Przewaga mikroskopii elektronowej nad mikroskopią optyczną
Mikroskop elektronowy to instrument wykorzystujący wiązki elektronów i soczewki elektronowe zamiast wiązek światła i soczewek optycznych w oparciu o zasady optyki elektronowej do obrazowania drobnej struktury materii przy bardzo dużym powiększeniu.
Zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego wyraża się przez małą odległość między dwoma sąsiednimi punktami, którą może on rozróżnić. W latach siedemdziesiątych0 XX wieku rozdzielczość transmisyjnych mikroskopów elektronowych wynosiła około 0,3 nanometra (zdolność rozdzielcza ludzkiego oka wynosi około 0,1 milimetra). Obecnie maksymalne powiększenie mikroskopów elektronowych przekracza 3 miliony razy, podczas gdy maksymalne powiększenie mikroskopów optycznych wynosi około 2,000 razy. Dlatego atomy niektórych metali ciężkich i starannie ułożoną sieć atomową w kryształach można bezpośrednio obserwować za pomocą mikroskopów elektronowych.
Chociaż zdolność rozdzielcza mikroskopów elektronowych jest znacznie lepsza niż mikroskopów optycznych, mikroskopy elektronowe muszą pracować w warunkach próżniowych, dlatego obserwacja organizmów żywych jest trudna, a napromieniowanie wiązkami elektronów może również powodować uszkodzenia radiacyjne próbek biologicznych. Należy w dalszym ciągu badać inne kwestie, takie jak poprawa jasności działa elektronowego i jakość soczewki elektronowej.
Zdolność rozdzielcza jest ważnym wskaźnikiem mikroskopu elektronowego, który jest powiązany z kątem stożka padającego 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 kilowoltów, długość fali wiązki elektronów wynosi w przybliżeniu 0,0053 do 0,0037 nanometra. Ponieważ długość fali wiązki elektronów jest znacznie mniejsza niż długość fali światła widzialnego, nawet jeśli kąt stożka wiązki elektronów wynosi tylko 1% kąta mikroskopu optycznego, zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest nadal znacznie większa od tej mikroskopu optycznego.
Mikroskop elektronowy składa się z trzech części: tubusu soczewki, układu próżniowego i szafki zasilającej. Tubus obiektywu zawiera głównie elementy, takie jak działo elektronowe, soczewka elektronowa, uchwyt próbki, ekran fluorescencyjny i mechanizm kamery. Elementy te są zwykle montowane w cylindrze od góry do dołu; układ próżniowy składa się z mechanicznej pompy próżniowej, pompy dyfuzyjnej, zaworu próżniowego itp. i jest pompowany przez gazociąg podłączony do tubusu soczewki; szafa zasilająca składa się z generatora wysokiego napięcia, stabilizatora prądu wzbudzenia i różnych jednostek sterujących regulacją.
Soczewka elektronowa jest ważnym elementem tubusu mikroskopu elektronowego. Wykorzystuje przestrzenne pole elektryczne lub pole magnetyczne, które jest symetryczne do osi cylindra, aby zagiąć trajektorię elektronu w kierunku osi i utworzyć ognisko. Jej funkcja jest podobna do funkcji szklanej soczewki wypukłej skupiającej wiązkę światła, dlatego nazywa się ją soczewką elektronową. . Większość nowoczesnych mikroskopów elektronowych wykorzystuje soczewki elektromagnetyczne. Silne pole magnetyczne generowane przez bardzo stabilny prąd wzbudzenia DC przepływający przez cewkę z nabiegunnikami skupia elektrony.
Działo elektronowe to element składający się z gorącej katody z włókna wolframowego, siatki i katody. Może emitować i tworzyć wiązki elektronów ze stałą prędkością, dlatego wymagana jest stabilność napięcia przyspieszającego nie mniejsza niż jedna dziesiąta tysięczna.
Mikroskopy elektronowe można podzielić na transmisyjne mikroskopy elektronowe, skaningowe mikroskopy elektronowe, refleksyjne mikroskopy elektronowe i emisyjne mikroskopy elektronowe ze względu na ich budowę i zastosowanie. Transmisyjne mikroskopy elektronowe są często używane do obserwacji drobnych struktur materiałowych, których nie można rozróżnić za pomocą zwykłych mikroskopów; skaningowe mikroskopy elektronowe służą głównie do obserwacji morfologii powierzchni stałych, ale można je również łączyć z dyfraktometrami rentgenowskimi lub spektrometrami energii elektronów w celu utworzenia elektronów. Mikrosondy służą do analizy składu materiałów; Emisyjne mikroskopy elektronowe służą do badania powierzchni samoemitujących elektronów.
