La microscopie électronique est basée sur le principe de l'optique électronique, qui remplace les faisceaux lumineux et les lentilles optiques par des faisceaux d'électrons et des lentilles électroniques pour rendre la structure fine de la matière dans l'instrument d'imagerie à très fort grossissement.
Ces dernières années, la recherche et la fabrication de microscopes électroniques se sont considérablement développées : d'une part, la résolution des microscopes électroniques a augmenté, et le point de transmission du microscope électronique.
La résolution a atteint 0,2-0,3nm, la résolution du réseau a atteint environ 0,1nm, et grâce au microscope électronique, on a pu D'autre part, outre le microscope électronique à transmission, divers microscopes électroniques ont été développés, tels que le microscope électronique à balayage, le microscope électronique analytique, etc.
Même si la capacité de résolution du microscope électronique a été bien supérieure à celle du microscope optique, le microscope électronique doit travailler sous vide, ce qui le rend difficile à utiliser. Bien que la capacité de résolution du microscope électronique soit bien supérieure à celle du microscope optique, le microscope électronique doit travailler dans le vide, il est donc difficile à Observer les organismes vivants et aussi l'exposition du faisceau d'électrons peut endommager les échantillons biologiques par irradiation.
Parlons ci-dessous du microscope électronique, notamment : les principes du microscope électronique, sa structure, ses inconvénients et ses applications. La différence entre le microscope électronique et le microscope optique, et son application en agriculture.
Principe du microscope électronique
Actuellement, le microscope électronique est devenu un moyen important pour étudier la microstructure du corps. Les plus couramment utilisés sont le microscope électronique à transmission et le microscope électronique à balayage. Voici les principes de fonctionnement des deux types de microscopes électroniques.
I. Microscope électronique à transmission
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Microscope électronique à transmission, c'est-à-dire que le microscope électronique à transmission est généralement appelé microscope électronique ou microscope électronique (EM), est la classe de microscope électronique la plus utilisée.
1、Working principe : dans des conditions de vide, le faisceau d'électrons est accéléré par une haute pression pour former des électrons de diffusion et des électrons de transmission lorsqu'il pénètre dans l'échantillon. Imagerie sur un écran fluorescent sous l'action d'une lentille électromagnétique. Lorsqu'un faisceau d'électrons est projeté sur l'échantillon, l'émission d'électrons peut se produire avec la densité des constituants du tissu, comme lorsque le faisceau d'électrons est projeté sur une masse. Lorsque la structure est grande, les électrons sont plus diffusés, de sorte que les électrons projetés sur l'écran fluorescent sont peu nombreux et sombres, tandis que les photos électroniques sont noires.
2、Main avantages : haute résolution, peut être utilisé pour observer l'ultrastructure interne des tissus et des cellules, ainsi que l'image globale des micro-organismes et des biomolécules.
II. Microscope électronique à balayage<
Le microscope électronique à balayage, c'est-à-dire le microscope électronique à balayage, est principalement utilisé pour observer la morphologie de surface de l'échantillon, la structure de la surface de coupe, la structure de la surface interne du tube lumen.
1、Working principe : le microscope électronique à balayage est l'utilisation de l'imagerie secondaire du signal électronique pour observer la morphologie de surface de l'échantillon. Le balayage avec un faisceau d'électrons très fin sur la surface de l'échantillon, l'excitation de la surface de l'échantillon pour libérer des électrons secondaires, les électrons secondaires générés par un détecteur spécial. Recueillis pour former un signal électrique délivré à un tube à rayons cathodiques pour afficher les objets sur un écran fluorescent. La conformation tridimensionnelle de la surface de l'objet (cellules, tissus) peut être photographiée.
2、Main avantages : longue profondeur de champ, fort sens tridimensionnel de l'image obtenue, peut être utilisée pour observer diverses caractéristiques morphologiques des échantillons biologiques.
Structure du microscope électronique
Le microscope électronique se compose d'un système optique électronique, d'un système à vide et d'un système d'alimentation électrique, chacun d'entre eux étant décrit ci-dessous.
I. Systèmes électro-optiques<
1、Electro- Les systèmes optiques ont principalement des composants tels que le canon à électrons, la lentille électronique, le porte-échantillon, l'écran fluorescent et le mécanisme de la caméra, ces composants sont généralement assemblés en une colonne de haut en bas.
Le canon à électrons est un composant composé d'une cathode chaude en tungstène, d'une grille et d'une cathode. Il peut lancer et former un faisceau d'électrons à une vitesse uniforme, de sorte que la stabilité de la tension d'accélération ne doit pas être inférieure à un dix millième.
