Class notes
Licht- en Elektronenmicroscope - Hoorcolleges deeltentamen 2
- Course
- Institution
Aantekeningen voor alle hoorcolleges Licht- en Elektronenmicroscopie voor deeltentamen 2 (2019/2020)
[Show more]
Seller
Follow
FFV
Reviews received
Content preview
Licht en Elektronen Microscopie – Hoorcolleges deel 2Hoorcollege 1: 16 december 2019
In 1590 werd door Janssen de eerste compound microscope gemaakt. Microscopie is begonnen met
de licht microscopie (Janssen met de compound microscoop). Hooke (1665) was de eerste die een
boek publiceerde over alle kleine dingen die hij kon bestuderen met de lichtmicroscoop.
Leeuwenhoek (1683) stelde vast dat de kleine dingen die Hooke zag bewogen en dus leefden;
microbiologie. In 1873 zet Abbe de limiet van de lichtmicroscoop vast.
In 1933 is de elektronenmicroscoop ontdekt/gebouwd door Ruske en Knoll. Eerst werd gedacht dat
het vooral voor dood materiaal gebruikt kon worden. In 1980 beginnen Handerson, Dubochet en
Frank met de cryo elektromicroscoop, waardoor het ook gebruikt kon worden op celbiologie. De
geschiedenis van de elektronenmicroscoop is dus substantieel korter dan die van de licht
microscoop. Hierdoor heeft licht microscoop ook de betere lenzen: er is veel meer tijd geweest voor
trial en error. De details die met EM gezien worden zijn echter onevenaarbaar.
Een EM is erg duur: elke eV van energie in de beam kost 10 euro. De meeste microscopen gebruiken
een beam van 100.000-400.000 eV.
Resolving power scale:
- Het oog kan dingen van minimaal 1 mm zien, zoals bijvoorbeeld de hoofdluis.
- Licht microscoop loopt van 1 mm tot 10 um (superresolutie misschien 0.5 um), hiermee kun
je bacteriën tot eiwitcomplexen zien.
- Elektronenmicroscoop loopt van 10 um tot 1 engstrum, hiermee kun je individuele atomen
bekijken.
Elektronenmicroscoop geeft een hoge resolutie. Daarnaast kan er een analytische resolutie gegeven
worden (informatie uit welke elementen het materiaal bestaat).
Elektronenmicroscopie wordt veel gebruikt door:
- Structurele biologen (kijken naar structuur van eiwitten of virussen)
- Material science (mensen die werken met composieten/polymeren/metalen etc.)
- Aardwetenschappen (waar bestaat een steen/mineraal/fossielen uit)
- Industrie (voor veiligheid of fysische eigenschappen van een bepaalde stof)
- Forensische wetenschappen (voor crime scene investigation om te kijken naar kleine
sustanties)
- Biomedics (voor diagnostiek en biomarkers)
- Celbiologie (kijken naar cellen)
,Voor een elektronenmicroscoop heb je ook een bron voor verlichting (electron gun), condensor lens,
specimen, objecief, projector lens en een uiteindelijke afbeelding. Je kan niets met het oog
waarnemen, je gebruikt dus cameras om de elektronen waar te nemen.
Verschillen met licht microscopie:
- De imaging wordt gedaan door elektronen en niet door fotonen.
- De glas lenzen worden vervangen door elektromagnetische lenzen omdat deze de beweging
van de elektronen kunnen aanpassen.
- Al het signaal van een EM is kleurloos.
- De vergroting is een stuk groter dan bij een licht microscoop (hoe groter de vergroting, des te
minder ‘zie’ je echt: de field of view is heel klein). Grotere magnificatie = kleinere field of
view. Als je dit vergeet kan het beperkend zijn.
- De resolutie van een EM is een stuk beter.
Resolutie: (of resolving power) het vermogen om twee punten te kunnen onderscheiden.
Magnificatie: het vermogen om de grootte van de afbeelding te vergroten.
