FortsetzenUnsere Webseite verwendet sogenannte Cookies, um bei ihrem Besuch die bestmögliche Funktionalität sicherstellen zu können. Selbstverständlich können sie die Webseite auch ohne aktivierte Cookies benutzen, die Benutzerfreundlichkeit wird jedoch mit aktivierten Cookies weitaus besser sein. Wenn sie fortfahren diese Seite zu nutzen, stimmen sie der Verwendung von Cookies zu. Dies kann selbstverständlich jederzeit geändert werden.

Falls sie mehr über unsere Datenschutzbestimmungen erfahren möchten, klicken sie bitte auf diesen Link, um zu unseren Datenschutzbestimmungen zu gelangen. Hier erfahren sie auch, welche Daten wir mittels Cookies über sie speichern und wie sie die Cookie Einstellungen ändern können.

Bessere Elektronenmikrographie-Aufnahmen

Bessere EM-Bilder erzielen 1Transmissionselektronenmikroskope (TEM) erzeugen Bilder mit einer besonders hohen Auflösung für die Probenanalyse. Die Herausforderung besteht darin, diese Bilder auf Film zu erfassen, ohne Einbußen bei der Detailgenauigkeit hinnehmen zu müssen. Die Elemente, die diese Detailtreue ermöglichen - die Elektronen - verstärken die Schwierigkeiten der Elektronenmikrographie noch.

Durch die effektive Verwendung von Elektronen ist es jedoch möglich, die Bildqualität zu optimieren, indem die Dichte maximiert, der Kontrast erhöht und das Rauschen reduziert wird.

Dies kann erreicht werden, indem mehr Elektronen verwendet werden: anders ausgedrückt, indem die Sampling-Rate erhöht wird.

Belichtungszeit erhöhen                           Vergrößerung reduzieren
 Belichtung und Entwicklung anpassen         Ursachen für das Entstehen von Rauschen bei der Elektronenmikrographie 

Belichtungszeit erhöhen

Die einfachste Möglichkeit, zur Verbesserung der Bildqualität mehr Elektronen zu verwenden, besteht in der Erhöhung der Belichtungszeit, wie in Abbildung 2 dargestellt. Bei dieser Möglichkeit bestehen die Vorteile darin, dass eine höhere Dichte und ein höherer Kontrast erzielt werden. Außerdem verbessert sich der Rauschabstand: Das Bildsignal verstärkt sich linear zur Belichtung (Anzahl der absorbierten Elektronen), während sich das Rauschen proportional zur Wurzel der Belichtung verstärkt. Dichte und Kontrast können natürlich auch erhöht werden, indem die Entwickleraktivität erhöht wird (z. B. durch eine längere Entwicklungszeit), aber da Signal und Rauschen proportional ansteigen, ergibt sich ein ungünstigerer Rauschabstand als bei einer Erhöhung der Belichtungszeit.

Bessere EM-Bilder erzielen 2

Abbildung 2: Sofern die Probe und das Gerät dies zulassen, wird bei einer längeren Belichtungszeit die Negativdichte erhöht und der Bildkontrast und der Rauschabstand werden verbessert.

(Zum Anfang) 

Vergrößerung reduzieren

Einige Proben vertragen aufgrund von Instabilität oder anderen Gründen keine langen Belichtungszeiten. In diesen Fällen wird durch die Reduzierung der Gerätevergrößerung eine bessere Bildqualität erzielt. Ggf. kann die Vergrößerung anschließend wiederhergestellt werden, entweder mit einer Lupe oder durch eine fotografische Vergrößerung.

Bessere EM-Bilder erzielen 4

Abbildung 3: Reduzierung der Gerätevergrößerung und Kompensierung mit einem geringen Verlust an Detailtreue (3C im Vergleich zu 3A). Die Ergebnisse sind vergleichbar mit einem Mikrobild, das mit einer niedrigeren Gesamtvergrößerung aufgenommen wurde (3B).

Bei einer Reduzierung der Vergrößerung und einer Beibehaltung aller anderen Bedingungen können mehr Elektronen auf einen Bereich der Emulsion auf dem Film auftreffen, ohne dass sich die Anzahl der durch die Probe geleiteten Elektronen ändert. Wie in Abbildung 3 dargestellt, ergibt sich ein Mikrobild mit einer höheren Dichte und einem höheren Kontrast (3B im Vergleich zu 3A). Die reduzierte Vergrößerung kann durch eine entsprechend höhere optische Vergrößerung ausgeglichen werden (siehe Abbildung 3C). Es kann jedoch sein, dass bei der Wiederherstellung der Bildgröße durch eine stärkere optische Vergrößerung das Korn in Ausdrucken störender hervortritt.

Eine weniger störende Körnigkeit bei der Ausgabe wird durch eine geringere Vergrößerung in Kombination mit einer höheren Sampling-Rate erzielt (3B im Vergleich zu 3A). 3C enthält zwar nicht mehr Informationen als 3A, aber er wurden eine höhere Dichte und ein stärkerer Kontrast erzielt, ohne die Belichtung zu erhöhen. Dies ist ein wichtiger Faktor in Situationen, in denen nur eine beschränkte Belichtungszeit gewählt werden kann.

