Предимства на електронния микроскоп и оптичния микроскоп
Електронният микроскоп е инструмент, базиран на принципите на електронната оптика, който използва електронни лъчи и лещи вместо светлинни лъчи и оптични лещи за изобразяване на фините структури на материята при много голямо увеличение.
Разделителната способност на електронния микроскоп е представена от малкото разстояние между съседни две точки, които може да различи. През 1970s разделителната способност на трансмисионния електронен микроскоп е била около 0.3 нанометра (разделителната способност на човешкото око е около 0,1 милиметра). В наши дни електронните микроскопи имат увеличение над 3 милиона пъти, докато оптичните микроскопи имат увеличение от около 2000 пъти. Следователно, електронните микроскопи могат директно да наблюдават спретнато подредената атомна решетка на определени атоми и кристали на тежки метали.
Въпреки че електронните микроскопи имат много по-добра разделителна способност от оптичните микроскопи, те са трудни за наблюдение на живи организми поради необходимостта им да работят при условия на вакуум, а облъчването с електронен лъч може също да причини радиационно увреждане на биологични проби. Други въпроси, като подобряването на яркостта на електронния пистолет и качеството на електронните лещи, също трябва да бъдат допълнително проучени.
Разделителната способност е важен показател за електронната микроскопия, който е свързан с ъгъла на конуса и дължината на вълната на електронния лъч, преминаващ през пробата. Дължината на вълната на видимата светлина е приблизително {{0}} нанометра, докато дължината на вълната на електронния лъч е свързана с ускоряващото напрежение. Когато ускоряващото напрежение е 50-100 kV, дължината на вълната на електронния лъч е приблизително 0.0053-0.0037 нанометра. Поради факта, че дължината на вълната на електронния лъч е много по-малка от дължината на вълната на видимата светлина, дори ако ъгълът на конуса на електронния лъч е само 1 процент от този на оптичен микроскоп, разделителната способност на електронния микроскоп все още е много по-добър от този на оптичен микроскоп.
Електронният микроскоп се състои от три части: огледална тръба, вакуумна система и захранващ шкаф. Цевта на обектива се състои главно от електронни пистолети, електронни лещи, стелажи за проби, флуоресцентни екрани и механизми на камерата, които обикновено се сглобяват в колона отгоре надолу; Вакуумната система се състои от механични вакуумни помпи, дифузионни помпи и вакуумни клапани и е свързана към огледалната тръба чрез тръбопровод за изсмукване на въздух; Силовият шкаф се състои от генератор за високо напрежение, стабилизатор на възбудителен ток и различни регулиращи и управляващи блокове.
Електронната леща е важен компонент в тръбата на електронния микроскоп. Той използва пространствено електрическо или магнитно поле, симетрично на оста на тръбата, за да огъне траекторията на електрона към оста, образувайки фокус. Неговата функция е подобна на тази на стъклена изпъкнала леща за фокусиране на лъча светлина, така че се нарича електронна леща. Повечето съвременни електронни микроскопи използват електромагнитни лещи, които фокусират електрони чрез силно магнитно поле, генерирано от стабилен постоянен ток на възбуждане, преминаващ през намотка с полюсни обувки.
Електронният пистолет е компонент, съставен от горещ катод от волфрамова жица, затвор и катод. Той може да излъчва и образува електронни лъчи с еднаква скорост, така че стабилността на ускоряващото напрежение трябва да бъде не по-малко от една хилядна.
Електронният лъч на сканиращия електронен микроскоп не преминава през пробата и само сканира и възбужда вторични електрони на повърхността на пробата. Сцинтилационният кристал, поставен до пробата, получава тези вторични електрони и модулира интензитета на електронния лъч на кинескопа след усилване, като по този начин променя яркостта на флуоресцентния екран на кинескопа. Отклоняващата намотка на кинескопа е синхронизирана с електронния лъч върху повърхността на пробата за сканиране, така че флуоресцентният екран на кинескопа показва морфологичното изображение на повърхността на пробата, което е подобно на работния принцип на индустриалната телевизия.
Разделителната способност на сканиращия електронен микроскоп зависи главно от диаметъра на електронния лъч на повърхността на пробата. Увеличението е съотношението на амплитудата на сканиране на тръбата за изображения към амплитудата на сканиране на пробата, което може непрекъснато да се променя от десетки пъти до стотици хиляди пъти. Сканиращата електронна микроскопия не изисква много тънки проби; Изображенията имат силно усещане за стереоскопия; Той може да анализира състава на веществата, като използва информация като вторични електрони, абсорбирани електрони и рентгенови лъчи, генерирани от взаимодействието между електронни лъчи и вещества.
Електронният пистолет и кондензаторът на сканиращия електронен микроскоп са приблизително същите като тези на трансмисионния електронен микроскоп, но за да се направи електронният лъч по-фин, под кондензатора се добавят обективна леща и астигматизатор и два комплекта взаимно перпендикулярни сканиращите бобини също са монтирани вътре в лещата на обектива. Камерата за проби под лещата на обектива е снабдена с платформа за проби, която може да се мести, завърта и накланя.
