Vad är skillnaden mellan ljusmikroskopi och elektronmikroskopi?
Ett typiskt optiskt mikroskop använder synligt ljus för att belysa ett prov och en serie glaslinser för att förstora bilden av provet. Eftersom du använder ljus kan du placera provet under mikroskopet i omgivande luft, eller för vissa applikationer, i en liten mängd vatten eller olja. För sammansatt ljusmikroskopi behöver vi vanligtvis provet vara tunt eftersom vi vill att ljus ska passera genom det så att vi kan se inre detaljer. Detta innebär vanligtvis skärning av sektioner av provet, men beroende på provet kan tjockleken på sektionerna vara cirka 1 till 20 mikron. Med stereo- eller dissekerande ljusmikroskopi finns inget sådant krav eftersom man vanligtvis bara tittar på provets yta. Titta på den förstorade bilden i ett optiskt mikroskop genom okularen,
Elektronmikroskop använder en noggrant kontrollerad elektronstråle som en form av belysning. Strålen styrs och fokuseras av en serie elektromagnetiska linser, som i huvudsak är kraftfulla elektromagnetiska spolar med ett centralt hål genom vilket elektronerna passerar. Linsen styr ljusstrålen som träffar provet och förstorar även bilden av provet. Eftersom du arbetar med en elektronstråle måste hela det optiska elektronsystemet vara i högvakuum, vilket innebär att provet måste vara lämpligt för vakuummiljön. I ett transmissionselektronmikroskop (TEM) måste elektroner passera genom provet, så provet måste vara mycket tunt, mindre än 0,1 mikron. Förstorade bilder visas på en fluorescerande skärm men kan spelas in med en CCD-kamera monterad under eller ovanför skärmen.
Svepelektronmikroskopi (SEM) är väldigt lik ett optiskt dissekerande mikroskop på ett sätt, genom att du tittar mycket noggrant på ytan av provet, så det behöver inte vara tunt. I SEM skannas provet med en finfokuserad elektronstråle, så provet måste klara högvakuum och måste vara någorlunda ledande. (Detta beror på att du dumpar en ström av elektroner i provet och strömmen måste ledas bort.) SEM-prover är ofta belagda med en mycket tunn beläggning av kol eller metall (som guld eller krom) för att göra dem ledande.
Kommentarerna ovan beskriver skillnaderna i fysisk instrumentering, och jag nämnde inte ens att elektronmikroskop är större och mer komplexa än ljusmikroskop. Men den största skillnaden mellan ljus- och elektronmikroskopi är upplösningen – förmågan att lösa mycket små detaljer. Upplösningen begränsas i slutändan av ljusets våglängd i optisk mikroskopi och den effektiva våglängden hos elektronstrålen i elektronmikroskopi. Eftersom våglängden för synligt ljus är ungefär inom området {{0}} nanometer, är den optimala upplösningen för optisk mikroskopi ungefär 200 nanometer (0. 2 mikrometer). För en TEM som arbetar på 200 kilovolt är våglängden på elektronstrålen 0,0025 nanometer, den faktiska upplösningen för ett sådant instrument är cirka 0,2 nanometer, eller tusen gånger bättre än ett optiskt mikroskop. Avancerade TEM:er kan ha upplösningar nära 0,1 nanometer, och många TEM:er kan avbilda atomer i vanliga strukturer.
Eftersom förstoring helt enkelt är förhållandet mellan hur ett föremål ser ut för ögat eller skärmen jämfört med dess faktiska storlek, betyder det att ett mycket bra optiskt mikroskop har en maximal förstoring på 1000-2000x och den maximala tillgängliga förstoringen av hög kvalitet TEM är 1-2 miljoner gånger. För SEM finns det många andra faktorer som påverkar upplösningen, och den maximala tillgängliga förstoringen är förmodligen runt 300,000x.
Som du kan se finns det verkligen många skillnader mellan ljus- och elektronmikroskopi, med upplösningsproblem som den viktigaste. För praktiska tillämpningar kommer valet av vilken typ av instrument som ska användas i slutändan att bero på den upplösning och förstoring som krävs och hur lätt det är att förbereda provet.
