2016年12月8日星期四

電子顯微鏡原理


   電子顯微鏡是20世紀的重大科學技術發明,如同三極管的發明推動革命了半導體界一樣,電子顯微鏡也極大地促進了生命科學的發展,發明掃描隧道電子顯微鏡的兩位科學家還獲得了諾貝爾獎。本文
詳細介紹電子顯微鏡功能、結構和原理。
   1. 電子顯微鏡原理—簡介電子顯微鏡(electron microscopy)是根據電子光學原理,用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡,使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀器。 近年來,電鏡
的研究和制造有了很大的發展:一方面,電鏡的分辨率不斷提高,透射電鏡的點分辨率達到了0.2-0.3nm,晶格分辨率已經達到望遠鏡0.1nm左右,通過電鏡,人們已經能直接觀察到原子像;另一方面,除透射電
鏡外,還發展了多種電鏡,如掃描電鏡、分析電鏡等。電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝於光學顯微鏡,但電子顯微鏡因需在真空條件下工作,所以很難觀察活的生物,而且電子束的照射也會使生物樣品
受到輻照損傷。
   2. 電子顯微鏡原理—結構電子顯微鏡由電子光學系統、真空系統和供電系統三部分組成,下面分別介紹三部分:1) 電子光學系統電子光學系統主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機構
等部件,這些部件通常是自上而下地裝配成一個柱體。電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構成的部件。它能發射並形成速度均勻的電子束,所以加速電壓的穩定度要求不低於萬分之一。電子透鏡是電
子顯微鏡鏡筒中最重要的部件,它用一個對稱於鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦,其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似,所以稱為電子透鏡。現代電子顯微鏡大多采用
電磁透鏡,由很穩定的直流勵磁電流通過天文望遠鏡帶極靴的線圈產生的強磁場使電子聚焦。
   2) 真空系統為了保證真在整個通道中只與試樣發生相互作用,而不與空氣分子發生碰撞,因此,整個電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置於真空系統之內,一般真空度為10-4~10-7毫米汞柱。
3) 供電系統透射電鏡需要兩部分電源:一是供給電子槍的高壓部分,二是供給電磁透鏡的低壓穩流部分。電源的穩定性是電鏡性能好壞的一個極為重要的標志。所以,對供電系統的主要要求是產生高穩
定的加速電壓和各透鏡的激磁電流。近代儀器除了上述電源部分外,尚有自動操作程序控制系統和數據處理的計算機系統。
   3. 電子顯微鏡原理—工作原理目前,電子顯微鏡技術(electron microscopy)已成為研究機體微細結構的重要手段。常用的有透射電鏡(transmission electron microscope,TEM)和掃描電子顯微鏡
(scanning electron microscope,SEM)。下面分別介紹兩種電子顯微鏡的工作原理:1) 透射電子顯微鏡(Transmi金相顯微鏡ssion electron microscope,TEM)透射電鏡即透射電子顯微鏡(Transmission Electron
Microscope,簡稱TEM),通常稱作電子顯微鏡或電鏡(EM),是使用最為廣泛的一類電鏡。工作原理:在真空條件下,電子束經高壓加速後,穿透樣品時形成散射電子和透射電子,它們在電磁透鏡的作用
下在熒光屏上成像。電子束投射到樣品時,可隨組織構成成分的密度不同而發生相應的電子發射,如電子束投射到質量大的結構時,電子被散射的多,因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像,電子照片
上則呈黑色。主要優點:分辨率高,可用來觀察組織和細胞內部的超微結構以及微生物和生物大分子的全貌。
   2) 掃描電鏡(Scanning Electron microscope)掃描電鏡即掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,簡稱SEM)。主要用於觀察樣品的表面形貌、割裂面結構、管腔內表面的結構等。工作原理
:掃描電鏡是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態。用極細的電子束在樣品表面掃描,激發樣品表面放出二次電子,將產生的二次電子用特制的探測器收集,形成電信號運送到顯像管,在熒光
屏上顯示物體。(細胞、組織)表面的立體構像,可攝制成照片。主要優點:景深長,所獲得的圖像立體感強,可用來觀察生物樣品的各種形貌特征。

