Microscopul Electronic - Informatii si Evolutie

  Inventia microscopului electronic a fost posibila in urma unor studii experimentale si teoretice in fizica si inginerie. Principalul concept pe care microscopul electronic s-a format: electronii au unda asociata. Acesta a fost ipotetizat de catre fizicianul francez Printul Luis Victor de Broglie in 1924. In 1927, ipoteza lui de Broglie a fost verificata experimental de catre fizicienii americani Clinton J. Davisson si Lester H. Germer si independent de catre fizicianul englez George Paget Thomson. In 1932 inginerii germani Max Knoll si Ernst Ruska construiesc primul microscop de transmisie electronica. In 1938 Ruska si inginerul german Bodo von Borries construiesc primul model al comercialului M. E. T. pentru Siemens-Halske Company din Berlin, Germania. Inginerul englez Sir Charles Oatley a inventat M. E. S. -ul. Ernst Ruska a realizat primele experimente cu ajutorul microscopului electronic construit de el insusi, primul de acest fel din lume, in care rolul razelor de lumina era indeplinit de un fascicul de electroni ce traversau mai multe lentile electronice. Primul microscop electronic putea mari imaginea obiectelor doar de 400 de ori.

   Se stie ca puterea separatoare a intrumentelor optice este invers proportionala cu lungimea de unda a radiatiei utilizate. Microscoapele optice nu vor putea da imagini clare ale unor obiecte cu dimensiuni mai mici de circa 0, 15 µ m. Puterea separatoare a putut fi sensibil marita cu ajutorul microscopului electronic, deorece lungimea de unda a undei asociate electronului este mult mai mica decat a radiatiilor vizibile sau ultraviolete utilizate de microscopul optic.
   Microscoapele pot doar sa mareasca structuri care sunt mai mari decat lungimea undelor (unda luminoasa). Acestea pot obtine mult mai multa putere de marire decat microscoapele standard ce folosesc lumina solara pentru ca electronii au lungime de unda asociata mai mica decat cea a lungimea de unda a luminii. Cea mai mare marire posibila este de 2 000 X decat cea initiala. Microscoapele electronice moderne pot ajunge la magnificari de aproximativ 1 000 000 X
   Din punct de vedere constructiv, microscopul electronic are o structura mult mai complexa decat microscopul optic. Totusi, partile principale ale microscopului electronic indeplinesc aceleasi functii ca si lentilele microscopului optic. Ele sunt magnetice sau electrice, dupa cum devierea fasciculului de electroni are loc intr-un camp magnetic sau intr-un camp electric.
   In cazul microscopului electronic, electronii pe toata traiectoria lor de la sursa pana la imaginea finala - se deplaseaza in vid. Pentru ca imaginea electronica sa fie vizibila, este necesar ca aceasta sa fie transformata intr-una luminoasa. In acest scop, in planul imaginii finale se afla un ecran fluorescent.

   SURSA 02
 
   Microscopul electronic este folosit in diferite domenii de cercetare, dar una din utilizarile curente este in domeniul cercetarilor medicale si biologice. Substantele biologice, in general, nu pot fi studiate sub forma vie, deoarece la o tensiune curenta de 30-50 000 V, timpul de expunere a probelor biologice in vid este destul de lung, ceea ce conduce la distrugerea tesuturilor vii. In 1962 a fost pus la punct un microscop electronic pentru cercetarile biologice pe viu. La acest microscop se foloseste o tensiune de 2 000 000 V, ceea ce conduce la micsorarea sensibila a timpului de expunere si deci si la o absorbtie mult mai mica a fasciculului de electroni in proba biologica.
   Ulterior s-au construit si alte microscoape protonice si ionice care au condus la mariri de 10 -15 ori mai mari decat cele obtinute cu microscopul electronic. Cu ajutorul microscopului ionic s-au obtinut fotografii clare ale pozitiilor atomilor in reteaua cristalina.
   Microscopul electronic foloseste electronii in loc de lumina zilei pentru a produce imagini marite ale unor obiectelor. Oamenii de stiinta folosesc microscopul electronic in diferite domenii de cercertare incluzand medicina, biologie, chimie, metalurgie, entomologie (studiul insectelor) si FIZICA. Inca din 1930 cand a fost folosit pentru prima data microscopul electronic a revolutionat studiul structurilor microscopice si al suprafetelor.
   Microscoapele electronice s-au dovedit a fi unelte puternice de cercetare pentru investigarea structurii principale a materiei in special in curtea medicinei, biologie si stiinta materiei solide. Acestea au ajutat de exemplu pentru a descoperii natura structurii suprafetei a unei varietati de metale si confirmarea formei si comportamentului bacteriilor la fel si a celulelor animale si umane. Sunt importante in cercetarea efectelor variatelor manipulatii sau tratamente ale acestor variate tipuri de subiecte ale materiei. Oamenii de stiinta si ziaristii adeseori adauga culoare inaltei calitati a detaliului microscopului pentru a creste interesul, pentru a ajuta la imagine si pentru a sublinia ariile importante in care acesta isi joaca rolul sau important, vital in domeniul vast al stiintei. Microscopul electronic a dat stiintei si mediului fotografic si video remarcabile imagini cum ar fi “fetle insectelor”, formele organismelor microscopice si suprafata structurii moleculelor ale noilor, de ultima generatie, obiecte si alte substante. De asemeni devin importante pentru autopsie in centrele medicale.

