Ähnlichkeiten und Unterschiede im Bildgebungsprinzip des optischen Mikroskops im Elektronenmikroskop
Ein Elektronenmikroskop ist ein Instrument, das anstelle von Lichtstrahlen und optischen Linsen Elektronenstrahlen und Elektronenlinsen verwendet, um nach dem Prinzip der Elektronenoptik die feinen Strukturen von Substanzen in sehr hohen Vergrößerungen abzubilden.
Das Auflösungsvermögen eines Elektronenmikroskops wird durch den minimalen Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten angegeben, den es auflösen kann. In den 1977er Jahren hatten Transmissionselektronenmikroskope eine Auflösung von etwa 0,3 Nanometern (das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges beträgt etwa 0,1 Millimeter). Jetzt beträgt die maximale Vergrößerung des Elektronenmikroskops mehr als 3 Millionen Mal, während die maximale Vergrößerung des optischen Mikroskops etwa das 2000-fache beträgt, sodass die Atome einiger Schwermetalle und die sauber angeordneten Atomgitter im Kristall direkt durch das Elektronenmikroskop beobachtet werden können .
Im Jahr 1931 rüsteten Knorr-Bremse und Ruska aus Deutschland ein Hochspannungsoszilloskop mit einer Kaltkathodenentladungs-Elektronenquelle und drei Elektronenlinsen um und erhielten ein mehr als zehnfach vergrößertes Bild, was die Möglichkeit einer elektronenmikroskopisch vergrößerten Abbildung bestätigte. Im Jahr 1932, nach Ruskas Verbesserung, erreichte das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops 50 Nanometer, etwa das Zehnfache des Auflösungsvermögens des Lichtmikroskops zu dieser Zeit, sodass das Elektronenmikroskop begann, die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich zu ziehen.
In den 1940er Jahren verwendete Hill in den Vereinigten Staaten einen Astigmatisator, um die Rotationsasymmetrie der Elektronenlinse auszugleichen, was einen neuen Durchbruch im Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops erzielte und nach und nach das moderne Niveau erreichte. In China wurde 1958 erfolgreich ein Transmissionselektronenmikroskop mit einer Auflösung von 3 Nanometern entwickelt und 1979 ein großes Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 0,3 Nanometern hergestellt.
Obwohl das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops weitaus besser ist als das des optischen Mikroskops, ist es schwierig, lebende Organismen zu beobachten, da das Elektronenmikroskop unter Vakuumbedingungen arbeiten muss und die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl auch dazu führt, dass die biologischen Proben betroffen sind durch Strahlung beschädigt werden. Auch andere Themen wie die Verbesserung der Helligkeit der Elektronenkanone und der Qualität der Elektronenlinse müssen weiter untersucht werden.
Das Auflösungsvermögen 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 von Elektronenstrahlen von der Beschleunigungsspannung abhängt. Wenn die Beschleunigungsspannung 50-100 kV beträgt, beträgt die Wellenlänge des Elektronenstrahls etwa 0,{3}},0037 Nanometer. Da die Wellenlänge des Elektronenstrahls viel kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, ist das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops diesem immer noch weit überlegen, selbst wenn der Kegelwinkel des Elektronenstrahls nur 1 Prozent des Kegelwinkels des optischen Mikroskops beträgt des optischen Mikroskops.
