Wenn es darum geht, kleinste Objekte im Detail zu betrachten, greift man zum Mikroskop. Es gibt jedoch mehrere Arten von Mikroskopen, die jeweils für unterschiedliche Betrachtungszwecke geeignet sind. Die beiden wichtigsten Kategorien sind Lichtmikroskope und Elektronenmikroskope. Beide ermöglichen es, mikroskopische Objekte zu betrachten, allerdings auf völlig unterschiedliche Weise.

Schauen wir uns jedes dieser leistungsstarken Werkzeuge genauer an und sehen wir uns die Unterschiede zwischen ihnen an, um dann zu erörtern, wann das jeweilige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe am besten geeignet ist.

Auf einen Blick:

Wie funktioniert ein Lichtmikroskop?

Wie der Name schon sagt, verwenden Lichtmikroskope Licht, um zu sehen. Das Licht dringt durch das zu betrachtende Objekt und die Linse vergrößert es auf eine viel größere Größe, so dass Sie Ihr winziges Objekt in allen Einzelheiten erkennen können.

Wenn Sie sich an den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Schule zurückerinnern, waren die verwendeten Mikroskope allesamt Lichtmikroskope. Lichtmikroskope werden auch als Lichtmikroskope bezeichnet und umfassen eine Vielzahl verschiedener Mikroskope, darunter das häufig verwendete Verbundmikroskop und das Stereomikroskop, das sich besser für die Betrachtung etwas größerer Objekte eignet.

Da Lichtmikroskope nur Licht zur Betrachtung des Objekts verwenden, können sie sowohl für tote als auch für lebende Proben verwendet werden. Sie beschädigen die Probe nicht und töten sie nicht. Daher eignen sie sich perfekt für die Untersuchung von lebenden Zellen, Bakterien und anderen lebenden Organismen.

Die Präparation von Objektträgern für ein Lichtmikroskop geht auch viel schneller und dauert in der Regel nur wenige Minuten bis maximal ein paar Stunden.

Lichtmikroskop Übersicht

Anwendungen

Lichtmikroskope werden in einer Vielzahl von Hobbys, Berufen und Bereichen eingesetzt. In der Medizin werden sie häufig für die Betrachtung von Blutproben, Zellen usw. verwendet. Natürlich werden sie auch in vielen verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen für eine Vielzahl von Mikroskopstudien eingesetzt.

Kinder und Bastler verwenden Lichtmikroskope, um alles zu untersuchen, von Steinen über Käfer bis hin zu lebenden Zellen. Botaniker nutzen sie, um die innere Struktur von Pflanzen zu untersuchen. Tatort-Ermittler setzen sie sogar ein, um Verbrecher zu überführen! Wie Sie sehen, sind die Einsatzmöglichkeiten des Lichtmikroskops zahlreich und vielfältig.

Siehe

Lichtmikroskope können beeindruckende Vergrößerungsstufen von bis zu 1000x haben. Das ist genug Vergrößerung, um die Vermehrung von Zellen zu beobachten oder Blutplättchen zu untersuchen.

Auf der kleineren Seite des Spektrums haben Stereomikroskope, eine andere Art von Lichtmikroskopen, Vergrößerungsstufen von etwa 60x-70x, perfekt für die Betrachtung größerer Präparate.

Lichtmikroskope sind jedoch durch ihre Funktionsweise eingeschränkt. Da sie auf Licht angewiesen sind, um das Objekt zu durchdringen, werden sie durch die Größe der Lichtteilchen behindert. Man könnte meinen, dass Lichtteilchen winzig sind, und das sind sie auch, aber sie sind nicht so winzig wie manche Dinge, die Wissenschaftler betrachten wollen.

Ein Lichtphoton ist etwa 400-700 Nanometer groß. Verglichen mit einem menschlichen Haar, das 50.000 bis 100.000 Nanometer groß ist, erscheint ein Lichtphoton winzig. Verglichen mit einem 10-Nanometer-Protein erscheint das Lichtphoton jedoch riesig.

Die Lichtphotonen müssen das Objekt durchdringen können, damit man es betrachten kann, so dass Objekte, die kleiner als Lichtphotonen sind, nicht durch ein Lichtmikroskop betrachtet werden können. Das bedeutet, dass die kleinsten Exemplare für Elektronenmikroskope übrig bleiben.

