De voordelen van elektronenmicroscopie en optische microscopie
Een submicroscoop is een instrument dat elektronenbundels en lenzen gebruikt in plaats van lichtbundels en optische lenzen, gebaseerd op de principes van de elektronenoptica, om de fijne structuren van materie bij zeer hoge vergrotingen in beeld te brengen.
De resolutie van een elektronenmicroscoop wordt weergegeven door de kleine afstand tussen twee aangrenzende punten die hij kan onderscheiden. In de jaren zeventig0 bedroeg de resolutie van transmissie-elektronenmicroscopie ongeveer 0,3 nanometer (de resolutie van het menselijk oog was ongeveer 0,1 millimeter). Tegenwoordig hebben elektronenmicroscopen een vergroting van ruim 3 miljoen keer, terwijl optische microscopen een vergroting hebben van ongeveer 2000 keer. Daarom kunnen elektronenmicroscopen direct het netjes gerangschikte atoomrooster in de atomen en kristallen van bepaalde zware metalen waarnemen.
In 1931 modificeerden Knorr en Ruska uit Duitsland een hoogspannings-oscilloscoop met een koude kathode-ontladingselektronenbron en drie elektronenlenzen, en verkregen beelden die meer dan tien keer waren vergroot, wat de mogelijkheid van beeldvorming met een elektronenmicroscoop bevestigde. In 1932, met de verbetering van Ruska, bereikte de resolutie van elektronenmicroscopen 50 nanometer, wat ongeveer tien keer de resolutie was van optische microscopen in die tijd. Als gevolg hiervan begonnen elektronenmicroscopen aandacht te krijgen.
In de jaren 1940 compenseerde Hill in de Verenigde Staten de rotatie-asymmetrie van elektronenlenzen met een astigmatisator, wat resulteerde in een nieuwe doorbraak in de resolutie van elektronenmicroscopen en die geleidelijk moderne niveaus bereikte. In China werd in 1958 met succes een transmissie-elektronenmicroscoop met een resolutie van 3 nanometer ontwikkeld. In 1979 werd ook een grote elektronenmicroscoop met een resolutie van 0,3 nanometer ontwikkeld.
Hoewel de resolutie van elektronenmicroscopen veel beter is dan die van optische microscopen, zijn ze moeilijk levende organismen waar te nemen vanwege de noodzaak om onder vacuümomstandigheden te werken, en bestraling met 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, vereisen ook verder onderzoek.
Resolutie is een belangrijke indicator voor elektronenmicroscopie, 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 {0}} nanometer, terwijl de golflengte van de elektronenbundel verband houdt met de versnellingsspanning. Wanneer de versnellingsspanning 50-100 kV is, is de golflengte van de elektronenbundel ongeveer 0,0053-0,0037 nanometer. Vanwege het feit dat de golflengte van de elektronenbundel veel kleiner is dan die van zichtbaar licht, zelfs als de kegelhoek van de elektronenbundel slechts 1% is van die van een optische microscoop, is de resolutie van de elektronenmicroscoop nog steeds veel beter dan die van een optische microscoop.
De elektronenmicroscoop bestaat uit drie delen: een buis, een vacuümsysteem en een stroomkast. De spiegelcilinder bestaat voornamelijk uit componenten zoals een elektronenkanon, elektronenlens, monsterhouder, fluorescerend scherm en fotografiemechanisme, die meestal van boven naar beneden in een cilinder worden gemonteerd; Het vacuümsysteem bestaat uit een mechanische vacuümpomp, een diffusiepomp en een vacuümklep, die via een extractiepijpleiding met de spiegelbuis zijn verbonden; De vermogenskast bestaat uit een hoogspanningsgenerator, bekrachtigingsstroomstabilisator en diverse regel- en besturingseenheden.
Een sublens is een belangrijk onderdeel in de buis van een elektronenmicroscoop. Het maakt gebruik van een ruimtelijk elektrisch of magnetisch veld dat symmetrisch is met de as van de buis om het elektronentraject naar de as te buigen, waardoor een focus wordt gevormd. De functie ervan is vergelijkbaar met die van een glazen bolle lens om de lichtbundel te focusseren, daarom wordt deze een elektronenlens genoemd. De meeste moderne elektronenmicroscopen maken gebruik van elektromagnetische lenzen, die elektronen focusseren met een sterk magnetisch veld dat wordt gegenereerd door een stabiele gelijkstroom-excitatiestroom die door een spoel met poolschoenen gaat.
Een elektronenkanon is een onderdeel dat bestaat uit een hete kathode, poort en kathode van wolfraamdraad. Het kan elektronenbundels uitzenden en vormen met uniforme snelheid, dus de stabiliteit van de versnellingsspanning moet niet minder dan een duizendste zijn.
