د. عمر عبد القادر المجاهر وتقنياتها /الفصل 12 تأليف :أ.دالخليفة والصالح/ إعداد أ.دالحميدي
المجهر الإلكتروني الماسح Scanning Electron microscopy SEM د. عمر عبد القادر
المجهرالإلكتروني الماسح Scanning Electron microscopy (SEM) المقدمة تركيب المجهر الكتروني الماسح Scanning Electron microscopy (SEM) - تحضير العينات للمجهر الإلكتروني الماسح - بعض الإحتياطات في تحضير العينات:- 1- حجم العينة 2- تنظيف العينة 3- التثبيت - نزع الماء من العينات (التجفيف ). - عمليات ما بعد التجفيف (SEM)ٍ- المميزات العامة للمجهر الإلكتروني الماسح : Scanning Electron microscopy د. عمر عبد القادر
المجهر الإلكتروني الماسح Scanning Electron microscopy (SEM المقدمة : لقد استخدام المجهر الإلكتروني على نطاق واسع وتجاري منذ عام 1965 في عملية الفحص لسطح العينات لذا يعتبر مكملا لعمل المجهر النفاذ. تتكون الصور عن طريق حزمة ضيقة من الإلكترونات تمسح سطح العينة ولا تنفذ خلالها كما ان العينة تتسبب في عكس الإلكترونات والتي تستخدم للإنتاج الصور. تركيب المجهر الإلكتروني الماسح: يشبه عمود المجهر الإلكتروني الماسح عمود المجهر النفاذ لكنه ابسط ويحتوى على الأدوات المنتجة لأشعة الإلكترونات فقط لمسح العينة وتتكون من مدفع الإلكترونات والعدسات المكثفة للإلكترونات لتكوين حزمة ضيقة من أشعة الإلكترونات قطرها حوالي( 5نانومترات ) تتكون من عدسات كهرومغناطيسية تشبه تلك التي في المجهر النفاذ. كما يضاف الى ذلك مجموعة من الملفات الحارقة ( Deflecting coils ) مع دائرة مناسبة تعمل على جعل الشعاع يمسح العينة.مما يسهل عملية التحكم في مسح جزء من العينة وتقدير معدل وعدد خطوط المسح للسنتيمتر الواحد.(أنظر الشكل المرفق) -كما ان العمود مفرغ تماما من الهواء أما مسرح العينة وملحقاته من أجهزة تحريك وإمالة العينة توجد عند قاعدة المجهر . د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر
جهاز المجمع في المجهر الإلكتروني الماسح الإلكترونات الثانوية تأتي من عكس العينة للإشعاع الذي يصلها من اشعة الإلكترونات الصادرة من مدفع الإلكترونات وهذه الإلكترونات الثانوية ينتج عنها خيال العينة ويتم تكوين الخيال بمساعدة جهاز يسمى بالمجمع يتكون المجمع من قفص فارادى ( Farady cage ) وهو عبارة عن كأس معدني ذو شحنة موجبة تغطى قمتها بشبكة معدنية تلعب دورا في تنظيم مرور الإلكترونات الإلكترونات المنعكسة من العينة تنجذب في اتجاه قفص فاراداى ويخترق بعض منها الشبكة المعدنية .وفي داخل القفص توجه الإلكترونات بواسطة فولتية عالية موجبة بإتجاه آداه تعرف بالجهاز الوماض ( التلالئ Scintillator ) والذي بدوره يحول الطاقة الحركية للإلكترونات إلى ضوء مرئي. هذا الضوء المرئي يغذى الى مضاعف ضوئي ( Photomultipier )حيث يحوله الى تيار كهربائي يستعمل لضبط تركيز أشعة المهبط ( cathode rays tube ) أى اختلاف في كثافة الإلكترونات الثانوية المنبعثة عن العينة يظهر في بريق ذلك الجزء من العينة على شاشة الفحص. د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر
قدرة التبيين أو التمييز((Resolving power للمجهر الماسح قدرة التبيين أو التمييز : هي اقصر مسافة بين جسمين متقاربين يمكن أن نراهما مفصولين عن بعضهما. - تصل قوة التبيين في المجهر الماسح إلى 10 نانوميترات المجهر الماسح يعطي صورا مجسمة ذات أبعاد ثلاثية للعينات المفحوصة - فهو يناسب دراسة الأسطح للعينات الصلبة مع إعطاء بعض المعلومات عن التراكيب الداخلية - تعتمد قدرة التبيين في المجهر الماسح على عدة عوامل منها : - حجم نقطة أشعة الإلكترونات التي تمسح العينة - كذلك طبيعة العينة . -الطريقة التي تتداخل فيها أشعة الإلكترونات -سرعة المسح -عدد الخطوط في الخيال المتكون . د. عمر عبد القادر
طرق تحضير وإعداد العينات -نظرا لان عمود المجهر الماسح مفرغ من الهواء لابد وان تكون العينة المراد فحصها ان تكون جافة.( منزوع عنها الماء ) . يعتمد نوع التحضير على طبيعة العينة -فالعينات الجافة( مثل الحبوب والبذور والأصداف وجسم لحشرات) يمكن فحصها مباشرة مع تحضيرات بسيطة لعدم تأثر سطحا عند وضعها في مكان مفرغ . بعض العينات يمكن تثبيتها بنجاح ثم تجفيفها بالطرق الكيميائية البعض الأخر يمكن طمرها بالشمع أو الراتنج ثم قطعها وفحصها بعد إزالة مادة الطمر ويمكن استخدام طريقة التجفيف المجمد ونحت المتجمدات. لكن العينات اللينة كالخلايا الحيوانية والأوليات تحتاج إلى طرق تحضير خاصة. فهي تحتاج إلى طرق خاصة للتجفيف يتجنب فيها استخدام المواد الكيميائية . بعد عمليات التثبيت والتجفيف للعينات لابد من تغطية العينات ( Coating) تتم تغطية العينة بطبقة رقيقة من مادة موصلة كالكربون أو الذهب لمنع تكون شحنات كهربائية وارتفاع درجة حرارة العينة خلال عمليات الفحص تتم عملية تغطية سطح العينة في جهاز تبخر مفرغ لكي يتم وضع طبقة متناسقة د. عمر عبد القادر
بعض الإحتياطات في تحضير العينات 1- حجم العينة : ( Specimen size ): يفضل عدم استخدام العينات الكبيرة لأنها رديئة التوصيل كهربائيا وتحتاج الى زمن اطول في التثبيت وكذلك صعوبة نزع سوائلها الداخلية خلال عمليات التجفيف الحجم المناسب 2-6مم3 وتوضع على المسطبة( حامل العينة). كما يفضل عدم وضع عدد كبير من العينات الدقيقة لتفادي التراكم 2- تنظيف العينة : ( Specimen cleaning ): لابد من أزالة المواد الخارجية التي تغطي السطح الخارجي العينات كالمخاط أو الدم أو الليمف او الصمغ أو الشمع.. ويمكن التخلص من معظم المواد الخارجية بتنظيف العينات بمحلول فسيولوجي مناسب ( المحلول الملحي لمتزن Saline ) درجة حرارته تماثل درجة حرارة العينة. للإزالة الغبار عن العينات الجافة (كالعظام والأوراق) بواسطة نفخها بالهواء او الغاز أما فراغات التجاويف كالأوعية الدموية والأمعاء لابد من غسلها بسائل غسيل بعض المواد يستخدم معها الأنزيمات لتنظيفها مثل انزيم البابين ( Papain ) والتربسين كما يمكن استخدام بعض المنظفات مثل الحموض ( حمض الهيدروكلوريك ) لإذابة الطبقة الجيلاتينية حول الأهداب الحسية في القنوات نصف الدائرية للأذن مثلا. د. عمر عبد القادر