   SURSA 03
 
   Un microscop electronic este un tip de microscop care foloseşte electroni pentru a ilumina specimenul şi a crea o imagine mărită a acestuia. Microscoapele electronice au rezoluţie superioară microscoapelor cu lumină, şi pot mări de mult mai multe ori imaginea. Unele microscoape electronice ajung să mărească de 2 milioane de ori, pe când cele mai bune microscoape cu lumină măresc de 2000 de ori.
   Primul microscop electronic a fost construit în 1931 de către inginerii germani Ernst Ruska şi Max Knoll. Acesta era bazat pe ideile şi descoperirile fizicianului francez Louis de Broglie. Deşi primitiv şi nepotrivit utilizărilor practice, instrumentul era capabil să mărească obiectele de patru sute de ori.
Reinhold Rudenberg, directorul de cercetări al companiei Siemens, a patentat microscopul electronic în 1931, deşi Siemens nu făcea cercetări în domeniul microscoapelor electronice la acea vreme. În 1937 Siemens a început să-i finanţeze pe Ruska şi pe Bodo von Borries pentru dezvoltarea unui microscop electronic. Siemens l-a angajat şi pe fratele lui Ruska, Helmut să lucreze la aplicaţii, în particular cu specimene biologice.
   În acelaşi deceniu, Manfred von Ardenne a inventat microscopul electronic cu scanare şi un microscop electronic universal.
Siemens a început producţia comercială a microscopului electronic cu transmisie în 1939, dar până atunci primul microscop electronic cu utilizare practică fusese construit la Universitatea Toronto în 1938, de către Eli Franklin Burton şi studenţii Cecil Hall, James Hillier şi Albert Prebus.
Deşi microscoapele electronice moderne pot mări obiectele de până la două milioane de ori, toate se bazează pe prototipul lui Ruska. Microscopul electronic este nelipsit în multe laboratoare. Cercetătorii îl folosesc pentru a examina material biologic (cum ar fi microorganisme şi celule), diferite molecule mari, probe de biopsie medicală, metale şi structuri cristaline, şi caracteristicile diferitelor suprafeţe. Microscopul electronic este folosit extensiv pentru inspecţia şi asigurarea calităţii în industrie, inclusiv, în mod deosebit, în fabricarea dispozitivelor semiconductoare.
   Cel mai puternic microscop din lume a fost anunţat la inceputul lui 2008. Transmission electron aberration-corrected microscope, prescurtat "TEAM" atinge rezoluţia de 0,5 Ångström, in jur de 1 milion de ori mai mic decât diametrul unui fir de păr.
   Tipuri de microscoape electronice
   Microscopul electronic cu transmisie
   Forma originală a microscopiei electronice, microscopia electronică cu transmisie implica o rază de electroni la tensiune înaltă emisă de un catod, de regulă filament de tungsten, şi focalizată de lentile electrostatice şi electromagnetice. Raza de electroni care a fost transmisă printr-un specimen parţial transparent pentru electroni transportă informaţie despre structura internă a specimenului în raza care ajunge la sistemul de formare a imaginii. Variaţia spaţială a acestei informaţii ("imaginea") este apoi mărită de o serie de lentile electromagnetice până când este înregistrată la coliziunea cu un ecran fluorescent, placă fotografică, sau senzor de lumină cum ar fi un senzor CCD. Imaginea detectată de CCD poate fi afişată în timp real pe un monitor sau transmisă pe loc unui calculator.
   Rezoluţia unui microscop electronic cu transmisie este limitată în principal de aberaţia de sfericitate, dar o nouă generaţie de sisteme de corecţie a aberaţiilor a avut ca efect depăşirea parţială a aberaţiilor sferice şi creşterea rezoluţiilor. Corecţiile din software ale aberaţiei de sfericitate pentru microscoapele electronice cu transmisie de înaltă rezoluţie a permis producerea unor imagini cu rezoluţie suficient de bună pentru a evidenţia atomi de carbon în diamante, aflaţi la distanţe de doar 0.89 ångströmi (89 picometri) unii de alţii şi atomi din silicon la distanţe de 0.78 ångströmi (78 picometri), mărind de 50 de milioane de ori. Capacitatea de a determina poziţiile atomilor în cadrul materialelor a făcut din acest tip de microscop o unealtă importantă pentru cercetarea şi dezvoltarea din domeniul nanotehnologiilor.
   Prin utilizarea grafenului ca purtător de specimen rezoluţia acestui tip de microscop a putut fi mărită recent (2008) în mod foarte eficient.
   Microscopul electronic cu scanare
   Spre deosebire de MET, unde raza de electroni la tensiune înaltă formează imaginea specimenului, microscopul electronic cu scanare produce imagini prin detecţia electronilor secundari, cu energie scăzută, emisi de pe suprafaţa specimenului datorită excitării acestuia de către raza principală de electroni. În MES, raza de electroni parcurge întreg specimenul, detectorii construind o imagine prin maparea semnalelor detectate la poziţia razei.
   În general, rezoluţia MET este de regulă cu un ordin de mărime mai mare decât cea a MES, dar, datorită faptului ca imaginea produsă de microscoapele cu scanare se bazează pe procese de suprafaţă şi nu pe transmisie, este capabil să vizualizeze probe mai mari, şi are o adâncime de penetrare mult mai mare, producând astfel imagini care sunt o bună reprezentare tridimensională a probei.
   Microscopul electronic cu reflexie
   În plus, există şi microscoape electronice cu reflexie (MER). Ca şi MET, această tehnică implică raze de electroni incidente pe o suprafaţă, dar în loc să folosească electronii transmişi, sau cei secundari, se detectează raza reflectată.
   Microscopul electronic cu scanare şi transmisie
   MEST combină înalta rezoluţie a MET cu funcţionalităţile MES, permiţând folosirea unei game de tehnici de analiză imposibil de atins cu MET convenţionale. 

sursa:ipedia.ro