Elektronimikroskoopin edut optisiin mikroskoopeihin verrattuna
Elektronimikroskooppi on instrumentti, joka käyttää elektronisädettä ja elektronilinssiä valonsäteen ja optisen linssin sijaan elektronoptiikan periaatteen mukaisesti, jolloin materiaalin hieno rakenne kuvataan erittäin suurella suurennuksella.
Elektronimikroskoopin resoluutio ilmaistaan kahden vierekkäisen pisteen välisellä pienellä etäisyydellä, jonka se pystyy ratkaisemaan. 1970 s:n aikana transmissioelektronimikroskoopin resoluutio oli noin 0,3 nanometriä (ihmissilmän resoluutio on noin 0,1 millimetriä). Nykyään elektronimikroskoopin suuri suurennos on yli 3 miljoonaa kertaa, kun taas optisen mikroskoopin suuri suurennus on noin 2,000 kertaa, joten elektronimikroskoopilla voidaan suoraan tarkkailla tiettyjen raskasmetallien atomeja ja kiteitä. siististi järjestetty atomipistematriisi.
Vuonna 1931 saksalaiset Knorr ja Ruska modifioivat kylmäkatodipurkauselektronilähteellä ja kolmella elektronilinssillä suurjänniteoskilloskooppia ja saivat yli tusinankertaisen suurennuksen kuvaan, mikä vahvisti kuvan elektronimikroskoopin suurennuksen mahdollisuuden. Vuonna 1932 Ruskan parantamisen jälkeen elektronimikroskoopin resoluutio saavutti 50 nanometriä, noin 10 kertaa optisen mikroskoopin tuolloin, ja niin elektronimikroskooppi alkoi saada ihmisten huomion.
1940-luvulla yhdysvaltalainen Hill käytti dispergaattoria kompensoimaan elektronin linssin pyörimisepäsymmetriaa, jolloin elektronimikroskoopin erotuskyky saavutti uuden läpimurron ja saavutti vähitellen nykyaikaisen tason. Kiinassa vuonna 1958 onnistunut kehittäminen siirtoelektronimikroskoopin, sen erotuskyky 3 nanometriä, vuonna 1979 ja teki erotuskyky 0,3 nanometriä laajamittaista elektronimikroskooppia.
Vaikka elektronimikroskoopin resoluutio on ollut paljon parempi kuin optisen mikroskoopin, elektronimikroskoopin on kuitenkin toimittava tyhjiöolosuhteissa, joten eläviä organismeja on vaikea tarkkailla ja elektronisäteen säteilytys tekee biologisista näytteistä säteilyvaurioita. Myös muita ongelmia, kuten elektronipistoolin kirkkautta ja elektronilinssin laadun parantamista, on jatkettava.
Erotuskyky on elektronimikroskoopin tärkeä indeksi, joka liittyy näytteen läpi kulkevan elektronisäteen kartiokulmaan ja aallonpituuteen. Näkyvän valon aallonpituus on noin {{0}} nm, ja elektronisäteen aallonpituus on suhteessa kiihdytysjännitteeseen. Kun kiihdytysjännite on 50 - 100 kV, elektronisäteen aallonpituus on noin 0,0053 - 0,0037 nm. Koska elektronisäteen aallonpituus on paljon pienempi kuin näkyvän valon aallonpituus, joten vaikka elektronisäteen kartiokulma on vain 1 % optisesta mikroskoopista, elektronimikroskoopin resoluutio on silti paljon parempi kuin optisen mikroskoopin. .
Elektronimikroskooppi koostuu kolmesta osasta: peiliputkesta, tyhjiöjärjestelmästä ja virtalähteestä. Piipussa on pääasiassa elektronipistooli, elektronilinssi, näytepidike, fluoresoiva näyttö ja kameramekanismi ja muut komponentit, nämä komponentit kootaan yleensä ylhäältä alas pylvääksi; tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisesta tyhjiöpumpusta, diffuusiopumpusta ja tyhjiöventtiileistä jne., ja pumppausputkiston kautta, joka on kytketty peilin piippuun; virtalähdekaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista ja erilaisista säätöyksiköistä.
Elektronilinssi on tärkeä osa elektronimikroskoopin piippua, se on symmetrinen avaruuden sähkökentän tai magneettikentän piipun akseliin nähden niin, että elektroni seuraa muodostumisakselia lasin roolin keskittymisen akselille kupera. linssi tehdä rooli valonsäteen tarkennus on samanlainen rooli linssin, joten sitä kutsutaan elektroni linssi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä erittäin vakaalla DC-viritysvirralla kelan läpi voimakkaan magneettikentän synnyttämän napakengän avulla elektronien fokusoimiseksi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu kuumasta volframikatodista, hilasta ja katodista. Se emittoi ja muodostaa elektronisuihkun tasanopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilisuudelta vaaditaan vähintään yksi osa kymmenestä tuhannesta.
Elektronimikroskoopit voidaan jakaa rakenteensa ja käyttötarkoituksensa mukaan transmissioelektronimikroskooppeihin, pyyhkäisyelektronimikroskooppeihin, heijastuselektronimikroskooppeihin ja emissioelektronimikroskooppeihin. Transmissioelektronimikroskooppia käytetään usein tarkkailemaan niitä tavallisilla mikroskoopeilla, jotka eivät pysty erottamaan materiaalin hienorakennetta; pyyhkäisyelektronimikroskooppia käytetään pääasiassa kiinteän pinnan morfologian tarkkailuun, mutta myös röntgendiffraktometrillä tai elektronispektrometrillä, joka on yhdistetty muodostamaan elektronimikroskooppi, jota käytetään materiaalin koostumuksen analysointiin; emissioelektronimikroskooppi elektronien itseemission pinnan tutkimiseen.