過濾設備需同時滿足市場需求和行業要求


   過濾器是我們經常能夠接觸到的產品,不同的過濾器的工藝不同,其使用范圍也是不同的
  據了解,20世紀初發明的轉鼓真空過濾機實現了過濾操作的連續化。此後,各種類型的連續過濾機相繼出現。間歇操作的過濾機因能實現自動化操作而得到發展,過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣,機械壓榨的過濾機得到了發展。
  過濾機作為一種固、液分離的常用設備,廣泛應用與制藥、食物、化工等脫水機職業。近年來,環境汙染問題的日趨嚴峻,使得過濾機的需求更為增強。
  而隨著時代的發展,我們的生活品質也在飛速提高。因此產品的品質要求也更高,生產者對設備的要求也更高。分離設備相繼而生。如今不少過濾機企業都非常重視產品的技術創新,加大科研投入力度,促進產品更新換代。
  再加上近年來,藥企面臨新版GMP認證大關,在這大背景下,過濾設備將發揮其重大作用。據悉,GMP中提到,“對與藥品直接接觸的壓縮空氣等進行淨化處理,符合生產要求”。這說明,壓縮空氣是藥品生產中的一個主要動力源。但是在實際生產中,壓縮空氣淨化的難過濾設備點較多,且傳統的壓縮空氣淨化模式過於繁瑣,運行成本很高,因此能耗低、適用性強,成為研發熱點
  如何在激烈的市場競爭中占有一席之地成為過濾行業關注的重點所在,過濾機在我國的制藥工業中有著很重要的地位,發揮著很重要的作用。
  隨著科學技術的不斷發展,以及我們的環境問題越來越多的人們關注過濾器,過濾機不斷進步,很好地滿足了市場的需求

2016年12月7日星期三

科學家通過向天空發射激光提升望遠鏡性能


   在那些天氣晴朗的無月之夜,全球多數大型光學望遠鏡通過向天空發射金色激光束開始夜晚的觀測。對於這場天文學上的燈光秀,Claire Max並不喜歡居功自傲,盡管激光器的普遍應用在某種程度上
要歸功於她30年來堅持不懈的完善和推廣。出於對該項工作的認可,美國天文學會日前將2015年度天文儀器獎頒發給Max。在這位加州大學天文學家看來,自我炫耀是一件沒有效能的事。Max總是表現得
很專業,甚至連講話的方式都很小心。她的熱情都留給了激光技術研究。
   激光器是望遠鏡自適應光學系統的一個關鍵部分。沒有自適應光學系統,高倍鏡看到的恆星和星系會出現跳動、扭曲,放大鏡並且變得模糊不清。相反,有了該系統,看到的恆星和星系會保持穩定和清晰,
使地面望遠鏡獲得的清晰度通常能與美國宇航局顯微鏡的哈勃太空望遠鏡不相上下,甚至超過後者。這種能力使當前的望遠鏡得以開展針對一系列物體的高分辨率研究,包括從太陽系外的月亮到銀河系中心的
恆星。而如今,它正助力建造直徑在20~40米、聚光能力達目前任何一台望遠鏡16倍的望遠鏡。
  Max從最早便參與了這個發展過程:從首個激光輔助自適應光學系統的演示到建造原型,然後建立中心,將該技術應用到全球望遠鏡上。不過,Max最大的勝利也成為她最大的挑戰。去年10月,在其
他天文學家或許正盼著退休的年紀,68歲的Max同意擔任加州大學天文台(UCO)臨時台長。處在這個位置上,無論臨時與否,Max發現自己正行望遠鏡進於天文學領域專業和文化觀念上的一片混亂之中,而這是
由那些新一代“龐然大物”帶來的巨大成本引發的。
  目前,共有3台這樣的望遠鏡處在不同的計劃和建設階段,每台均須花費約10億美元。Max表示,這些花費向望遠鏡的所有者和資助者提出了很大的難題,其中包括自去年開始在夏威夷莫納克亞山頂
建設的30米望遠鏡的關鍵合作方——UCO。他們如何為所有相對較老、規模更小的望遠鏡“買單”?所有者們是否應屈服於經濟壓力關閉這些望遠鏡,盡管它們依舊是科研人員必不可少的主力設備和年輕
天文學者的訓練場?又或者他們應當努力尋找創造性的方式讓所有設備繼續運行下去?
  Max的直覺是奮力爭取:利用她得天獨厚的集熱情和決心於一體的性格優勢。就目前而言,Max正贏得勝利。加州大學洛杉磯分校天文學家Andrea Ghez表示,經過30年在追求自適應光學系統過程中的
勸服和共識建立,Max具備了一種本能:將工程師、學術界人士、資助方領導、大學行政人員和其他所有在事關望遠鏡決策上擁有話語權的人聯系起來。