Tragbarkeit

Wenn Sie sich an den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Schule zurückerinnern, werden Sie sich vielleicht daran erinnern, wie Sie Ihr Mikroskop von einem Wagen genommen und an Ihren Schreibtisch gebracht haben, denn Lichtmikroskope sind klein und kompakt.

Einige der hochwertigsten Modelle mit der stärksten Vergrößerung können etwas klobig sein, aber diese Geräte können im Allgemeinen von einer einzigen Person bewegt werden.

Preis

Obwohl einige High-End-Lichtmikroskope über 1.000 $ kosten können, gibt es viele hochwertige Optionen für weit weniger. Sie können leicht ein anständiges Lichtmikroskop für unter 100 $ finden.

Für ein Lichtmikroskop von professioneller Qualität müssen Sie mit einem Preis von 200 bis 400 Dollar rechnen. Es geht zwar noch teurer, aber in dieser Preisklasse gibt es viele Mikroskope, die unglaubliche Eigenschaften und Funktionen bieten.

Pro & Contra von Lichtmikroskopen

• Erschwinglich für Hobbyisten und Profis gleichermaßen
• Kompakt genug für den Transport durch eine einzelne Person
• Ermöglicht es Ihnen, Objekte zu sehen, die für das menschliche Auge zu klein sind
• Kann lebende Exemplare betrachten

• Bis zu 1.000-fache Vergrößerung
• Kann nichts sehen, was kleiner als 700 Nanometer ist

Wie funktioniert ein Elektronenmikroskop?

Während ein Lichtmikroskop Lichtphotonen durch eine Probe schickt, damit man sie durch Linsen betrachten kann, schickt ein Elektronenmikroskop Elektronen durch die Probe. Hier kommt das elektromagnetische Spektrum ins Spiel. Elektronenmikroskope arbeiten im ultravioletten bis gammastrahlenden Bereich des Spektrums.

Zum besseren Verständnis dieses Konzepts siehe das folgende Diagramm:

In einem Lichtmikroskop werden die Photonen, die die Proben durchdringen, direkt durch die Linsen in Ihr Auge weitergeleitet. In einem Elektronenmikroskop hingegen werden die Elektronen, die die Proben durchdringen, durch eine Reihe von Elektromagneten weitergeleitet. Die Elektromagneten beugen und brechen den Elektronenstrahl und vergrößern ihn auf die gleiche Weise wie die optische Linse eines Lichtmikroskops. Aber einElektronenmikroskop ist um ein Vielfaches leistungsfähiger und bietet Vergrößerungsstufen von bis zu 2.000.000.

Aber diese Elektronen erreichen nie Ihr Auge, sondern das Bild wird auf einen Bildschirm projiziert, auf dem Sie es sehen können.

Das Problem ist, dass Elektronenstrahlen - Röntgenstrahlen und noch schlimmer -, die Ihre Probe durchdringen, sehr zerstörerisch sind. Deshalb können Elektronenmikroskope nur mit toten Proben verwendet werden. Außerdem muss die Probe in einem mehrtägigen Prozess sorgfältig vorbereitet werden, und sie muss in einem Vakuum betrachtet werden, da die Elektronen in der Luft nicht weit reisen.

Wie bei den Lichtmikroskopen gibt es auch bei den Elektronenmikroskopen verschiedene Arten: die drei wichtigsten sind Transmissionselektronenmikroskope (TEM), Rasterelektronenmikroskope (SEM) und Rasterkraftmikroskope (AFM).

• Siehe auch: Transmissions- (TEM) und Rasterelektronenmikroskope (SEM): Worin besteht der Unterschied?

Elektronenmikroskop Übersicht

Anwendungen

Elektronenmikroskope kommen immer dann zum Einsatz, wenn es darum geht, kleinste Proben im Detail zu betrachten, und zwar bis zu einer Größe von einem Nanometer, denn das ist etwa die Größe eines Elektrons.

Wenn Sie winzige Bakterien oder Proteine betrachten wollen, müssen Sie in der Regel ein Elektronenmikroskop verwenden.

Elektronenmikroskope liefern auch ein dreidimensionales Bild. Wenn Sie also die Struktur von etwas Mikroskopischem sehen müssen, werden Sie wahrscheinlich ein Elektronenmikroskop verwenden.

