Die Vorteile der Elektronenmikroskopie und der optischen Mikroskopie
Ein Submikroskop ist ein Instrument, das auf Grundlage der Prinzipien der Elektronenoptik Elektronenstrahlen und Linsen anstelle von Lichtstrahlen und optischen Linsen verwendet, um die feinen Strukturen der Materie bei sehr hohen Vergrößerungen abzubilden.
Die Auflösung eines Elektronenmikroskops wird durch den geringen Abstand zwischen benachbarten zwei Punkten dargestellt, den es unterscheiden kann. In den 1977er Jahren betrug die Auflösung der Transmissionselektronenmikroskopie etwa 0,3 Nanometer (die Auflösung des menschlichen Auges betrug etwa 0,1 Millimeter). Heutzutage haben Elektronenmikroskope eine Vergrößerung von über 3 Millionen Mal, während optische Mikroskope eine etwa 2000-fache Vergrößerung haben. Daher können Elektronenmikroskope das sauber angeordnete Atomgitter in den Atomen und Kristallen bestimmter Schwermetalle direkt beobachten.
Im Jahr 1931 modifizierten Knorr und Ruska aus Deutschland ein Hochspannungsoszilloskop mit einer Kaltkathodenentladungselektronenquelle und drei Elektronenlinsen und erhielten mehr als zehnfach vergrößerte Bilder, was die Möglichkeit der Abbildung mit Elektronenmikroskopvergrößerung bestätigte. Im Jahr 1932 erreichte die Auflösung von Elektronenmikroskopen mit der Verbesserung von Ruska 50 Nanometer, was etwa dem Zehnfachen der Auflösung optischer Mikroskope zu dieser Zeit entsprach. Infolgedessen erlangten Elektronenmikroskope zunehmend Aufmerksamkeit.
In den 1940er Jahren kompensierte Hill in den USA die Rotationsasymmetrie von Elektronenlinsen mit einem Astigmatisator, was zu einem neuen Durchbruch in der Auflösung von Elektronenmikroskopen führte und nach und nach das moderne Niveau erreichte. In China wurde 1958 erfolgreich ein Transmissionselektronenmikroskop mit einer Auflösung von 3 Nanometern entwickelt. 1979 wurde auch ein großes Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 0,3 Nanometern entwickelt.
Obwohl die Auflösung von Elektronenmikroskopen der von optischen Mikroskopen weit überlegen ist, ist es aufgrund der Notwendigkeit, unter Vakuumbedingungen zu arbeiten, schwierig, lebende Organismen zu beobachten, und die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen kann auch Strahlenschäden an biologischen Proben verursachen. Auch andere Themen, wie die Verbesserung der Helligkeit der Elektronenkanone und der Qualität der Elektronenlinse, erfordern weitere Forschung.
Die Auflösung ist ein wichtiger Indikator der Elektronenmikroskopie, der mit dem Einfallskegelwinkel und der Wellenlänge des die Probe durchdringenden Elektronenstrahls zusammenhängt. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt etwa {{0}} Nanometer, während die Wellenlänge des Elektronenstrahls mit der Beschleunigungsspannung zusammenhängt. Wenn die Beschleunigungsspannung 50-100 kV beträgt, beträgt die Wellenlänge des Elektronenstrahls etwa 0,{3}},0037 Nanometer. Aufgrund der Tatsache, dass die Wellenlänge des Elektronenstrahls viel kleiner ist als die des sichtbaren Lichts, ist die Auflösung des Elektronenmikroskops immer noch viel besser, selbst wenn der Kegelwinkel des Elektronenstrahls nur 1 % des Kegelwinkels eines optischen Mikroskops beträgt als die eines optischen Mikroskops.
Das Elektronenmikroskop besteht aus drei Teilen: einer Röhre, einem Vakuumsystem und einem Schaltschrank. Der Spiegelzylinder besteht hauptsächlich aus Komponenten wie einer Elektronenkanone, einer Elektronenlinse, einem Probenhalter, einem Fluoreszenzschirm und einem Fotomechanismus, die normalerweise von oben nach unten zu einem Zylinder zusammengebaut werden. Das Vakuumsystem besteht aus einer mechanischen Vakuumpumpe, einer Diffusionspumpe und einem Vakuumventil, die über eine Absaugleitung mit dem Spiegelrohr verbunden sind; Der Leistungsschrank besteht aus einem Hochspannungsgenerator, einem Erregerstromstabilisator und verschiedenen Regel- und Steuereinheiten.
Eine Unterlinse ist ein wichtiger Bestandteil im Tubus eines Elektronenmikroskops. Es nutzt ein räumliches elektrisches oder magnetisches Feld, das symmetrisch zur Achse der Röhre ist, um die Flugbahn der Elektronen in Richtung der Achse zu biegen und so einen Fokus zu bilden. Ihre Funktion ähnelt der einer konvexen Glaslinse zur Fokussierung des Lichtstrahls und wird daher Elektronenlinse genannt. Die meisten modernen Elektronenmikroskope verwenden elektromagnetische Linsen, die Elektronen mit einem starken Magnetfeld fokussieren, das durch einen stabilen Gleichstrom-Erregerstrom erzeugt wird, der durch eine Spule mit Polschuhen fließt.
Eine Elektronenkanone ist eine Komponente, die aus einer Glühkathode, einem Gate und einer Kathode aus Wolframdraht besteht. Es kann Elektronenstrahlen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit emittieren und bilden, daher muss die Stabilität der Beschleunigungsspannung mindestens ein Tausendstel betragen.
