close-Button Diese Website verwendet Cookies. Mehr erfahren.

Rasterelektronenmikroskop

Rasterelektronenmikroskopie: Bakterien
Rasterelektronenmikroskopie:
Bakterien, (eingefärbt)

Ein Rasterelektronenmikroskop (Abk. REM), im engl. als scanning electron microscope (Abk. SEM) bezeichnet, ist ein spezielles Elektronenmikroskop. Beim REM wird die zu untersuchende Probe rasterförmig mit Elektronen beschossen. Die dabei freigesetzten Elektronen der Probe (sog. sekundäre Elektronen, Abk. SE) werden von einem Detektor aufgefangen und in eine Bild umgewandelt, dass man auf einem Monitor anschauen kann.

Wegen der sehr viel kürzeren Wellenlänge von Elektronenstrahlung kann man mit einem REM Strukturen bis zu einer minimalen Länge von 0,1 Nanometern betrachten. Damit ist das Auflösungsvermögen eines Elektronenmikroskops fast 1.000 x größer als das eines Lichtmikroskops. Das dabei entstehende Bild zeigt die Oberflächenstrukturen der Proben sind sehr detailscharf und kontrastreich. Die folgende Abbildung zeigt ein heute gebräuchliches Rasterelektronenmikroskop.

Rasterelektronenmikroskop
Rasterelektronenmikroskop (heute gebräuchlich)

Funktionsweise

Eine Rasterelektronenmikroskop besteht im Prinzip aus vier Teilen (wobei jedes von ihnen sehr komplex ist). Im Zentrum befindet sich eine Probenkammer, die man öffnen und luftdicht verschließen kann. In der Probenkammer befindet sich ein Probenteller, den man mit Hilfe eines externen Steuerrades frei bewegen kann. Unten wird in einer Vakuumpumpe ein luftleerer Raum (Vakuum) erzeugt, wenn das Rasterelektronenmikroskop in Betrieb ist. Das Vakuum ist sehr wichtig, weil die Elektronen in der Luft das Bild unscharf machen würden.

Funktionsweise eines Rasterelektronenmikroskops
Funktionsweise eines Rasterelektronenmikroskops

Oberhalb der Probenkammer befindet sich ein länglicher, zylinderartiger Aufbau, in dem ein feiner Elektronenstrahl erzeugt wird (sog. Primär-Elektronen). Ringförmige "Verstärker" in der hohen Röhre bündeln diesen Strahl, der so super fein wird. Fällt er unten auf das Objekt, so strahlt dieser Punkt selber wieder Elektronen ab (sog. Sekundär-Elektronen), die mit einem Detektor aufgefangen werden. Wenn man den Strahl auf eine andere Stelle richtet, werden anderen Elektronen emittiert und vom Detektor aufgefangen. Um ein Bild des Objekts zu erzeugen, fährt der Elektronenstrahl rasterartig über das Objekt - und die vom Detektor übermittelten Daten werden schließlich von einem Computer zusammengesetzt und das entsprechende Bild auf einem Monitor dargestellt.

Mit Hilfe der elektrostatischen Linsen lässt sie dieses Raster sehr fein anlegen. Je feiner das Raster, um so höher die Auflösung. Das folgende Video erklärt die Funktionsweise eines Rasterelektronenmikroskop noch einmal sehr anschaulich.

Funktionsweise eines Rasterelektronenmikroskops (Video von Rainer Schwab)

Wer hat es erfunden?

Ernst Ruska baute 1931 zusammen mit Max Knoll das erste Elektronenmikroskop. Es handelte sich dabei allerdings um ein Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop (Transmissionselektronenmikroskop - TEM) - es lieferte keine Bilder der Oberfläche, sondern die Verteilung der Masse im Objekt.

Das Rasterelektronenmikroskop wurde 1937 von Manfred von Ardenne erfunden. Er entwickelte und baute das erste hochauflösende Rasterelektronenmikroskop mit starker Vergrößerung und Abtastung eines sehr kleinen Rasters (Seitenlänge 10 µm; Auflösung in Zeilenrichtung 10 nm) mit einem zweistufig verkleinerten und feinfokussierten Elektronenstrahl (Sondendurchmesser 10 nm). Die folgende Abbildung zeigt das erste Rasterelektronenmikroskop von Manfred von Ardenne:

erstes-rasterelektronenmikroskop
Erstes Rasterelektronenmikroskop (von Manfred von Ardenne, 1937)

Mikroskopie mit REM

Die REM-Mikroskopie bzw. die Naturwissenschaft an sich revolutioniert. Mit dem Lichtmikroskop konnte man bis ca. 1000 fach vergrößern, was insbesondere bei der Zellerforschung und damit verbunden in der Medizin enorme Fortschritte brachte. Mit der Rasterelektronenmikroskopie wurde der Blick in den Mikrokosmos noch einmal um ein Vielfaches genauer. Nicht nur Zellen wurde dadurch sichtbar, sondern noch wesentlich feinere Strukturen wie Zell-Organelle (Bestandteile) oder Proteine (Eiweißstrukturen).

Rasterelektronenmikroskopie: BakterienRasterelektronenmikroskopie: Bakterien, aufgenommen mit REM (nachträglich eingefärbt)

Was kostet ein Rasterelektronenmikroskop?

Hm, wer nun denkt: praktisches Gerät, so was brauche ich in meinem Haushalt... Nein, ein REM ist ein hochsensibles Gerät, für das man extra geschult sein muss. REM-Mikroskopie kann man nicht als Hobby betreiben, so wie die Lichtmikroskopie. Ein funktionsfähiges REM muss man schon mindestens 30.000 Euro ausgeben, neue, hochwertige Geräte aus dem Hause Zeiss (z.B. die GeminiSEM- oder Sigma-Produktfamilie) kosten ein Vielfaches.

Schöner Nebeneffekt: WDX / EDX

Während man mit dem REM "nur" Bilder von Oberflächenstruktruen sichtbar machen kann, bietet sich eine weitere Methode der Messung an: mit Hilfe der freigesetzten Röntgenstrahlung, die für jedes Material / Element charakteristisch ist, kann man das Material der Probe bestimmen (siehe dazu Video oben). Man unterscheidet dabei zwei Methoden:

Ressourcen / Quellen

Wikipedia: Rasterelektronenmikroskop

Siehe auch