Предимствата на електронната микроскопия и оптичната микроскопия
Субмикроскопът е инструмент, който използва електронни лъчи и лещи вместо светлинни лъчи и оптични лещи, основан на принципите на електронната оптика, за изобразяване на фините структури на материята при много големи увеличения.
Разделителната способност на електронния микроскоп се представя от малкото разстояние между съседни две точки, които той може да различи. През 1970 години разделителната способност на трансмисионната електронна микроскопия 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 в атомите и кристалите на някои тежки метали.
През 1931 г. Knorr и Ruska от Германия модифицират високоволтов осцилоскоп с източник на електрони със студен катоден разряд и три електронни лещи и получават изображения, увеличени повече от десет пъти, потвърждавайки възможността за изображения с увеличение чрез електронен микроскоп. През 1932 г. с усъвършенстването на Руска разделителната способност на електронните микроскопи достига 50 нанометра, което е около десет пъти по-висока от резолюцията на оптичните микроскопи по това време. В резултат на това електронните микроскопи започнаха да привличат внимание.
През 1940 години Хил в Съединените щати компенсира ротационната асиметрия на електронните лещи с астигматизатор, което води до нов пробив в разделителната способност на електронните микроскопи и постепенно достигане на съвременни нива. В Китай през 1958 г. успешно е разработен трансмисионен електронен микроскоп с разделителна способност 3 нанометра. През 1979 г. също е разработен голям електронен микроскоп с разделителна способност 0,3 нанометра.
Въпреки че разделителната способност на електронните микроскопи е много по-добра от тази на оптичните микроскопи, те са трудни за наблюдение на живи организми поради необходимостта 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 изискват допълнителни изследвания.
Разделителната способност е важен показател за електронната микроскопия, който е свързан с ъгъла на падащия конус и дължината на вълната на електронния лъч, преминаващ през пробата. Дължината на вълната на видимата светлина е около {{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 около 0.0053-0.0037 нанометра. Поради факта, че дължината на вълната на електронния лъч е много по-малка от тази на видимата светлина, дори ако ъгълът на конуса на електронния лъч е само 1% от този на оптичен микроскоп, разделителната способност на електронния микроскоп все още е много по-добра отколкото този на оптичен микроскоп.
Електронният микроскоп се състои от три части: тръба, вакуумна система и захранващ шкаф. Огледалната цев се състои главно от компоненти като електронен пистолет, електронна леща, държач за проба, флуоресцентен екран и фотографски механизъм, които обикновено се сглобяват в цилиндър отгоре надолу; Вакуумната система се състои от механична вакуумна помпа, дифузионна помпа и вакуумен клапан, които са свързани към огледалната тръба чрез извличащ тръбопровод; Силовият шкаф се състои от генератор за високо напрежение, стабилизатор на възбудителен ток и различни регулиращи и управляващи блокове.
Подлещата 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. Функцията му е подобна на тази на стъклена изпъкнала леща за фокусиране на светлинния лъч, така че се нарича електронна леща. Повечето съвременни електронни микроскопи използват електромагнитни лещи, които фокусират електрони със силно магнитно поле, генерирано от стабилен постоянен ток на възбуждане, преминаващ през намотка с полюсни обувки.
Електронният пистолет е компонент, съставен от горещ катод, затвор и катод от волфрамова жица. 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.