Sie werden für Biopsieuntersuchungen, die Untersuchung von Metallen, die Zellen von Kristallen und sogar für die Qualitätskontrolle verwendet.

Siehe

Elektronenmikroskope sind unglaublich leistungsfähig. Sie vergrößern Ihr Objekt um das 100.000-fache, aber das ist erst der Anfang. Die meisten erreichen eine 1.000.000-fache Vergrößerung, einige sogar eine 2.000.000-fache Vergrößerung.

Darüber hinaus bieten Elektronenmikroskope eine dreidimensionale Ansicht Ihrer Probe, so dass Sie die Struktur der Zellen vollständiger sehen können als mit einem Lichtmikroskop.

Bildnachweis: pxhere.com

Die Sache hat jedoch einen Haken: Elektronenmikroskope liefern nur Schwarz-Weiß-Bilder, während Lichtmikroskope vollfarbige Bilder liefern. Den Rest erledigt der Computer. Fazit: Wenn Sie etwas betrachten wollen, das kleiner als 700 Nanometer ist, ist ein Elektronenmikroskop wirklich die einzige Option.

Tragbarkeit

Elektronenmikroskope sind große, sperrige Geräte. Wenn sie einmal an einem bestimmten Ort stehen, möchten Sie sie dort lassen, es sei denn, es ist absolut notwendig, sie zu bewegen. Sie sind so groß, dass es spezialisierte Unternehmen gibt, die Ihr Elektronenmikroskop bewegen.

Ein Tisch-SEM hat die Größe eines kleinen Geschirrspülers, während ein ausgewachsenes SEM die Größe eines Kühlschranks hat. Ein TEM ist ein großer Kasten mit einer Breite von zwei Metern und einer Höhe von fünf Metern. Für die ordnungsgemäße Funktion ist außerdem eine Vielzahl anderer Geräte erforderlich, wie z. B. eine Vakuumausrüstung für den Objektträger und mehr.

Preis

Hier sind die Unterschiede zwischen Lichtmikroskopen und Elektronenmikroskopen am drastischsten. Während Lichtmikroskope für die meisten Fachleute und Hobbyisten erschwinglich sind, können sich nur sehr wenige Menschen ein Elektronenmikroskop leisten. Diese werden in der Regel von großen Unternehmen gekauft, die über enorme finanzielle Mittel verfügen.

Ein High-End-Elektronenmikroskop mit allem notwendigen Zubehör und allen Geräten kostet fast eine Million Dollar. Selbst für ein gebrauchtes Elektronenmikroskop, das schon viele Jahre alt ist und viel benutzt wurde, zahlen Sie immer noch einen fünfstelligen Betrag. Ein gebrauchtes, aber hochwertiges Gerät, das noch nicht zu alt ist, kostet Sie immer noch zwischen 150.000 und 500.000 Dollar.

Pro & Contra von Elektronenmikroskopen

• Vergrößert bis zu 2.000.000x
• Liefert ein 3-D-Bild
• Es ist das einzige Gerät zur Betrachtung von Proben, die kleiner als 700 Nanometer sind

• Außerhalb des Budgets der meisten Menschen
• Sehr groß und schwer zu bewegen
• Kann nur mit toten Exemplaren arbeiten
• Liefert nur ein Schwarz-Weiß-Bild

Mikroskope, Leistung & Die Größe der Dinge verstehen

Lichtmikroskope haben eine maximale Vergrößerung von 1.000x. Wenn ein Mikroskop angibt, eine 2.000x Vergrößerung zu haben, ist alles über 1.000x unscharf und unbrauchbar; leere Vergrößerung.

Diese Mikroskope sind auf eine 1.000-fache Vergrößerung beschränkt, da sie mit Licht arbeiten und somit durch dessen Wellenlänge begrenzt sind.

Aber nicht alle Lichtmikroskope haben eine 1.000-fache Vergrößerung. Einige sind für die Betrachtung größerer Objekte gedacht, bei denen eine so starke Vergrößerung zu viel wäre. Stereomikroskope sind eine Art von Lichtmikroskop mit einer 60- bis 70-fachen Vergrößerung, die sich perfekt für die Betrachtung von Felsen, Insekten und mehr eignet.

