La microscopía electrónica se basa en el principio de la óptica electrónica, que reemplaza los haces de luz y las lentes ópticas por haces de electrones y lentes de electrones para crear la estructura fina de la materia en el instrumento para obtener imágenes con un aumento muy alto.
En los últimos años, la investigación y fabricación de microscopios electrónicos se ha desarrollado considerablemente: por un lado, ha ido aumentando la resolución de los microscopios electrónicos, y el punto de microscopio electrónico de transmisión.
La resolución ha alcanzado 0.2-0.3nm, la resolución de la red ha alcanzado alrededor de 0.1nm, y a través del microscopio electrónico, se ha podido Por otro lado, además del microscopio electrónico de transmisión, se han desarrollado una variedad de microscopios electrónicos, como como microscopio electrónico de barrido, microscopio electrónico analítico, etc.
Aunque la capacidad de resolución del microscopio electrónico ha sido muy superior a la del microscopio óptico, el microscopio electrónico tiene que trabajar bajo el vacío, por lo que es difícil de usar. Aunque la capacidad de resolución del microscopio electrónico es mucho mejor que el microscopio óptico, el microscopio electrónico necesita trabajar en el vacío, por lo que es difícil observar organismos vivos y también la exposición del haz de electrones puede dañar las muestras biológicas por irradiación.
A continuación, hablemos sobre el microscopio electrónico, que incluye: principios, estructura, desventajas y aplicaciones del microscopio electrónico. La diferencia entre microscopio electrónico y microscopio óptico, y su aplicación en la agricultura.
Principio del microscopio electrónico
Actualmente, el microscopio electrónico se ha convertido en un medio importante para estudiar la microestructura del cuerpo. Los más utilizados son el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido. Los siguientes son los principios de funcionamiento de los dos tipos de microscopios electrónicos.
I. Microscopio electrónico de transmisión
El microscopio electrónico de transmisión, es decir, el microscopio electrónico de transmisión generalmente se denomina microscopio electrónico o microscopio electrónico (EM), es la clase de microscopio electrónico más utilizada.
1Principio de funcionamiento: en condiciones de vacío, el haz de electrones es acelerado por alta presión para formar electrones de dispersión y electrones de transmisión cuando penetra en la muestra. Imágenes en una pantalla fluorescente bajo la acción de una lente electromagnética. Cuando se proyecta un haz de electrones sobre la muestra, la emisión de electrones puede ocurrir con la densidad de los constituyentes del tejido, como cuando el haz de electrones se proyecta sobre una masa. Cuando la estructura es grande, los electrones se dispersan más, por lo que los electrones proyectados sobre la pantalla fluorescente son pocas y oscuras, mientras que las fotos electrónicas son negras..
2Ventajas principales: alta resolución, se puede utilizar para observar la ultraestructura interna de tejidos y células, así como la imagen general de microorganismos y biomoléculas.
II. Microscópio electrónico escaneando
El microscopio electrónico de barrido, es decir, el microscopio electrónico de barrido, se utiliza principalmente para observar la morfología de la superficie de la muestra, la estructura de la superficie cortada, la estructura de la superficie interna del lumen del tubo.
1Principio de funcionamiento: el microscopio electrónico de barrido es el uso de imágenes de señales de electrones secundarios para observar la morfología de la superficie de la muestra. Escanee con un haz de electrones muy fino en la superficie de la muestra, la excitación de la superficie de la muestra para liberar electrones secundarios, los electrones secundarios generados por un detector especial. Recolectado para formar una señal eléctrica enviada a un tubo de rayos catódicos para mostrar objetos en una pantalla fluorescente. Se puede fotografiar la conformación tridimensional de la superficie del objeto (células, tejidos)..
2Principales ventajas: gran profundidad de campo, fuerte sentido tridimensional de la imagen obtenida, se puede utilizar para observar diversas características morfológicas de muestras biológicas..
Estructura del microscopio electrónico
El microscopio electrónico consta de un sistema óptico electrónico, un sistema de vacío y un sistema de suministro de energía, cada uno de los cuales se describe a continuación.
I. Sistemas electro-ópticos
1Los sistemas electroópticos tienen principalmente componentes como un cañón de electrones, una lente de electrones, un portamuestras, una pantalla fluorescente y un mecanismo de cámara; estos componentes generalmente se ensamblan en una columna de arriba a abajo..
El cañón de electrones es un componente que consta de un cátodo caliente de tungsteno, una puerta y un cátodo. Puede lanzar y formar un haz de electrones con velocidad uniforme, por lo que se requiere que la estabilidad del voltaje de aceleración no sea inferior a una diezmilésima.
