В чем разница между световой микроскопией и электронной микроскопией?
Типичный оптический микроскоп использует видимый свет для освещения образца и ряд стеклянных линз для увеличения изображения образца. Поскольку вы используете свет, вы можете поместить образец под микроскоп в окружающий воздух или, в некоторых случаях, в небольшое количество воды или масла. Для составной световой микроскопии нам обычно нужно, чтобы образец был тонким, потому что мы хотим, чтобы свет проходил через него, чтобы мы могли видеть внутренние детали. Обычно это означает разрезание срезов образца, но в зависимости от образца толщина срезов может составлять от 1 до 20 микрон. При стереоскопии или препарирующей световой микроскопии такого требования нет, поскольку обычно вы просто смотрите на поверхность образца. Наблюдайте увеличенное изображение в оптический микроскоп через окуляры.
Электронные микроскопы используют тщательно контролируемый пучок электронов в качестве формы освещения. Луч контролируется и фокусируется серией электромагнитных линз, которые по сути представляют собой мощные электромагнитные катушки с центральным отверстием, через которое проходят электроны. Линза контролирует луч света, попадающий на образец, а также увеличивает изображение образца. Поскольку вы работаете с электронным лучом, вся электронно-оптическая система должна находиться в высоком вакууме, а это значит, что образец должен быть пригоден для вакуумной среды. В просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) электроны должны проходить через образец, поэтому образец должен быть очень тонким, менее 0,1 микрона. Увеличенные изображения просматриваются на флуоресцентном экране, но их можно записать с помощью камеры CCD, установленной под или над экраном.
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) в некотором смысле очень похожа на оптический препаровальный микроскоп: вы очень внимательно смотрите на поверхность образца, поэтому он не обязательно должен быть тонким. В СЭМ образец сканируется тонко сфокусированным электронным лучом, поэтому образец должен выдерживать высокий вакуум и иметь достаточную проводимость. (Это потому, что вы сбрасываете поток электронов в образец, а ток должен отводиться.) Образцы СЭМ часто покрываются очень тонким слоем углерода или металла (например, золота или хрома), чтобы сделать их проводящими.
В комментариях выше описаны различия в физических приборах, а я даже не упомянул, что электронные микроскопы крупнее и сложнее световых. Но главное различие между световой и электронной микроскопией — это разрешающая способность — способность разрешать очень мелкие детали. Разрешение в конечном итоге ограничено длиной волны света в оптической микроскопии и эффективной длиной волны электронного луча в электронной микроскопии. Поскольку длина волны видимого света находится примерно в диапазоне {{0}} нанометров, оптимальное разрешение оптической микроскопии составляет примерно 200 нанометров (0. 2 микрометра). Для ТЭМ, работающего при напряжении 200 киловольт, длина волны электронного луча составляет 0,0025 нанометра, фактическое разрешение такого прибора составляет около 0,2 нанометра, что в тысячу раз лучше, чем у оптического микроскопа. Усовершенствованные ПЭМ могут иметь разрешение, близкое к 0,1 нанометра, и многие ПЭМ могут отображать атомы в регулярных структурах.
Поскольку увеличение — это просто соотношение того, как объект выглядит глазом или на экране, по сравнению с его фактическим размером, это означает, что очень хороший оптический микроскоп имеет максимальное увеличение 1000-2000x и максимально доступное увеличение высокого качества. TEM равен 1-2 миллиону раз. Для SEM существует множество других факторов, влияющих на разрешение, и максимальное доступное увеличение, вероятно, составляет около 300,000x.
Как видите, между световой и электронной микроскопией действительно много различий, и главным из них является проблема разрешения. Для практических применений выбор типа используемого прибора в конечном итоге будет зависеть от требуемого разрешения и увеличения, а также от простоты подготовки проб.
