Mikroskop elektronowy Mikroskop optyczny Zasada obrazowania Podobieństwa i różnice
Mikroskop elektronowy to instrument, który wykorzystuje wiązki elektronów i soczewki elektronowe zamiast wiązek światła i soczewek optycznych do obrazowania drobnych struktur substancji przy bardzo dużych powiększeniach w oparciu o zasadę optyki elektronowej.
Zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest reprezentowana przez minimalną odległość między dwoma sąsiednimi punktami, jaką może on rozróżnić. W latach siedemdziesiątych XX wieku transmisyjne mikroskopy elektronowe miały rozdzielczość około 0,3 nanometra (zdolność rozdzielcza ludzkiego oka wynosi około 0,1 milimetra). Teraz maksymalne powiększenie mikroskopu elektronowego przekracza 3 miliony razy, podczas gdy maksymalne powiększenie mikroskopu optycznego wynosi około 2000 razy, więc atomy niektórych metali ciężkich i starannie ułożone sieci atomowe w krysztale można bezpośrednio obserwować przez mikroskop elektronowy .
W 1931 roku Knorr-Bremse i Ruska z Niemiec ponownie zamontowali oscyloskop wysokonapięciowy ze źródłem elektronów z wyładowczą zimną katodą i trzema soczewkami elektronowymi i uzyskali obraz powiększony ponad dziesięciokrotnie, co potwierdziło możliwość obrazowania w powiększeniu za pomocą mikroskopu elektronowego. W 1932 roku, po udoskonaleniu Ruski, zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego osiągnęła 50 nanometrów, około dziesięciokrotnie przewyższając zdolność rozdzielczą ówczesnego mikroskopu optycznego, więc mikroskop elektronowy zaczął przyciągać uwagę ludzi.
W latach czterdziestych XX wieku Hill w Stanach Zjednoczonych użył astygmatyzatora do kompensacji asymetrii obrotowej soczewki elektronowej, co stanowiło nowy przełom w zdolności rozdzielczej mikroskopu elektronowego i stopniowo osiągnęło współczesny poziom. W Chinach w 1958 roku pomyślnie opracowano transmisyjny mikroskop elektronowy o rozdzielczości 3 nanometrów, aw 1979 roku wyprodukowano duży mikroskop elektronowy o rozdzielczości 0,3 nanometra.
Chociaż zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest znacznie lepsza niż mikroskopu optycznego, obserwacja żywych organizmów jest trudna, ponieważ mikroskop elektronowy musi pracować w warunkach próżni, a napromieniowanie wiązką elektronów spowoduje również, że próbki biologiczne ulec uszkodzeniu przez promieniowanie. Inne kwestie, takie jak poprawa jasności działa elektronowego i jakość soczewki elektronowej, również wymagają dalszych badań.
Zdolność rozdzielcza jest ważnym wskaźnikiem mikroskopii elektronowej, który jest powiązany z kątem padania stożka i długością fali wiązki elektronów przechodzącej przez próbkę. Długość fali światła widzialnego wynosi około {{0}} nanometrów, podczas gdy długość fali wiązek elektronów jest związana z napięciem przyspieszającym. Kiedy napięcie przyspieszające wynosi 50-100 kV, długość fali wiązki elektronów wynosi około 0,0053-0,0037 nanometra. Ponieważ długość fali wiązki elektronów jest znacznie mniejsza niż długość fali światła widzialnego, nawet jeśli kąt stożka wiązki elektronów wynosi tylko 1 procent kąta padającego w mikroskopie optycznym, zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego jest wciąż znacznie większa niż mikroskopu optycznego.
