Fördelarna med elektronmikroskopi och optisk mikroskopi
Ett submikroskop är ett instrument som använder elektronstrålar och linser istället för ljusstrålar och optiska linser baserade på principerna för elektronoptik, för att avbilda materiens fina strukturer i mycket höga förstoringar.
Upplösningen hos ett elektronmikroskop representeras av det lilla avståndet mellan intilliggande två punkter som det kan särskilja. På 1970s var upplösningen för transmissionselektronmikroskopi cirka 0,3 nanometer (det mänskliga ögats upplösning var cirka 0,1 millimeter). Numera har elektronmikroskop en förstoring på över 3 miljoner gånger, medan optiska mikroskop har en förstoring på cirka 2000 gånger. Därför kan elektronmikroskop direkt observera det prydligt arrangerade atomgittret i atomerna och kristallerna av vissa tungmetaller.
1931 modifierade Knorr och Ruska från Tyskland ett högspänningsoscilloskop med en kallkatodurladdningselektronkälla och tre elektronlinser, och fick bilder förstorade med mer än tio gånger, vilket bekräftade möjligheten till elektronmikroskopförstoringsavbildning. 1932, med förbättringen av Ruska, nådde upplösningen av elektronmikroskop 50 nanometer, vilket var ungefär tio gånger upplösningen för optiska mikroskop vid den tiden. Som ett resultat började elektronmikroskop få uppmärksamhet.
På 1940-talet kompenserade Hill i USA för rotationsasymmetrin hos elektronlinser med en astigmatisator, vilket resulterade i ett nytt genombrott i elektronmikroskops upplösning och gradvis nå moderna nivåer. I Kina utvecklades framgångsrikt ett transmissionselektronmikroskop med en upplösning på 3 nanometer 1958. 1979 utvecklades också ett stort elektronmikroskop med en upplösning på 0,3 nanometer.
Även om upplösningen hos elektronmikroskop är mycket överlägsen den hos optiska mikroskop, är de svåra att observera levande organismer på grund av behovet av att arbeta under vakuumförhållanden, och elektronstrålebestrålning kan också orsaka strålningsskador på biologiska prover. Andra frågor, såsom förbättring av elektronpistolens ljusstyrka och elektronlinskvalitet, kräver också ytterligare forskning.
Upplösning är en viktig indikator för elektronmikroskopi, som är relaterad till den infallande konvinkeln och våglängden hos elektronstrålen som passerar genom provet. Våglängden för synligt ljus är ungefär {{0}} nanometer, medan våglängden på elektronstrålen är relaterad till accelerationsspänningen. När accelerationsspänningen är 50-100 kV är våglängden på elektronstrålen cirka 0.0053-0.0037 nanometer. På grund av det faktum att elektronstrålens våglängd är mycket mindre än för synligt ljus, även om konvinkeln på elektronstrålen bara är 1 % av den för ett optiskt mikroskop, är upplösningen för elektronmikroskopet fortfarande mycket bättre än ett optiskt mikroskop.
Elektronmikroskopet består av tre delar: ett rör, ett vakuumsystem och ett elskåp. Spegelröret består huvudsakligen av komponenter som en elektronpistol, elektronlins, provhållare, fluorescerande skärm och fotograferingsmekanism, som vanligtvis är sammansatta till en cylinder från topp till botten; Vakuumsystemet består av en mekanisk vakuumpump, en diffusionspump och en vakuumventil, som är anslutna till spegelröret genom en extraktionsrörledning; Elskåpet består av en högspänningsgenerator, magnetiseringsströmstabilisator och olika regler- och styrenheter.
En sublins är en viktig komponent i röret i ett elektronmikroskop. Den använder ett rumsligt elektriskt eller magnetiskt fält som är symmetriskt till rörets axel för att böja elektronbanan mot axeln och bilda ett fokus. Dess funktion liknar den för en konvex glaslins för att fokusera ljusstrålen, så den kallas en elektronlins. De flesta moderna elektronmikroskop använder elektromagnetiska linser, som fokuserar elektroner med ett starkt magnetfält som genereras av en stabil DC-excitationsström som passerar genom en spole med polskor.
En elektronkanon är en komponent som består av en varm katod, gate och katod av volframtråd. Den kan sända ut och bilda elektronstrålar med likformig hastighet, så stabiliteten hos accelerationsspänningen måste vara inte mindre än en tusendel.
