DE2231725B2

DE2231725B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Dicke und der Dickenab weichungen eines in einem Mikrotom ge schnittenen Abschnittes sowie Verwen dung der Vorrichtung bei der Herstel lung von Dickenanderungen in einem Abschnitt

Info

Publication number: DE2231725B2
Application number: DE2231725A
Authority: DE
Inventors: Eskil Rautio; Per Wikefeldt
Original assignee: LKB-PRODUKTER BROMMA (SCHWEDEN) AB
Current assignee: LKB-PRODUKTER BROMMA (SCHWEDEN) AB
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1973-12-13
Also published as: GB1385787A; DE2231725C3; FR2144392A5; DE2231725A1; JPS5544893B1; US3845659A; SE349862B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Dicke und der Dickenabweichungen eines in einem Mikrotom von einem Probenblock abgeschnittenen Abschnittes, sowie eine Verwendung der Vorrichtung als Krafterzeugungseinrichtung bei der Herstellung von Dickenänderungen in einem Abschnitt, der mittel, eines Messers in einem Mikrotom von einem Probenblock abgeschnitten wird.

Wenn ultradiinne Abschnitte (< 1000 A) abgeschnitten werden, die für Untersuchungen in einem Elektronenmikroskop verwendet werden sollen, zeigt sich manchmal auf Grund dieser Untersuchungen, daß die Abschnitte mit störenden parallelen Linien versehen sind, die durch Änderungen in der Dicke des Abschnittes gebildet werden. Diese Linien können sich selbst dann ergeben, wenn äußere Schwingungsweiten beseitigt werden, weswegen die Dickeniinderungen eine Folge bzw. ein Ergebnis des Schneidens an sich sind. Die Linien, die senkrecht zur Schneidrichtting verlaufen, werden üblicherweise als »Riefen« oder mit dem englischen Ausdruck »chatter« bezeichnet. Der Abstand zwischen diesen Linien liegt in aller Regel in der Größenordnung von 5000 A. Diese Linien können daher in einem Lichtmikroskop nicht erkannt werden, sondern werden lediglich dann entdeckt, wenn der Abschnitt im Elektronenmikroskop untersucht wird. Das Verfahren zum Entfernen dieser Linien, das beispielsweise durch Abändern des Winkels zwischen der Messsrkante und der Probe durchgefuhrt wird, ist daher sehr zeitraubend.

Der Erfindung l^: gt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denei die Erzeugung von Riefen beim Schneiden festgestellt werden

ίο kann und mit denen es daher möglich ist, die erforderlichen Justierungen zur Beseitigung der Dickenänderungen bzw. gewünschte Dickenänderungen durchzuführen, ohne daß die Abschnitte in einem Elektronenmikroskop untersucht werden müssen.

iS Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die beim Schneiden auftretenden Kräfte parallel zur Schnittfläche einer Kraftmeßeinrichtung zugeleitet werden, die mit dem Messer oder dem Probenblock verbunden wird und ein Meßsignal erzeugt, das ein Maß für diese während des Schneidvorgaiiges auftretenden Kräfte und damit für die Dicke des Abschnittes ist.

Die zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftineßeinrichtung mit dem Messer oder dem Probenblock verbunden ist und einen oder mehrere piezoelektrische Sensoren aufweist.

Die Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise als Krafterzeugungseinrichtung bei der Herstellung von Dickenänderungen eines Abschnittes, der mittels eines Messers in einem Mikrotom von einem Probenblock abgeschnitten wird, verwendet werden und zwa·' so, daß das Messer oder der Probenblock mittels der Krafterzeugungseinrichtung mit zur Schnittfläche senkrechten Kräften beaufschlagbar sind. Es werden hierdurch die entsprechenden Abweichungen in der Dicke der Abschnitte erzeugt

Diese Verwendung erweist sich als vorteilhaft bei der Bestimmung des Abstandes zwischen verschiedenen Elementen eines Abschnittes, wenn dieser im Elektronenmikroskop untersucht wird.

Die Bestimmung dieser Abstände innerhalb des Abschnittes ist bisher üblicherweise auf die Weise durchgeführt worden, daß kleine I.atexbälle mit genau definiertem Durchmesser über dem Abschnitt verteilt wurden, um auf diese Weise eine Oberflächenbezugsskala zu erhalten. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin begründet, daß der Abschnitt in seiner Struktur häufig in Schneidrichtung zusammenge-

5u drückt ist, weswegen sich die Oberflächenbezugsskala auf den zusammengedrückten Abschnitt bezieht und keine exakte Information hinsichtlich der ursprünglichen Abstände in der Struktur der Probe gibt.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung werden diese Nachteile beseitigt. In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungrbeispiele dargestellt, welche im folgenden im einzelnen beschrieben werden sollen. Es zeigt

Fig. I eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Anzeigesignale, die sich beim Schneiden ohne Riefen ergeben und

Fig. 3 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Anzeigesignale, die sich beim Schneiden mit Riefen ergeben.

