היתרונות של מיקרוסקופ אלקטרוני ומיקרוסקופ אופטי
מיקרוסקופ אלקטרוני הוא מכשיר המבוסס על עקרונות האופטיקה האלקטרונית, המשתמש בקרני אלקטרונים ועדשות במקום בקרני אור ועדשות אופטיות כדי לצלם את המבנים העדינים של החומר בהגדלה גבוהה מאוד.
יכולת הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים מיוצגת על ידי המרחק הקטן בין שתי נקודות סמוכות שהוא יכול להבחין בו. בשנות ה-1970, הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת הייתה בערך 0.3 ננומטר (רזולוציית העין האנושית הייתה בערך 0.1 מילימטר). כיום, למיקרוסקופים אלקטרונים הגדלה של למעלה מ-3 מיליון פעמים, ואילו למיקרוסקופים אופטיים הגדלה של כ-2000 פעמים. לכן, מיקרוסקופים אלקטרונים יכולים לצפות ישירות בסריג האטומי המסודר בקפידה של אטומי מתכת כבדה וגבישים מסוימים.
למרות שלמיקרוסקופים אלקטרונים יש רזולוציה טובה בהרבה ממיקרוסקופים אופטיים, קשה לצפות בהם באורגניזמים חיים בשל הצורך שלהם לעבוד בתנאי ואקום, והקרנת קרן אלקטרונים עלולה גם לגרום נזק קרינה לדגימות ביולוגיות. נושאים אחרים, כמו שיפור בהירות רובי האלקטרונים ואיכות עדשות האלקטרונים, צריכות להיבדק גם הן.
רזולוציה היא אינדיקטור חשוב למיקרוסקופ אלקטרוני, הקשור לזווית החרוט ואורך הגל של קרן האלקטרונים העוברת דרך המדגם. אורך הגל של האור הנראה הוא בערך {{0}} ננומטר, בעוד שאורך הגל של קרן האלקטרונים קשור למתח התאוצה. כאשר מתח התאוצה הוא 50-100 קילו וולט, אורך הגל של אלומת האלקטרונים הוא בערך 0.0053-0.0037 ננומטר. בשל העובדה שאורך הגל של קרן האלקטרונים קטן בהרבה מאורך הגל של האור הנראה, גם אם זווית החרוט של קרן האלקטרונים היא רק 1 אחוז מזו של מיקרוסקופ אופטי, הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים עדיין הרבה טוב יותר מזה של מיקרוסקופ אופטי.
מיקרוסקופ האלקטרונים מורכב משלושה חלקים: צינור מראה, מערכת ואקום וארון חשמל. קנה העדשה מורכב בעיקר מאקדחים אלקטרוניים, עדשות אלקטרוניות, מתלים לדוגמאות, מסכי פלורסנט ומנגנוני מצלמה, המורכבים בדרך כלל לעמוד מלמעלה למטה; מערכת הוואקום מורכבת ממשאבות ואקום מכניות, משאבות דיפוזיה ושסתומי ואקום, והיא מחוברת לצינור המראה דרך צינור מיצוי אוויר; ארון החשמל מורכב מגנרטור מתח גבוה, מייצב זרם עירור ויחידות ויסות ובקרה שונות.
עדשת אלקטרונים היא מרכיב חשוב בצינור של מיקרוסקופ אלקטרונים. הוא משתמש בשדה חשמלי או מגנטי מרחבי סימטרי לציר הצינור כדי לכופף את מסלול האלקטרונים לכיוון הציר, ויוצר מוקד. תפקידו דומה לזה של עדשת זכוכית קמורה למקד את אלומת האור, ולכן היא נקראת עדשת אלקטרונים. רוב מיקרוסקופי האלקטרונים המודרניים משתמשים בעדשות אלקטרומגנטיות, הממקדות אלקטרונים דרך שדה מגנטי חזק שנוצר על ידי זרם עירור DC יציב העובר דרך סליל עם נעלי קוטב.
אקדח אלקטרונים הוא רכיב המורכב מקתודה חמה של חוט טונגסטן, שער וקתודה. הוא יכול לפלוט וליצור קרני אלקטרונים במהירות אחידה, ולכן היציבות של מתח התאוצה נדרשת להיות לא פחות מאלפית.
אלומת האלקטרונים של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק אינה עוברת דרך הדגימה ורק סורקת ומעוררת אלקטרונים משניים על פני הדגימה. גביש הנצנץ הממוקם ליד המדגם מקבל אלקטרונים משניים אלה ומאפנן את עוצמת אלומת האלקטרונים של צינור התמונה לאחר ההגברה, ובכך משנה את הבהירות של מסך הפלורסנט של צינור התמונה. סליל הסטייה של צינור התמונה מסונכרן עם אלומת האלקטרונים על משטח הדגימה לצורך סריקה, כך שמסך הפלורסנט של צינור התמונה מציג את תמונת המורפולוגיה של משטח הדגימה, הדומה לעקרון העבודה של טלוויזיה תעשייתית.
הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק תלויה בעיקר בקוטר קרן האלקטרונים על פני הדגימה. ההגדלה היא היחס בין משרעת הסריקה בצינור ההדמיה לבין משרעת הסריקה בדגימה, שיכולה להשתנות ברציפות מעשרות מונים למאות אלפי פעמים. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת אינו דורש דגימות דקות מאוד; לתמונות יש תחושה חזקה של סטריאוסקופיה; הוא יכול לנתח את הרכב החומרים באמצעות מידע כגון אלקטרונים משניים, אלקטרונים נספגים וקרני רנטגן שנוצרות על ידי האינטראקציה בין אלומות אלקטרונים וחומרים.
אקדח האלקטרונים והמעבה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק זהים בערך לאלו של מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת, אך על מנת להפוך את קרן האלקטרונים עדינה יותר, מוסיפים עדשה אובייקטיבית ואסטיגמטיזר מתחת למעבה, ושתי סטים של ניצבים זה לזה. סלילי סריקה מותקנים גם בתוך עדשת האובייקטיב. תא הדגימה מתחת לעדשת האובייקטיבית מצויד במת דגימה שניתן להזיז, לסובב ולהטות.
