Elektronenmikroskop: Definition, Geschichte und Anwendungen

Das Elektronenmikroskop ist ein wissenschaftliches Instrument, das 1931 konstruiert wurde, um eine bessere Vergrößerung sehr kleiner Objekte zu ermöglichen. Das Prinzip der Elektronenmikroskopie basiert auf der Elektronwellentheorie der Quantenmechanik. Die Schaffung des Elektronenmikroskops ebnete den Weg für die Möglichkeit hoher Vergrößerungen und ist somit eine wertvolle Erfindung für die wissenschaftliche Forschung, so die Nobelstiftung.

Geschichte

Das erste funktionierende Modell des Elektronenmikroskops wird Ernst Ruska und Max Knoll zugeschrieben. Im Jahr 1928 stellte Prof. Knoll Ruska die Aufgabe, Linsen zu schaffen, die einen Elektronenstrahl fokussieren würden. Bis 1931 erschuf Ruska erfolgreich zwei speziell entwickelte Magnetspulen, die den Elektronenstrahl zur Vergrößerung fokussierten.

Theorie

Die Theorie der Elektronenmikroskopie entwickelte sich aus der Quantenmechanik; dem Studium von elektromagnetischen Feldern und elektrisch geladenen Teilchen. Im 20. Jahrhundert wurde die Theorie der Elektronenmikroskopie entwickelt, um kleinräumige Phänomene wie Elektronenbewegungen zu erklären. Im Jahr 1924 hypothesierte der französische Physiker Louis de Broglie, dass Elektronen wellenartige Bewegungen aufweisen. Diese Hypothese ebnete den Weg für die Wellenmechanik, die nahelegte, dass Elektronenwellen genutzt werden könnten, um hochvergrößernde Mikroskope zu schaffen.

Definition

Ein Elektronenmikroskop (EM) ist eine Art von Mikroskop, das einen Elektronenstrahl nutzt, um sehr kleine Objekte wie DNS-Sequenzen und Zellstrukturen zu vergrößern. Die gängigen Arten von Elektronenmikroskopen sind Transmissionselektronenmikroskop (TEM), Rasterelektronenmikroskop (SEM), Reflexions-Elektronenmikroskop (REM) und Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM). Diese und mehrere andere EMs unterscheiden sich in den Vergrößerungsstufen, basieren aber auf demselben Prinzip der Verwendung eines Elektronenstrahls zur Vergrößerung.

Funktion

Elektronenmikroskope funktionieren, indem sie die Topografie, Morphologie, Zusammensetzung und kristallographischen Informationen eines Objekts vergrößern und sichtbar machen. Topografie ist das physische Merkmal eines Objekts (wie es aussieht), Morphologie bezieht sich auf Form und Größe, Zusammensetzung bezieht sich auf chemische Eigenschaften und kristallographische Informationen beziehen sich auf die atomare Anordnung eines Objekts, wie z. B. Leitfähigkeit.

Wirkungsmechanismus

Der Wirkungsmechanismus von EM kann in vier Schritten zusammengefasst werden: (1) Bildung eines Elektronenstroms, (2) Einschränkung des Stroms, um einen fokussierten Strahl zu bilden, (3) Einstellen der Fokussierung des Strahls über eine Magnetlinse und (4) Interaktion des Strahls mit dem Objekt des Interesses, das dann in ein vergrößertes Bild umgewandelt wird.