Wie aus Fig. I ersichtlich, ist in einem Mikrotom

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ein Prohenarm SH vorgesehen, an dem sich ein Pmbenblock 5 befindet. Wenn der Probenblock 5, der beispielsweise aus einer in Kunststoff eingebetteten organischen Probe bestehen kann, geschnitten wird, wird der Probenarm SH in Keilrichtung nach unten gegen ein Messer K verfahren, das einen Abschnitt, d. h. eine Schnittprobe vom Probenblock S absehneidet. Die zum Vorschub des Probenarms SH und zur Handhabung der Abschnitte verwendeten Vorrichtungen sind an sich bekannt und in Fig. 1 daher nicht weiter dargestellt. Der Probenarm SH ist weiterhin mit zwei piezoelektrischen Sensoren Pl und Pl versehen, die jeweils einen Teil des Probenarms SH bilden. Wenn der Probenarm SH beim Schneiden nach unten in Richtung zum Messer K verfahren wird, üben die sich vom Messer K her ergebenden senkrechten Kräfte auf den unteren Sensor Pl eine Zugkraft und auf den oberen Sensor Pl eine Druckkraft aus. Die Summe aus der auf den unteren Sensor Pl wirkenden Zugkraft und aus der auf den oberen Sensor Pl wirkenden Druckkraft bildet dann ein Maß für die Querkraft, die auf die Probe einwirkt. Die Ausgiinge der elektrischen Sensoren Pi. Pl sind gegeneinander, d. h. über Kreuz verbunden, so daß sich zwischen den Eingängen /1 und Il eines Verstärkers A eine Spannung ergibt, die dieser Kraft entspricht. Der Verstärker A ist ein Rechenverstärker bzw. Funktionsverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz und einer hohen negativen Innenverstärkung. Der Verstärker A ist weiterhin mit einem Rückkoppelungsweg versehen, der einen zwischen den einen Ausgang Ul des Verstärkers A und den Eingang /1 geschalteten Kondensator C aufweist. Die restlichen Eingangs- bzw. Ausgangsanschliisse Il bzw. Ul sind an Erde gelegt.

Die Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:
Wenn auf die Sensoren Pl, Pl eine Zugkraft oder Druckkraft ausgeübt wird, wird in ihnen eine elektrische Ladung Q erzeugt, die zum Kondensator C geleitet wird. Die am Kondensator C anliegende Spannung entspricht dann QIC und liegt außerdem an den Ausgangsverbindungen Ul und Ul an. da der Rückkoppelungsweg eines Verstärkers mit den oben beschriebenen Eigenschaften bedingt, daß die beiden Eingänge an im wesentlichen derselben Spannung gehalten werden.

Das piezoelektrische Material der Sensoren Pl, Pl wird so ausgewählt, daß die elektrische Ladung Q für eine vorgegebene Kraft so groß wie möglich wird. Der Vorteil einer Messung der von den Sensoren erzeugten elektrischen Ladung anstatt einer Messung der erzeugten Spannung liegt darin, daß der Kondensator C als Speicherelement wirkt, d.h. wenn die Sensoren über einen bestimmten Zeitraum hin einer konstanten Kraft ausgesetzt sind, bleibt das Ausgangssignal während dieses Zeitraumes konstant. Wenn die Ausgangsspannung zwischen den Anschlußenden der Sensoren gemessen wird, nimmt das Meßsignal bei einer konstanten Kraft ab und zwar auf Grund von Ableitungsströmen. Es kann weiterhin nachgewiesen werden, daß die Empfindlichkeit unabhängig von der Länge und der Querschnittsfläche der Sensoren ist, wenn die erzeugte Ladung gemessen wird. Die Sensoren können daher dünn ausgebildet werden und weisen eine große Querschnittsfläche auf, was hinsichtlich des Umstandes von Bedeutung ist, daß die Elastizitätseigenschaffen des Mikrotoms nicht beeinflußt werden.

Der links in F i g. 2 ersichtliche Abschnitt 51 wurde von dem Probenblock SgerruißFig. I in Pfeilrichtung abgeschnitten. Hierbei ist die Dicke des Abschnittes 51 mit ö bezeichnet. Aus dem Diagramm rechts in Fig. 2 ist das Ausgangssignal V ersichtlich, das sich während des Schneidens an den Ausgangsklemmen Ul und Ul ergab. Dieses Ausgangssignal nimmt während des chneidvorganges linear ab, und zwar auf Grund der sich in Pfeilrichtung verringernden Breite

ίο des Abschnittes 51. Versuche haben weiterhin gezeigt, daß d^;e Schneidkraft und daher auch die Amplitude des Ausgangssignals innerhalb gewisser Grenzen linear von der Dicke des Abschnittes abhängen. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann daher nach einer Eichung zur Dickenbestimmung der Abschnitte verwendet werden.

