Technika skaningowej mikroskopii elektronowej SEM

znalazła zastosowanie w takich dziedzinach nauki jak:

- biologia,

- medycyna,

- zoologia,

- archeologia,

- kryminologia,

- materiałoznawstwo,

- inne.

Aktualnie skaningowe mikroskopy elektronowe stanowią

podstawowe narzędzia pomiarowo - badawcze

wszędzie tam gdzie zachodzi konieczność analizowania

stanu powierzchni i ocena jej morfologii.

Wiązka elektronów bombarduje próbkę, skanując jej powierzchnię linia po linii.

W momencie zetknięcia elektronów z powierzchnia preparatu część z nich

jest rozpraszana, a część z nich wnika do wnętrza próbki powodując emisje

elektronów wtórnych, promieni rentgenowskich oraz światła widzialnego.

Są one rejestrowane za pomocą odpowiednich detektorów i przetwarzane na

obrazy próbek wyświetlane na monitorze lub na widmo promieniowania

rentgenowskiego

Mikroanalizator rentgenowski

EDS

-

metoda dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego

WDS

-

metoda dyspersji długości fali promieniowania

rentgenowskiego

Analiza jakościowa składu chemicznego - ustalenia zawartości

danych pierwiastków, w oparciu o występowanie lub brak występowania

ich charakterystycznych pików w widmie.

Analiza ilościowa składu chemicznego - ustalenie stosunku

zawartości pierwiastków na podstawie porównania intensywności

odpowiednich pików tych pierwiastków miedzy sobą lub porównania z

wzorcami.

Absorpcja rentgenowska - technika analityczna należąca do absorpcyjnych metod spektroskopii atomowej pozwalająca na rejestrowanie i analizę efektów oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią. Promieniowanie Rtg pozwala na ilościową jak i jakościową analizę badanej substancji. Służą do tego celu metody związane z rentgenowską analizą fluorescencyjną z dyspersją energii (EDXRF) jak i z dyspersją długości fali (WDXRF).

Rentgenografia strukturalna to technika analityczna stosowana w krystalografii i chemii.

W krystalografii technika ta jest stosowana w celu ustalenia wymiarów i geometrii komórki elementarnej tworzącej daną sieć krystaliczną. W chemii metoda ta umożliwia dokładne ustalenie struktury związków chemicznych tworzących analizowane kryształy.

Zasada działania

Obraz dyfrakcyjny kryształu mioglobiny.

Obraz dyfrakcyjny kryształu mioglobiny.

Trójwymiarowa struktura mioglobiny, z zaznaczonymi kolorem helisami alfa.

Trójwymiarowa struktura mioglobiny, z zaznaczonymi kolorem helisami alfa.

W obu przypadkach metoda ta opiera się na rejestracji obrazów dyfrakcyjnych promieni rentgenowskich, powstających na skutek subtelnych interakcji tego promieniowania z chmurami elektronowymi atomów tworzących analizowany kryształ. Na podstawie rejestracji obrazów dyfrakcyjnych promieniowania X przechodzącego przez kryształ pod różnymi kątami, korzystając z prawa Bragga wyznacza się trójwymiarową mapę gęstości elektronowej w komórce elementarnej kryształu. Dalsza, matematyczna analiza tej mapy umożliwia m.in:

* wyznaczenie pozycji i odległości całych cząsteczek względem siebie w sieci krystalicznej

* wyznaczenie położenia poszczególnych atomów względem siebie

* ustalenie kątów i długości wiązań między wszystkimi atomami tworzącymi cząsteczkę

* ustalenie rozkładu gęstości chmur elektronowych wokół poszczególnych atomów, co umożliwia obliczenie momentu dipolowego wiązań i całych cząsteczek oraz precyzyjne ustalenie natury poszczególnych wiązań.

Wykonywanie pomiaru

Do wykonania analizy potrzebny jest możliwie jak najbardziej izometryczny, najczystszy i posiadający jak najmniej defektów monokryształ danego związku chemicznego. Kryształ ten umieszcza się w dyfraktometrze i niekiedy schładza przy pomocy par ciekłego azotu do temperatury rzędu 100 K (przy użyciu par helu nawet do kilku K), aby zmniejszyć niedokładności wynikające z termicznych drgań atomów. Kryształ naświetla się silną, monochromatyczną wiązką promieni X, zmieniając stopniowo kąt jej padania na kryształ (poprzez jego obrót) i rejestrując zmiany w obrazie dyfrakcyjnym po przejściu promieni przez kryształ.

Oprócz próbek monokrystalicznych w rentgenografii strukturalnej bada się także próbki polikrystaliczne oraz substancje w formie sproszkowanej. Do badania tych ostatnich stosuje się tzw. metodę proszkową; badana próbka jest rozcierana na proszek a następnie umieszczana w specjalnej kuwecie , która jest mocowana w uchwycie goniometru dyfraktometru.

Zastosowania

Metoda ta jest podstawowym narzędziem w chemii organicznej, biochemii i metaloorganicznej do ustalania rzeczywistych struktur złożonych związków chemicznych. Metoda ta umożliwiła m.in wyznaczenie dokładnej struktury mioglobiny przez Maxa Perutza i Johna Cowdery Kendrewa w 1958, za co otrzymali oni Nagrodę Nobla (w roku 1962). Technika ta odegrała też decydującą rolę w ustaleniu struktury podwójnej helisy DNA przez Rosalindę Franklin, Jamesa Watsona i Francisa Cricka.

Nie można jej stosować dla ustalania struktury cząsteczek w fazie gazowej i ciekłej, która często może być inna od tej, jaką przyjmują te same cząsteczki w fazie krystalicznej.

Dane strukturalne pochodzące z rentgenografii są gromadzone w specjalnych bazach danych, do których dostęp można uzyskać albo poprzez wysłanie do nich określonej liczby własnych danych lub na zasadach komercyjnych. Do najbardziej znanych tego rodzaju baz zalicza się: Protein Databank (makrocząsteczki), Cambridge Structure Database (związki organiczne i metaloorganiczne) oraz ICSD (związki nieorganiczne)

---