Fordeler med elektronmikroskopi fremfor optisk mikroskopi
Et elektronmikroskop er et instrument som bruker elektronstråler og elektronlinser i stedet for lysstråler og optiske linser basert på elektronoptikks prinsipper for å avbilde den fine strukturen til materie ved svært høy forstørrelse.
Oppløsningskraften til et elektronmikroskop uttrykkes ved den lille avstanden mellom to tilstøtende punkter som det kan løse. I 1970-årene var oppløsningen til transmisjonselektronmikroskoper omtrent 0,3 nanometer (oppløsningsevnen til det menneskelige øyet er omtrent 0,1 millimeter). I dag overstiger den maksimale forstørrelsen av elektronmikroskoper 3 millioner ganger, mens den maksimale forstørrelsen for optiske mikroskoper er omtrent 2,000 ganger. Derfor kan atomer av visse tungmetaller og det pent ordnede atomgitteret i krystaller observeres direkte gjennom elektronmikroskop.
Selv om oppløsningsevnen til elektronmikroskoper er langt bedre enn optiske mikroskoper, må elektronmikroskoper fungere under vakuumforhold, så det er vanskelig å observere levende organismer, og bestråling av elektronstråler kan også forårsake strålingsskader på biologiske prøver. Andre problemer, som forbedring av lysstyrken til elektronkanonen og kvaliteten på elektronlinsen, må også studeres videre.
Oppløsningskraften er en viktig indikator på et elektronmikroskop, som er relatert til den innfallende kjeglevinkelen og bølgelengden til elektronstrålen som passerer gjennom prøven. Bølgelengden til synlig lys er omtrent 300 til 700 nanometer, og bølgelengden til elektronstrålen er relatert til akselerasjonsspenningen. Når akselerasjonsspenningen er 50 til 100 kilovolt, er elektronstrålens bølgelengde omtrent 0,0053 til 0,0037 nanometer. Siden bølgelengden til elektronstrålen er mye mindre enn bølgelengden til synlig lys, selv om kjeglevinkelen til elektronstrålen bare er 1 % av den til det optiske mikroskopet, er oppløsningskraften til elektronmikroskopet fortsatt langt overlegen den. av det optiske mikroskopet.
Elektronmikroskopet består av tre deler: linserør, vakuumsystem og strømskap. Linserøret inkluderer hovedsakelig komponenter som en elektronkanon, en elektronlinse, en prøveholder, en fluorescerende skjerm og en kameramekanisme. Disse komponentene er vanligvis satt sammen til en sylinder fra topp til bunn; vakuumsystemet består av en mekanisk vakuumpumpe, en diffusjonspumpe, en vakuumventil osv., og pumpes gjennom Gassrørledningen er koblet til linserøret; strømskapet er sammensatt av en høyspenningsgenerator, en magnetiseringsstrømstabilisator og ulike justeringskontrollenheter.
Elektronlinsen er en viktig komponent i elektronmikroskopet. Den bruker et romlig elektrisk felt eller magnetisk felt som er symmetrisk til aksen til tønnen for å bøye elektronbanen mot aksen for å danne et fokus. Dens funksjon ligner på en konveks glasslinse for å fokusere strålen, så den kalles en elektronlinse. . De fleste moderne elektronmikroskoper bruker elektromagnetiske linser. Det sterke magnetfeltet som genereres av en meget stabil DC-eksitasjonsstrøm som går gjennom en spole med polsko, fokuserer elektronene.
Elektronkanonen er en komponent som består av en varm katode av wolframfilament, et gitter og en katode. Den kan sende ut og danne elektronstråler med jevn hastighet, så stabiliteten til akselerasjonsspenningen kreves ikke mindre enn en ti tusendel.
Elektronmikroskoper kan deles inn i transmisjonselektronmikroskop, skanningselektronmikroskop, refleksjonselektronmikroskop og emisjonselektronmikroskop i henhold til deres strukturer og bruksområder. Transmisjonselektronmikroskoper brukes ofte til å observere små materialstrukturer som ikke kan skilles fra med vanlige mikroskoper; skanningselektronmikroskoper brukes hovedsakelig for å observere morfologien til faste overflater, og kan også kombineres med røntgendiffraktometre eller elektronenergispektrometre for å danne elektron Mikroprober brukes til materialsammensetningsanalyse; emisjonselektronmikroskoper brukes til studiet av selvemitterende elektronoverflater.
