Zalety mikroskopii elektronowej w porównaniu do mikroskopii optycznej
Chociaż rozdzielczość mikroskopu elektronowego jest znacznie lepsza niż mikroskopu optycznego, trudno jest obserwować żywe organizmy, ponieważ musi on pracować w warunkach próżni, a napromieniowanie wiązką elektronów spowoduje uszkodzenie próbek biologicznych. Inne problemy, takie jak jasność działa elektronowego i poprawa jakości soczewki elektronowej, również wymagają dalszych badań.
Zdolność rozdzielcza jest ważnym wskaźnikiem mikroskopu elektronowego, który jest powiązany z kątem padania stożka i długością fali wiązki elektronów przechodzącej przez próbkę. Długość fali światła widzialnego wynosi od około 300 do 700 nanometrów, a długość fali wiązki elektronów jest powiązana z napięciem przyspieszającym. Gdy napięcie przyspieszające wynosi od 50 do 100 kV, długość fali wiązki elektronów wynosi około 0,0053 do 0,0037 nanometra. Ponieważ długość fali wiązki elektronów jest znacznie mniejsza niż długość fali światła widzialnego, więc nawet jeśli kąt stożka wiązki elektronów wynosi tylko 1% mikroskopu optycznego, zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest nadal znacznie lepsza niż optyczna mikroskop.
Mikroskop elektronowy składa się z trzech części: tubusu lustrzanego, układu próżniowego i szafki zasilającej. Lufa zawiera głównie działo elektronowe, soczewkę elektronową, uchwyt na próbki, ekran fluorescencyjny i mechanizm kamery oraz inne elementy. Elementy te są zwykle montowane od góry do dołu w kolumnę; system próżniowy składa się z mechanicznej pompy próżniowej, pomp dyfuzyjnych i zaworów próżniowych itp. oraz poprzez rurociąg pompujący podłączony do cylindra lustra; Szafa zasilająca składa się z generatora wysokiego napięcia, stabilizatora prądu wzbudzenia oraz szeregu regulacyjnych jednostek sterujących.
Soczewka elektronowa jest ważną częścią tubusu mikroskopu elektronowego, jest symetryczna do osi lufy kosmicznego pola elektrycznego lub pola magnetycznego, tak że elektron podąża do osi formowania ogniskowania, pełniąc rolę szkła wypukłego soczewka, aby rola skupienia wiązki światła była podobna do roli soczewki, dlatego nazywa się ją soczewką elektronową. Większość nowoczesnych mikroskopów elektronowych wykorzystuje soczewki elektromagnetyczne, dzięki bardzo stabilnemu prądowi wzbudzenia prądu stałego przepływającego przez cewkę ze stopką biegunową generowaną przez silne pole magnetyczne w celu skupienia elektronów.
Działo elektronowe to element składający się z gorącej katody wolframowej, bramki i katody. Emituje i tworzy wiązkę elektronów o jednakowej prędkości, dlatego wymagana jest stabilność napięcia przyspieszającego nie mniejsza niż jedna część na dziesięć tysięcy.
Mikroskopy elektronowe można podzielić na transmisyjne mikroskopy elektronowe, skaningowe mikroskopy elektronowe, refleksyjne mikroskopy elektronowe i emisyjne mikroskopy elektronowe, zgodnie z ich strukturą i zastosowaniem. Do obserwacji często używa się transmisyjnego mikroskopu elektronowego. W przypadku zwykłych mikroskopów nie można rozróżnić drobnej struktury materiału; skaningowy mikroskop elektronowy służy głównie do obserwacji morfologii powierzchni stałych, ale także w połączeniu z dyfraktometrem rentgenowskim lub spektrometrem elektronowym w postaci mikrosondy elektronowej, służy do analizy składu materiału; emisyjny mikroskop elektronowy do badania powierzchni samoemisji elektronów.
Wiązka elektronów skaningowego mikroskopu elektronowego nie przechodzi przez próbkę, a jedynie skanuje powierzchnię próbki, aby wzbudzić elektrony wtórne. Kryształ scyntylacyjny umieszczony obok próbki odbiera te elektrony wtórne, które są wzmacniane w celu modulowania intensywności wiązki elektronów CRT, zmieniając w ten sposób jasność na ekranie fluorescencyjnym CRT. Cewka odchylająca kineskopu jest zsynchronizowana z wiązką elektronów na powierzchni próbki, dzięki czemu ekran fluorescencyjny kineskopu wyświetla obraz topograficzny powierzchni próbki, co jest podobne do zasady działania telewizorów przemysłowych.
Rozdzielczość skaningowego mikroskopu elektronowego zależy głównie od średnicy wiązki elektronów na powierzchni próbki. Powiększenie to stosunek amplitudy skanowania na rurze do amplitudy skanowania na próbce, który może zmieniać się w sposób ciągły od dziesiątek do setek tysięcy razy. Skaningowe mikroskopy elektronowe nie wymagają bardzo cienkich próbek; obraz ma silne poczucie trójwymiarowości; i potrafi analizować skład substancji, wykorzystując informacje takie jak elektrony wtórne, elektrony zaabsorbowane i promieniowanie rentgenowskie generowane w wyniku interakcji wiązki elektronów z substancją.
Skaningowy mikroskop elektronowy działo elektronowe i zwierciadło plamujące oraz transmisyjny mikroskop elektronowy to mniej więcej to samo, ale aby wiązka elektronów była dokładniejsza, w zwierciadle plamującym pod soczewką obiektywu dodaje się rozpraszacz, w soczewce obiektywu dodaje się rozpraszacz wyposażony również w dwa zestawy prostopadłych do siebie wewnątrz cewki skanującej. Komora próbki pod soczewką obiektywu jest wyposażona w stolik na próbki, który można przesuwać, obracać i przechylać.