تابع احتياطات تحضير العينات للمجهر الإلكتروني الماسح 3- التثبيت : Fixation يجب ان يكون التثبيت سريعا ومباشرة بعد الحصول على العينة أو غسلها بقدر الإمكان لا يختلف كثيرا عن طرق التثبيت للمجهر النفاذ ما عدى اعطاء الأسموزية اهمية اكبر لان ذلك قد يغير شكل سطح أو شكل العينة أنواع المثبتات : أ- 1-2 % رابع اكسيد الأوزميوم في 0.5 او جزيئ من محلول فوسفات الصوديوم أو كاكوديلات الصوديوم المنظم.( PH7.2---7.4 ) ب- محلول جلوترالدهيد 1.5-3% محضر في 0.5 أو 1 جزيئ من فوسفات الصوديوم المنظم أو كاكوديلات الصوديوم المنظم.( PH7.2---7.4 ) ج- مثبت خليط من رابع اكسيد الأوزميوم ( 2% ) والجلوترالدهيد ( 1.25 ) في 0.1جزيئ من محلول كاكوديلات الصوديوم المعدل.( PH7.2---7.4 ) لمدة 1-3 س عند 4م5 ويستخدم لتثبيت العينات اللينة وعادة تثبت العينة أولا بالجلوتر الدهيد(مثبت أولي 24-28س مع تغيير المثبت مرتين)ثم تغسل العينة ثم تنقل الى الأوزميوم (المثبت الثانوي 1-3 س عند 4م5). د. عمر عبد القادر
عملية نزع الماء من العينة التجفيف Dehydration تتم عن طريق إمرارالعينه في تراكيز تصاعدية من الكحولات أو الأسيتون(30-50-70-95-100%). العادة ان يتم ترك العينة تجف في الهواء الجاف أو بالكحول أو الأسيتون يستخدم الأن جهاز تجفيف العينات يعمل بطريقة النقطة الحرجة critical point methods) ) حيث يستخدم فيها ثاني اكسيد الكربون أو مادة فريون-13 طريقة التجفيف للنقطة الحرجة ( نقطة التحول) Critical point methods)) ادخلها العالم اندرسون( Anderson ) عام 1951م. تعتمد على تحول السائل الى غاز دون ان يتأثر سطح العينة . يحتوي الجهازعلى غرفة تجفيف للعينة حيث يتم إحلال الأسيتون أو الكحول بثاني اكسيد الكربون. الغرفة مزودة بجهاز لقياس ثاني اكسيد الكربون الداخل والخارج وكذلك ضغطة كما يمر خلال غرفة العينة تيار ماء ساخن (40-50مْ) لتسخين الغرفة لكي تتم عملية النقطة الحرجة لثاني اكسيد الكربون. توضع العينة داخل غرفة التجفيف في وعاء معدني او انبوبة ذات غطاء مثقب مع نقطة من الكحول. يسمح بدخول ثاني اكسيد الكربون عبر صمام الدخول ثم يخرج من صمام الخروج بعد ذلك يغلق الصمامان وتترك العينة لتتعرض لثاني اكسيد الكربون. تتم العملية عدة مرات بعدها تغمس غرفة التجفيف في وعاء ماء ساخن ليساعد في الوصول الى النقطة الحرجة .ثم يفتح بعد ذلك صمام تفريغ ( الخروج) لمد 10د . ليخفف الضغط تدريجيا بدون التأثير على سطح العينة . د. عمر عبد القادر
جهاز التبخير المفرغ لتغطية العينات بطبقة رقيقة من الكربون/ جهاز تجفيف للنقطة الحرجة د. عمر عبد القادر
عمليات ما بعد التجفيف: Processing specimen after drying بعد التجفيف تحمل العينات على حامل العينات ( Stubs) وتلصق بواسطة طلاء الفضة الموصل أو بشريط لاصق ثنائي الوجه. بعد ذلك تنقل العينة إلى جهاز التبخير بالتفريغ.(Vacuum evaporator). يتم تغطية العينة بطبقة رقيقة من الكربون أو الذهب او مزيج من الذهب والبلاديوم بسمك 10-30 نانوميتر بعدها يتم فحص العينة بالمجهر الإلكتروني الماسح. د. عمر عبد القادر
المميزات العامة: - يعطي صورا ثلاثية الأبعاد. - يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح لدراسة طبوغرافية (سطح) العينات - يعطي صورا ثلاثية الأبعاد. تفيد هذه النتائج في الدراسات التصنيفية للكائنات الحية لها قوة تكبير تتراوح بين 10- 100.000 مرة ويمكن تغيير قوة التكبير بيسر يمتلك قوة تبئير كبيرة(أو قوة فوكس عميقة Depth of focus ) المجهر الماسح اسهل بالتشغيل من النفاذ نظرا لعم وجود العدسات الإلكترونية بين العينة والخيال النهائي. د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر
د. عمر عبد القادر