV gacha va undan yuqori bo‘lishi mumkin (masalan, o‘tkazuvchi elektron mikroskoplar yuqori ajratish qobiliyatiga ega, tezlashtiruvchi kuchlanishi 1 MV).
Elektronlarning de Broyl to‘lqini (1000 V potensiallar farqiga ega elektr maydonida tezlashtirilganda) uzunligi 0,4 Å ga teng bo‘lib, bu ko‘rinadigan yorug‘lik to‘lqin uzunligidan ancha kichikdir. Shu sababli elektron mikroskopning ajratish qobiliyati elektron mikroskopda 10000 martadan ortiq yuqori bo‘lishi mumkin (an’anaviy optik mikroskopning bilan qiyoslaganda). Elektron mikroskopda tasvir olish uchun maxsus magnit linzalar ishlatiladi. Ular asbob kolonnasidagi elektronlar harakatini elektromagnit maydon yordamida boshqaradi..
Elektron mikroskopning rivojlanish tarixi
Elektron mikroskopiya tarixidagi asosiy bosqichlar:
1897 — Tomson (J. J. Thomson) elektronni kashf etdi.
1924 — De Broyl (de Broglie) elektronning to‘lqin xususiyatlariga ega ekanini taxmin qildi
1926 — Bush (Busch) silindrsimon magnit linzalar yordamida elektronlar oqimini fokuslash mumkinligini ko‘rsatdi. Bu elektron mikroskopiyaning boshlanishiga asos bo‘ldi.
1931 — R. Rudenberg quyidagiga patent oldi: o‘tkazuvchi elektron mikroskopga; 1931-yilda M. Knoll va Ernst Ruska zamonaviy qurilmaning dastlabki prototipini yaratdilar. Ruskaning bu ishi 1986-yilda fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi. Mukofot unga va skanerlovchi zondli mikroskop ixtirochilari Gerd Karl Binnigga va Genrix Rorerga. O‘tkazuvchi elektron mikroskopdan ilmiy tadqiqotlarda foydalanish 1930-yillarning oxirida boshlangan. O‘sha davrda Siemens kompaniyasi yaratgan dastlabki tijorat mikroskopi ham paydo bo‘ldi.
1935 — Knoll (Knoll) skanerlovchi elektron mikroskopning ishlash prinsipini tavsifladi. Keyinroq, 1938-yilda Ardene (Von Ardene) shunday mikroskopning prototipini yaratdi.
1939 — Simens (Siemens) birinchi o‘tkazuvchi elektron mikroskopni yaratdi.
1930-yillarning oxiri – 1940-yillarning boshi — obyekt yuzasi bo‘ylab kichik kesimli elektron zondni ketma-ket harakatlantirish orqali tasvir hosil qiladigan dastlabki rastrli elektron mikroskoplar paydo bo‘ldi. Bu asboblar 1960-yillarda texnik jihatdan ancha takomillashgach, ilmiy tadqiqotlarda keng qo‘llanila boshlandi.
1944 — Uilyams va Vikoff (Williams, Wyckoff) metall bilan soyali kontrastlash usulini yaratdilar.
1945 — Porter, Klod va Fullam (Porter, Claude, Fullam) bo‘yalgan va fiksatsiyalangan hujayralar hamda to‘qimalarni o‘rganishda elektron mikroskopiyani sitologiyada qo‘lladilar.
1948 — Piz va Beyker (Pease, Baker) biologik namunalardan juda yupqa — taxminan 0,1-0,2 mkm qalinlikdagi kesmalar oldilar.
1952 — Palade, Porter va Shyostrand (Palade, Porter, Sjostrand) fiksatsiyalash va yupqa kesmalar tayyorlashning yangi usullarini ishlab chiqdilar. Bu ilk bor hujayra ichidagi ko‘plab tuzilmalarni ko‘rish imkonini berdi. Ushbu usullarni birinchilardan bo‘lib Xaksli (Н. Е. Xuxley) mushak to‘qimasi qisqarishini izohlovchi «sirpanadigan iplar» gipotezasini tasdiqlovchi dalillar olish uchun qo‘lladi. Xaksli miotsitlardagi bir-birining ustiga tushgan oqsil filamentlari tarmoqlarini ko‘rsatdi.
1953 — Porter va Blyum (Porter, Blum) ultramikrotomni loyihalashtirdilar.
1956 — Glauert (Glauert) hamkasblari bilan birga mikropreparatlarni fiksatsiyalash uchun araldit smolasini qo‘lladi. 1961-yilda Lyuft (Luft) epon smolasidan foydalanishni taklif qildi.
1957 — Robertson (Robertson) hujayra membranasining uch qavatli tuzilishini tavsifladi.
1957 — Mur va Myuretaler (Moor, Muhlethaler) Stirning (Steere) «muzlatib yorish» usulini takomillashtirdilar. 1966-yilda Brenton (Branton) bu usuldan hujayra membranalarining ichki tuzilishini o‘rganishda foydalandi.
