Voordelen van elektronenmicroscopie ten opzichte van optische microscopie
Een elektronenmicroscoop is een instrument dat elektronenstralen en elektronenlenzen gebruikt in plaats van lichtstralen en optische lenzen, gebaseerd op de principes van de elektronenoptica, om de fijne structuur van materie bij een zeer sterke vergroting in beeld te brengen.
Het oplossend vermogen van een elektronenmicroscoop wordt uitgedrukt door de kleine afstand tussen twee aangrenzende punten die deze kan oplossen. In de jaren zeventig0 bedroeg de resolutie van transmissie-elektronenmicroscopen ongeveer 0,3 nanometer (het oplossend vermogen van het menselijk oog is ongeveer 0,1 millimeter). Tegenwoordig is de maximale vergroting van elektronenmicroscopen meer dan 3 miljoen keer, terwijl de maximale vergroting van optische microscopen ongeveer 2,000 keer is. Daarom kunnen atomen van bepaalde zware metalen en het netjes gerangschikte atoomrooster in kristallen direct worden waargenomen door elektronenmicroscopen.
Hoewel het oplossend vermogen van elektronenmicroscopen veel beter is dan dat van optische microscopen, moeten elektronenmicroscopen onder vacuümomstandigheden werken, waardoor het moeilijk is om levende organismen waar te nemen, en de bestraling van elektronenbundels kan ook stralingsschade aan biologische monsters veroorzaken. Andere kwesties, zoals de verbetering van de helderheid van het elektronenkanon en de kwaliteit van de elektronenlens, moeten ook verder worden bestudeerd.
Het oplossend vermogen is een belangrijke indicator van een elektronenmicroscoop, die verband houdt met de hoek van de invallende kegel en de golflengte van de elektronenbundel die door het monster gaat. De golflengte van zichtbaar licht bedraagt ongeveer 300 tot 700 nanometer, en de golflengte van de elektronenbundel houdt verband met de versnellingsspanning. Wanneer de versnellingsspanning 50 tot 100 kilovolt bedraagt, bedraagt de golflengte van de elektronenbundel ongeveer 0,0053 tot 0,0037 nanometer. Omdat de golflengte van de elektronenbundel veel kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht, zelfs als de kegelhoek van de elektronenbundel slechts 1% bedraagt van die van de optische microscoop, is het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop nog steeds veel groter dan dat. van de optische microscoop.
De elektronenmicroscoop bestaat uit drie delen: lensbuis, vacuümsysteem en voedingskast. De lenscilinder bevat voornamelijk componenten zoals een elektronenkanon, een elektronenlens, een monsterhouder, een fluorescerend scherm en een cameramechanisme. Deze componenten worden meestal van boven naar beneden tot een cilinder samengevoegd; het vacuümsysteem bestaat uit een mechanische vacuümpomp, een diffusiepomp, een vacuümklep etc. en wordt doorgepompt. De gasleiding is aangesloten op de lensbuis; de voedingskast bestaat uit een hoogspanningsgenerator, een bekrachtigingsstroomstabilisator en verschillende regeleenheden.
De elektronenlens is een belangrijk onderdeel van de elektronenmicroscoopcilinder. Het maakt gebruik van een ruimtelijk elektrisch veld of magnetisch veld dat symmetrisch is ten opzichte van de as van de cilinder om het elektronentraject naar de as te buigen om een focus te vormen. De functie ervan is vergelijkbaar met die van een bolle glazen lens om de straal te focusseren, daarom wordt deze een elektronenlens genoemd. . De meeste moderne elektronenmicroscopen maken gebruik van elektromagnetische lenzen. Het sterke magnetische veld dat wordt gegenereerd door een zeer stabiele gelijkstroom-excitatiestroom die door een spoel met poolschoenen loopt, focust de elektronen.
Het elektronenkanon is een onderdeel dat bestaat uit een hete kathode van wolfraamgloeidraad, een rooster en een kathode. Het kan met uniforme snelheid elektronenbundels uitzenden en vormen, dus de stabiliteit van de versnellingsspanning moet niet minder dan een tienduizendste zijn.
Elektronenmicroscopen kunnen worden onderverdeeld in transmissie-elektronenmicroscopen, scanning-elektronenmicroscopen, reflectie-elektronenmicroscopen en emissie-elektronenmicroscopen, afhankelijk van hun structuren en toepassingen. Transmissie-elektronenmicroscopen worden vaak gebruikt om minuscule materiaalstructuren waar te nemen die met gewone microscopen niet te onderscheiden zijn; Rasterelektronenmicroscopen worden hoofdzakelijk gebruikt om de morfologie van vaste oppervlakken waar te nemen, en kunnen ook worden gecombineerd met röntgendiffractometers of elektronenenergiespectrometers om elektronen te vormen. Microsondes worden gebruikt voor de analyse van de materiaalsamenstelling; Emissie-elektronenmicroscopen worden gebruikt voor de studie van zelfemitterende elektronenoppervlakken.