Da Lichtphotonen das Objekt in einem Lichtmikroskop durchdringen müssen, muss das Objekt größer als ein Lichtphoton sein, damit Sie es betrachten können. 700 Nanometer ist also das kleinste Objekt, das Sie mit einem Lichtmikroskop betrachten können.

Elektronenmikroskope bieten unglaubliche Vergrößerungsstufen. Im Extremfall schaffen einige sogar eine 2.000.000-fache Vergrößerung, die meisten jedoch nur eine 1.000.000-fache. Einige können sogar ein 3-dimensionales Bild erzeugen.

Da Elektronen nur etwa einen Nanometer groß sind, kann man mit einem Elektronenmikroskop winzige Objekte von nur wenigen Nanometern betrachten. Sie sind die einzige Möglichkeit für eine solche mikroskopische Betrachtung, da Lichtmikroskope Objekte nicht kleiner als 700 Nanometer betrachten können.

Betrachten Sie Ihr Exemplar

Manchmal sind Sie durch Ihr Präparat auf einen bestimmten Mikroskoptyp beschränkt. Da die Elektronen, die in einem Elektronenmikroskop durch das Präparat geschickt werden, sehr zerstörerisch sein können, funktioniert das Verfahren nur bei toten Präparaten. Das bedeutet, dass Lichtmikroskope die einzige Wahl für lebende Präparate sind.

Ist Ihre Probe jedoch kleiner als ein Photon des Lichts, etwa 700 Nanometer, dann können Sie sie nicht mit einem Lichtmikroskop betrachten. In diesem Fall benötigen Sie die winzigen Elektronen des Elektronenmikroskops, die Ihr kleines Objekt durchdringen können.

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Wenn Sie ein dreidimensionales Bild benötigen, wie z. B. bei der Untersuchung der Zellstruktur eines Kristalls, brauchen Sie ein Elektronenmikroskop. Wenn Sie aber etwas untersuchen und die Farben sehen müssen, brauchen Sie ein Lichtmikroskop, da Elektronenmikroskope nur schwarz-weiß darstellen.

Preis

Da Lichtmikroskope sowohl für Hobbyisten als auch für Profis erschwinglich sind, sind sie für die meisten Menschen die erste Wahl.

Elektronenmikroskope hingegen kosten am untersten Ende des Spektrums einen sechsstelligen Betrag oder mehr, es sei denn, Sie wollen etwas, das veraltet und abgenutzt ist. Diese Geräte können im Neuzustand fast 1.000.000 Dollar kosten, so dass sie für die meisten Menschen oder Unternehmen einfach nicht machbar sind.

Lichtmikroskop vs. Elektronenmikroskop - was ist das Richtige für Sie?

Welches dieser leistungsstarken Geräte ist also die richtige Wahl für Ihre Bedürfnisse? Wenn Sie kein Spitzenwissenschaftler oder medizinischer Forscher sind, sind Sie wahrscheinlich mit einem Lichtmikroskop am besten bedient. Höchstwahrscheinlich sind dies die einzigen Geräte, die ohnehin in Ihrem Budget liegen, da die meisten Menschen es sich nicht leisten können, eine halbe Million für ein Mikroskop auszugeben.

Wenn Sie Blutproben, lebende Exemplare oder alles, was größer als Lichtphotonen ist, betrachten wollen, sind Sie mit einem Lichtmikroskop am besten bedient. Ebenso ist ein Lichtmikroskop die beste Wahl, wenn Sie es einmal bewegen wollen. Außerdem verbringen Sie weniger Zeit mit der Vorbereitung von Proben und benötigen keine so teure und spezielle Ausrüstung.

Wenn Sie jedoch kleinste Proben für medizinische und wissenschaftliche Zwecke betrachten möchten, benötigen Sie möglicherweise die unglaubliche Vergrößerung, die nur ein Elektronenmikroskop bieten kann. Sie können Proben bis zu einer Größe von wenigen Nanometern betrachten und sind daher perfekt für die Untersuchung von Bakterien, Proteinen und anderen winzig kleinen Proben geeignet. Allerdings können sie nur tote Proben betrachten und benötigen eine Mengespezielle Ausrüstung, um richtig zu arbeiten, da die Objektträger in einem Vakuum sein müssen.

• Siehe auch: SkyLight Scope: Der Mikroskop-Handy-Adapter, den es nicht mehr gibt

Bildnachweis: (L) Herney Gómez, Pixabay