Monet ovat kysyneet minulta, että mitä sisäilman hiukkasia voidaan tutkia valomikroskoopilla ja milloin tulisi käyttää elektronimikroskooppia, joten ajattelin valaista muutamia keskeisiä seikkoja näiden menetelmien välillä.

Ensinnäkin, on syytä mainita, että valomikroskopia ja elektronimikroskopia eivät ole toisiaan poissulkevia menetelmiä vaan ne ennemminkin täydentävät toisiaan.  Elektronimikroskooppi ei täysin korvaa valomikroskoppia ja päin vastoin, sillä niiden toimintaperiaate on tyystin erilainen ja niillä havainnoidaan partikkeleista eri ominaisuuksia.

Alla on listattuna valo- ja elektronimikroskopian heikkouksia ja vahvuuksia hiukkasmaisia epäpuhtauksia tutkittaessa.

Valomikroskopia

Valomikroskopiassa käytetään useita eri kontrastitekniikoita ja pölynäytteiden kannalta tärkein niistä on polarisaatiomikroskooppi. Muita hyödyllisiä valomikroskooppeja ovat esimerkiksi stereo- ja faasikontrastimikroskooppi.

Valomikroskoopin vahvuudet

  • havaitaan partikkelien väri sekä muita optisia ominaisuuksia (esim. kahtaistaitto, heijastuskyky, taitekerroin)
  • mahdollista tarkastella partikkelin sisäistä rakennetta (poissulkien opaakit hiukkaset kuten metallit)
  • nopeallakin silmäyksellä omaksutaan paljon tietoa -> tehokkuus, hyvä kokonaiskuva
  • suurempiakin pinta-aloja (ts. suurempi määrä hiukkasia) voidaan läpikäydä suhteellisen tehokkaasti

Valomikroskoopin heikkoudet

  • resoluution rajoitukset: alle 1-2 mikrometrin partikkeleita vaikea tunnistaa
  • partikkelien pintarakenteen tutkiminen on toisinaan hankalaa
  • tavanomaisilla valomikroskoopeilla ei ole mahdollisuutta alkuainekoostumuksien mittauksiin
Valomikroskooppi

Kuva 1. Polarisaatiomikroskooppi.

Elektronimikroskopia

Elektronimikroskoopin vahvuudet

  • korkea resoluutio, myös alle 1 mikrometrin hiukkaset nähdään selkeästi
  • partikkelien pintarakenne nähdään tarkasti
  • partikkeleista on mahdollista määrittää alkuainekoostumus (jos lisävarusteena EDS)

Elektronimikroskoopin heikkoudet:

  • elektronimikroskoopeilla ei näe värejä tai muita optisia ominaisuuksia, mikä vaikeuttaa etenkin orgaanisten partikkelien tarkastelua
  • partikkelien sisäistä rakennetta ei voida tutkia
  • tarkastelu kohdistuu melko pienelle pinta-alalle
Elektronimikroskooppi

Kuva 2. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (scanning electron microscope, SEM).

Elektronimikroskoopilla partikkelien tunnistus tapahtuu hiukkasen muodon ja alkuainekoostumuksen perusteella. Valomikroskoopilla hiukkaset tunnistetaan muodon sekä niiden optisten ominaisuuksien perusteella.

SEM + valomikroskooppi

Kuvat 3 ja 4. Vasemmalla on elektronimikroskooppikuva mineraalipartikkelista. Oikealla valomikroskooppikuva ikunalaudalta otetusta pölynäytteestä, jossa tekstiilikuituja, kasvien osia ja mineraaleja.

Milloin siis valomikroskooppinen tutkimus ja milloin elektronimikroskooppinen tutkimus?

Suosittelen aina alustavaksi tutkimukseksi valomikroskooppitutkimusta sillä se on nopea ja edullisempi kuin elektronimikroskooppitutkimus ja näyte voidaan aina valomikroskooppitutkimuksen jälkeen tutkia tarpeen vaatiessa myös elektronimikroskooppisesti. Valomikroskooppitutkimuksella saadaan:

  • …hyvä kuva pölyn koostumuksesta ja hiukkastyyppien määräsuhteista
  • …teollisten mineraalikuitujen esiintyminen ja määräarvio
  • …orgaanisista hiukkasista usein enemmän tietoa kuin elektronimikroskoopilla
  • …selville onko näyte syytä tutkia lisäksi elektronimikroskooppisesti

Valomikroskooppitutkimuksen lisäksi suosittelen tehtäväksi elektronimikroskooppitutkimusta, mikäli:

  • …näytteessä on havaittu teollisia mineraalikuituja ja halutaan selvittää niiden tyyppi
  • …halutaan selvittää epäorgaanisten hiukkasten alkuainekoostumus (esim metallit tai rakennusperäinen mineraaliaines)
  • …halutaan selvittää asbestikuitujen esiintyminen
  • …valomikroskooppitutkimuksessa havaitaan runsaasti erittäin hienojakoista pölyä

Summa summarum. Mikäli tavoitteena on saada näytteestä mahdollisimman paljon tietoa, parhaaseen tulokseen päästään käytettäessä sekä valo- että elektronimikroskopiaa, sillä kuten artikkelin alussa mainitsin, valo- ja elektronimikroskopia ovat toisiaan täydentäviä menetelmiä. Jos tavoitteena on esimerkiksi vain tietää, onko pöly tavanomaista huonepölyä vai sisältääkö se jotain tavallisesta poikkeavaa, usein pelkkä valomikroskooppitutkimus riittää.

Suuntaa antava listaus eri hiukkasista mitä valo- ja eletronimikroskoopilla voi tunnistaa löytyy pölynkoostumus -osiosta.

Petri Aho

Geologi (FM)

Mikronia Oy:n perustaja