Fordelene ved elektronmikroskopi og optisk mikroskopi
Et submikroskop er et instrument, der bruger elektronstråler og linser i stedet for lysstråler og optiske linser baseret på principperne for elektronoptik, til at afbilde de fine strukturer af stof ved meget høje forstørrelser.
Opløsningen af et elektronmikroskop er repræsenteret af den lille afstand mellem tilstødende to punkter, som det kan skelne. I 1970erne var opløsningen af transmissionselektronmikroskopi omkring 0,3 nanometer (det menneskelige øjes opløsning 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 i atomerne og krystallerne af visse tungmetaller.
I 1931 modificerede Knorr og Ruska fra Tyskland et højspændingsoscilloskop med en kold katodeudladningselektronkilde og tre elektronlinser og opnåede billeder forstørret med mere end ti gange, hvilket bekræftede muligheden for elektronmikroskopforstørrelsesbilleddannelse. I 1932, med forbedringen af Ruska, nåede elektronmikroskopernes opløsning 50 nanometer, hvilket var omkring ti gange opløsningen af optiske mikroskoper på det tidspunkt. Som et resultat begyndte elektronmikroskoper at få opmærksomhed.
I 1940erne kompenserede Hill i USA for rotationsasymmetrien af elektronlinser med en astigmatisator, hvilket resulterede i et nyt gennembrud i elektronmikroskopers opløsning og gradvist nåede moderne niveauer. I Kina blev et transmissionselektronmikroskop med en opløsning på 3 nanometer med succes udviklet i 1958. I 1979 blev der også udviklet et stort elektronmikroskop med en opløsning på 0,3 nanometer.
Selvom opløsningen af elektronmikroskoper er langt bedre end optiske mikroskopers, er de vanskelige at observere levende organismer på grund af behovet for at arbejde under vakuumforhold, og elektronstrålebestråling kan også forårsage strålingsskader på biologiske prøver. Andre spørgsmål, såsom forbedring af elektronkanonlysstyrke og elektronlinsekvalitet, kræver også yderligere forskning.
Opløsning er en vigtig indikator for elektronmikroskopi, som er relateret til den indfaldende keglevinkel og bølgelængde af elektronstrålen, der passerer gennem prøven. Bølgelængden af synligt lys er omkring {{0}} nanometer, mens elektronstrålens bølgelængde er relateret til accelerationsspændingen. Når accelerationsspændingen er 50-100 kV, er elektronstrålens bølgelængde omkring 0.0053-0.0037 nanometer. På grund af det faktum, at elektronstrålens bølgelængde er meget mindre end synligt lys, selvom elektronstrålens keglevinkel kun er 1 % af et optisk mikroskops, er elektronmikroskopets opløsning stadig meget bedre end et optisk mikroskop.
Elektronmikroskopet består af tre dele: et rør, et vakuumsystem og et strømskab. Spejlløbet består hovedsageligt af komponenter såsom en elektronkanon, elektronlinse, prøveholder, fluorescerende skærm og fotograferingsmekanisme, som normalt er samlet i en cylinder fra top til bund; Vakuumsystemet består af en mekanisk vakuumpumpe, en diffusionspumpe og en vakuumventil, som er forbundet med spejlrøret gennem en ekstraktionsrørledning; Elskabet består af en højspændingsgenerator, magnetiseringsstrømstabilisator og forskellige regulerings- og kontrolenheder.
En sublinse 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 med 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, gate og katode. Den kan udsende og danne elektronstråler med ensartet hastighed, så stabiliteten af accelerationsspændingen kræves ikke mindre end en tusindedel.
