Fordele ved elektronmikroskop og optisk mikroskop
Elektronmikroskop er et instrument baseret på principperne for elektronisk optik, som bruger elektronstråler og linser i stedet for lysstråler og optiske linser til at afbilde stofets fine strukturer i meget høj forstørrelse.
Et elektronmikroskops opløsningsevne er repræsenteret ved den lille afstand mellem tilstødende to punkter, det kan skelne. I 1970erne var opløsningen af et transmissionselektronmikroskop omkring 0,3 nanometer (opløsningen af det menneskelige øje var omkring 0,1 millimeter). I dag har elektronmikroskoper en forstørrelse på over 3 millioner gange, mens optiske mikroskoper har en forstørrelse på omkring 2000 gange. Derfor kan elektronmikroskoper direkte observere det pænt arrangerede atomgitter af visse tungmetalatomer og krystaller.
Selvom elektronmikroskoper har meget bedre opløsning end optiske mikroskoper, er de svære at observere levende organismer på grund af deres behov for at arbejde under vakuumforhold, og elektronstrålebestråling kan også forårsage strålingsskader på biologiske prøver. Andre spørgsmål, såsom forbedring af elektronkanonlysstyrke og elektronlinsekvalitet, skal også undersøges yderligere.
Opløsning er en vigtig indikator for elektronmikroskopi, som er relateret til keglevinklen og bølgelængden af elektronstrålen, der passerer gennem prøven. Bølgelængden af synligt lys er cirka {{0}} nanometer, mens elektronstrålens bølgelængde er relateret til accelerationsspændingen. Når accelerationsspændingen er 50-100 kV, er bølgelængden af elektronstrålen cirka 0.0053-0.0037 nanometer. På grund af det faktum, at elektronstrålens bølgelængde er meget mindre end bølgelængden af synligt lys, selvom elektronstrålens keglevinkle kun er 1 procent af et optisk mikroskops, er opløsningen af elektronmikroskopet stadig meget bedre end et optisk mikroskop.
Elektronmikroskopet består af tre dele: et spejlrør, et vakuumsystem og et strømskab. Linserøret består hovedsageligt af elektroniske kanoner, elektroniske linser, prøvestativer, fluorescerende skærme og kameramekanismer, som normalt er samlet i en søjle fra top til bund; Vakuumsystemet er sammensat af mekaniske vakuumpumper, diffusionspumper og vakuumventiler og er forbundet til spejlrøret gennem en luftudsugningsrørledning; Strømskabet er sammensat af en højspændingsgenerator, magnetiseringsstrømstabilisator og forskellige regulerings- og kontrolenheder.
En elektronlinse er en vigtig komponent i røret i et elektronmikroskop. Den bruger et rumligt elektrisk eller magnetisk felt, der er symmetrisk til rørets akse, til at bøje elektronbanen mod aksen og danner et fokus. Dens funktion svarer til en konveks glaslinse til at fokusere lysstrålen, så den kaldes en elektronlinse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruger elektromagnetiske linser, som fokuserer elektroner gennem et stærkt magnetfelt genereret af en stabil DC-excitationsstrøm, der passerer gennem en spole med polsko.
En elektronkanon er en komponent sammensat af en wolframtråd varm katode, en gate og en katode. Den kan udsende og danne elektronstråler med ensartet hastighed, så stabiliteten af accelerationsspændingen kræves ikke mindre end en tusindedel.
Elektronstrålen i et scanningselektronmikroskop passerer ikke gennem prøven og scanner og exciterer kun sekundære elektroner på prøvens overflade. Scintillationskrystallen, der er placeret ved siden af prøven, modtager disse sekundære elektroner og modulerer billedrørets elektronstråleintensitet efter forstærkning og ændrer derved lysstyrken af billedrørets fluorescerende skærm. Billedrørets afbøjningsspole er synkroniseret med elektronstrålen på prøveoverfladen til scanning, således at billedrørets fluorescerende skærm viser morfologibilledet af prøveoverfladen, som ligner arbejdsprincippet for industrielt tv.
Opløsningen af et scanning elektronmikroskop afhænger hovedsageligt af diameteren af elektronstrålen på overfladen af prøven. Forstørrelsen er forholdet mellem scanningsamplituden på billedrøret og scanningsamplituden på prøven, som kontinuerligt kan ændre sig fra titusinder til hundredtusindvis af gange. Scanning elektronmikroskopi kræver ikke meget tynde prøver; Billeder har en stærk følelse af stereoskopi; Det kan analysere sammensætningen af stoffer ved hjælp af information såsom sekundære elektroner, absorberede elektroner og røntgenstråler genereret af interaktionen mellem elektronstråler og stoffer.
Elektronkanonen og kondensatoren i et scanningselektronmikroskop er nogenlunde de samme som i et transmissionselektronmikroskop, men for at gøre elektronstrålen finere tilføjes en objektivlinse og en astigmatisator under kondensatoren og to sæt indbyrdes vinkelrette scanningsspoler er også installeret inde i objektivlinsen. Prøvekammeret under objektivlinsen er udstyret med et prøvetrin, der kan flyttes, drejes og vippes.
