Elektronový mikroskop ve službách ČHMÚ – I. díl4 min čtení

Naše brněnské oddělení kvality ovzduší je jako jediné pracoviště ČHMÚ vybaveno skenovacím elektronovým mikroskopem (MIRA3, Tescan). Toto zařízení nám díky své vysoké rozlišovací schopnosti umožňuje „vidět“ a studovat částice atmosférického aerosolu, přestože je jejich velikost pouze několik desetin µm.

Pokud nahlédneme do historie elektronové mikroskopie (elektron byl jako částice objeven J. J. Thomsonem v roce 1897), první prototyp elektronového mikroskopu na světě pochází z rukou německých vědců Ernesta Rusky a Maxe Knolla, jeho fotografii zveřejnili ve své publikaci již v roce 1932. Ruska získal za konstrukci elektronového mikroskopu Nobelovu cenu, stalo se tak v roce 1986, v době, kdy byly elektronové mikroskopy součástí mnoha laboratoří a byl již zřejmý jejich obrovský přínos v řadě oborů.

Vývoj a výroba elektronových mikroskopů v bývalém Československu a Česku jsou již po desetiletí úzce spjaty s Brnem.  Tým profesora Aleše Bláhy a jeho studentů Armina Delonga, Vladimíra Drahoše, Ladislava Zobače a dalších již roku 1951 uvedl do sériové výroby první elektronový mikroskop s označením Tesla BS 241. V té době vyráběly elektronové mikroskopy jen tři země na světě. V roce 1958, na světové výstavě EXPO v Bruselu, získal elektronový mikroskop Tesla BS 242 zlatou medaili. Během dvaceti let vyrobil podnik Tesla Brno přes tisíc kusů tohoto přístroje, které byly vyvezeny do 20 zemí světa.

V dalších letech vznikaly nové prototypy elektronových mikroskopů v Ústavu přístrojové techniky ČSAV pod „taktovkou“ jeho spoluzakladatele a dlouholetého ředitele ústavu, prof. Armina Delonga. Podnik Tesla Brno s více než 3000 vyrobených elektronových mikroskopů byl tedy svého času velmi úspěšný podnik, nicméně „neustál“ převratné změny počátku 90. let, kdy ztratil méně náročné trhy, nebyl připraven na konkurenční boj s předními světovými výrobci, a proto ukončil svoji činnost.

Zkušenosti a potenciál odborníků ze společnosti Tesla však nepřišly vniveč a na jejím místě vyrostly hned tři úspěšné firmy zabývající se vývojem a výrobou elektronových mikroskopů – Tescan, Thermo Fisher Scientific (dříve FEI) a Delong Instruments. Celá třetina celosvětové produkce elektronových mikroskopů tak pochází z České republiky resp. z Brna.

Proč právě elektronový mikroskop?

Elektronový mikroskop je konstrukčně obdobou světelného mikroskopu, místo světelných paprsků však využívá elektronů a místo skleněných čoček čočky elektromagnetické.

Základní vlastností každého mikroskopu je jeho rozlišovací schopnost, tedy schopnost zobrazovat odděleně drobné detaily pozorovaného objektu. Lidské oko vidí ve vzdálenosti 25 cm (konvenční zraková délka) dva body předmětu odděleně, jsou-li od sebe vzdáleny nejméně 0,1 mm. Je-li vzdálenost menší, body splývají.

Použijeme-li optického přístroje, např. světelného mikroskopu, můžeme odděleně vidět body, které jsou mnohem blíž u sebe, nicméně již koncem 19. století ukázali nezávisle na sobě Lord Rayleigh a E. Abbe, že mez rozlišení světelného mikroskopu omezená difrakcí světla je i v případě nejkvalitnějších objektivů s velkými aperturami rovna přibližně polovině vlnové délky použitého světelného záření, tj. cca 200 nm v případě světla fialové barvy. Hlubší proniknutí do mikro či nanosvěta tedy vyžaduje použití záření s mnohem kratší vlnovou délkou, než má viditelné světlo (cca 380 – 760 nm).

Tento požadavek dokonale splňují elektrony, které můžeme díky jejich zápornému náboji urychlovat a tím snižovat vlnovou délku elektronového paprsku.  Mez rozlišení  tak klesá na jednotky až desetiny nm  v případě skenovacího resp. transmisního elektronového mikroskopu.

A jak elektronový mikroskop funguje? To se dočtete v příštím článku :-).

Pozn. Titulní snímek zobrazuje okem neviditelné prachové částice rozptýlené v ovzduší. Částice byly odebrány na polykarbonátový filtr s definovanou velikostí pórů (na snímku viditelnými jako “díry”).

Šárka Antošová

pracoviště skenovací elektronové mikroskopie

Na ČHMÚ pracuji od roku 2013, od roku 2015 se věnuji skenovací elektronové mikroskopii.