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Verfahren zur Untersuchung von Stoffen mittels Kathodenstrahlen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Stoffen auf Gestalt, Aufbau
und Feinbau mittels Kathodenstrahlen.
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Zur Erzeugung vergrößerter visueller Bilder, die die Gestalt eines
Stoffes &rstellen, dienen bekanntlich Idas Lichtmikroskop, das eine Auflösung
bis etwa 0,3,u (bei einer nutzbaren optischen Vergrößerun.g bis. etwa i5oofach)
erreicht, das UV-Mikroskop, das Auflösungen bis herab zu etwa o,i5 u:(bei einer
nutzbaren optischenVergrößerung bis etwa 2-5oofach) gestattet, und schließlich das
Elektronennlilzroskop, bei dem man mit Kathodenstrahlen arbeitet und #d-as in jüngster
Zeit-so weit durchgebildet worden ist, #daß Auflösungen bis herab zu etwa o,oo-3-
u (3 mlt) bei einer nutzbaren elektronenoptischen Vergrößerung bis etwa 4,o
ooofach möglich sind. Bilder mit einer solchen Auflösung zeigen über die Gestalt
der betrachteten Objekte hinaus noch weitergehende Einzelheiten ihres Aufbaues.
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Zur Aufklärung des atomaren Feinbaues e-ines Stoffes dienen Interferenzbilder
(Beugungsbilder), die unter Verwendung von Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen(Kathodenstrahlen)
erhalten werden können. Röntgenstrahlen, deren gebräuchliche Wellenlängen oß bis
0,07 my betragen, geben unter anderem Strukturhilder von Objekten einer Größe
bis herab zu etwa o,oli u. Elektronenstrahlen, init gebräuchlichen Wellenlängen
von 0,01 bis 0,004 mit, lassen auswertbare Strukturbilder
noch
von Objekten einer Größe bis herab zu etwa o,ooi y gewinnen, sie haben außerdem
gegenüber den Röntgenstrahlen den besonderen Vorzug hoher primärer Monochromasie
und wesentlich höherer sekundärer Intensität; nur mit ihnen kann man dünne Oberflächenschichten
und schließlich Atomdeformationen untersuchen.
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Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß bezüglich derErzeugung visueller
Bilder dieElektronenmikroskopie gegenüber der Licht- und UV-Mikroskopie den Vorteil
einer außerordentlich gesteigerten Auflösung bietet. Interferenzbilder andererseits,
die mittels Kathodenstrahlen hergestellt werden, sind Röntgenaufnahmen unter anderem
dort bei weitem überlegen oder ermöglichen überhaupt erst eine Untersuchung, wo
es sich um Präparate handelt, die in sehr geringen Mengen oder in besonders feiner
Dispergierung vorliegen, z. B. um Kriställchen mit einer Masse von weniger al-s
ic#-12 y , bei welchen Dimensionen Röntgenstrahlen vollkommen versagen.
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Die zu derartigenUntersuchungen erforderlichen äußerst umfangreichen
und teuren Itistrumente sind ,getrennt entwickelt worden und haben einerseits zu
den hochauflösenden Elektronenmikroskopen, andererseits zu Elektronenbeugungsapparaturen
geführt.
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Es wurde nun erkannt, daß, nachdem die Elektronenmikroskope so weit
entwickelt waren, daß mit ihnen den lichtmikroskopischen Auflösungen weit überlegene
Auf lösunge-n erzielt werden können, in sehr vielen Fällen die mit ihnen hergestellten
mikroskopischen Bilder einer Ergänzung durchdie mit Elektronenbeugungsapparaturen
hergestellten Beugungsdiagramine bedürfen. Hierdurch wird nämlich erst auchinden
feinsten Dimensionen eine Prüfung des hier besonders interessierenden Feinhaues
der untersuchten Stoffe und gegebenenfalls eine Identifizierung und -damit eine
Stützung des mikroskop,ischen -Befundes ermöglicht.
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Die erwähnten Instrumente unterscheiden sich nun grundsätzlich nurdadurch,
daß in Elektronenmikroskopen elektromagnetische oder elektrostatische Elektronen1.insensysteine
oder beide kombiniert, in Ader Folge als Linsen bezeichnet, vorhanden sind, welche
in den Beugungsapparaturen fehlen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, Elektronenmikroskope mit einer die lichtmikro-skopische
AuflÖsung weit unterschreitenden Auflösung sowohl zur Herstellung mikroskopischer
Aufnahmen, zwecks Untersuchung der Gestalt und gegebenenfalls des Aufhaues von Stoffen,
als auch zur Herstellung von Beugungsdiagraminen, zwecks Untersuchung des Feinbaues
von Stoffen, zu verwenden.