1959 — Brenner va Xorn (Bretftier, Home) Xollning (Hall, 1955) negativ kontrastlash usulini takomillashtirib, uning keng tarqalishiga hissa qo‘shdilar.
1959 — Singer (Singer) elektron mikroskopiya yordamida hujayra ichidagi molekulalarni aniqlash uchun ferritin bilan bog‘langan antitanalarni qo‘lladi.
1963 — Sabatini, Bensh va Barnett (Sabatini, Bensch, Barrnett) elektron mikroskopiya uchun mikropreparatlarni fiksatsiyalashda glutaraldegid va OsO4 dan foydalandilar.
1965 — Cambridge Instruments skanerlovchi elektron mikroskopni tijorat mahsulotiga aylantirdi.
1968 — De Rozyer va Klug (de Rosier, Klug) elektron mikrofotosuratlar asosida uch o‘lchamli tuzilishni aniqlash usulini tavsifladilar
1975 — Xenderson va Anvin (Henderson, Unwin) membrana oqsilining nozik tuzilishini birinchi marta quyidagilarni rekonstruksiya qilish orqali aniqladilar:
bo‘yalmagan oqsillarning elektron mikrofotosuratlarini kompyuterda qayta tiklash
Rivojlanishdagi muhim yutuqlardan biri (1970-yillarda) termoemission katodlar o‘rniga Shottki katodlari va sovuq avtoemissiyali katodlardan foydalanish bo‘ldi. Biroq ularni ishlatish uchun ancha yuqori darajadagi vakuum talab qilinadi..
1979 — Xeyzer, Ris (Heuser, Reese) hamkasblari bilan o‘ta tez muzlatish usuliga asoslangan, yuqori ajratish qobiliyatiga ega chuqur o‘yish usulini ishlab chiqdi.
1990-yillarning oxiri – 2000-yillarning boshi — kompyuterlashtirish va ZBA-detektorlardan foydalanish tasvirlarni raqamli shaklda olishni ancha osonlashtirdi.
So‘nggi o‘n yillikda ilg‘or o‘tkazuvchi elektron mikroskoplarda tasvirning asosiy buzilishlariga sabab bo‘ladigan sferik va xromatik aberratsiyalarni tuzatuvchi korrektorlar qo‘llanmoqda. Biroq ulardan foydalanish asbobni ishlatishni sezilarli darajada murakkablashtirishi mumkin.
2018 — amerikalik olimlar elektron mikroskopda 3,9 *10−11 m ajratish qobiliyatiga erishdilar.
Asbob turlari
O‘tkazuvchi elektron mikroskopiya
O‘tkazuvchi elektron mikroskopda (OEM) tasvirni hosil qilish uchun yuqori energiyali elektronlar dastasidan foydalaniladi. Elektronlar dastasi katod (volframli, LaB6, Shottki yoki sovuq maydon emissiyali) yordamida hosil qilinadi. Hosil bo‘lgan elektronlar dastasi odatda 80—200 keV gacha tezlashtiriladi (20 kV dan 1 MV gacha turli kuchlanishlar qo‘llanadi), magnit linzalar tizimi (ba’zan elektrostatik linzalar) yordamida fokuslanadi va namunadan o‘tadi. Bunda elektronlarning bir qismi namunada sochiladi, bir qismi esa sochilmaydi. Shu tariqa namunadan o‘tgan elektronlar dastasi uning tuzilishi haqidagi axborotni tashiydi. Keyin dasta kattalashtiruvchi linzalar tizimidan o‘tib, lyuminessent ekranda (odatda rux sulfiddan tayyorlangan), fotoplastinkada yoki ZBA-kamerada tasvir hosil qiladi.
OEMning ajratish qobiliyati asosan sferik aberratsiya bilan cheklanadi. Ba’zi zamonaviy OEMlarda sferik aberratsiya korrektorlaridan foydalaniladi.
OEMning asosiy kamchiliklari — juda yupqa (taxminan 100 nm) namuna zarurligi va elektronlar dastasi ta’sirida namunalarning beqarorligi (parchalanishi).
O‘tkazuvchi rastrli (skanerlovchi) elektron mikroskopiya (OREM)
Bu o‘tkazuvchi elektron mikroskopiyaning (OEM) turlaridan biridir, ammo faqat OREM rejimida ishlaydigan asboblar ham mavjud. Elektronlar dastasi nisbatan yupqa namunadan o‘tkaziladi. Biroq odatiy o‘tkazuvchi elektron mikroskopiyadan farqli ravishda elektronlar dastasi bir nuqtaga fokuslanadi va bu nuqta namuna bo‘ylab rastr tartibida harakatlanadi.
Rastrli (skanerlovchi) elektron mikroskopiya
Bu usul namuna yuzasi bo‘ylab ingichka elektronlar dastasini televizion usulda satrma-satr yoyish prinsipiga asoslanadi.
