Zalety mikroskopii elektronowej i mikroskopii optycznej
Podmikroskop to instrument wykorzystujący wiązki elektronów i soczewki zamiast wiązek światła i soczewek optycznych opartych na zasadach optyki elektronowej do obrazowania drobnych struktur materii przy bardzo dużych powiększeniach.
Rozdzielczość mikroskopu elektronowego jest reprezentowana przez małą odległość między dwoma sąsiednimi punktami, jaką może on rozróżnić. W latach siedemdziesiątych0 XX wieku rozdzielczość transmisyjnej mikroskopii elektronowej wynosiła około 0,3 nanometra (rozdzielczość ludzkiego oka wynosiła około 0,1 milimetra). Obecnie mikroskopy elektronowe mają powiększenie ponad 3 miliony razy, podczas gdy mikroskopy optyczne mają powiększenie około 2000 razy. Dlatego mikroskopy elektronowe mogą bezpośrednio obserwować starannie ułożoną sieć atomową w atomach i kryształach niektórych metali ciężkich.
W 1931 roku Knorr i Ruska z Niemiec zmodyfikowali oscyloskop wysokonapięciowy ze źródłem elektronów z wyładowaniem z zimną katodą i trzema soczewkami elektronowymi i uzyskali obrazy powiększone ponad dziesięciokrotnie, potwierdzając możliwość obrazowania w powiększeniu mikroskopu elektronowego. W 1932 roku, wraz z udoskonaleniem Ruski, rozdzielczość mikroskopów elektronowych osiągnęła 50 nanometrów, czyli około dziesięciokrotnie większą rozdzielczość ówczesnych mikroskopów optycznych. W rezultacie zaczęto zwracać uwagę na mikroskopy elektronowe.
W latach czterdziestych XX wieku Hill w Stanach Zjednoczonych skompensował asymetrię obrotową soczewek elektronowych za pomocą astygmatyzatora, co doprowadziło do nowego przełomu w rozdzielczości mikroskopów elektronowych i stopniowo osiągnęło nowoczesny poziom. W Chinach w 1958 r. pomyślnie opracowano transmisyjny mikroskop elektronowy o rozdzielczości 3 nanometrów. W 1979 r. opracowano także duży mikroskop elektronowy o rozdzielczości 0,3 nanometra.
Chociaż rozdzielczość mikroskopów elektronowych jest znacznie lepsza od mikroskopów optycznych, obserwacje organizmów żywych są trudne ze względu na konieczność pracy w warunkach próżni, a napromieniowanie wiązką elektronów może również powodować uszkodzenie radiacyjne próbek biologicznych. Dalsze badania wymagają również inne kwestie, takie jak poprawa jasności działa elektronowego i jakości soczewki elektronowej.
Rozdzielczość jest ważnym wskaźnikiem mikroskopii elektronowej, która jest powiązana z kątem stożka padającego i długością fali wiązki elektronów przechodzącej przez próbkę. Długość fali światła widzialnego wynosi około {{0}} nanometrów, natomiast długość fali wiązki elektronów jest powiązana z napięciem przyspieszającym. Gdy napięcie przyspieszające wynosi 50-100 kV, długość fali wiązki elektronów wynosi około 0,0053-0,0037 nanometrów. Ze względu na to, że długość fali wiązki elektronów jest znacznie mniejsza niż światło widzialne, nawet jeśli kąt stożka wiązki elektronów wynosi tylko 1% kąta mikroskopu optycznego, rozdzielczość mikroskopu elektronowego jest nadal znacznie lepsza niż mikroskop optyczny.
Mikroskop elektronowy składa się z trzech części: rurki, układu próżniowego i szafki zasilającej. Beczka lustra składa się głównie z elementów, takich jak działo elektronowe, soczewka elektronowa, uchwyt na próbki, ekran fluorescencyjny i mechanizm fotograficzny, które zwykle są montowane w cylindrze od góry do dołu; Układ próżniowy składa się z mechanicznej pompy próżniowej, pompy dyfuzyjnej i zaworu próżniowego, które są połączone z rurą lustrzaną rurociągiem ekstrakcyjnym; Szafa zasilająca składa się z generatora wysokiego napięcia, stabilizatora prądu wzbudzenia oraz różnych jednostek regulujących i sterujących.
Subsoczewka jest ważnym elementem tubusu mikroskopu elektronowego. Wykorzystuje przestrzenne pole elektryczne lub magnetyczne symetryczne do osi lampy, aby zagiąć trajektorię elektronów w kierunku osi, tworząc ognisko. Jej funkcja jest podobna do funkcji szklanej soczewki wypukłej, polegającej na skupianiu wiązki światła, dlatego nazywa się ją soczewką elektronową. Większość nowoczesnych mikroskopów elektronowych wykorzystuje soczewki elektromagnetyczne, które skupiają elektrony za pomocą silnego pola magnetycznego generowanego przez stabilny prąd wzbudzenia DC przepływający przez cewkę z nabiegunnikami.
Działo elektronowe to element składający się z gorącej katody, bramki i katody z drutu wolframowego. Może emitować i tworzyć wiązki elektronów ze stałą prędkością, dlatego wymagana jest stabilność napięcia przyspieszającego nie mniejsza niż jedna tysięczna.
