Преимущества электронного микроскопа и оптического микроскопа
Электронный микроскоп — это инструмент, основанный на принципах электронной оптики, который использует электронные лучи и линзы вместо световых лучей и оптических линз для изображения тонких структур материи при очень большом увеличении.
Разрешающая способность электронного микроскопа определяется небольшим расстоянием между двумя соседними точками, которые он может различить. В 1970с разрешение просвечивающего электронного микроскопа составляло около 0,3 нанометра (разрешение человеческого глаза составляло около 0,1 миллиметра). В настоящее время электронные микроскопы имеют увеличение более 3 миллионов раз, а оптические микроскопы — около 2000 раз. Таким образом, электронные микроскопы могут напрямую наблюдать аккуратно расположенную атомную решетку некоторых атомов и кристаллов тяжелых металлов.
Хотя электронные микроскопы имеют гораздо лучшее разрешение, чем оптические микроскопы, на них трудно наблюдать живые организмы из-за необходимости работать в условиях вакуума, а облучение электронным лучом также может вызвать радиационное повреждение биологических образцов. Другие вопросы, такие как улучшение яркости электронной пушки и качества электронных линз, также требуют дальнейшего изучения.
Разрешение — важный показатель электронной микроскопии, который связан с углом конуса и длиной волны электронного луча, проходящего через образец. Длина волны видимого света составляет примерно {{0}} нанометров, а длина волны электронного луча связана с ускоряющим напряжением. Когда ускоряющее напряжение составляет 50-100 кВ, длина волны электронного луча составляет примерно 0,0053-0,0037 нанометров. В связи с тем, что длина волны электронного луча намного меньше длины волны видимого света, даже если угол конуса электронного луча составляет всего 1 процент от угла оптического микроскопа, разрешающая способность электронного микроскопа все равно намного меньше. лучше, чем у оптического микроскопа.
Электронный микроскоп состоит из трех частей: зеркальной трубки, вакуумной системы и силового шкафа. Корпус объектива в основном состоит из электронных пушек, электронных линз, штативов для образцов, флуоресцентных экранов и механизмов камеры, которые обычно собираются в колонну сверху вниз; Вакуумная система состоит из механических вакуумных насосов, диффузионных насосов и вакуумных клапанов и соединена с зеркальной трубкой через трубопровод отвода воздуха; Силовой шкаф состоит из высоковольтного генератора, стабилизатора тока возбуждения и различных блоков регулирования и управления.
Электронная линза является важным компонентом трубки электронного микроскопа. Он использует пространственное электрическое или магнитное поле, симметричное оси трубки, чтобы искривить траекторию электрона к оси, образуя фокус. Ее функция аналогична функции стеклянной выпуклой линзы для фокусировки луча света, поэтому ее называют электронной линзой. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы, которые фокусируют электроны посредством сильного магнитного поля, создаваемого стабильным постоянным током возбуждения, проходящим через катушку с полюсными башмаками.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из горячего катода из вольфрамовой проволоки, затвора и катода. Он может излучать и формировать электронные пучки с одинаковой скоростью, поэтому стабильность ускоряющего напряжения должна быть не менее одной тысячной.
Электронный луч сканирующего электронного микроскопа не проходит через образец, а только сканирует и возбуждает вторичные электроны на поверхности образца. Сцинтилляционный кристалл, расположенный рядом с образцом, принимает эти вторичные электроны и модулирует интенсивность электронного луча кинескопа после усиления, тем самым изменяя яркость флуоресцентного экрана кинескопа. Отклоняющая катушка кинескопа синхронизируется с электронным лучом на поверхности образца для сканирования, так что флуоресцентный экран кинескопа отображает морфологическое изображение поверхности образца, что аналогично принципу работы промышленного телевидения.
Разрешение сканирующего электронного микроскопа в основном зависит от диаметра электронного луча на поверхности образца. Увеличение представляет собой отношение амплитуды сканирования на лучевой трубке к амплитуде сканирования на образце, которое может непрерывно изменяться от десятков раз до сотен тысяч раз. Сканирующая электронная микроскопия не требует очень тонких образцов; Изображения обладают сильным ощущением стереоскопичности; Он может анализировать состав веществ, используя такую информацию, как вторичные электроны, поглощенные электроны и рентгеновские лучи, генерируемые в результате взаимодействия электронных лучей и веществ.
Электронная пушка и конденсор сканирующего электронного микроскопа примерно такие же, как у просвечивающего электронного микроскопа, но для того, чтобы сделать электронный луч более тонким, под конденсором добавляются объектив и астигматизатор, а также два набора взаимно перпендикулярных линз. Сканирующие катушки также установлены внутри объектива. Камера для проб под объективом оснащена предметным столиком, который можно перемещать, вращать и наклонять.