2、La lentille électronique est le composant le plus important du tube du microscope électronique, qui utilise un champ électrique ou magnétique spatial symétrique à l'axe du barillet de la lentille, de sorte que la lentille électronique est le composant le plus important du microscope électronique. La trajectoire de l'électron est courbée vers l'axe pour former un foyer, qui est similaire à l'action d'une lentille de verre convexe pour focaliser un faisceau de lumière, c'est pourquoi on l'appelle lentille électronique. La plupart des microscopes électroniques modernes utilisent des lentilles électromagnétiques, où un fort champ magnétique produit par un courant d'excitation continu très stable à travers une bobine munie d'un sabot polaire permet de focaliser le faisceau d'électrons. Foyer électronique.
II. Système à vide
Afin de s'assurer que le vrai n'interagit qu'avec l'échantillon dans tout le canal et ne heurte pas les molécules d'air, de sorte que l'électron entier Le canal du canon à électrons à la boîte de base de la caméra doit être placé dans un système à vide, généralement de 10-4 à 10-7 mm Hg.
III. Systèmes d'alimentation électrique<
Le microscope électronique à transmission nécessite une alimentation électrique en deux parties : une partie haute tension qui alimente le canon à électrons, et une partie basse tension régulatrice de courant qui alimente la lentille électromagnétique. La stabilité de l'alimentation électrique est un indicateur extrêmement important de la performance du microscope électronique. Par conséquent, la principale exigence du système d'alimentation électrique est de produire une tension d'accélération élevée et stable et le courant d'excitation de la lentille. En plus de l'alimentation électrique mentionnée ci-dessus, les instruments modernes disposent toujours d'un système de contrôle automatique des programmes d'exploitation et d'un système informatique pour le traitement des données.
Désavantages du microscope électronique
1、In l'échantillon doit être observé au microscope électronique dans le vide, il n'est donc pas possible d'observer l'échantillon vivant, avec l'avancement de la technologie, l'environnement Le microscope électronique à balayage permettra progressivement l'observation directe des échantillons vivants.
2. le traitement de l'échantillon peut produire une structure que l'échantillon n'aurait pas eue, ce qui aggrave la difficulté d'analyser l'image par la suite.
3. En raison de la forte capacité de diffusion des électrons, il est facile qu'une diffraction secondaire se produise, etc..
4. Parfois, l'image n'est pas unique car il s'agit d'une image projetée en deux dimensions d'un objet tridimensionnel.
5、As le microscope électronique à transmission ne peut observer qu'un échantillon très mince, il est possible que la structure de la surface de la substance soit différente de la structure de l'intérieur de la substance. (a).
6. Échantillons ultra-minces (moins de 100 nm), préparation de l'échantillon complexe, difficile et dommageable.
7. Le faisceau d'électrons peut détruire l'échantillon par collision et échauffement.
8、In addition, l'achat et l'entretien des microscopes électroniques sont plus coûteux.
Champs d'application du microscope électronique
I. Secteur industriel.
1. Inspection industrielle, comme les cartes de circuits imprimés, les machines de précision, etc.
2. Inspection des imprimés, inspection des soudures SMT.
3. Inspection des textiles.
4. Inspection des surfaces IC.
II. Beauté.
1. Examen de la peau.
2. Inspection des racines.
3. Physiothérapie infrarouge (produits spécifiques).
III. Applications biologiques.
1. Observations microbiologiques.
2. Observation de sections d'animaux.
3. Observation de maladies végétales et d'insectes.
IV. Autres.
1. Un amplificateur visuel pour aider les personnes souffrant de handicaps intellectuels à lire.
2. Identification de pierres précieuses.
3. Identification d'antiquités, de peintures, d'artefacts en jade, etc..
4. d'autres domaines de l'analyse d'images vidéo.
Différence entre un microscope électronique et un microscope optique.
1. Différentes sources d'éclairage.
La source d'éclairage utilisée dans un microscope électronique est le flux d'électrons émis par un canon à électrons, tandis que la source d'éclairage dans un microscope optique est la lumière visible (lumière du jour ou lumière), due au flux d'électrons. La longueur d'onde des ondes lumineuses est beaucoup plus courte que la longueur d'onde des ondes lumineuses, de sorte que le grossissement et la résolution du microscope électronique sont nettement supérieurs à ceux du microscope optique.
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2, la lentille est différente.
L'objectif dans un microscope électronique qui fait office de loupe est une lentille électromagnétique (une bobine électromagnétique toroïdale qui génère un champ magnétique dans la partie centrale), tandis que l'objectif dans un miroir optique est Il s'agit d'une lentille optique en verre rodé. Il existe trois groupes de lentilles électromagnétiques dans le microscope électronique, qui sont fonctionnellement équivalents à la lentille de concentration, à la lentille d'objectif et à l'oculaire du microscope optique.