Elektronen interacteren verschillend met het materiaal. Er zijn twee typen elektronenmicroscopen:
- Bij een transmissie elektronenmicroscoop gaan de elektronen door de sample heen.
- Bij een scanning elektronenmicroscoop gaan de elektronen niet door de sample heen en kijk
je dus enkel naar de oppervlakte. Je kan de binnenkant niet zien.
EM is niet alleen voor hoge resolutie images maar ook voor elemental analysis.
In 1807 zet Dalton de atomic theory op. Louis Pasteur stelt in 1850 vast dat er pathogenen zijn die je
niet kan zien in een (licht)microscoop.
- Cellen zijn 1 tot 100 micrometer.
- Virussen zijn 750-20 nm, deze kun je dus meestal niet zien in de licht microscoop.
- Eiwitten zijn 5-50 nm en dus ook niet te zien in de licht microscoop.
- Atomen zijn ongeveer 100 pico meter.
De limiet van de lichtmicroscoop wordt bepaald door de golflengte van het licht. De NA kan niet veel
groter dan 1.5 hiermee zit je op een resolutie van 150 nm, voor een grotere resolutie moet de
golflengte dus veranderen.
Zichtbaar licht is maar een klein onderdeel van het elektromagnetische spectrum. Na het UV licht
komen de X-rays. Wilhelm Röntgen ging hier mee aan de gang en kreeg hiermee een Nobelprijs.
Röntgen is een erg schadelijke straling, je moet hier dus voorzichtig mee zijn.
Waarom X-rays niet gebruikt worden voor imaging:
- X-rays lijken een beetje op fotonen maar hebben een veel hogere photon energy, hierdoor
kunnen ze atomen breken en atomen ioniseren.
- Door de hoge energie komen ze wel makkelijk door dikke samples heen.
- X-rays worden langzaam door de samples geabsorbeerd. Hierdoor zijn ze moeilijk om te
redirecten met spiegels en lenzen, de x-rays gaan hier gewoon doorheen. X-ray wordt in de
microscoop niet zo veel gebruikt omdat het dus moeilijk af te buigen is in een lens systeem
en er nog geen goede lenzen en spiegels voor zijn.
Hoge energie betekent kleine golflengte en dit betekent dus grote resolutie. Met de golflengte van x-
ray kom je rond de 10nm-10pm, dus op het atoomniveau. X-ray wordt gebruikt in security,
medicijnen en structureel analyse.
,Gammastraling hebben nog meer energie en zijn dus nog schadelijker/moeilijker te directeren en
reflecteren.
Het elektromagnetische spectrum gebruikt fotonen, die altijd bewegen in de snelheid van het licht
(wat een constante is). Als je elektronen gebruikt, kun je de snelheid veranderen, je bent niet
gelimiteerd door de snelheid van het licht.
In 1906 wint Thomson de nobelprijs voor het ontdekken van de elektronen.
Elektronen:
- Hebben een massa en een lading (fotonen hebben dit niet). Hierdoor is de manier waarop ze
met materialen interacteren heel anders.
- Fotonen en elektronen hebben wel beide zowel golf als deeltjes eigenschappen.
In 1929 wint De Broglie de nobelprijs voor de connectie tussen deeltjes en golf interacties met
materiaal. Elk deeltjes wat momentum (p) heeft (m x v) heeft een golflengte.
- Labda = h / p
- Labda = h / (mv)
Bij een grote massa, zal de golflengte groot zijn. Electronen hebben een kleine massa, en de snelheid
kunnen wij zelf bepalen.
Elektronen hebben een heel kleine massa, en aan de elektronen kun
je zelf ‘snelheid’ geven. Dit doe je door ze te acceleren: door ze onder
elektrische potentiële energie te zetten krijgen ze een snelheid (e U acc
= mv). De Uacc kun je veranderen.
Hierdoor volgt uiteindelijk de theoretische golflengte van 12 pm voor een SEM. Bij een TEM ligt de
theoretische golflengte bij 2.5 pm. Hiermee kun je dus atomen zien.