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Bei der Durchführung,der Erfindung werden zur Erzeugung visueller
Bilder Elektronennlikroskope als solche verwendet, während sie zur Herstellung von
Elektronenbeugungsdiagrammen dadurch hergerichtet wer-den, daß die Linsen ausgeschaltet
wer-den und für das Beugungsbündel eine ausreichende DurchgangsÖffnung geschaffen
wird, z. B. d-urch Entfernen des Polschuhsystems der Projektionsspule, Ein Vorteil
der Erfindung liegt auf der Hand: Es können hochaufgelöste mikroskopische Aufnahmen
und Elektronenbeugungsdiagramme im gleichen Instrument hergestellt werden.
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Die Erfindung wird weiter dadurch vervollkommnet, daß vorgeschlagen
wird, die mikroskopischen Aufnahmen und die Beu-,-un,-"sdiagramme von ein und demselben.
Präparat herzustellen, wobei vorteilhaft das Präparat für beide Arten von Aufnahmen
in seiner Lage unverändert belassen wird.
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Die außerordentlichenVorteile, die hierdurch gewonnen werden, seien,
im folgenden kurz erläutert: Die zu den Untersuchungen erforderlichen Präparate
verlangen wegen -der Kleinheit der betrachteten Objekte ganz besondere Maßnahmen
nicht nur bei ihrer Herstellung, sondern auch ' während .der Dauer der Untersuchungen
bei ihrer Hantierung, Beförderung und Aufbewahrung. je-de Standortsveränderung der
Präparate birgt die Gefahr einer Verunreinigung, ein kleinstes Staubteilchen kann
jede brauchbare Aufnahme- verhindern, oder gar der Zerstörung durch Verletzung .der
Objektträg#--rh#aut, eine Gefahr, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vermieden
wird.
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Bei der Kleinheit der betrachteten Objekte spielt ,ihre Identifizierung
in vielen Fällen eine ausschlaggebende, d. h. eine Auswertung erst zulassen-de
Rolle. Werden die Aufnahmen und Dia-gramme gemäß der Erfindung von ein und demselben
Präparat hergestellt, so ist die Identifizierung, zumal wenn dieses in seiner Lage-
nicht verändert wird, ohne weiteres möglich. Auch die Veränderung, die ein Präparat
in manchen Fällen mit der Zeit erfährt, ist oft nicht zu vernachlässigen, das gilt
insbesondere für biologische Präparate, so -daß auch in diesem Punkt das Verfahren
gemäß der Erfindung, nach dem 4n kürzester Zeit visuelle Bilder nach Interferenzbildern
oder umgekehrt erhalten werden können, einen bedeutenden Fortschritt mit sich bringt.
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Schließlich kann bei Durchführung des neuen Verfahrens das Beugungs-diagramm
in der gleichen Ebene abgenommen werden, in der das inikroskopische Bild entsteht,
wodurch sich der apparative Vorteil ergibt, die in Elektronenmikroskopen ohnehin
vorhandene Vorrichtung zu photographischen Aufnahmen der visuellen Bilder (Plattenschleuse)
unmittelbar auch zu Aufnahmen der Elektronenbeugungsdiagramme zu benutzen.
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Man hat schon einmal neben Abbildungen durchstrahlter Folien ein allerdings
mangelhaftes Beugungsbild in einem Elektronenmikroskop durch Ab-
schalten
der damals benutzten einzigen Linse erhalten; die Auflösung lag zu jener Zeit noch
weit unter der der Lichtmikroskope, die Vergrößerung betrug bei jenem Anlaß etwa
das 2ofache, so !daß sich keinerlei auswertbare oder neue Erkenntnisse über Gestalt,
Aufbau und Feinbau feinster Stoffteilchen ergeben oder er-wartet werden konnten.
Die Voraussetzungen hierfür waren erst, und hierauf gründen sich die Erkenntnisse,
von denen die vorliegende Erfindung ausgeht, dann gegeben, als die
Elektronenmikroskope
etwa 15 ooofache Ver.größerungen zulrießen.
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Der Vorschlag gemäß der Erfindung erweitert die Anwendungsmöglichkeiten
der Elektronenmikroskope über die bisherige, rein orthoskopische Methode hinaus
in ähnlicher Weise, wie ehemals dieAnwendungsmögl-ichkeiten, der Lichtmikroskop#
eine wertvolle Ergänzung durch Einführung der konoskopischen Methode erfahren haben;
denn er ermöglicht, in gewisser Analogie hierzu, neben der Untersuchung auf Gestalt
und, Aufbau auch die feinstrukturelle Prüfung im Elektronenmikroskop selbst.