Elektronimikroskopian ja optisen mikroskopian edut
Submikroskooppi on instrumentti, joka käyttää elektronisäteitä ja linssejä valonsäteiden ja elektronioptiikan periaatteisiin perustuvien optisten linssien sijaan aineen hienorakenteiden kuvaamiseen erittäin suurilla suurennoksilla.
Elektronimikroskoopin erottelukykyä edustaa pieni etäisyys kahden vierekkäisen pisteen välillä, jonka se pystyy erottamaan. Vuonna 197 0s transmissioelektronimikroskoopin resoluutio oli noin 0,3 nanometriä (ihmissilmän resoluutio oli noin 0,1 millimetriä). Nykyään elektronimikroskooppien suurennus on yli 3 miljoonaa kertaa, kun taas optisten mikroskooppien suurennus on noin 2000-kertainen. Siksi elektronimikroskoopit voivat suoraan tarkkailla siististi järjestettyä atomihilaa tiettyjen raskasmetallien atomeissa ja kiteissä.
Vuonna 1931 saksalaiset Knorr ja Ruska modifioivat suurjänniteoskilloskooppia, jossa oli kylmäkatodipurkauselektronilähde ja kolme elektronilinssiä, ja saivat yli kymmenen kertaa suurennettuja kuvia, mikä vahvisti elektronimikroskoopin suurennuskuvauksen mahdollisuuden. Vuonna 1932 Ruskan parantuessa elektronimikroskooppien resoluutio saavutti 50 nanometriä, mikä oli noin kymmenen kertaa optisten mikroskooppien tuolloin resoluutio. Tämän seurauksena elektronimikroskoopit alkoivat saada huomiota.
1940-luvulla Hill Yhdysvalloissa kompensoi elektronin linssien kiertoepäsymmetrian hajauttimella, mikä johti uuteen läpimurtoon elektronimikroskooppien resoluutiossa ja saavutti vähitellen nykyaikaisen tason. Kiinassa 3 nanometrin resoluutiolla toimiva transmissioelektronimikroskooppi kehitettiin menestyksekkäästi vuonna 1958. Vuonna 1979 kehitettiin myös suuri elektronimikroskooppi, jonka resoluutio oli 0,3 nanometriä.
Vaikka elektronimikroskooppien resoluutio on paljon parempi kuin optisten mikroskooppien, niissä on vaikea havaita eläviä organismeja, koska niiden on työskenneltävä tyhjiöolosuhteissa, ja myös elektronisuihkusäteily voi aiheuttaa säteilyvaurioita biologisille näytteille. Myös muut kysymykset, kuten elektronipistoolin kirkkauden ja elektronilinssin laadun parantaminen, vaativat lisätutkimusta.
Resoluutio on tärkeä elektronimikroskopian indikaattori, joka liittyy näytteen läpi kulkevan elektronisäteen tulevaan kartiokulmaan ja aallonpituuteen. Näkyvän valon aallonpituus on noin {{0}} nanometriä, kun taas elektronisäteen aallonpituus on suhteessa kiihdytysjännitteeseen. Kun kiihdytysjännite on 50-100 kV, elektronisäteen aallonpituus on noin 0.0053-0.0037 nanometriä. Koska elektronisäteen aallonpituus on paljon pienempi kuin näkyvän valon, vaikka elektronisäteen kartiokulma on vain 1 % optisen mikroskoopin aallonpituudesta, elektronimikroskoopin resoluutio on silti paljon parempi. kuin optisella mikroskoopilla.
Elektronimikroskooppi koostuu kolmesta osasta: putkesta, tyhjiöjärjestelmästä ja virtakaapista. Peilipiippu koostuu pääasiassa komponenteista, kuten elektronipistoolista, elektronilinssistä, näytetelineestä, fluoresoivasta näytöstä ja valokuvausmekanismista, jotka yleensä kootaan sylinteriksi ylhäältä alas; Tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisesta tyhjiöpumpusta, diffuusiopumpusta ja tyhjiöventtiilistä, jotka on liitetty peiliputkeen poistoputken kautta; Tehokaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista sekä erilaisista säätö- ja ohjausyksiköistä.
Sublinssi on tärkeä komponentti elektronimikroskoopin putkessa. Se käyttää spatiaalista sähkö- tai magneettikenttää, joka on symmetrinen putken akseliin nähden, taivuttaakseen elektronin liikeradan akselia kohti muodostaen kohdistuksen. Sen tehtävä on samanlainen kuin lasikuperalla linssillä valonsäteen tarkentamiseksi, joten sitä kutsutaan elektronilinssiksi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä, jotka fokusoivat elektronit vahvalla magneettikentällä, jonka tuottaa vakaa DC-viritysvirta, joka kulkee napakengillä varustetun kelan läpi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu volframilangasta kuumakatodista, hilasta ja katodista. Se voi lähettää ja muodostaa elektronisuihkuja tasaisella nopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilisuuden on oltava vähintään tuhannesosa.
