Vorteile von Elektronenmikroskopen im Vergleich zu optischen Mikroskopen
Das Elektronenmikroskop ist ein Instrument, das auf dem Prinzip der Elektronenoptik basiert und Elektronenstrahlen und Elektronenlinsen anstelle von Strahlen und optischen Linsen verwendet, um die feinen Materiestrukturen bei sehr hoher Vergrößerung vorzustellen.
Die Auflösung eines Elektronenmikroskops wird durch den geringen Abstand zwischen benachbarten Punkten dargestellt, die es unterscheiden kann. In den 197 0 s betrug die Auflösung von Transmissionselektronenmikroskopen ungefähr 0. 3 Nanometer (die Auflösung des menschlichen Auges beträgt ungefähr 0,1 Millimeter). Heutzutage haben Elektronenmikroskope eine Vergrößerung von über 3 Millionen Mal, während optische Mikroskope eine Vergrößerung von etwa 2000 Mal vergrößert werden. Daher ist es möglich, die Atome bestimmter Schwermetalle und das ordentlich angeordnete Atomgitter in Kristallen durch Elektronenmikroskope direkt zu beobachten.
1931 modifizierten Knorr und Ruska aus Deutschland ein Hochspannungsoszilloskop mit einer kalten Kathodenentladelektronenquelle und drei Elektronenlinsen und vergrößerten Bilder mehr als zehnmal, was die Möglichkeit einer Elektronenmikroskopie für die Vergrößerungsbildgebung bestätigte. Mit der Verbesserung von Ruska erreichte die Auflösung von Elektronenmikroskopen im Jahr 1932 50 Nanometer, was zu dieser Zeit etwa das Zehnfache der Auflösung optischer Mikroskope betrug. Daher erhielten Elektronenmikroskope von Menschen Aufmerksamkeit.
In den 194 0 s verwendete Hill in den Vereinigten Staaten einen Defogger, um die Rotationsasymmetrie von Elektronenlinsen auszugleichen, was zu einem neuen Durchbruch bei der Auflösung von Elektronenmikroskopen führte und allmählich moderne Werte erreichte. In China wurde 1958 ein Transmissionselektronenmikroskop mit einer Auflösung von 3 Nanometern erfolgreich entwickelt und 1979 ein großes Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 0,3 Nanometern entwickelt.
Obwohl die Auflösung von Elektronenmikroskopen die von optischen Mikroskopen bei weitem überschritten hat, sind sie aufgrund der Notwendigkeit, unter Vakuumbedingungen zu arbeiten, schwer zu beobachten, und die Bestrahlung von Elektronenstrahlen kann auch Strahlenschäden an biologischen Proben verursachen. Andere Probleme, wie die Verbesserung der Helligkeit der Elektronenpistole und die Qualität der Elektronenlinse, müssen ebenfalls weiter untersucht.
Die Auflösung ist ein wichtiger Indikator für die Elektronenmikroskopie, der mit dem einfallenden Kegelwinkel und der Wellenlänge des Elektronenstrahls zusammenhängt, das durch die Probe verläuft. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts betrifft {{{0}} Nanometer, während die Wellenlänge des Elektronenstrahls mit der Beschleunigungsspannung zusammenhängt. Wenn die Beschleunigungsspannung zwischen 50-100 kv liegt, beträgt die Wellenlänge des Elektronenstrahls ungefähr 0. 0053-0. 0037 nm. Aufgrund der Tatsache, dass die Wellenlänge des Elektronenstrahls viel kleiner ist als die des sichtbaren Lichts, selbst wenn der Kegelwinkel des Elektronenstrahls nur 1% des eines optischen Mikroskops beträgt, ist die Auflösung des Elektronenmikroskops dem eines optischen Mikroskops immer noch weit überlegen.
Ein Elektronenmikroskop besteht aus drei Teilen: einem Röhrchen, einem Vakuumsystem und einem Stromkabinett. Zu den Hauptkomponenten des Linsenlaufs gehören eine Elektronenpistole, eine Elektronenlinse, ein Probenhalter, ein fluoreszierender Bildschirm und ein Kameramechanismus, der normalerweise von oben nach unten in einen zylindrischen Körper zusammengesetzt wird. Das Vakuumsystem besteht aus einer mechanischen Vakuumpumpe, einer Diffusionspumpe und einem Vakuumventil und ist über eine Abgasrohrlinie mit dem Zylinder angeschlossen. Das Kraftkabinett besteht aus einem Hochspannungsgenerator, einem Anregungsstromstabilisator und verschiedenen Regulierungs- und Kontrolleinheiten.
