Преимущества электронной микроскопии перед оптической микроскопией
Электронный микроскоп — это инструмент, который использует электронные лучи и электронные линзы вместо световых лучей и оптических линз, основанный на принципах электронной оптики, для изображения тонкой структуры вещества при очень большом увеличении.
Разрешающая способность электронного микроскопа выражается небольшим расстоянием между двумя соседними точками, которые он может разрешить. В 1970х годах разрешение просвечивающих электронных микроскопов составляло около 0,3 нанометра (разрешающая способность человеческого глаза — около 0,1 миллиметра). В настоящее время максимальное увеличение электронных микроскопов превышает 3 миллиона раз, тогда как максимальное увеличение оптических микроскопов составляет около 2,000 раз. Поэтому атомы некоторых тяжелых металлов и аккуратно расположенную атомную решетку в кристаллах можно наблюдать непосредственно в электронные микроскопы.
Хотя разрешающая способность электронных микроскопов намного лучше, чем у оптических микроскопов, электронным микроскопам приходится работать в условиях вакуума, поэтому наблюдать за живыми организмами сложно, а облучение электронными пучками также может вызвать радиационное повреждение биологических образцов. Другие вопросы, такие как улучшение яркости электронной пушки и качества электронной линзы, также требуют дальнейшего изучения.
Разрешающая способность — важный показатель электронного микроскопа, который связан с углом падающего 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 киловольт, 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 угла конуса оптического микроскопа, разрешающая способность электронного микроскопа все равно намного превосходит его. оптического микроскопа.
Электронный микроскоп состоит из трех частей: тубуса линзы, вакуумной системы и силового шкафа. Корпус объектива в основном включает в себя такие компоненты, как электронная пушка, электронная линза, держатель образца, флуоресцентный экран и механизм камеры. Эти компоненты обычно собираются в цилиндр сверху вниз; вакуумная система состоит из механического вакуумного насоса, диффузионного насоса, вакуумного клапана и т. д. и откачивается через газопровод, соединенный с линзовой трубкой; Силовой шкаф состоит из высоковольтного генератора, стабилизатора тока возбуждения и различных блоков управления регулировкой.
Электронная линза является важным компонентом корпуса электронного микроскопа. Он использует пространственное электрическое или магнитное поле, симметричное оси ствола, для изгиба траектории электрона к оси и формирования фокуса. Ее функция аналогична функции стеклянной выпуклой линзы для фокусировки луча, поэтому ее называют электронной линзой. . В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы. Сильное магнитное поле, создаваемое очень стабильным постоянным током возбуждения, проходящим через катушку с полюсными наконечниками, фокусирует электроны.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из горячего катода с вольфрамовой нитью, сетки и катода. Он может излучать и формировать электронные пучки 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 конструкции и использования. Просвечивающие электронные микроскопы часто используются для наблюдения мельчайших структур материала, которые невозможно различить с помощью обычных микроскопов; сканирующие электронные микроскопы в основном используются для наблюдения за морфологией твердых поверхностей, а также могут быть объединены с рентгеновскими дифрактометрами или электронно-энергетическими спектрометрами для формирования электронных микрозондов, используемых для анализа состава материалов; Эмиссионные электронные микроскопы используются для исследования поверхностей самоизлучающих электронов.
