„Analoge Fotografie: Ein Blick durch das Objektiv von Harkon Henning und faszinierende Naturdetails enthüllt durch Rasterelektronenmikroskopie mit Wilfried Dreher vom SFN“

Eine Zeitreise in die Welt der analogen Fotografie mit Hakon Henning

Ein magischer Moment der Zeitgeschichte wurde lebendig, als Hakon Henning vom SFN seine Teilnehmer in einem fesselnden Workshop mit auf eine Reise in die faszinierende Welt der analogen Fotografie nahm. Der Mint-Van, verwandelte sich in ein historisches Fotostudio und versetzte uns zurück in die Epoche des 19. Jahrhunderts.

Alte Kameras, Glasplatten und Chemikalien zeugten von vergangenen Zeiten, als Fotografen noch Künstler waren und jedes Bild sorgfältig komponierten und belichteten.

Hakon führte uns in die Arbeitsweise der Fotografen des 19. Jahrhunderts ein. Die präzise Einstellung der alten Kameras, die den fotografischen Moment zum Leben erweckte, erforderte Geschicklichkeit und Hingabe. Es war beeindruckend zu sehen, wie die Mechanik der Retro-Kamera reibungslos funktionierte, als sie von Hakon meisterhaft bedient wurde.

Das Herzstück des Workshops war zweifellos die Nassplattenfotografie, ein alter Overheadprojektor diente als Retro-Kamera.Von der Beschichtung der Kollodium-Nassplatten bis zum belichteten und entwickelten Prozess war es eine wahre Zeitreise.

Das Rasterelektronenmikroskop (REM) ist ein leistungsstarkes Werkzeug in der modernen Mikroskopie, das es uns ermöglicht, winzige Strukturen zu visualisieren. Es basiert auf der Verwendung von Elektronen anstelle von Licht, um Probenoberflächen abzubilden. Diese Technologie hat die Wissenschaft und Industrie revolutioniert und ermöglicht Einblicke in die Welt der kleinsten Strukturen, wie Zellen, Materialien, Nanopartikel und vieles mehr. Herr Wilfried Dreher vom Schülerforschungszentrum Nordhessen in Kassel (SFN) war so nett und erklärte uns die Funktionsweise.

Ein Rasterelektronenmikroskop verwendet einen Elektronenstrahl anstelle von Licht, um Probeoberflächen abzubilden. Der Aufbau besteht aus mehreren Komponenten:

Elektronenquelle: Im einfachsten Fall ein V-förmig gebogener Wolframdraht (die sog. Glühkathode), der im Hochvakuum erhitzt Elektronen emittiert. Durch das anlegen einer Anodenspannung werden die Elektronen angezogen (beschleunigt) und somit erst zu einem Elektronenstrahl. Heute werden meist nur noch Feldemissions-kathoden bzw. sog. Schottky-Emitter eingesetzt. Das REM im SFN besitzt einen solchen Emitter. Ein solches Gräte wird als Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM) bezeichnet. Solche Kathoden funktionieren nur in einem Ultra-Hochvakuum, was besonders leistungsfähige Vakuumsysteme erfordert. Vakuumanforderung: i.d.R. 10 hoch minus 10 mbar!

Elektromagnetische Linsen: Diese Linsen (ringförmige Elektromagnete) erzeugen elektromagnetische Felder, die den Elektronenstrahl bündeln und zu einen extrem feinen Punkt auf die Probenoberfläche fokussieren können. Durch weitere Bauteile wie u.a. elektromagnetische Ablenkung und Rastergenerator kann der feine gebündelte Elektronenstrahl über die Probe geführt (gerastert) werden.

Detektoren: Wenn nun diese sog. Primärelektronen aus dem fein gebündelten und fokussierten Elektronenstrahl auf die Probe treffen, schlagen diese nun selbst aus der Probenoberfläche wiederum Elektronen heraus, die sog. Sekundärelektronen (SE). Detektoren wie z.B. der Sekundärelektronendetektor (SE-Detektor) erfassen diese SE, wandeln sie in eine andere Signalart um, die dann mittels eines Rechners und entspr. geeigneter Software zu einem Bild zusammengesetzt wird. Diesen Vorgang kann man an einem Computermonitor visuell verfolgen, bis das fertige Bild aufgebaut ist.

Bilderzeugung: Dafür müssen elektromagnetische Ablenkung und Rastergenerator den Elektronenstrahl zeilenweise über die Probe führen. Somit wird Pixel für Pixel, und Zeile für Zeile das Bild aufgebaut. Der Grundsatz dabei ist: viele detektierte SE ergeben einen hellen, wenige einen grauen (unterschiedliche Graustufen), und keine einen schwarzen Bildpunkt. Je mehr SE-Signale pro Bildpunkt detektiert werden, desto höher wird die Auflösung des entstehenden Bildes. Um die Signalausbeute zu erhöhen, ist es möglich den Elektronenstrahl einfach langsamer über die Probenoberfläche zu führen. Damit ein Bildausschnitt vergrößert dargestellt werden kann, wird das Abtastraster einfach verkleinert.

Probenvorbereitung: Die zu untersuchenden Proben müssen eine Vakuumstabilität aufweisen, da die Untersuchung unter Hochvakuum-Bedingungen durchgeführt wird. Haben die zu untersuchenden Proben bereits eine feste Struktur und Formstabilität, wie z.B. Pollen, kleine, schon trockene Insekten, Mineralien, Kristalle, usw., dann wird solches Probenmaterial auf, für das REM geeignetes, Trägermaterial aufgebracht. Nun wird die Probe in der Regel noch mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen. Diesen Vorgang nennt man „sputtern“. (engl. sputtering = zerstäuben) Dabei wird mittels eines Sputtergerätes eine sehr dünne Schicht aus (meist) Metall auf die Probe „gedampft“. Eines der Metalle die dabei Verwendung finden ist z.B. Gold. Gold ist für die meisten Probenuntersuchungen sehr gut geeignet, das es i.d.R. eine sehr hohe Sekundärelektronenausbeute ergibt. Probenmaterial welches noch Wasser enthält, wie etwa Zellen von Blüten und Blättern, größere, noch nicht trockene Insekten, usw. müssen zuvor einer chemischen Aufarbeitung unterzogen werden, damit die Formstabilität auch dann gewährleiste bleibt, wenn das noch vorhandene Wasser im Probenmaterial langsam entfernt wird. Solche Bearbeitungsvorgänge können durchaus mehrere Tage in Anspruch nehmen.

Lagerung des Probenmaterials: Es ist wichtig, die Proben (besonders die biologischen Ursprungs) unter geeigneten Bedingungen zu lagern, um mögliche Veränderungen oder Verschlechterungen zu vermeiden.

Fotos © NHR
Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden uns freundlicherweise von Herren Wilfried Dreher vom SFN zu Verfügung gestellt.