Rang berish
Eng keng tarqalgan tuzilishdagi elektron mikroskoplar har bir piksel uchun alohida yorqinlik qiymatiga ega tasvirlar beradi. Natijalar odatda kulrang tuslarda aks ettiriladi. Biroq keyinchalik bu tasvirlarga ko‘pincha dasturiy ta’minot orqali yoki grafik muharrirda qo‘lda rang beriladi. Bu odatda estetik ta’sir hosil qilish yoki tuzilishni aniqroq ko‘rsatish uchun qilinadi va, odatda, namuna haqidagi yangi axborotni qo‘shmaydi.
Ba’zi qurilma konfiguratsiyalarida bir nechta detektordan foydalanish orqali namunaning har bir pikseli bo‘yicha ko‘proq ma’lumot olish mumkin. Skanerlovchi elektron mikroskopiyada (SEM) material yuzasining topografiyasi va relyefi haqidagi xususiyatlar qaytgan elektronlarni qayd etuvchi juft detektor yordamida olinishi mumkin. Har bir xususiyatga alohida asosiy rang berilib, ular bitta rangli tasvirga ustma-ust tushiriladi. Xuddi shuningdek, qaytgan va ikkilamchi elektronlar signallariga turli ranglar berib, ularni bitta rangli mikrofotosuratda birlashtirish mumkin. Bu namunaning xususiyatlarini bir vaqtning o‘zida ko‘rsatadi.
SEMda qo‘llanadigan ayrim detektor turlari tahliliy imkoniyatlarga ega va har bir piksel bo‘yicha bir necha turdagi ma’lumot beradi. Bunga detektorlar (element tarkibini tahlil qilishda ishlatiladi), shuningdek elektronlar ta’sirida hosil bo‘ladigan lyuminessensiyaning intensivligi va spektrini o‘rganuvchi katodolyuminessent mikroskop tizimlari misol bo‘ladi (masalan, geologik namunalarda). SEMda ushbu detektorlar signallariga rangli kod berish va ularni bitta rangli tasvirda ustma-ust joylashtirish keng tarqalgan. Shunda namunaning turli tarkibiy qismlari taqsimotidagi farqlarni aniq ko‘rish va taqqoslash mumkin. Bundan tashqari, ikkilamchi elektronlarning standart tasviri bir yoki bir nechta kompozitsion kanal bilan birlashtirilib, namunaning tuzilishi va tarkibi solishtiriladi. Bunday tasvirlar dastlabki signalning yaxlitligini to‘liq saqlagan holda tayyorlanishi mumkin.
Qo‘llanish sohalari
|
Yarimo‘tkazgichlar va ma’lumotlarni saqlash
Biologiya va biologiya fanlari
|
Ilmiy tadqiqotlar
Sanoat
|
Kamchiliklari
Elektron mikroskoplarni ishlab chiqarish va ularga xizmat ko‘rsatish qimmat, biroq konfokal optik mikroskopning umumiy va foydalanish xarajatlari oddiy elektron mikroskoplarnikiga yaqin. Yuqori ajratish qobiliyatiga mo‘ljallangan mikroskoplar mustahkam binolarga (ba’zan yer ostiga), tashqi elektromagnit maydonlardan xoli joyga o‘rnatilishi kerak. Namunalar, asosan, vakuumda tekshirilishi lozim, chunki havoni tashkil etuvchi molekulalar elektronlarni sochadi.
Odatdagi yuqori vakuum rejimida ishlaydigan skanerlovchi elektron mikroskoplar, qoida tariqasida, elektr o‘tkazuvchi namunani tasvirlaydi. Shu sababli elektr o‘tkazmaydigan materiallar elektr o‘tkazuvchi qoplama (oltin / palladiy, uglerod qotishmasi, osmiy va h. k.) talab qiladi; zamonaviy mikroskoplardagi past kuchlanish rejimi elektr o‘tkazmaydigan namunalarni qoplamasiz kuzatish imkonini beradi. Bunday materiallarni skanerlovchi elektron mikroskopdagi o‘zgaruvchan bosim (yoki atrof-muhit) sharoitida ham tasvirlash mumkin[qanday?].
Adabiyotlar
- Elektron mikroskop / P. A. Stoyanov // Ekslibris — Yaya. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1978. — (Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov ; 1969—1978, j. 30).
- Elektron mikroskopiya / A. E. Lukyanov // Ekslibris — Yaya. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1978. — (Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov ; 1969—1978, j. 30).
- Elektron mikroskopiyaning biologiyada qo‘llanilishi / N. A. Starosvetskaya, Ya. Yu. Komissarchik // Ekslibris — Yaya. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1978. — (Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov ; 1969—1978, j. 30).
Havolalar
- «Elektron mikroskop» — Kichik sovet ensiklopediyasidagi; 2-nashr; 1937—1947-yillar.
