Преимущества электронной микроскопии по сравнению с оптической микроскопией.
Хотя разрешение электронного микроскопа намного лучше, чем у оптического микроскопа, наблюдать за живыми организмами трудно, поскольку он должен работать в условиях вакуума, а облучение электронным лучом приведет к повреждению биологических образцов. Другие проблемы, такие как яркость электронной пушки и улучшение качества электронной линзы, также требуют дальнейшего изучения.
Разрешающая способность — важный показатель электронного микроскопа, который связан с углом падения конуса и длиной волны электронного луча, проходящего через образец. Длина волны видимого света составляет от 300 до 700 нанометров, а длина волны электронного луча связана с ускоряющим напряжением. Когда ускоряющее напряжение составляет от 50 до 100 кВ, длина волны электронного луча составляет примерно от 0,0053 до 0,0037 нанометров. Поскольку длина волны электронного луча намного меньше длины волны видимого света, даже если угол конуса электронного луча составляет всего 1% от оптического микроскопа, разрешающая способность электронного микроскопа все равно намного лучше, чем у оптического. микроскоп.
Электронный микроскоп состоит из трех частей: зеркальной трубки, вакуумной системы и шкафа питания. Ствол в основном состоит из электронной пушки, электронной линзы, держателя образца, флуоресцентного экрана, механизма камеры и других компонентов, эти компоненты обычно собираются сверху вниз в колонну; вакуумная система состоит из механического вакуумного насоса, диффузионных насосов и вакуумных клапанов и т.п. и посредством откачивающего трубопровода соединена с корпусом зеркала; Шкаф электропитания состоит из высоковольтного генератора, стабилизатора тока возбуждения и множества регулирующих устройств управления.
Электронная линза является важной частью корпуса электронного микроскопа, она симметрична оси ствола космического электрического поля или магнитного поля, так что электрон движется к оси формирования фокусировки роли выпуклого стекла. Линза, чтобы сделать роль фокусировки луча света аналогична роли линзы, поэтому ее называют электронной линзой. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы с очень стабильным постоянным током возбуждения через катушку с полюсным башмаком, создаваемым сильным магнитным полем для фокусировки электронов.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из вольфрамового горячего катода, затвора и катода. Он излучает и формирует электронный пучок с одинаковой скоростью, поэтому стабильность ускоряющего напряжения должна быть не менее одной десятитысячной.
Электронные микроскопы можно разделить на просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы, отражательные электронные микроскопы и эмиссионные электронные микроскопы в зависимости от их структуры и использования. Просвечивающий электронный микроскоп часто используют для наблюдения за теми, кто с помощью обычных микроскопов не может различить тонкую структуру материала; сканирующий электронный микроскоп в основном используется для наблюдения за морфологией твердых поверхностей, а также с рентгеновским дифрактометром или электронным спектрометром, объединенным в электронный микрозонд, используемый для анализа состава материала; Эмиссионный электронный микроскоп для исследования поверхности самоэмиссии электронов.
Электронный луч сканирующего электронного микроскопа не проходит через образец, а лишь сканирует поверхность образца для возбуждения вторичных электронов. Сцинтилляционный кристалл, расположенный рядом с образцом, принимает эти вторичные электроны, которые усиливаются, модулируя интенсивность электронного луча ЭЛТ, изменяя тем самым яркость флуоресцентного экрана ЭЛТ. Отклоняющая катушка ЭЛТ синхронизируется с электронным лучом на поверхности образца, так что на флуоресцентном экране ЭЛТ отображается топографическое изображение поверхности образца, что аналогично принципу работы промышленных телевизоров.
Разрешение сканирующего электронного микроскопа в основном определяется диаметром электронного луча на поверхности образца. Увеличение представляет собой отношение амплитуды сканирования на трубке к амплитуде сканирования на образце, которое можно плавно изменять от десятков до сотен тысяч раз. Сканирующие электронные микроскопы не требуют очень тонких образцов; изображение имеет сильное ощущение трехмерности; и может анализировать состав вещества, используя такую информацию, как вторичные электроны, поглощенные электроны и рентгеновские лучи, генерируемые в результате взаимодействия электронного луча с веществом.
Сканирующий электронный микроскоп, электронная пушка, зрительное зеркало и просвечивающий электронный микроскоп более или менее одинаковы, но для того, чтобы сделать электронный луч более тонким, в зрительное зеркало под объективом добавлен диспергатор, в объектив объектива также оснащен двумя наборами перпендикулярных друг другу внутри сканирующей катушки. Камера для проб под объективом оснащена предметным столиком, который можно перемещать, вращать и наклонять.
