Elementanalyse und optische Elektronenmikroskopie
| 23. August 2017
Mit speziellen Techniken können bestimmte Elemente in Objekten erkannt werden. Die grünen Signale zeigen an, dass Kupfer hier konzentriert vorkommt. (Foto: Norbert Cyran, Marieluise Weidinger)
Line-Scan: Querschnitt einer Wurzel gezeichnet von links unten nach rechts oben, entlang derer Punkt für Punkt alle vorkommenden Elemente in ihrer relativen Intensität dargestellt werden. (Foto: Marek Vaculik, Marieluise Weidinger)
Jedes Sommersemester findet in der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung ein Praktikum mit Studierenden statt. (Foto: Marieluise Weidinger)
Qualitative EDX- Spektren: Die X-Achse zeigt die Energie der Röntgenstrahlung für das jeweilige Element, die Y-Achse zeigt die Intensität der Röntgenstrahlung als Maß für die Menge des enthaltenen Elements. (Grafik: Marieluise Weidinger)
Für WissenschafterInnen der Life Sciences ist die Kombination von Mikroskopie und Elementanalyse sehr wertvoll. Sie erhalten nicht nur optische Einblicke in kleinste Objekte, Gewebe und Zellen, sondern gleichzeitig Informationen über deren chemische Element-Zusammensetzung. Marieluise Weidinger berichtet in ihrem Gastbeitrag mehr darüber.
Die chemischen Elemente, aus denen Objekte aufgebaut sind, können sowohl im Rasterelektronenmikroskop als auch im Transmissions-Elektronenmikroskop identifiziert und lokalisiert werden. In beiden Fällen wird die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Probe hierfür genützt. Für die Elementanalyse sind spezielle Detektoren nötig, die andere aus der Probe hervorgerufene Strahlungen verarbeiten als für die reine, klassische Bildgebung.
Rasterelektronenmikroskopie kombiniert mit Röntgenstrahlmikroanalyse
Rasterelektronenmikroskopie und Energie-dispersive X-ray Mikroanalyse können gemeinsam sowohl hochauflösende Bilder erzeugen als auch in situ Informationen über den Gehalt an chemischen Elementen in beinahe jeder Probe liefern. Beide Instrumente arbeiten generell in einem Hochvakuum, um einen hochenergetischen Elektronenstrahl zu erzeugen, der sowohl für die Bildgebung als auch die Analyse nötig ist.
In den "Life Sciences" wird meist das energiedispersive System gegenüber dem wellenlängendispersiven System bevorzugt, weil es probenschonender ist und in kurzer Zeit ein komplettes Spektrum aller in dem Probenausschnitt enthaltenen Elemente darstellt.
Diese Technik ist überaus vielseitig verwendbar und wird in unserer Biologie sehr oft gebraucht. Wir unterrichten daher Studierende aus verschiedenen Fachrichtungen regelmäßig im Rahmen von Kursen, wir geben aber auch Einführung und hands-on Training außerhalb der Lehrveranstaltungen.
Die Elementverteilungsbilder werden mit dem REM-Bild kombiniert. Ein Pflanzenhaar der Hallerschen Schaumkresse im REM. A: Calcium, B: Strontium, C: Mangan, D: Original mit Element-Overlay. (Fotos: Anna Burger, Marieluise Weidinger)
Elementanalyse in Verbindung mit Transmissionselektronenmikroskopie
Das ist die Technik der Wahl, wenn wir weiter in die Ultrastruktur der Zellen und ihre Organellen vordringen wollen und deren chemische Elementverteilung erfassen möchten.
Electron-Energy-Loss Spectroscopy (EELS) und Electron-Spectroscopic-Imaging (ESI) erstellen Elementverteilungsbilder von besonders dünnen Ultradünnschnitten (25-40 Nanometer), sodass sogar in einzelnen Vesikeln und anderen Zellkompartimenten die chemischen Elemente identifiziert und lokalisiert werden können. Dafür werden die Atome der Proben ionisiert durch die eingestrahlten Elektronen und die spezifische Energie ihrer Ionisationskanten detektiert.
Marieluise Weidinger ist am Department für Anthropologie und der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung tätig.
