Az elektronmikroszkópia és az optikai mikroszkópia előnyei
A szubmikroszkóp egy olyan műszer, amely az elektronoptika elvein alapuló fénysugarak és optikai lencsék helyett elektronsugarat és lencsét használ az anyag finom szerkezeteinek nagyon nagy nagyítással történő leképezésére.
Az elektronmikroszkóp felbontását a két szomszédos pont közötti kis távolság képviseli, amelyet meg tud különböztetni. A 1970s években a transzmissziós elektronmikroszkópia felbontása körülbelül 0,3 nanométer volt (az emberi szem felbontása körülbelül 0,1 milliméter). Napjainkban az elektronmikroszkópok több mint 3 milliószoros, míg az optikai mikroszkópok körülbelül 2000-szeres nagyításúak. Ezért az elektronmikroszkópok közvetlenül megfigyelhetik bizonyos nehézfémek atomjaiban és kristályaiban a szépen elrendezett atomrácsot.
1931-ben a német Knorr és Ruska egy hidegkatódos kisülésű elektronforrással és három elektronlencsével felszerelt nagyfeszültségű oszcilloszkópot módosítottak, és több mint tízszeresére nagyított képeket kaptak, ami megerősítette az elektronmikroszkópos nagyítás lehetőségét. 1932-ben a Ruska fejlesztésével az elektronmikroszkópok felbontása elérte az 50 nanométert, ami körülbelül tízszerese volt az akkori optikai mikroszkópokénak. Ennek eredményeként az elektronmikroszkópok kezdtek felfigyelni.
Az 1940-es években Hill az Egyesült Államokban asztigmatizálóval kompenzálta az elektronlencsék forgási aszimmetriáját, ami új áttörést eredményezett az elektronmikroszkópok felbontásában, és fokozatosan elérte a modern szintet. Kínában 1958-ban sikeresen kifejlesztettek egy 3 nanométeres felbontású transzmissziós elektronmikroszkópot, 1979-ben pedig egy nagyméretű, 0,3 nanométeres felbontású elektronmikroszkópot is.
Bár az elektronmikroszkópok felbontása messze felülmúlja az optikai mikroszkópét, az élő szervezeteket nehéz megfigyelni a vákuumkörülmények között történő munkavégzés szükségessége miatt, és az elektronsugaras besugárzás is sugárzási károsodást okozhat a biológiai mintákban. Más kérdések, mint például az elektronágyú fényerejének és az elektronlencse minőségének javítása szintén további kutatást igényelnek.
A felbontás az elektronmikroszkópia egyik fontos mutatója, amely a mintán áthaladó elektronsugár beeső kúpszögéhez és hullámhosszához kapcsolódik. A látható fény hullámhossza körülbelül {{0}} nanométer, míg az elektronsugár hullámhossza a gyorsítási feszültséghez kapcsolódik. Ha a gyorsító feszültség 50-100 kV, az elektronsugár hullámhossza körülbelül 0.0053-0,0037 nanométer. Tekintettel arra, hogy az elektronsugár hullámhossza sokkal kisebb, mint a látható fényé, még ha az elektronnyaláb kúpszöge csak 1%-a az optikai mikroszkópénak, az elektronmikroszkóp felbontása még mindig sokkal jobb. mint az optikai mikroszkópé.
Az elektronmikroszkóp három részből áll: egy csőből, egy vákuumrendszerből és egy tápszekrényből. A tükörcső főleg olyan alkatrészekből áll, mint az elektronágyú, az elektronlencse, a mintatartó, a fluoreszkáló képernyő és a fényképező mechanizmus, amelyeket általában fentről lefelé hengerré szerelnek össze; A vákuumrendszer egy mechanikus vákuumszivattyúból, egy diffúziós szivattyúból és egy vákuumszelepből áll, amelyek egy elszívó csővezetéken keresztül csatlakoznak a tükörcsőhöz; A tápszekrény nagyfeszültségű generátorból, gerjesztőáram-stabilizátorból, valamint különböző szabályozó- és vezérlőegységekből áll.
Az allencse fontos eleme az elektronmikroszkóp csövének. A cső tengelyére szimmetrikus térbeli elektromos vagy mágneses mezőt használ, hogy az elektron pályáját a tengely felé hajlítsa, fókuszt képezve. Funkciója hasonló a fénysugár fókuszálására szolgáló üvegkonvex lencsékéhez, ezért elektronlencsének nevezik. A legtöbb modern elektronmikroszkóp elektromágneses lencséket használ, amelyek a pólussarukkal ellátott tekercsen áthaladó stabil egyenáramú gerjesztőáram által generált erős mágneses térrel fókuszálják az elektronokat.
Az elektronágyú egy volfrámhuzal forró katódból, kapuból és katódból álló alkatrész. Egyenletes sebességű elektronsugarat tud kibocsátani és alkotni, ezért a gyorsítófeszültség stabilitása nem lehet kevesebb egy ezrednél.
