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電子でんし顕微鏡けんびきょう

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電子でんし顕微鏡けんびきょう

電子でんし顕微鏡けんびきょう(でんしけんびきょう)とは、通常つうじょう顕微鏡けんびきょう光学こうがく顕微鏡けんびきょう)では、観察かんさつしたい対象たいしょうひかり可視かし光線こうせん)をあててぞうるのにたいし、ひかりわりに電子でんし電子でんしせん)をもちいる顕微鏡けんびきょうのこと。電子でんし顕微鏡けんびきょうは、物理ぶつりがく化学かがく工学こうがく生物せいぶつがく医学いがく診断しんだんふくむ)などのかく分野ぶんやひろ利用りようされている。

光学こうがく顕微鏡けんびきょう接眼せつがんCCDイメージセンサ液晶えきしょうディスプレイ設置せっちしたものを「電子でんし顕微鏡けんびきょう」としょうしている場合ばあいがあるが、ほんこうでは記述きじゅつしない。

特徴とくちょう

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こう分解能ぶんかいのう観察かんさつ可能かのう
光学こうがく顕微鏡けんびきょう分解能ぶんかいのう(2つのてんが「2つのてん」として分離ぶんりして観察かんさつされる最短さいたん距離きょり)の限界げんかいは、可視かし光線こうせん波長はちょうによって理論りろんてきに100ナノメートル程度ていど制限せいげんされており、それよりちいさな対象たいしょうれいウイルス)を観察かんさつすることはできない。一方いっぽう電子でんし顕微鏡けんびきょうでは、電子でんしせん波長はちょう可視かし光線こうせんのものよりずっとみじかいので、理論りろんてきには分解能ぶんかいのうは0.1ナノメートル程度ていどにもなる(透過とうかがた電子でんし顕微鏡けんびきょう場合ばあい)。光学こうがく顕微鏡けんびきょうではることのできない微細びさい対象たいしょう観察かんさつ観測かんそく)できるのが利点りてんである。現在げんざいでは、こう分解能ぶんかいのう電子でんし顕微鏡けんびきょうもちいれば、原子げんしレベルのおおきさのものを観察かんさつ観測かんそく可能かのうである。
一般いっぱん誤解ごかいされがちであるが、電子でんし顕微鏡けんびきょう光学こうがく顕微鏡けんびきょうたいする利点りてん倍率ばいりつではなく分解能ぶんかいのうである。光学こうがく顕微鏡けんびきょうでも写真しゃしん拡大かくだいしたり、こう倍率ばいりつ接眼せつがんレンズ中間ちゅうかんレンズもちいれば、理論りろんてきには無限むげんこう倍率ばいりつ画像がぞうられる。ただし分解能ぶんかいのう以下いか対象たいしょうはどれだけ倍率ばいりつげても細部さいぶえてこないので無意味むいみである。
おおがかりな装置そうち
電子でんしせん発生はっせいさせる電子でんしじゅう性質せいしつから、すうキロボルトからすうひゃくキロボルト、ときにはそれ以上いじょうこう電圧でんあつ必要ひつようである。また安定あんていした電子でんしせん照射しょうしゃのために、顕微鏡けんびきょうないおなじく安定あんていした真空しんくうたもたれていなければならない。したがってこう電圧でんあつ発生はっせい装置そうち真空しんくうポンプ、顕微鏡けんびきょう自体じたいたいあつ構造こうぞうでなければならないなど、装置そうちおおがかりになりがちでせんよう部屋へや必要ひつようなこともあるが、走査そうさがた電子でんし顕微鏡けんびきょうかぎっては卓上たくじょうけるタイプなど小型こがた製品せいひんえてきている。市販しはんされている電子でんし顕微鏡けんびきょう価格かかく種類しゅるいによってすうひゃくまんえんからすうおくえん程度ていどである。

種類しゅるい

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電子でんし顕微鏡けんびきょうには、おおきくけて下記かきの2種類しゅるいがある

