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Röntgenmikroskopie

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Röntgenmikroskopie
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Röntgenmikroskopie ist ein Mikroskopieverfahren, das statt sichtbarem Licht Röntgenstrahlung, also Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 nm bis 1 pm nutzt.

Röntgenstrahlung bietet zunächst den Vorteil der kürzeren Wellenlänge, was potenziell höhere Auflösung ermöglicht. Die Auflösung eines Mikroskops ist durch die halbe Wellenlänge begrenzt. Darüber hinaus unterscheidet sich die Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie von der des sichtbaren Lichtes (zum Beispiel Durchdringungsvermögen, immanenter Elementkontrast, Brechungsindizes), womit ergänzende Informationen über die Probe gewonnen werden können. Vor allem steigt die Informationstiefe an. Es können Informationen auch aus tieferen Schichten als mit Lichtmikroskopen gewonnen werden. Problematisch war bisher, dass zum Bau eines Mikroskops Sammellinsen notwendig sind. Um eine Sammellinse bauen zu können, muss man jedoch ein Material für die Linse benutzen, dessen Brechungsindex größer als 1 ist. Für den Frequenzbereich von Röntgenstrahlung sind die Brechungsindizes für verfügbare Materialien jedoch kleiner 1. Man bedient sich unter Anwendung des Fresnelschemas sogenannter Zonenplatten, um den Röntgenstrahl zu fokussieren. Diese fungieren als Linsen analog zum klassischen Mikroskop; allerdings nutzen sie nicht die Brechung, sondern die Beugung der Röntgenwellen. Brauchbare Linsen für Röntgenstrahlung, die nach dem Prinzip der Brechung (d. h. der „Refraktion“) funktionieren, sind nur für Wellenlängen unter 1 nm Wellenlänge herstellbar (s. Refraktive Röntgenlinse), und für den wichtigen Spektralbereich des „Wasserfensters“ zwischen 2,4 nm und 4,4 nm, in dem wässrige Proben einen guten Absorptions- und Phasenkontrast zeigen, daher nicht realisierbar. Die moderne, hochauflösende Röntgenmikroskopie erreicht 20 bis 30 nm Auflösung und nutzt in diesem Spektralbereich ausschließlich Fresnel-Zonenplatten, vgl. auch Röntgenoptik.

Man unterscheidet zwischen abbildenden und rasternden Mikroskopen.

Abbildende Mikroskope arbeiten in der Regel in Transmission. Dabei wird das untersuchte Probenstück von „vorne“ gleichmäßig ausgeleuchtet und die die Probe durchdringende Strahlung durch eine Optik auf einen ortsauflösenden Detektor (z. B. CCD-Sensor) abgebildet.

Bei den rasternden Mikroskopen wird die Röntgenstrahlung mit Hilfe von Spiegeln unter streifendem Einfall, Spiegel mit Vielschichtsystemen, Fresnel-Zonenplatten oder refraktiven Röntgenlinsen fokussiert. Die Probe wird durch den Fokus bewegt und an jeder Probenposition das gesamte von der Probe kommende Licht gemessen und als Helligkeitswert für das Bild genommen. Neben dem reflektierten Licht können auch andere von der Probe stammende Teilchen oder Strahlung zur Bildgebung genutzt werden.

Dies sind beispielsweise:

  • Streustrahlung (Beugungsanalyse)
  • Reflektierte Strahlung
  • Transmittierte Strahlung
  • Lumineszenzlicht
  • Die gesamte Elektronenausbeute
  • Photoelektronen
  • Photonen-stimulierte Ionen-Desorption

Um hochaufgelöste Bilder mit einem abbildenden Röntgenmikroskop in wenigen Sekunden und mit einem rasternden Röntgenmikroskop in wenigen Minuten aufnehmen zu können, wird sehr intensive Strahlung (Brillanz) benötigt. Hierfür eignen sich als Röntgenquellen hauptsächlich die gerichtete Synchrotronstrahlung und neuerdings auch Plasmaquellen.

Gegenüber Elektronenmikroskopen ist für Röntgenmikroskope von Vorteil, dass wesentlich dickere Proben – bis zu typisch 10 µm – untersuchbar sind, dass dabei die in den Proben deponierte Dosis bis zu einem Faktor von 10 000 geringer ist und dass bei den Proben keine elektrische Leitfähigkeit vorausgesetzt wird. Biologische Proben können „naturbelassen“ bleiben; d. h., sie müssen nicht – wie für die Untersuchung im Elektronenmikroskop nötig – mit Schwermetall gefärbt, getrocknet, in ein Stützmaterial eingebettet und nach dessen Erhärtung in typisch 100 nm dünne Schichten geschnitten werden. Entsprechend hoch sind die Erwartungen, mit der Röntgenmikroskopie artefaktfreie Abbildungen zu erhalten, was sich z. T. schon bestätigte.