建築給水排水知識:過濾設備怎樣選


   水泵過濾器系統的動力裝置,分沉水式和離水式兩種,以無摩擦電磁動轉子驅動,理論上可永久運轉,沉水式為全密封結構,靠水體降溫,離水後轉子線圈會因高溫燒毀上部過濾器架於魚缸上部的過濾槽(盒),由沉水式水泵或離水式水泵驅動供水,靠瀉流口,使水流回魚缸,維護間格時間較短維護較方便,但不推薦用於加注CO2的水草缸沉水式過濾器在沉水式水泵下方進水口處直接裝上置有濾棉或深化棉的濾盒(桶)維護間格時間較短,親洗較不便,價格便易外置式過濾器一般為桶狀結構,水泵一般直接造於桶蓋中,經由管道從魚缸中抽水,在桶內進行物理及生化過濾後,再經由出水管流回魚缸,濾體較大,維護間格時間較長,清洗較不便,價格貴。
   底部式過濾器是利用底砂砂層作為大體積的濾材(滲流濾層),通過鋪設在砂層下的進水管道,經由沉水水泵脫水機抽,達到物理過濾及生化過濾的目地(原理類似於沉水式過濾器)因濾體(砂)較大,所以維護間格時間較長(半年以上),但維護極為不便(須翻缸)。
溢流式過濾器滴流過濾方式,完全的生物過濾,無物理過濾能力。須DIY,在水族箱中隔出一塊空間,以生化球或陶瓷環為濾材,用溢出的水以淋灌方式進入濾材間隔,(一般還需要在濾材間隔底部接上氣馬達的出氣砂頭打氣)進行好氧細菌的生物過濾,再由濾材間隔底部的水泵通過管道將溢下的水打回入魚缸。一般用於裸缸養大型魚時采用,此種過濾理論上免維護,但仍需要人為手工清理魚缸底部之魚排泄物。
   外掛式過濾器扁盒狀,自過濾設備帶水泵,因體積不大,水流強度也不高,不會大量占用缸中有限的空間,一般用於中小或小型魚缸,維護間格時間較短,維護較方便。流沙式過濾器比較有爭議的一種缸外過濾器,本身一般無驅動馬達,靠外接水箱中之沉水水泵供水,水流通過桶狀濾艙使其中的專用石英砂粒翻滾以增大附著其上的消化細菌分解水中有害化學物質的能力,屬純生化是過濾器材,理論上完全免維護,但需定期更換石英砂。過濾設備的選擇一定要根據個人的飼養類別而選擇,一般草缸對生化過濾和物理過濾的要求相對較低,而對及水流的要求相對較高(這裏不是范指的水流大小,而是流速,流量,位置方向的綜合因素)而裸缸和半裸缸,對生化過濾和物理過濾的要求較高,以及過濾設備是否能起到改善水質(分解及濾除水重大量代謝物和提高溶氧量)的作用也很重要!

