Wat is het verschil tussen lichtmicroscopie en elektronenmicroscopie?
Een typische optische microscoop gebruikt zichtbaar licht om een monster te verlichten en een reeks glazen lenzen om het beeld van het monster te vergroten. Omdat u licht gebruikt, kunt u het preparaat onder de microscoop plaatsen in de omgevingslucht, of voor sommige toepassingen in een kleine hoeveelheid water of olie. Voor samengestelde lichtmicroscopie hebben we meestal een dun preparaat nodig, omdat we willen dat er licht doorheen gaat, zodat we interne details kunnen zien. Meestal betekent dit het snijden van secties van het monster, maar afhankelijk van het monster kan de dikte van de secties ongeveer 1 tot 20 micron bedragen. Bij stereo- of ontleedlichtmicroscopie bestaat een dergelijke vereiste niet, omdat u meestal alleen naar het oppervlak van het monster kijkt. Bekijk het vergrote beeld in een optische microscoop door de oculairs,
Elektronenmicroscopen gebruiken een zorgvuldig gecontroleerde elektronenbundel als vorm van verlichting. De straal wordt gecontroleerd en gefocusseerd door een reeks elektromagnetische lenzen, die in wezen krachtige elektromagnetische spoelen zijn met een centraal gat waar de elektronen doorheen gaan. De lens regelt de lichtstraal die op het monster valt en vergroot ook het beeld van het monster. Omdat je met een elektronenbundel werkt, moet het hele elektronenoptische systeem zich in een hoog vacuüm bevinden, wat betekent dat het monster geschikt moet zijn voor de vacuümomgeving. In een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) moeten elektronen door het monster gaan, dus het monster moet erg dun zijn, minder dan 0,1 micron. Vergrote beelden worden bekeken op een fluorescerend scherm, maar kunnen worden opgenomen met een CCD-camera die onder of boven het scherm is gemonteerd.
Rasterelektronenmicroscopie (SEM) lijkt in zekere zin sterk op een optische ontleedmicroscoop, in die zin dat je heel zorgvuldig naar het oppervlak van het preparaat kijkt, zodat het niet dun hoeft te zijn. Bij SEM wordt het monster gescand met een fijn gefocusseerde elektronenbundel, dus het monster moet bestand zijn tegen hoog vacuüm en redelijk geleidend zijn. (Dit komt omdat je een stroom elektronen in het monster dumpt en de stroom moet worden afgevoerd.) SEM-monsters zijn vaak bedekt met een zeer dunne laag koolstof of metaal (zoals goud of chroom) om ze geleidend te maken.
De opmerkingen hierboven beschrijven de verschillen in fysieke instrumentatie, en ik heb niet eens vermeld dat elektronenmicroscopen groter en complexer zijn dan lichtmicroscopen. Maar het belangrijkste verschil tussen licht- en elektronenmicroscopie is de resolutie: het vermogen om zeer kleine details op te lossen. De resolutie wordt uiteindelijk beperkt door de golflengte van het licht bij optische microscopie en de effectieve golflengte van de elektronenbundel bij elektronenmicroscopie. Omdat de golflengte van zichtbaar licht ongeveer in het bereik van {{0}} nanometer ligt, is de optimale resolutie van optische microscopie ongeveer 200 nanometer (0. 2 micrometer). Voor een TEM die werkt op 200 kilovolt is de golflengte van de elektronenbundel 0,0025 nanometer, de werkelijke resolutie van zo'n instrument is ongeveer 0,2 nanometer, oftewel duizend keer beter dan een optische microscoop. Geavanceerde TEM's kunnen resoluties hebben van bijna 0,1 nanometer, en veel TEM's kunnen atomen in reguliere structuren in beeld brengen.
Omdat vergroting eenvoudigweg de verhouding is van hoe een object er voor het oog of op het scherm uitziet vergeleken met de werkelijke grootte ervan, betekent dit dat een zeer goede optische microscoop een maximale vergroting van 1000-2000x heeft en de maximaal beschikbare vergroting van hoge kwaliteit TEM is 1-2 miljoen keer. Voor SEM zijn er veel andere factoren die de resolutie beïnvloeden, en de maximaal beschikbare vergroting ligt waarschijnlijk rond de 300,000x.
Zoals je kunt zien, zijn er inderdaad veel verschillen tussen licht- en elektronenmicroscopie, waarbij resolutieproblemen de belangrijkste zijn. Voor praktische toepassingen zal de keuze van het te gebruiken type instrument uiteindelijk afhangen van de vereiste resolutie en vergroting en het gemak van monstervoorbereiding.
