Prednosti elektronskih mikroskopov v primerjavi z optičnimi mikroskopi
Elektronski mikroskop je instrument, ki uporablja elektronski žarek in elektronsko lečo namesto svetlobnega žarka in optične leče po principu elektronske optike, tako da se fina struktura materiala slika pod zelo veliko povečavo.
Ločljivost elektronskega mikroskopa je izražena z majhnim razmikom med dvema sosednjima točkama, ki ju lahko loči. V 1970s je bila ločljivost transmisijskega elektronskega mikroskopa približno 0,3 nanometra (ločljivost človeškega očesa je približno 0,1 milimetra). Dandanes je velika povečava elektronskega mikroskopa več kot 3-milijonkratna, medtem ko je velika povečava optičnega mikroskopa približno 2,000-kratna, tako da lahko elektronski mikroskop neposredno opazuje atome in kristale nekaterih težkih kovin v lepo urejena atomska pikčasta matrika.
Leta 1931 sta nemška podjetja Knorr in Ruska z virom elektronov s hladno katodno razelektritvijo in tremi elektronskimi lečami modificirala visokonapetostni osciloskop in dosegla več kot desetkratno povečavo slike, kar je potrdilo možnost povečave slike z elektronskim mikroskopom. Leta 1932 je po izboljšavi Ruska ločljivost elektronskega mikroskopa dosegla 50 nanometrov, kar je približno 10-kratna ločljivost takratnega optičnega mikroskopa, in tako je elektronski mikroskop začel prejemati pozornost ljudi.
Leta 1940 je Hill iz Združenih držav uporabil razpršilec za kompenzacijo rotacijske asimetrije elektronske leče, tako da je ločljivost elektronskega mikroskopa doživela nov preboj in postopoma dosegla sodobno raven. Na Kitajskem je leta 1958 uspešen razvoj prenosnega elektronskega mikroskopa, njegova ločljivost 3 nanometre, leta 1979 in ločljivost 0,3 nanometra velikega elektronskega mikroskopa.
Čeprav je bila ločljivost elektronskega mikroskopa veliko boljša od optičnega mikroskopa, mora elektronski mikroskop delovati v vakuumskih pogojih, zato je težko opazovati žive organizme, obsevanje elektronskega žarka pa bo biološke vzorce naredilo poškodbe zaradi obsevanja. Še naprej je treba preučevati tudi druge probleme, kot sta svetlost elektronskega topa in izboljšanje kakovosti elektronske leče.
Ločljivost je pomemben kazalnik elektronskega mikroskopa, ki je povezan z vpadnim kotom stožca in valovno dolžino elektronskega žarka, ki prehaja skozi vzorec. Valovna dolžina vidne svetlobe je približno {{0}} nm, valovna dolžina žarka elektronov pa je povezana s pospeševalno napetostjo. Ko je pospeševalna napetost od 50 do 100 kV, je valovna dolžina elektronskega žarka približno 0,0053 do 0,0037 nm. Ker je valovna dolžina elektronskega žarka veliko manjša od valovne dolžine vidne svetlobe, je ločljivost elektronskega mikroskopa še vedno veliko boljša od ločljivosti optičnega mikroskopa, tudi če je kot stožca elektronskega žarka le 1 % optičnega mikroskopa. .
Elektronski mikroskop je sestavljen iz treh delov: zrcalne cevi, vakuumskega sistema in napajalne omarice. Cev ima predvsem elektronsko pištolo, elektronsko lečo, držalo za vzorec, fluorescenčni zaslon in mehanizem kamere ter druge komponente, te komponente so običajno sestavljene od zgoraj navzdol v stolpec; vakuumski sistem je sestavljen iz mehanske vakuumske črpalke, difuzijske črpalke in vakuumskih ventilov itd., in preko črpalnega cevovoda, povezanega s sodom ogledala; Napajalna omara je sestavljena iz visokonapetostnega generatorja, stabilizatorja vzbujalnega toka in različnih regulacijskih krmilnih enot.
Elektronska leča je pomemben del cevi elektronskega mikroskopa, je simetrična glede na os cevi vesoljskega električnega polja ali magnetnega polja, tako da sledi elektronov do osi oblikovanja fokusiranja vloge stekla konveksne leča, da je vloga žarka svetlobe pri fokusiranju podobna vlogi leče, zato se imenuje elektronska leča. Večina sodobnih elektronskih mikroskopov uporablja elektromagnetne leče z zelo stabilnim enosmernim vzbujalnim tokom skozi tuljavo s polovnim čevljem, ki ga ustvari močno magnetno polje za fokusiranje elektronov.
Elektronska pištola je komponenta, sestavljena iz volframove vroče katode, vrat in katode. Oddaja in tvori elektronski žarek z enakomerno hitrostjo, zato mora biti stabilnost pospeševalne napetosti najmanj en proti desettisoči.
Elektronske mikroskope lahko glede na strukturo in uporabo razdelimo na transmisijske elektronske mikroskope, vrstične elektronske mikroskope, refleksijske elektronske mikroskope in emisijske elektronske mikroskope. Transmisijski elektronski mikroskop se pogosto uporablja za opazovanje tistih, ki z običajnimi mikroskopi ne morejo razlikovati fine strukture materiala; vrstični elektronski mikroskop se uporablja predvsem za opazovanje morfologije trdne površine, pa tudi z rentgenskim difraktometrom ali elektronskim spektrometrom, združenim v elektronsko mikrosondo, ki se uporablja za analizo sestave materiala; emisijski elektronski mikroskop za preučevanje površine samoemisije elektronov.