Der weiterhin links aus Fig. 3 ersichtliche Abschnitt Sl wurde ebenfalls vom Probenblock S abgeschnitten. Dieser Abschnitt 52 ist mit den oben erwähnten parallelen Linien versehen, d.h. die Dicke des Abschnittes 52 ändert sich entlang der Schneidrichtung, wie auf der Abschnittoberfläche angezeigt. Rechts aus Fig. 3 ist das entsprechende Ausgangssignal aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ersichtlich.

Wie ohne weiteres deutlich wird, ändert sich das Ausgüngssignal entsprechend der Dickenänderung des Abschnittes 52, und es kann daher auf diese Weise festgestellt werden, ob ein Abschnitt mit Riefen versehen ist. Zur Vermeidung dieser Riefen lassen sie!· daher entsprechende Verstellungen bzw. Justierungen vornehmen, indem beispielsweise der Messerwinkel α geändert wird, ohne daß der geschnittene Abschnitt in einem Elektronenmikroskop untersucht werden muß.

Bei Anwendung des Verfahrens können daher durch Messen der Schneidkräfte die Dicke des Abschnittes sowie Änderungen dieser Dicke entlang des Schneidumfangs bestimmt werden. Unmittelbar darauf können entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, um mögliche Fehler zu beseitigen, was bedeutet, daß Zeit eingespart und die Gefahr beseitigt wird, daß verfügbare Proben aufgebraucht werden, Diine daß sich für elektrononmikroskopische Untersuchungen geeignete Abschnitte bzw. Schnittproben ergeben.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann außerdem zur Erzeugung von Dickenänderungen der Abschnitte, die für die oben erwähnte Bezugsskalenbestimmung Anwendung finden sollen, verwendet werden. Wenn nämlich beide Sensoren Pl, P2 in Serie geschaltet werden und eine Wechselspannung bestimmter Frequenz den Anschlußklemmen /1, Il angelegt wird, erhält man Dickenänderungen des Abschnittes, wie sie beispielsweise aus Fig. 3 ersichtlich sind. Wenn die Frequenz der Wechselspannung und die senkrechte Geschwindigkeit des Probenarms SH bekannt sind. Lihält man parallele Linien, die einen genau bestimmten Abstand untereinander aufweisen, Solch ein Abschnitt kann dann als Bezugsskala für darauffolgendc Abschnitte im Elektronenmikroskop verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich ein automatischer Ausgleich bei dem normalerweise in den Abschnitten auftretenden Zusammendrücken in Schneidrichtung, da der Abstand zwischen den Linien um ein entsprechendes Ausmaß zusammengedrückt wird bzw. zusammenrückt. Die Bezugsskala ist daher auf die Probe vor ihrem Schneiden bezogen. Dieses Verfahren ist einfacher iinH wrniurr niifu/pnrlio ate H?ic

η beschriebene Verfahren zur Bezugsskalcnbemung, bei dem Kunststoffball verwendet wcr-

• ie aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung zur Bemung der Schneidkraft kann außerdem zur Messung solcher Abweichungen der Schneidkriifte verwendet werden, die von anderen Störungen des Schneidvorganges herrühren und sich beispielsweise auf Grund von Fehlern beim Einbetten der Probe in den Probenblock ergeben.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Dicke und der Dickenahweichungen eines von einem Probenblock mittels eines Messers in einem Mikrotom abgeschnittenen Abschnittes, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Schneiden auftretenden Kräfte parallel zur Schnittfläche einer Kraftmeßeinrichtung ( Pl, Pl) zugeleitet werden, die mit dem Messer (K) oder dem Probenblock (S) verbunden wird und ein Meßsignal erzeugt, das ein Maß für diese während des Schneidvorganges auftretenden Kräfte und damit für die Dicke des Abschnittes (51, 52) ist.

2. Vorrichtung zur Messung der Dicke und der Dickenabweichungen eines von einem Probenblock mittels eines Messers in einem Mikrotom abgeschnittenen Abschnittes zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung mit dem Messer (K) oder dem Probenblock (5) verbunden ist und einen oder mehrere piezoelektrische Sensoren (Pl, Pl) aufweist.

3. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 2 als Krafterzeugungseinrichtung bei der Herstellung von Dickenänderungen in einem Abschnitt, der mittels eines Messers in einem Mikrotom von einem Probenblock abgeschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Messer ( K) oder der Probenblock (5) mittels der Krafterzeugungseinrichtung (Pl, Pl) mit zur Schnittfläche senkrechten Kräften beaufschla bar sind.