Πλεονεκτήματα του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και του οπτικού μικροσκοπίου
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι ένα όργανο που βασίζεται στις αρχές της ηλεκτρονικής οπτικής, το οποίο χρησιμοποιεί δέσμες ηλεκτρονίων και φακούς αντί για δέσμες φωτός και οπτικούς φακούς για να απεικονίσει τις λεπτές δομές της ύλης σε πολύ υψηλή μεγέθυνση.
Η ικανότητα ανάλυσης ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου αντιπροσωπεύεται από τη μικρή απόσταση μεταξύ γειτονικών δύο σημείων που μπορεί να διακρίνει. Στη δεκαετία του 1970, η ανάλυση ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης ήταν περίπου 0,3 νανόμετρα (η ανάλυση του ανθρώπινου ματιού ήταν περίπου 0,1 χιλιοστά). Σήμερα, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έχουν μεγέθυνση πάνω από 3 εκατομμύρια φορές, ενώ τα οπτικά μικροσκόπια έχουν μεγέθυνση περίπου 2000 φορές. Επομένως, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν να παρατηρήσουν απευθείας το τακτοποιημένο ατομικό πλέγμα ορισμένων ατόμων και κρυστάλλων βαρέων μετάλλων.
Αν και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έχουν πολύ καλύτερη ανάλυση από τα οπτικά μικροσκόπια, είναι δύσκολο να παρατηρηθούν ζωντανοί οργανισμοί λόγω της ανάγκης τους να εργαστούν υπό συνθήκες κενού και η ακτινοβολία δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί επίσης να προκαλέσει βλάβη από ακτινοβολία σε βιολογικά δείγματα. Άλλα ζητήματα, όπως η βελτίωση της φωτεινότητας του όπλου ηλεκτρονίων και η ποιότητα των ηλεκτρονιακών φακών, πρέπει επίσης να μελετηθούν περαιτέρω.
Η ανάλυση είναι ένας σημαντικός δείκτης της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, η οποία σχετίζεται με τη γωνία κώνου και το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων που διέρχεται από το δείγμα. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι περίπου {{0}} νανόμετρα, ενώ το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων σχετίζεται με την τάση επιτάχυνσης. Όταν η τάση επιτάχυνσης είναι 50-100 kV, το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων είναι περίπου 0.0053-0.0037 νανόμετρα. Λόγω του γεγονότος ότι το μήκος κύματος της δέσμης ηλεκτρονίων είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, ακόμα κι αν η γωνία κώνου της δέσμης ηλεκτρονίων είναι μόνο 1 τοις εκατό αυτής ενός οπτικού μικροσκοπίου, η ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου εξακολουθεί να είναι πολύ καλύτερο από αυτό ενός οπτικού μικροσκοπίου.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αποτελείται από τρία μέρη: έναν σωλήνα καθρέφτη, ένα σύστημα κενού και έναν πίνακα ισχύος. Η κάννη του φακού αποτελείται κυρίως από ηλεκτρονικά όπλα, ηλεκτρονικούς φακούς, σχάρες δειγμάτων, οθόνες φθορισμού και μηχανισμούς κάμερας, οι οποίοι συνήθως συναρμολογούνται σε μια στήλη από πάνω προς τα κάτω. Το σύστημα κενού αποτελείται από μηχανικές αντλίες κενού, αντλίες διάχυσης και βαλβίδες κενού και συνδέεται με τον σωλήνα καθρέφτη μέσω ενός αγωγού εξαγωγής αέρα. Ο πίνακας ισχύος αποτελείται από μια γεννήτρια υψηλής τάσης, σταθεροποιητή ρεύματος διέγερσης και διάφορες μονάδες ρύθμισης και ελέγχου.
Ένας ηλεκτρονικός φακός είναι ένα σημαντικό συστατικό στο σωλήνα ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Χρησιμοποιεί ένα χωρικό ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο συμμετρικό προς τον άξονα του σωλήνα για να κάμψει την τροχιά του ηλεκτρονίου προς τον άξονα, σχηματίζοντας μια εστίαση. Η λειτουργία του είναι παρόμοια με αυτή ενός γυάλινου κυρτού φακού για την εστίαση της δέσμης φωτός, γι' αυτό ονομάζεται φακός ηλεκτρονίων. Τα περισσότερα σύγχρονα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικούς φακούς, οι οποίοι εστιάζουν τα ηλεκτρόνια μέσω ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από ένα σταθερό ρεύμα διέγερσης συνεχούς ρεύματος που διέρχεται μέσα από ένα πηνίο με πόλους.
Ένα όπλο ηλεκτρονίων είναι ένα εξάρτημα που αποτελείται από μια θερμή κάθοδο από σύρμα βολφραμίου, μια πύλη και μια κάθοδο. Μπορεί να εκπέμπει και να σχηματίζει δέσμες ηλεκτρονίων με ομοιόμορφη ταχύτητα, επομένως η σταθερότητα της τάσης επιτάχυνσης απαιτείται να μην είναι μικρότερη από το ένα χιλιοστό.
Η δέσμη ηλεκτρονίων ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης δεν διέρχεται από το δείγμα και μόνο σαρώνει και διεγείρει δευτερεύοντα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του δείγματος. Ο κρύσταλλος σπινθηρισμού που τοποθετείται δίπλα στο δείγμα δέχεται αυτά τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια και ρυθμίζει την ένταση της δέσμης ηλεκτρονίων του σωλήνα εικόνας μετά την ενίσχυση, αλλάζοντας έτσι τη φωτεινότητα της φθορίζουσας οθόνης του σωλήνα εικόνας. Το πηνίο εκτροπής του σωλήνα εικόνας συγχρονίζεται με τη δέσμη ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος για σάρωση, έτσι ώστε η φθορίζουσα οθόνη του σωλήνα εικόνας να εμφανίζει τη μορφολογική εικόνα της επιφάνειας του δείγματος, η οποία είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας της βιομηχανικής τηλεόρασης.
Η ανάλυση ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης εξαρτάται κυρίως από τη διάμετρο της δέσμης ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος. Η μεγέθυνση είναι η αναλογία του πλάτους σάρωσης στο σωλήνα απεικόνισης προς το πλάτος σάρωσης στο δείγμα, η οποία μπορεί να αλλάζει συνεχώς από δεκάδες φορές σε εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης δεν απαιτεί πολύ λεπτά δείγματα. Οι εικόνες έχουν ισχυρή αίσθηση στερεοσκοπίας. Μπορεί να αναλύσει τη σύνθεση των ουσιών χρησιμοποιώντας πληροφορίες όπως δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, απορροφημένα ηλεκτρόνια και ακτίνες Χ που παράγονται από την αλληλεπίδραση μεταξύ δέσμης ηλεκτρονίων και ουσιών.
Το ηλεκτρονικό πιστόλι και ο συμπυκνωτής ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης είναι περίπου τα ίδια με αυτά ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μετάδοσης, αλλά για να γίνει πιο λεπτή η δέσμη ηλεκτρονίων, προστίθενται ένας αντικειμενικός φακός και ένας αστιγματιστής κάτω από τον συμπυκνωτή και δύο σετ αμοιβαία κάθετων Στο εσωτερικό του αντικειμενικού φακού τοποθετούνται επίσης πηνία σάρωσης. Ο θάλαμος δείγματος κάτω από τον αντικειμενικό φακό είναι εξοπλισμένος με μια βαθμίδα δείγματος που μπορεί να μετακινηθεί, να περιστραφεί και να γέρνει.