透過とうかがた電子でんし顕微鏡けんびきょう

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透過とうかがた電子でんし顕微鏡けんびきょう (Transmission Electron Microscope; TEM)は観察かんさつ対象たいしょう電子でんしせんをあて、それを透過とうかしてきた電子でんしせん拡大かくだいして観察かんさつする顕微鏡けんびきょう対象たいしょう構造こうぞう構成こうせい成分せいぶんちがいにより、どのくらい電子でんしせん透過とうかさせるかがことなるので、場所ばしょにより透過とうかしてきた電子でんし密度みつどわり、これが顕微鏡けんびきょうぞうとなる。電磁でんじコイルをもちいて透過とうか電子でんしせん拡大かくだいし、電子でんしせんによりひか蛍光板けいこうばんにあてて観察かんさつしたり、フィルムCCDカメラ写真しゃしん撮影さつえいする。観察かんさつ対象たいしょうかして観察かんさつすることになるため、試料しりょうをできるだけうすったり、電子でんし透過とうかするフィルムのうえりつけたりして観察かんさつする。

走査そうさがた電子でんし顕微鏡けんびきょう

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走査そうさがた電子でんし顕微鏡けんびきょうとらえた赤血球せっけっきゅうひだり)と血小板けっしょうばんなか)と白血球はっけっきゅうみぎ)。

走査そうさがた電子でんし顕微鏡けんびきょう (Scanning Electron Microscope; SEM)は観察かんさつ対象たいしょう電子でんしせんをあて、そこから反射はんしゃしてきた電子でんし(または電子でんし)からられるぞう観察かんさつする顕微鏡けんびきょう走査そうさがたは、対象たいしょう電子でんしせんてる位置いちすこしずつずらしてスキャン(走査そうさ)しながら顕微鏡けんびきょうぞうかたちづくられることから。電子でんし検出けんしゅつあつめられ、コンピュータをもちいて2次元じげんぞう表示ひょうじされる。

対象たいしょう表面ひょうめん形状けいじょう凹凸おうとつ様子ようす比較的ひかくてき表面ひょうめんちか部分ぶぶん内部ないぶ構造こうぞう観察かんさつするのにすぐれている。以前いぜん観察かんさつ対象たいしょう導電性どうでんせいのないものの場合ばあい電子でんしせんをあてつづけると表面ひょうめん帯電たいでんしてしまい、反射はんしゃする電子でんしのパターンがみだれるため、観察かんさつ対象たいしょう表面ひょうめんをあらかじめ導電性どうでんせい物質ぶっしつうすくコーティングしておくことがおこなわれていたが、近年きんねんぜん処理しょり不要ふようてい真空しんくうにて観察かんさつできる製品せいひんえてきている。

また、両者りょうしゃ特徴とくちょうわせ走査そうさがた透過とうか電子でんし顕微鏡けんびきょう (Scanning Transmission Electron Microscope; STEM) も近年きんねん注目ちゅうもくされつつある。

レンズ構造こうぞうちが

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しずかでんレンズしき
せい電場でんじょう利用りようして電子でんし収束しゅうそくする。電源でんげん電圧でんあつ不安定ふあんていでも比較的ひかくてき安定あんていして使用しようすること出来でき使用しようする材料ざいりょう電磁でんじレンズしきよりもすくなくてかったので戦中せんちゅう戦後せんご日本にっぽん使用しようされた。反面はんめんこう分解能ぶんかいのうにはこう電圧でんあつする必要ひつようがあり、絶縁ぜつえんたいあつたかめる必要ひつようがあるひとし構造こうぞう単純たんじゅん反面はんめんこう分解能ぶんかいのうにはてきしていなかった。
電磁でんじレンズしき
しずかでんレンズしきよりもこう分解能ぶんかいのうられる。

電子でんし顕微鏡けんびきょう歴史れきし

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マックス・クノールエルンスト・ルスカが1931ねん開発かいはつした電子でんし顕微鏡けんびきょう