2、La lente electrónica es el componente más importante del tubo del microscopio electrónico, que utiliza un campo eléctrico o magnético espacial simétrico al eje del cilindro de la lente, de modo que la lente electrónica es el componente más importante del microscopio electrónico. La trayectoria del electrón se dobla hacia el eje para formar un foco, que es similar a la acción de una lente de vidrio convexa para enfocar un haz de luz, por lo que se llama lente de electrones. La mayoría de los microscopios electrónicos modernos utilizan lentes electromagnéticos, donde un fuerte campo magnético producido por una corriente de excitación de CC muy estable a través de una bobina con una zapata polar hace que el haz de electrones se enfoque. Foco electrónico.
II. Sistema de vacío
Para garantizar que el verdadero solo interactúe con la muestra en todo el canal y no colisione con las moléculas de aire, de modo que todo el electrón El canal desde el cañón de electrones hasta la caja base de la cámara debe colocarse en un sistema de vacío, típicamente 10- 4 a 10-7 mm Hg.
tercero Sistemas de suministro de electricidad
El microscopio electrónico de transmisión requiere una fuente de alimentación de dos partes: una parte de alto voltaje que alimenta el cañón de electrones y una parte reguladora de corriente de bajo voltaje que alimenta la lente electromagnética. La estabilidad de la fuente de alimentación es un indicador extremadamente importante del rendimiento del microscopio electrónico. Por lo tanto, el requisito principal del sistema de suministro de energía es producir un voltaje de aceleración alto y estable y la corriente de excitación de la lente. Además de la fuente de alimentación mencionada anteriormente, los instrumentos modernos todavía tienen un sistema de control automático del programa operativo y un sistema informático para el procesamiento de datos.
Desventajas del microscopio electrónico
1En el microscopio electrónico, la muestra debe observarse en el vacío, por lo que no es posible observar la muestra viva, con el avance de la tecnología, el microscopio electrónico de barrido ambiental permitirá gradualmente la observación directa de muestras vivas..
2. el procesamiento de la muestra puede producir una estructura que la muestra no habría tenido, lo que exacerba la dificultad de analizar la imagen a partir de entonces.
3. Debido a la fuerte capacidad de dispersión de electrones, es fácil que ocurra una difracción secundaria, etc.
4. A veces, la imagen no es única porque es una imagen bidimensional proyectada de un objeto tridimensional.
5Como el microscopio electrónico de transmisión solo puede observar una muestra muy delgada, es posible que la estructura de la superficie de la sustancia sea diferente de la estructura del interior de la sustancia. (a)..
6. Muestras ultrafinas (menos de 100 nm), preparación de muestras compleja, difícil y dañina.
7. El haz de electrones puede destruir la muestra por colisión y calentamiento.
8Además, la compra y el mantenimiento de los microscopios electrónicos son más caros..
Campos de aplicación del microscopio electrónico.
I. Sector industrial.
1. Inspección industrial, como placas de circuito, maquinaria de precisión, etc.
2. Inspección de impresión, inspección de soldadura SMT.
3. Inspección textil.
4. Inspección de superficie IC.
II. Belleza.
1. Examen de la piel.
2. Inspección de raíces.
3. Fisioterapia infrarroja (productos específicos).
tercero Aplicaciones biológicas.
1. Observaciones microbiológicas.
2. Observación de secciones de animales.
3. Observación de insectos y enfermedades de las plantas.
IV. Otro.
1. Un amplificador visual para ayudar a las personas con discapacidad intelectual en la lectura.
2. Identificación de gemas.
3. Identificación de antigüedades, pinturas, artefactos de jade, etc.
4. algunas otras áreas de análisis de imágenes de video.
Diferencia entre un microscopio electrónico y un microscopio óptico.
1. Diferentes fuentes de iluminación.
La fuente de iluminación utilizada en un microscopio electrónico es la corriente de electrones emitida por un cañón de electrones, mientras que la fuente de iluminación en un microscopio óptico es la luz visible (luz diurna o luz), debida a la corriente de electrones. La longitud de onda de las ondas de luz es mucho más corta que la longitud de onda de las ondas de luz, por lo que la ampliación y la resolución del microscopio electrónico son significativamente mayores que las del microscopio óptico.
2, la lente es diferente.
