Fordelene med elektronmikroskopi og optisk mikroskopi
Et submikroskop er et instrument som bruker elektronstråler og linser i stedet for lysstråler og optiske linser basert på prinsippene for elektronoptikk, for å avbilde de fine strukturene til materie ved svært høye forstørrelser.
Oppløsningen til et elektronmikroskop er representert av den lille avstanden mellom tilstøtende to punkter som det kan skille. I 1970-årene var oppløsningen for transmisjonselektronmikroskopi omtrent 0,3 nanometer (det menneskelige øyets oppløsning var omtrent 0,1 millimeter). I dag har elektronmikroskoper en forstørrelse på over 3 millioner ganger, mens optiske mikroskoper har en forstørrelse på rundt 2000 ganger. Derfor kan elektronmikroskoper direkte observere det pent ordnede atomgitteret i atomene og krystallene til visse tungmetaller.
I 1931 modifiserte Knorr og Ruska fra Tyskland et høyspentoscilloskop med en kaldkatodeutladningselektronkilde og tre elektronlinser, og fikk bilder forstørret med mer enn ti ganger, noe som bekreftet muligheten for elektronmikroskopforstørrelsesavbildning. I 1932, med forbedringen av Ruska, nådde oppløsningen til elektronmikroskoper 50 nanometer, som var omtrent ti ganger oppløsningen til optiske mikroskoper på den tiden. Som et resultat begynte elektronmikroskoper å få oppmerksomhet.
På 1940-tallet kompenserte Hill i USA for rotasjonsasymmetrien til elektronlinser med en astigmatisator, noe som resulterte i et nytt gjennombrudd i oppløsningen til elektronmikroskoper og nådde gradvis moderne nivåer. I Kina ble et transmisjonselektronmikroskop med en oppløsning på 3 nanometer med suksess utviklet i 1958. I 1979 ble det også utviklet et stort elektronmikroskop med en oppløsning på 0,3 nanometer.
Selv om oppløsningen til elektronmikroskoper er langt overlegen den for optiske mikroskoper, er de vanskelige å observere levende organismer på grunn av behovet for å arbeide under vakuumforhold, og elektronstrålebestråling kan også forårsake strålingsskader på biologiske prøver. Andre problemer, som forbedring av elektronkanonlysstyrke og elektronlinsekvalitet, krever også videre forskning.
Oppløsning er en viktig indikator på elektronmikroskopi, som er relatert til den innfallende kjeglevinkelen og bølgelengden til elektronstrålen som passerer gjennom prøven. Bølgelengden til synlig lys er omtrent {{0}} nanometer, mens bølgelengden til elektronstrålen er relatert til akselerasjonsspenningen. Når akselerasjonsspenningen er 50-100 kV, er bølgelengden til elektronstrålen omtrent 0.0053-0.0037 nanometer. På grunn av det faktum at bølgelengden til elektronstrålen er mye mindre enn for synlig lys, selv om kjeglevinkelen til elektronstrålen bare er 1 % av den til et optisk mikroskop, er oppløsningen til elektronmikroskopet fortsatt mye bedre enn et optisk mikroskop.
Elektronmikroskopet består av tre deler: et rør, et vakuumsystem og et strømskap. Speilløpet består hovedsakelig av komponenter som en elektronkanon, elektronlinse, prøveholder, fluorescerende skjerm og fotograferingsmekanisme, som vanligvis er satt sammen til en sylinder fra topp til bunn; Vakuumsystemet består av en mekanisk vakuumpumpe, en diffusjonspumpe og en vakuumventil, som er koblet til speilrøret gjennom en ekstraksjonsrørledning; Strømskapet består av en høyspenningsgenerator, magnetiseringsstrømstabilisator og ulike regulerings- og kontrollenheter.
En sublinse er en viktig komponent i røret til et elektronmikroskop. Den bruker et romlig elektrisk eller magnetisk felt symmetrisk til rørets akse for å bøye elektronbanen mot aksen, og danner et fokus. Dens funksjon ligner på en konveks glasslinse for å fokusere lysstrålen, så den kalles en elektronlinse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruker elektromagnetiske linser, som fokuserer elektroner med et sterkt magnetfelt generert av en stabil DC-eksitasjonsstrøm som går gjennom en spole med polsko.
En elektronkanon er en komponent som består av en wolframtråd varm katode, port og katode. Den kan sende ut og danne elektronstråler med jevn hastighet, så stabiliteten til akselerasjonsspenningen er ikke mindre enn en tusendel.