Weblinks

  • Arndt Last: Röntgenmikroskopie. Abgerufen am 19. November 2019. 
  • Scientific applications of soft x-ray microscopy
  • Beschreibung eines X-ray ultra Microscope (XuM) (Memento vom 24. Mai 2011 im Internet Archive)
Mikroskopie

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Normdaten (Sachbegriff): GND: 4178315-3 (GND Explorer, lobid, OGND, AKS)

Autor: www.NiNa.Az

Veröffentlichungsdatum: 09 Jul 2025 / 05:00

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Rontgenmikroskopie ist ein Mikroskopieverfahren das statt sichtbarem Licht Rontgenstrahlung also Strahlung im Wellenlangenbereich von 10 nm bis 1 pm nutzt Rontgenstrahlung bietet zunachst den Vorteil der kurzeren Wellenlange was potenziell hohere Auflosung ermoglicht Die Auflosung eines Mikroskops ist durch die halbe Wellenlange begrenzt Daruber hinaus unterscheidet sich die Wechselwirkung von Rontgenstrahlung mit Materie von der des sichtbaren Lichtes zum Beispiel Durchdringungsvermogen immanenter Elementkontrast Brechungsindizes womit erganzende Informationen uber die Probe gewonnen werden konnen Vor allem steigt die Informationstiefe an Es konnen Informationen auch aus tieferen Schichten als mit Lichtmikroskopen gewonnen werden Problematisch war bisher dass zum Bau eines Mikroskops Sammellinsen notwendig sind Um eine Sammellinse bauen zu konnen muss man jedoch ein Material fur die Linse benutzen dessen Brechungsindex grosser als 1 ist Fur den Frequenzbereich von Rontgenstrahlung sind die Brechungsindizes fur verfugbare Materialien jedoch kleiner 1 Man bedient sich unter Anwendung des Fresnelschemas sogenannter Zonenplatten um den Rontgenstrahl zu fokussieren Diese fungieren als Linsen analog zum klassischen Mikroskop allerdings nutzen sie nicht die Brechung sondern die Beugung der Rontgenwellen Brauchbare Linsen fur Rontgenstrahlung die nach dem Prinzip der Brechung d h der Refraktion funktionieren sind nur fur Wellenlangen unter 1 nm Wellenlange herstellbar s Refraktive Rontgenlinse und fur den wichtigen Spektralbereich des Wasserfensters zwischen 2 4 nm und 4 4 nm in dem wassrige Proben einen guten Absorptions und Phasenkontrast zeigen daher nicht realisierbar Die moderne hochauflosende Rontgenmikroskopie erreicht 20 bis 30 nm Auflosung und nutzt in diesem Spektralbereich ausschliesslich Fresnel Zonenplatten vgl auch Rontgenoptik Man unterscheidet zwischen abbildenden und rasternden Mikroskopen Abbildende Mikroskope arbeiten in der Regel in Transmission Dabei wird das untersuchte Probenstuck von vorne gleichmassig ausgeleuchtet und die die Probe durchdringende Strahlung durch eine Optik auf einen ortsauflosenden Detektor z B CCD Sensor abgebildet Bei den rasternden Mikroskopen wird die Rontgenstrahlung mit Hilfe von Spiegeln unter streifendem Einfall Spiegel mit Vielschichtsystemen Fresnel Zonenplatten oder refraktiven Rontgenlinsen fokussiert Die Probe wird durch den Fokus bewegt und an jeder Probenposition das gesamte von der Probe kommende Licht gemessen und als Helligkeitswert fur das Bild genommen Neben dem reflektierten Licht konnen auch andere von der Probe stammende Teilchen oder Strahlung zur Bildgebung genutzt werden Dies sind beispielsweise Streustrahlung Beugungsanalyse Reflektierte Strahlung Transmittierte Strahlung Lumineszenzlicht Die gesamte Elektronenausbeute Photoelektronen Photonen stimulierte Ionen Desorption Um hochaufgeloste Bilder mit einem abbildenden Rontgenmikroskop in wenigen Sekunden und mit einem rasternden Rontgenmikroskop in wenigen Minuten aufnehmen zu konnen wird sehr intensive Strahlung Brillanz benotigt Hierfur eignen sich als Rontgenquellen hauptsachlich die gerichtete Synchrotronstrahlung und neuerdings auch Plasmaquellen Gegenuber Elektronenmikroskopen ist fur Rontgenmikroskope von Vorteil dass wesentlich dickere Proben bis zu typisch 10 µm untersuchbar sind dass dabei die in den Proben deponierte Dosis bis zu einem Faktor von 10 000 geringer ist und dass bei den Proben keine elektrische Leitfahigkeit vorausgesetzt wird Biologische Proben konnen naturbelassen bleiben d h sie mussen nicht wie fur die Untersuchung im Elektronenmikroskop notig mit Schwermetall gefarbt getrocknet in ein Stutzmaterial eingebettet und nach dessen Erhartung in typisch 100 nm dunne Schichten geschnitten werden Entsprechend hoch sind die Erwartungen mit der Rontgenmikroskopie artefaktfreie Abbildungen zu erhalten was sich z T schon bestatigte WeblinksArndt Last Rontgenmikroskopie Abgerufen am 19 November 2019 Scientific applications of soft x ray microscopy Beschreibung eines X ray ultra Microscope XuM Memento vom 24 Mai 2011 im Internet Archive Mikroskopie Lichtmikroskop Rontgenmikroskop Elektronenmikroskop Neutronenmikroskop Helium Ionen Mikroskop Ultraschallmikroskop Rastersondenmikroskop Elektronenholographie Normdaten Sachbegriff GND 4178315 3 GND Explorer lobid OGND AKS

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