Hvad er forskellen mellem lysmikroskopi og elektronmikroskopi?
Et typisk optisk mikroskop bruger synligt lys til at belyse en prøve og en række glaslinser til at forstørre billedet af prøven. Da du bruger lys, kan du placere prøven under mikroskopet i omgivende luft eller til nogle formål i en lille mængde vand eller olie. Til sammensat lysmikroskopi har vi normalt brug for, at prøven er tynd, fordi vi ønsker, at lys skal passere gennem den, så vi kan se indre detaljer. Dette betyder normalt at skære sektioner af prøven, men afhængigt af prøven kan tykkelsen af sektionerne være omkring 1 til 20 mikron. Med stereo- eller dissekerende lysmikroskopi er der ikke noget sådant krav, fordi du normalt kun ser på prøvens overflade. Observer det forstørrede billede i et optisk mikroskop gennem okularerne,
Elektronmikroskoper bruger en omhyggeligt kontrolleret stråle af elektroner som en form for belysning. Strålen styres og fokuseres af en række elektromagnetiske linser, som i det væsentlige er kraftige elektromagnetiske spoler med et centralt hul, hvorigennem elektronerne passerer. Linsen styrer lysstrålen, der rammer prøven og forstørrer også billedet af prøven. Da du arbejder med en elektronstråle, skal hele det optiske elektronsystem være i højvakuum, hvilket betyder, at prøven skal være egnet til vakuummiljøet. I et transmissionselektronmikroskop (TEM) skal elektroner passere gennem prøven, så prøven skal være meget tynd, mindre end 0,1 mikron. Forstørrede billeder ses på en fluorescerende skærm, men kan optages med et CCD-kamera monteret under eller over skærmen.
Scanning elektronmikroskopi (SEM) minder meget om et optisk dissektionsmikroskop på en måde, idet man ser meget omhyggeligt på overfladen af prøven, så den ikke behøver at være tynd. I SEM scannes prøven med en fint fokuseret elektronstråle, så prøven skal kunne modstå højvakuum og skal være rimelig ledende. (Dette skyldes, at du dumper en strøm af elektroner ind i prøven, og strømmen skal ledes væk.) SEM-prøver er ofte belagt med en meget tynd belægning af kulstof eller metal (såsom guld eller krom) for at gøre dem ledende.
Kommentarerne ovenfor beskriver forskellene i fysisk instrumentering, og jeg nævnte ikke engang, at elektronmikroskoper er større og mere komplekse end lysmikroskoper. Men den største forskel mellem lys- og elektronmikroskopi er opløsning - evnen til at løse meget små detaljer. Opløsning er i sidste ende begrænset af lysets bølgelængde i optisk mikroskopi og den effektive bølgelængde af elektronstrålen i elektronmikroskopi. Da bølgelængden af synligt lys er ca. i området {{0}} nanometer, er den optimale opløsning af optisk mikroskopi ca. 200 nanometer (0. 2 mikrometer). For en TEM, der opererer ved 200 kilovolt, er bølgelængden af elektronstrålen 0,0025 nanometer, den faktiske opløsning af et sådant instrument er omkring 0,2 nanometer, eller tusind gange bedre end et optisk mikroskop. Avancerede TEM'er kan have opløsninger tæt på 0,1 nanometer, og mange TEM'er kan afbilde atomer i regulære strukturer.
Da forstørrelse simpelthen er forholdet mellem, hvordan et objekt ser ud for øjet eller skærmen sammenlignet med dets faktiske størrelse, betyder det, at et meget godt optisk mikroskop har en maksimal forstørrelse på 1000-2000x og den maksimalt tilgængelige forstørrelse af høj kvalitet TEM er 1-2 millioner gange. For SEM er der mange andre faktorer, der påvirker opløsningen, og den maksimalt tilgængelige forstørrelse er sandsynligvis omkring 300,000x.
Som du kan se, er der faktisk mange forskelle mellem lys- og elektronmikroskopi, hvor opløsningsproblemer er det vigtigste. Til praktiske anvendelser vil valget af hvilken type instrument, der skal bruges, i sidste ende afhænge af den nødvendige opløsning og forstørrelse og den lette prøveforberedelse.
