Les avantages de la microscopie électronique et de la microscopie optique
Un sous-microscope est un instrument qui utilise des faisceaux d'électrons et des lentilles au lieu de faisceaux lumineux et de lentilles optiques basés sur les principes de l'optique électronique, pour imager les fines structures de la matière à des grossissements très élevés.
La résolution d'un microscope électronique est représentée par la faible distance entre deux points adjacents qu'il peut distinguer. Dans les années 1970, la résolution de la microscopie électronique à transmission était d'environ 0,3 nanomètres (la résolution de l'œil humain était d'environ 0,1 millimètre). De nos jours, les microscopes électroniques ont un grossissement de plus de 3 millions de fois, tandis que les microscopes optiques ont un grossissement d'environ 2 000 fois. Par conséquent, les microscopes électroniques peuvent observer directement le réseau atomique soigneusement agencé des atomes et des cristaux de certains métaux lourds.
En 1931, Knorr et Ruska d'Allemagne ont modifié un oscilloscope haute tension avec une source d'électrons à décharge à cathode froide et trois lentilles électroniques, et ont obtenu des images agrandies plus de dix fois, confirmant la possibilité d'une imagerie avec grossissement au microscope électronique. En 1932, grâce aux améliorations de Ruska, la résolution des microscopes électroniques atteignit 50 nanomètres, soit environ dix fois la résolution des microscopes optiques de l'époque. En conséquence, les microscopes électroniques ont commencé à attirer l’attention.
Dans les années 1940, Hill aux États-Unis a compensé l'asymétrie de rotation des lentilles électroniques avec un astigmatiseur, entraînant une nouvelle avancée dans la résolution des microscopes électroniques et atteignant progressivement les niveaux modernes. En Chine, un microscope électronique à transmission avec une résolution de 3 nanomètres a été développé avec succès en 1958. En 1979, un grand microscope électronique avec une résolution de 0,3 nanomètre a également été développé.
Bien que la résolution des microscopes électroniques soit de loin supérieure à celle des microscopes optiques, ils sont difficiles à observer les organismes vivants en raison de la nécessité de travailler sous vide, et l'irradiation par faisceau électronique peut également causer des dommages aux échantillons biologiques par rayonnement. D’autres questions, telles que l’amélioration de la luminosité du canon à électrons et de la qualité des lentilles électroniques, nécessitent également des recherches plus approfondies.
La résolution est un indicateur important de la microscopie électronique, qui est liée à l'angle du cône incident et à la longueur d'onde du faisceau électronique traversant l'échantillon. La longueur d'onde de la lumière visible est d'environ {{0}} nanomètres, tandis que la longueur d'onde du faisceau d'électrons est liée à la tension d'accélération. Lorsque la tension d'accélération est de 50-100 kV, la longueur d'onde du faisceau d'électrons est d'environ 0,0053-0,0037 nanomètres. Du fait que la longueur d'onde du faisceau électronique est beaucoup plus petite que celle de la lumière visible, même si l'angle de cône du faisceau électronique n'est que de 1 % de celui d'un microscope optique, la résolution du microscope électronique est encore bien meilleure. que celle d'un microscope optique.
Le microscope électronique se compose de trois parties : un tube, un système de vide et une armoire électrique. Le corps du miroir se compose principalement de composants tels qu'un canon à électrons, une lentille électronique, un porte-échantillon, un écran fluorescent et un mécanisme de photographie, qui sont généralement assemblés dans un cylindre de haut en bas ; Le système de vide se compose d'une pompe à vide mécanique, d'une pompe à diffusion et d'une vanne à vide, qui sont reliées au tube miroir via une canalisation d'extraction ; L'armoire électrique se compose d'un générateur haute tension, d'un stabilisateur de courant d'excitation et de diverses unités de régulation et de contrôle.
Une sous-lentille est un composant important du tube d'un microscope électronique. Il utilise un champ électrique ou magnétique spatial symétrique à l’axe du tube pour plier la trajectoire des électrons vers l’axe, formant ainsi un foyer. Sa fonction est similaire à celle d’une lentille convexe en verre pour focaliser le faisceau lumineux, c’est pourquoi on l’appelle lentille électronique. La plupart des microscopes électroniques modernes utilisent des lentilles électromagnétiques qui focalisent les électrons avec un champ magnétique puissant généré par un courant d'excitation continu stable traversant une bobine avec des patins polaires.
Un canon à électrons est un composant composé d'une cathode chaude, d'une grille et d'une cathode en fil de tungstène. Il peut émettre et former des faisceaux d'électrons avec une vitesse uniforme, de sorte que la stabilité de la tension d'accélération ne doit pas être inférieure au millième.