In de praktijk krijg je met een 200 kV TEM een resolutie van 50 pm. Dit komt grotendeels doordat de
lenzen nog niet perfect zijn. Alsnog kun je dan naar atomische organisatie kijken.
Door de acceleratie voltage in de EM aan te passen kun je de elektronen golflengte aanpassen. De
geacellereerde elektronen hebben een kleine golflengte (in de picometers). Een elektronen beam
kan wel geredirect worden met lenzen, waar dit bij x-rays niet kan. Zo kom je tot atomische resolutie.
Als je imaget met elektronen komen er X-rays vrij, de gebruiker van de microscoop wordt hiertegen
beschermt door een loden omhulsel.
In 1986 is de eerste elektronenmicroscoop gebouwd door Ruska en Knoll.
Om kortere golflengtes te krijgen verander je dus de accelaratie voltage van de microscoop. De
elektronen beam kun je met lenzen wel veranderen. Met de elektronenmicroscoop kom je tot
atomische resolutie.
, Nadelen van elektronenmicroscopie:
1. Elektronen zijn een bron van ioniserende straling, dit is dus erg schadelijk voor organische
samples. Ze kunnen elektronen los slaan uit het oppervlak en bindingen breken. Ze
veroorzaken beam damage: de elektronen kunnen bindingen verbreken. Je moet dus de
sample beschermen in de microscoop.
2. Ze vormen X-ray straling. Hierdoor zijn er veiligheidszorgen voor de gebruikers van deze
microscopen.
3. De lenzen zijn niet zo goed als die van de lichtmicroscopen. Er zijn twee vormen van
aberraties: chromatisch en sferisch. Bij chromatisch is er een variatie in energie van de
elektronen waardoor je een andere golflengte en dus resolutie krijgt. Bij sferische aberraties
is de vorm van de elektronen beam niet perfect (astigmatisme).
4. Een ander ding om in het achterhoofd te houden is of wat je ook echt op de afbeelding ziet
representatief is voor de hele cel (door hoge magnificatie is er een beperkte field of view).
5. Elektronen zijn niet hoe goed in penetreren (zoals X-ray wel is). Hierdoor moeten de samples
heel dun gemaakt worden. De samples moeten elektron transparant zijn.
6. Een ander probleem bij TEM is de interpretatie. Wat je krijgt zijn 2D projecties van een 3D
object. Hierdoor krijg je in 2D overlappende informatie wat in 3D kan leiden tot
misinterpretatie.
Chromatische aberratie bestaat ook bij elektronenmicroscopie. De elektronen in de beam kunnen net
wat andere snelheden hebben, en hebben dan ook verschillende golflengtes en chromatische
abberatie.
Sferische aberratie bestaat ook bij de elektronenmicroscopie. In de beam is er verschil tussen de x en
de y afstand.
De lichtmicroscoop kan je een overview geven van de hele sample voor je in hoge magnificatie gaat
met EM. Hierom is het handig om licht en elektronenmicroscopie te combineren.
Hoorcollege 2: 17 december 2019
Thermo fisher is een van de grootste producenten voor
elektronenmicroscopen. Thermo fisher hoorde vroeger
bij Philips. Levensduur van elektronenmicroscopen is een
aantal jaar (10 ofzo).
Nodig voor een elektronenmicroscoop: vacuüm, emissie
bron, lensen, apertures en detectors.
Bovenaan de TEM zit de elektronen bron, onderaan zit
het detectiesysteem.
Na de lichtbron moet het licht gecondenseerd worden.
Na de sample moet het weer uit elkaar geduwd worden
en hier onder zit de detector.
Alle elektronenmicroscopen werken onder vacuüm. (1)
Elektronen hebben een sterke interactie met alle
materialen waarna ze verstrooid worden. Als er geen
vacuüm is, dan interacteren de geaccelereerde
elektronen met de deeltjes in lucht, hierdoor zouden
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller FFV. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $5.92. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
73918 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now