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3, le principe d'imagerie est différent.
Dans un microscope électronique, le faisceau d'électrons appliqué à l'échantillon est amplifié par une lentille électromagnétique et reproduit sur un écran fluorescent ou sur un film photographique. . Le mécanisme de la différence d'intensité des électrons est que lorsque le faisceau d'électrons est appliqué à l'échantillon, l'électron incident entre en collision avec l'atome de la substance pour produire le faisceau d'électrons. La diffusion, due aux différentes parties de l'échantillon ont différents degrés de diffusion aux électrons, ainsi l'image électronique de l'échantillon est présentée en nuances. Et l'image objet de l'échantillon dans le microscope optique à la différence de luminosité, il est causé par les différentes structures de l'échantillon à examiner par la quantité d'absorption de lumière de différents.
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4、Resolution.
En raison de l'interférence et la diffraction de la lumière, la résolution du microscope optique est limitée à 02-05um. Comme le microscope électronique utilise un faisceau d'électrons comme source de lumière, sa résolution peut atteindre entre 1 et 3 nm, de sorte que le tissu du microscope optique peut être facilement résolu. Les observations sont des analyses à l'échelle du micron, et les observations des tissus au microscope électronique sont des analyses à l'échelle du nanomètre.
5. profondeur de champ.
La profondeur de champ d'un microscope optique ordinaire se situe entre 2-3um, donc la finesse de la surface de l'échantillon est très élevée, donc la préparation de l'échantillon est très importante. Le processus est relativement complexe. Le microscope électronique à balayage peut atteindre une hauteur de quelques millimètres, il n'est donc pas nécessaire d'avoir une géométrie de surface lisse et le processus de préparation de l'échantillon est relativement complexe. Il est relativement simple et certaines géométries d'échantillon ne nécessitent pas de préparation de l'échantillon. Les microscopes corporels ont également une plus grande profondeur de champ, mais leur résolution est très faible. Grossissement : 1000X pour le microscope optique, 1000X pour le microscope électronique.
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6、The les méthodes de préparation des échantillons utilisées sont différentes.
Microscope électronique Les procédures de préparation des échantillons de cellules tissulaires pour l'observation sont complexes, techniquement difficiles et coûteuses, avec un degré élevé de difficulté pour obtenir, fixer, déshydrater et Des réactifs et des opérations spéciales sont nécessaires pour l'enrobage, et enfin, le bloc de tissu enrobé doit être placé dans un microtome ultra-fin et coupé en morceaux de 50~50 mm. Des lames ultra-minces de 100 nm d'épaisseur sont nécessaires pour les échantillons. Les spécimens destinés au microscope optique sont généralement placés sur des lames, comme les spécimens de coupe de tissu ordinaire, les spécimens de frottis cellulaire, les spécimens d'impression de tissu et les spécimens de tissu. Échantillon de gouttelettes de cellules. Jusqu'à 1 000 000X
7. applications.
Le microscope optique est principalement utilisé pour l'observation et la mesure de tissus de taille micronique sur des surfaces lisses. On peut également observer le tissu à la surface de l'échantillon, mais dans une certaine limite sous la surface, et le microscope optique a une très bonne compréhension de la couleur. L'identification est très sensible et précise. Le microscope électronique est principalement utilisé pour observer la topographie de la surface des échantillons à l'échelle nanométrique, puisque le MEB repose sur l'intensité du signal physique pour distinguer les tissus. Les images du microscope électronique à balayage (MEB) étant en noir et blanc, le MEB n'est pas en mesure de reconnaître les images en couleur. Le microscope électronique à balayage (MEB) est non seulement capable de visualiser la topographie de la surface de l'échantillon, mais aussi, grâce à l'utilisation de différents accessoires tels que l'EDS, le WDS, l'EBSD, etc. En utilisant les équipements auxiliaires EDS, WDS, le microscope électronique à balayage peut analyser la composition chimique des micro-zones, ce qui est essentiel pour l'analyse des défaillances. Le domaine de recherche est de loin le plus important. En utilisant l'EBSD, le microscope électronique à balayage permet d'étudier l'orientation du réseau des matériaux.