El objetivo en un microscopio electrónico que actúa como lente de aumento es una lente electromagnética (una bobina electromagnética toroidal que genera un campo magnético en la parte central), mientras que el objetivo en un espejo óptico es una lente óptica de vidrio esmerilado. Hay tres grupos de lentes electromagnéticas en el microscopio electrónico, que son funcionalmente equivalentes a la lente concentradora, la lente objetivo y el ocular en el microscopio óptico.
3, el principio de imagen es diferente.
En un microscopio electrónico, el haz de electrones aplicado a la muestra es amplificado por una lente electromagnética y reflejado en una pantalla fluorescente o en una película fotográfica. . El mecanismo de la diferencia en la intensidad de los electrones es que cuando el haz de electrones se aplica a la muestra, el electrón incidente choca con el átomo de la sustancia para producir el haz de electrones. Dispersión, debido a que las diferentes partes de la muestra tienen diferentes grados de dispersión de los electrones, por lo que la imagen electrónica de la muestra se presenta en sombras. Y la imagen del objeto de la muestra en el microscopio óptico a la diferencia de brillo, es causada por las diferentes estructuras de la muestra para ser examinada por la cantidad de absorción de luz de diferentes.
4Resolución..
Debido a la interferencia y difracción de la luz, la resolución del microscopio óptico está limitada a 02-05um. Debido a que el microscopio electrónico utiliza un haz de electrones como fuente de luz, su resolución puede alcanzar entre 1 y 3 nm, por lo que el tejido del microscopio óptico se puede resolver fácilmente. Las observaciones son análisis a escala micrométrica y las observaciones de tejido con microscopio electrónico son análisis a nanoescala.
5. profundidad de campo.
La profundidad de campo de un microscopio óptico ordinario es de 2 a 3 um, por lo que la suavidad de la superficie de la muestra es muy alta, por lo que la preparación de la muestra es muy importante. El proceso es relativamente complejo. El microscopio electrónico de barrido puede tener una altura de unos pocos milímetros, por lo que no se requiere una geometría de superficie uniforme y el proceso de preparación de la muestra es relativamente complejo. Es relativamente simple y algunas geometrías de muestra no requieren preparación de muestra. Los microscopios de cuerpo también tienen una mayor profundidad de campo, pero su resolución es muy baja. Ampliación: 1000X para microscopio óptico, 1000X para microscopio electrónico.
6Los métodos de preparación de muestras utilizados son diferentes..
Microscopio electrónico Los procedimientos para preparar muestras de células de tejido para su observación son complejos, técnicamente difíciles y costosos, con un alto grado de dificultad en la obtención, fijación, deshidratación y Se requieren reactivos y operaciones especiales para la inclusión y, finalmente, el bloque de tejido incluido debe ser colóquelo en un micrótomo ultrafino y córtelo en trozos de 50~50 mm. Portaobjetos ultrafinos de 100 nm de grosor. Los especímenes para el microscopio óptico generalmente se colocan en portaobjetos, como especímenes de corte de tejido simple, especímenes de frotis de células, especímenes de impresión de tejido y especímenes de tejido. Muestra de gota celular. Hasta 1,000,000X
7. aplicaciones.
El microscopio óptico se utiliza principalmente para la observación y medición de tejidos de tamaño micrométrico en superficies lisas. También se puede observar el tejido en la superficie de la muestra pero dentro de un cierto rango debajo de la superficie, y el microscopio óptico tiene una muy buena comprensión del color. La identificación es muy sensible y precisa. El microscopio electrónico se utiliza principalmente para observar la topografía de la superficie de muestras a nanoescala, ya que SEM se basa en la intensidad de la señal física para distinguir entre tejidos. Las imágenes del microscopio electrónico de barrido (SEM) son en blanco y negro, por lo que SEM no puede reconocer imágenes en color. El microscopio electrónico de barrido (SEM) no solo es capaz de visualizar la topografía de la superficie de la muestra, sino que también, mediante el uso de diferentes accesorios como EDS, WDS, EBSD, etc., es posible identificar la imagen de color de la muestra. equipo, el microscopio electrónico de barrido se puede ampliar aún más para su uso. Mediante el uso de equipos auxiliares EDS, WDS, el microscopio electrónico de barrido puede analizar la composición química de las microáreas, lo cual es esencial para el análisis de fallas. El área de investigación es, con mucho, la más importante. Usando EBSD, el microscopio electrónico de barrido permite estudiar la orientación reticular de los materiales.
Aplicaciones del microscopio electrónico en la agricultura
Aplicación y progreso del microscopio electrónico en la agricultura.