2016年12月6日星期二

世界最大射電天文望遠鏡實現技術突破


   2月4日,位於貴州省平塘縣的世界最大的射電天文望遠鏡工程(FAST)索網安裝工程順利完成,這意味著該工程在關鍵技術難點上實現了突破。
   索網結構是FAST主動反射面的主要支撐結構,是反射面主動變位工作的關鍵點。索網制造與安裝工程也是500米口徑球面射電望遠鏡工程的主要技術難點之一,其關鍵技術問題主要包括超大跨度索網
安裝方案設計、超高疲勞性能鋼索結構研制、超高精度索結構制造工望遠鏡藝等。
  據了解,FAST索網是目前世界上跨度最大、精度最高的索網結構,也是世界上第一個採用變位工作方式的索網體系。工程的關鍵指標遠高於國內外相關領域的規范要求,在世界范圍內沒有可借鑒的
經驗或資料。如,主索索段控制精度須達到1毫米以內,主索節點的位置精度須達到5毫米。整個索網共6670根主索天文望遠鏡、2225個主索節點及相同數量的下拉索。索網總重量約為1300餘噸,主索截面一共有16
種規格,截面積介於金相顯微鏡 280平方毫米~1319平方毫米之間。由於場地條件限制,全部索結構須在高空中進行拼裝。
  經過一年半時間艱苦努力和技術攻關,FAST索網各項指標均達到或超過設計指標,贏得了國內外專家組的認可。隨著諸多技術難題的不斷攻克,形成了12項自主創新性的專利成果,其中發明專利7項
,這些成果對我國索結構工程領域的研發及制造能力起到了巨大的提升作用,也將應用到國民經濟的其他領域。
 

機械過濾設備的原理和特點剖析


  
  機械過濾器對於汙水中的懸浮物、有機物、顆粒、微生物以及部分的重金屬離子有很好的清除效果,它的優勢之處主要有以下幾點:
  
  1、設備的過濾精度高,對於顆粒直徑大於5μm的懸浮物的清除率能夠達到90--95%,出水的濁度也低於一般的砂濾器,而且還具有可調整性;
  
  2、過濾的速度快,這款設備的濾速一般能夠達到20--60m/h脫水機,是砂濾器的3倍,但是其占地面積遠遠小於砂濾器;
  
  3、納汙量大,設備的納汙量大於20Kg/m3,是一般設備的4倍以上;
  
  4、反沖洗的耗水量低,僅僅為產水量的0.50--1%;
  
  5、設備的過濾設備適用范圍廣,進水的濁度從15Ftu-200Ftu不等,出水的濁度均小於3Ftu,並且還能進行不斷的擴展;
  
  6、對於反洗的要求不是很高,在通常情況下都可以采用原水反洗的方法;
  
  7、通常情況下不需要排放初濾水,使用十分簡單;
  
  8、反洗的效果好,設備中的各個濾層拉伸空間比較大,因此清洗的效果更好;
  
  9、具有穩定的化學性能,使用壽命長;
  
  10、由於設備需要的反洗水量小,並且適用的范圍很廣,因此可以使用原水泵通過閥門進行調配,簡單方便。
 

2016年12月5日星期一

世界最大在建射電望遠鏡核心項目啟動攻關


   射電望遠鏡由定向天線或天線陣、饋電線、高靈敏度接收機和記錄儀等部分組成。可將微弱的天體電波高倍放大後進行檢波並記錄下來。主要用於探測宇宙中的遙遠信號和物質。
  中國正在建造的500米口徑球面射電望遠鏡最大的特點是索網結構可以隨著天體的移動自動變化放大鏡,帶動索網上活動的4450個反射面板產生變化,足以觀測到任意方向的天體,同時,饋源艙也隨索網一
同運動,採集反饋信息。
  中國電科面板單元技術負責人顯微鏡鄭元鵬說,這4450個反射面每一個都可以進行對焦,靈敏度可達美國阿雷西博射電望遠鏡的2倍,巡天速度是它的10倍。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望
遠鏡相比,靈敏度提高約10倍。建成後將成為世界第一大單口徑射電天文望遠鏡,在未來20至30年有望保持世界一流地位。
  中國電科表示,第一塊面板預計於今年5月下線,全部安裝及測試工作將於2016年9月望遠鏡前完成。
  中國電科產業部主任楊定江表示,該射電望遠鏡有能力將深空通訊延伸至太陽系外緣行星,將衛星數據接受能力提高100倍。