(Zum Anfang) 

Belichtung und Entwicklung anpassen

Die Probenstabilität bestimmt in hohem Maße, ob viele oder verhältnismäßig wenige Elektronen vom Film gesammelt werden können. Electron Image Film SO-163 funktioniert effektiv bei vielen Elektronenbelichtungen und reagiert auf kompensierende Entwicklungsbedingungen, die Mikrobilder mit einer vergleichbaren Ausgabedichte ergeben. Dank dieser Vielseitigkeit eignet sich der Electron Image Film SO-163 sowohl für stabile als auch für nicht stabile Proben.

Bessere EM-Bilder erzielen 3

Abbildung 4: Die Eigenschaften von Electron Image Plates hinsichtlich Empfindlichkeit und Rauschabstand können an die Probenstabilitätsbedingungen angepasst werden, indem kompensierende Belichtungs- und Entwicklungsbedingungen gewählt werden. Die hier genannten Bedingungen sind Ausgangspunkte.

In Abbildung 4 ist der Strahlenfluss in 4A am niedrigsten (geringste Anzahl Elektronen), in 4B mittel und in 4C am höchsten (höchste Anzahl Elektronen). In dieser Reihenfolge wurden auch die Entwicklungszeit und die Entwickleraktivität reduziert, um die höhere Anzahl der gesammelten Elektronen zu kompensieren. Tatsächlich wird bei der Entwicklung der Dichtebeitrag der einzelnen Elektronen, der zur Erzielung einer vorgegebenen Dichte benötigt wird, verändert, um der Anzahl der absorbierten Elektronen gerecht zu werden. Auch hier kann dies durch die Verwendung einer höheren Anzahl an Elektronen erreicht werden. Sammeln Sie so viele Elektronen, wie die Probenstabilität zulässt, und passen Sie die Entwicklungsbedingungen so an, dass die gewünschte Dichte und der gewünschte Kontrast erzielt werden.

(Zum Anfang) 

Ursachen für das Entstehen von Rauschen bei der Elektronenmikrographie

Die verwendeten Verfahren in der Elektronenmikrographie und in der klassischen Fotografie ähneln sich in vielerlei Hinsicht. Beide Techniken beinhalten die Belichtung von Fotomaterial, die Entwicklung dieses Materials zu einem Negativ und die Ausgabe des Negativs als vergrößertes Positiv. Der Hauptunterschied besteht in der Belichtung durch Elektronenstrahlung bei der Elektronenmikrographie und durch Licht bei der klassischen Fotografie. Dieser Unterschied ist ein wesentlicher Faktor bei der Arbeit mit TEMs und Fototechniken, weil Elektronen ganz anders mit Fotoemulsionen interagieren als Photonen. Zufällige Schwankungen der Elektronen im Strahlengang sind normal. Diese Schwankungen führen zu einer charakteristischen körnigen Darstellung im entwickelten Fotonegativ. Diese Kornstruktur (Rauschen) tritt meist in Bereichen mit einer einheitlichen Elektronenbelichtung auf (Abbildung 5A). Sie wird weder durch das Fotokorn der Emulsion hervorgerufen (Abbildung 5B) noch ist sie zwangsläufig ein Anzeichen für Geräte-Instabilität.

Bessere EM-Bilder erzielen 5a          Bessere EM-Bilder erzielen 5b 

Abbildung 5: Die Kornstruktur eines beliebigen Fotomaterials, das mit Elektronen belichtet wird (5A), ist viel grober als bei der Belichtung desselben Materials mit Licht (5B).

Zusätzlich kann jedes einfallende Elektron auf seinem unregelmäßigen Weg durch die Emulsion mit mehreren Silberhalogenidkörnern interagieren, sodass diese entwickelbar werden. Elektronen tragen daher effizient zur Bilddichte bei. In Kombination mit den typischen Schwankungen im Strahlengang trägt diese Effizienz jedoch zu der Kornstruktur bei, die man im Bild als Rauschen wahrnimmt.

Bei einer Belichtung mit Licht müssen hingegen Photonen mit jedem Silberhalogenidkorn reagieren, damit es entwickelt werden kann. Dies liegt hauptsächlich an der Energiestufe der Photonen (2 bis 3 Elektronenvolt für sichtbare Strahlen), die um ein Vielfaches geringer ist als die von Elektronen in einer typischen TEM (50.000 bis 100.000 Elektronenvolt). Bei der Photonenbelichtung wird die Durchlässigkeit einer Probe mit einer Rate abgetastet, die um eine Zehnerpotenz höher liegt als bei der Elektronenbelichtung. Bei der Photonenbelichtung ergibt sich dadurch eine reduzierte Körnung, die der Körnung der Emulsion entspricht.

(Zum Anfang)