1Aplicación del microscopio electrónico de barrido en el campo agrícolad
El microscopio electrónico de barrido (SEM) tiene una gran profundidad de campo, imagen estereoscópica, alta resolución, amplio rango de imagen y proceso de preparación de muestras. Las ventajas del microscopio electrónico de barrido, como su sencillez comparativa, han atraído una gran atención y el favor de los investigadores agrícolas. El microscopio electrónico de barrido se utiliza principalmente en la investigación agrícola para estudiar la morfología de la superficie de diferentes tejidos y órganos microscópicos de plantas y animales, microorganismos e insectos, así como la estructura interna, profundizando así la comprensión de su aplicación en funciones fisiológicas y explorando las reglas de vida de los organismos. Por ejemplo, en los insectos, el objetivo principal es mejorar la capacidad de distinguir y clasificar sus órganos microscópicos, así como aclarar aún más el papel de los órganos. Caracterizar y comparar la morfología externa de los insectos y estudiar sus cambios de forma y las características de sus patrones y estructuras para obtener una comprensión más profunda de sus características. . En las plantas, el estudio de características como el polen, el pericarpio, el patrón de la superficie de la cubierta de la semilla y la estructura interna de la semilla de los cultivos, que tienen importancia taxonómica. En microbiología, juega un papel más importante en el estudio de la clasificación de hongos, actinomicetos y bacterias, identificando familias y determinando el origen de la enfermedad, especialmente en las actividades de los gérmenes, la germinación de esporas, la invasión de huéspedes, los resultados satisfactorios se pueden obtener. etc. por microscopio electrónico de barrido.
2Aplicaciones del microscopio electrónico de transmisión en la agriculturae
Un microscopio electrónico de transmisión (TEM) consta de un sistema óptico de electrones, un sistema de vacío, un sistema de suministro de energía y un sistema auxiliar. El principio de las imágenes del microscopio electrónico de transmisión se basa en el uso de rayos de electrones sin información, que interactúan con la muestra a medida que la atraviesan. El otro lado de la muestra ya reaparece con información sobre la muestra, que luego se amplía para que se pueda ver el interior microscópico. información para la interpretación. Cuando un haz de electrones interactúa con un material de muestra, puede generar mucha información con la muestra, como electrones transmitidos, electrones dispersos, electrones secundarios, etc. El contraste de la imagen del microscopio electrónico de transmisión está determinado por la diferencia de absorción de dispersión, diferencia de difracción y aberración que ocurre cuando el electrón incidente pasa a través de la muestra. En la observación de muestras biológicas agrícolas, a medida que ha aumentado la resolución del microscopio electrónico, la claridad de la imagen del microscopio electrónico ha sido imperfecta. Depende de la resolución del microscopio electrónico y en gran medida de las técnicas utilizadas para la preparación de la muestra. Las técnicas comúnmente utilizadas para la preparación de muestras biológicas para microscopía electrónica de transmisión en agricultura son: corte ultrafino, microscopía inmunoelectrónica, tinción negativa, microscopía electrónica macromolecular biológica, etc. Los virus vegetales como grupo importante de patógenos que atacan a las angiospermas, nudibranquios y helechos. , causando malas cosechas en todo el mundo. Las enfermedades de los árboles frutales, las flores, los pastos y las plantas medicinales provocan una merma en el rendimiento y la calidad, afectando gravemente la producción y la vida humana. La aplicación de la tecnología del microscopio electrónico es útil para determinar la estructura morfológica, la estructura y función del gen, el proceso de replicación del virus, el virus y el huésped, y la función del virus. La comprensión profunda de las interrelaciones entre la ultraestructura celular y la observación de lesiones ultraestructurales celulares tiene un papel insustituible en otros métodos, proporcionando una base paso a paso para el desarrollo de Revelar la naturaleza del virus y, en última instancia, resolver el problema. de virus y enfermedades para sentar las bases.
Lo anterior es una pequeña introducción al principio del microscopio electrónico, la estructura, las desventajas, las aplicaciones y la diferencia entre el microscopio óptico, en la agricultura En la aplicación. Con el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología modernas. Además, la aplicación tecnológica del microscopio electrónico también se está volviendo cada vez más extensa, ya que la observación del mundo microscópico se denomina "el ojo de la ciencia": el microscopio electrónico tiene las características de alta resolución e intuición que no puede ser reemplazada por ningún otro. instrumentos cientificos. El microscopio electrónico ha jugado un papel destacado en el desarrollo de las disciplinas de la medicina, la biología, la física, la química, la metalurgia y la ciencia de los materiales y se ha convertido en un instrumento indispensable y rutinario en el trabajo de investigación de muchas disciplinas.