磁場じば電子でんしせんたいするレンズ作用さよう実験じっけんしめしたのは1927ねんドイツのハンス・ブシュ(Hans Busch) である。最初さいしょ電子でんし顕微鏡けんびきょう (TEM) は1931ねんベルリン工科こうか大学だいがくマックス・クノールエルンスト・ルスカ開発かいはつした。さらにルスカは性能せいのうたかめ、この功績こうせきで1986ねんノーベル物理ぶつりがくしょう受賞じゅしょうした。シーメンス科学かがくディレクターだったユダヤけいドイツじんレインホールド・ルーデンベルクen:Reinhold Rudenberg)が1931ねん特許とっきょをとり、1938ねん電子でんし顕微鏡けんびきょうす。走査そうさがた電子でんし顕微鏡けんびきょう (SEM) は1937ねんマンフレート・フォン・アルデンヌ (Manfred von Ardenne) によって製作せいさくされた。1950年代ねんだいからおおくの分野ぶんや活用かつようされた。さらに短波たんぱちょう電子でんしせん加速かそく電圧でんあつ向上こうじょう)などによって性能せいのう向上こうじょうした。

日本にっぽんにおいては、1940ねん菅田すげた榮治えいじ(大阪大学おおさかだいがく)がはじめて国産こくさんだいいちごう倍率ばいりついちまんばい電子でんし顕微鏡けんびきょう完成かんせいさせている。せらふじ象二しょうじ国産こくさんのための技術ぎじゅつ開発かいはつ貢献こうけんした[1]。また、1951ねんには日比ひび忠俊ただとし蒸着じょうちゃく材料ざいりょうきむウラン以外いがい金属きんぞく利用りようし、より鮮明せんめい画像がぞう試料しりょう作製さくせい手法しゅほう開発かいはつした[2]

利用りよう

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生物せいぶつがく分野ぶんやでは、電子でんし顕微鏡けんびきょう利用りようおおきな影響えいきょうあたえた。ウイルス発見はっけんや、細胞さいぼうしょう器官きかん構造こうぞうなど、られたものはおおきい。この分野ぶんや電子でんし顕微鏡けんびきょうによって観察かんさつできるような微細びさい構造こうぞうのことを微細びさい構造こうぞう (Ultrastructure) という。 また、材料ざいりょうがくにおいても転位てんい積層せきそう欠陥けっかんとう材料ざいりょう特性とくせい決定けっていする欠陥けっかん構造こうぞう解明かいめいカーボンナノチューブをはじめとするナノ構造こうぞう材料ざいりょう発見はっけん構造こうぞう解析かいせきにおおきな役割やくわりをはたしてきた。

電子でんし顕微鏡けんびきょう製造せいぞう販売はんばいしている会社かいしゃ電子でんし顕微鏡けんびきょうあつか学会がっかい

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脚注きゃくちゅう

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  1. ^ ちょうこう分解能ぶんかいのう電子でんし顕微鏡けんびきょう世界せかい ―エナメルしつ結晶けっしょうだつはいさい石灰せっかい” (PDF). 栁澤こうあきら (2013ねん). 2020ねん3がつ31にち閲覧えつらん
  2. ^ 電子でんし顕微鏡けんびきょう利用りようしん方式ほうしき ずっと鮮明せんめい簡単かんたん」『朝日新聞あさひしんぶん昭和しょうわ26ねん3がつ27にち3めん

参考さんこう文献ぶんけん

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  • 黒岩くろいわ大助だいすけ電子でんし顕微鏡けんびきょう』ラジオ科学かがくしゃ、1942ねん 
  • 鈴木すずき重夫しげお電子でんし顕微鏡けんびきょう河出かわで書房しょぼう、1942ねんASIN B000JBN33Q 
  • 笹川ささかわ久吾きゅうご へん電子でんし顕微鏡けんびきょう本田ほんだ書店しょてん、1951ねん 
  • 金谷かなや光一こういち電子でんし顕微鏡けんびきょう : 理論りろん取扱とりあつかい電気でんき書院しょいん、1952ねん 
  • 電子でんし顕微鏡けんびきょう学会がっかい へん電子でんし顕微鏡けんびきょう理論りろん応用おうよう丸善まるぜん、1959ねん 
  • 外村とのむらあきら黒田くろだ勝広かつひろ電子でんし顕微鏡けんびきょう技術ぎじゅつ丸善まるぜん、1989ねんISBN 4621033956 

関連かんれん項目こうもく

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