Voordelen van elektronenmicroscopen versus optische microscopen
Elektronenmicroscoop is een instrument dat elektronenbundel en elektronenlens gebruikt in plaats van lichtbundel en optische lens volgens het principe van elektronenoptica, zodat de fijne structuur van het materiaal onder zeer sterke vergroting in beeld wordt gebracht.
De resolutie van een elektronenmicroscoop wordt uitgedrukt in termen van de kleine afstand tussen twee aangrenzende punten die deze kan oplossen. In de jaren 1970 was de resolutie van een transmissie-elektronenmicroscoop ongeveer 0,3 nanometer (de resolutie van het menselijk oog is ongeveer 0,1 millimeter). Tegenwoordig is de grote vergroting van de elektronenmicroscoop meer dan 3 miljoen keer, terwijl de grote vergroting van de optische microscoop ongeveer 2,000 keer is, zodat de elektronenmicroscoop rechtstreeks de atomen en kristallen van bepaalde zware metalen in de netjes gerangschikte atomaire puntmatrix.
In 1931 modificeerden de Duitse Knorr en Ruska, met een elektronenbron met koude kathode-ontlading en drie elektronenlenzen, een hoogspannings-oscilloscoop en verkregen een vergroting van meer dan een dozijn keer het beeld, wat de mogelijkheid van een elektronenmicroscoopvergroting van de afbeelding bevestigde. In 1932, na de verbetering van Ruska, bereikte de resolutie van de elektronenmicroscoop 50 nanometer, ongeveer 10 keer de resolutie van de optische microscoop in die tijd, en dus begon de elektronenmicroscoop de aandacht van mensen te trekken.
In de jaren 1940 gebruikte Hill uit de Verenigde Staten een verspreider om de rotatieasymmetrie van de elektronenlens te compenseren, zodat het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop een nieuwe doorbraak kende en geleidelijk het moderne niveau bereikte. In China, in 1958, de succesvolle ontwikkeling van de transmissie-elektronenmicroscoop, met een oplossend vermogen van 3 nanometer, en in 1979, maakte de grootschalige elektronenmicroscoop het oplossend vermogen van 0,3 nanometer.
Hoewel de resolutie van de elektronenmicroscoop veel beter is dan die van de optische microscoop, moet de elektronenmicroscoop in vacuümomstandigheden werken, dus het is moeilijk om de levende organismen te observeren, en de bestraling van de elektronenbundel zal de biologische monsters door stralingsschade. Ook andere problemen, zoals de helderheid van het elektronenkanon en de verbetering van de kwaliteit van de elektronenlens, moeten verder onderzocht worden.
Het oplossend vermogen is een belangrijke index van een elektronenmicroscoop, die verband houdt met de kegelinvalshoek en de golflengte van de elektronenbundel die door het monster gaat. De golflengte van zichtbaar licht is ongeveer {{0}} nm, en de golflengte van de elektronenbundel is gerelateerd aan de versnellingsspanning. Wanneer de versnellingsspanning 50 tot 100 kV bedraagt, bedraagt de golflengte van de elektronenbundel ongeveer 0,0053 tot 0,0037 nm. Omdat de golflengte van de elektronenbundel veel kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht, dus zelfs als de kegelhoek van de elektronenbundel slechts 1% van die van de optische microscoop bedraagt, is de resolutie van de elektronenmicroscoop nog steeds veel beter dan die van de optische microscoop. .
Elektronenmicroscoop bestaat uit drie delen: spiegelbuis, vacuümsysteem en voedingskast. De loop bestaat voornamelijk uit een elektronenkanon, een elektronenlens, een monsterhouder, een fluorescerend scherm en een cameramechanisme en andere componenten. Deze componenten worden meestal van boven naar beneden in een kolom gemonteerd; het vacuümsysteem bestaat uit een mechanische vacuümpomp, diffusiepomp en vacuümkleppen, enz., en via de pomppijpleiding verbonden met de spiegelcilinder; De voedingskast bestaat uit een hoogspanningsgenerator, de bekrachtigingsstroomstabilisator en een verscheidenheid aan regelgevende besturingseenheden.
Elektronenlens is een belangrijk onderdeel van de elektronenmicroscoopcilinder, hij is symmetrisch ten opzichte van de as van de cilinder van het elektrische veld of magnetische veld in de ruimte, zodat het elektron naar de as van de vorming van de focussering van de rol van het glas convex loopt lens om de rol van de lichtbundel te focusseren is vergelijkbaar met de rol van de lens, dus het wordt een elektronenlens genoemd. De meeste moderne elektronenmicroscopen maken gebruik van elektromagnetische lenzen, die een zeer stabiele gelijkstroom-excitatiestroom door de spoel met een poolschoen genereren, gegenereerd door het sterke magnetische veld, om de elektronen te focusseren.
Het elektronenkanon is een onderdeel dat bestaat uit een hete kathode van wolfraam, een poort en een kathode. Het zendt een elektronenbundel uit en vormt deze met een uniforme snelheid, zodat de stabiliteit van de versnellingsspanning niet minder dan één op de tienduizend moet zijn.
Elektronenmicroscopen kunnen worden onderverdeeld in transmissie-elektronenmicroscopen, scanning-elektronenmicroscopen, reflectie-elektronenmicroscopen en emissie-elektronenmicroscopen, afhankelijk van hun structuur en gebruik. Transmissie-elektronenmicroscoop wordt vaak gebruikt om te observeren dat mensen met gewone microscopen de fijne structuur van het materiaal niet kunnen onderscheiden; een rasterelektronenmicroscoop wordt voornamelijk gebruikt om de morfologie van het vaste oppervlak waar te nemen, maar ook met de röntgendiffractometer of elektronenspectrometer gecombineerd om de elektronenmicrosonde te vormen, die wordt gebruikt voor de analyse van de materiaalsamenstelling; emissie-elektronenmicroscoop voor de studie van het oppervlak van de zelfemissie van elektronen.