Applications du microscope électronique en agriculture
Application et progrès du microscope électronique en agriculture
1、Scanning application du microscope électronique dans le domaine agricole
Le microscope électronique à balayage (MEB) a une grande profondeur de champ, une image stéréoscopique, une haute résolution, une large gamme d'images et un processus de préparation des échantillons. Les avantages du microscope électronique à balayage, tels que sa simplicité relative, ont suscité une grande attention et la faveur des chercheurs agricoles. Le microscope électronique à balayage est principalement utilisé dans la recherche agricole pour étudier la morphologie de surface de différents tissus et organes microscopiques des plantes et des animaux, des microorganismes et des insectes, ainsi que la structure interne, approfondissant ainsi la compréhension de leur application dans les fonctions physiologiques et explorant les règles de vie des organismes. Chez les insectes, par exemple, l'objectif principal est d'améliorer la capacité à distinguer et à classer leurs organes microscopiques, ainsi que de clarifier davantage le rôle des organes. Caractériser et comparer la morphologie externe des insectes et étudier leurs changements de forme et les caractéristiques de leurs modèles et structures afin de mieux comprendre leurs caractéristiques. . Chez les plantes, l'étude de caractéristiques telles que le pollen, le péricarpe, le motif de la surface du tégument de la graine et la structure interne de la graine des cultures, qui ont une importance taxonomique. En microbiologie, elle joue un rôle plus important dans l'étude de la classification des champignons, des actinomycètes et des bactéries, l'identification des familles et la détermination de la source des maladies, en particulier les germes. Des résultats satisfaisants peuvent être obtenus sur l'activité des germes, la germination des spores, l'invasion des hôtes, etc. par le microscope électronique à balayage.
2、Transmission applications du microscope électronique en agriculture
Un microscope électronique à transmission (MET) se compose d'un système optique électronique, d'un système à vide, d'un système d'alimentation électrique et d'un système auxiliaire. Le principe de l'imagerie par microscope électronique à transmission est basé sur l'utilisation de rayons électroniques sans information, qui interagissent avec l'échantillon lorsqu'ils le traversent. L'autre face de l'échantillon réapparaît déjà avec des informations sur l'échantillon, qui sont ensuite agrandies pour que l'on puisse voir l'intérieur microscopique. informations pour l'interprétation. Lorsqu'un faisceau d'électrons interagit avec un échantillon de matériau, il peut générer de nombreuses informations avec l'échantillon, comme des électrons transmis, des électrons diffusés, des électrons secondaires, etc. Le contraste de l'image d'un microscope électronique à transmission est déterminé par la différence d'absorption de diffusion, la différence de diffraction et l'aberration qui se produit lorsque l'électron incident traverse l'échantillon. Dans l'observation d'échantillons biologiques agricoles, la clarté de l'image du microscope électronique a été imparfaite au fur et à mesure que la résolution du microscope électronique a augmenté. Cela dépend de la résolution du microscope électronique et dans une large mesure des techniques utilisées pour la préparation de l'échantillon. Les techniques couramment utilisées pour la préparation des échantillons biologiques pour le microscope électronique à transmission en agriculture sont : la coupe ultra-fine, le microscope immuno-électronique, la coloration négative, le microscope électronique macromoléculaire biologique, etc. Les virus des plantes constituent un groupe important d'agents pathogènes qui attaquent les angiospermes, les nudibranches et les fougères, provoquant des mauvaises récoltes dans le monde entier. Les maladies des arbres fruitiers, des fleurs, des pâturages et des plantes médicinales provoquent une baisse de rendement et de qualité, affectant gravement la production et la vie humaines. L'application de la technologie du microscope électronique est utile pour déterminer la structure morphologique, la structure et la fonction des gènes, le processus de réplication du virus, le virus et l'hôte, ainsi que la fonction du virus. La compréhension approfondie des interrelations entre l'ultrastructure cellulaire et l'observation des lésions ultrastructurales cellulaires joue un rôle irremplaçable dans d'autres méthodes, fournissant une base étape par étape pour le développement de Révélez la nature du virus, et finalement résolvez le problème des virus et des maladies pour poser les bases.
Ce qui précède est une petite introduction au principe du microscope électronique, à sa structure, à ses inconvénients, à ses applications, et à la différence entre le microscope optique, en agriculture Sur l'application. Avec le développement continu de la science et de la technologie modernes. En outre, l'application technologique du microscope électronique devient de plus en plus étendue, car l'observation du monde microscopique est appelée "l'œil de la science" - le microscope électronique a les caractéristiques de haute résolution et d'intuitivité qui ne peuvent être remplacées par aucun autre instrument scientifique. Le microscope électronique a joué un rôle exceptionnel dans le développement des disciplines de la médecine, de la biologie, de la physique, de la chimie, de la métallurgie et de la science des matériaux et il est devenu un instrument indispensable et courant dans les travaux de recherche de nombreuses disciplines.