光学顕微鏡と比較した電子顕微鏡の利点
電子顕微鏡の解像度は光学顕微鏡よりもはるかに優れていますが、真空状態で動作する必要があるため、生体を観察することは困難であり、電子ビームの照射により生物サンプルが照射損傷を受ける可能性があります。電子銃の明るさや電子レンズの品質向上など、その他の問題も引き続き研究する必要があります。
分解能は電子顕微鏡の重要な指標であり、試料を通過する電子ビームの入射角と波長に関係しています。可視光の波長は約 300 ～ 700 ナノメートルで、電子ビームの波長は加速電圧に関係しています。加速電圧が 50 ～ 100 kV の場合、電子ビームの波長は約 0.0053 ～ 0.0037 ナノメートルです。電子ビームの波長は可視光の波長よりもはるかに小さいため、電子ビームの円錐角が光学顕微鏡の 1% に過ぎないとしても、電子顕微鏡の分解能は依然として光学顕微鏡よりもはるかに優れています。
電子顕微鏡は、鏡筒、真空システム、電源キャビネットの 3 つの部分で構成されています。鏡筒には主に電子銃、電子レンズ、サンプルホルダー、蛍光スクリーン、カメラ機構などの部品があり、これらの部品は通常、上から下まで 1 つの列に組み立てられています。真空システムは、機械式真空ポンプ、拡散ポンプ、真空バルブなどで構成され、ポンプ パイプラインを介して鏡筒に接続されています。電源キャビネットは、高電圧発生器、励起電流安定器、およびさまざまな制御ユニットで構成されています。
電子レンズは電子顕微鏡の鏡筒の重要な部品で、鏡筒の軸と対称な空間の電場または磁場を形成し、電子の軌跡を鏡筒の軸に集束させます。これはガラス凸レンズの役割で、光線を集束させるレンズの役割と似ているため、電子レンズと呼ばれます。現代の電子顕微鏡のほとんどは電磁レンズを使用しており、非常に安定した直流励起電流を磁極片のあるコイルに流すことで、強い磁場を発生させ、電子を集束させます。
電子銃はタングステン熱陰極、ゲート、陰極から構成される部品で、均一な速度の電子ビームを放出・形成するため、加速電圧の安定性は1万分の1以上であることが求められます。
電子顕微鏡は、構造と用途によって、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、反射型電子顕微鏡、および放射型電子顕微鏡に分類できます。透過型電子顕微鏡は、通常の顕微鏡では識別できない物質の微細構造を観察するためによく使用されます。走査型電子顕微鏡は、主に固体表面の形態を観察するために使用されますが、X線回折計や電子分光計と組み合わせて電子マイクロプローブを形成し、物質の組成を分析するためにも使用されます。放射型電子顕微鏡は、表面の電子の自己放出を研究するためのものです。
走査型電子顕微鏡の電子ビームはサンプルを通過せず、サンプルの表面をスキャンして二次電子を励起するだけです。サンプルの横に置かれたシンチレーション結晶がこれらの二次電子を受け取り、増幅されて CRT の電子ビームの強度を変調し、CRT の蛍光スクリーンの明るさを変えます。CRT の偏向コイルはサンプル表面の電子ビームと同期しているため、CRT の蛍光スクリーンにはサンプル表面の地形画像が表示されます。これは、産業用テレビの動作原理に似ています。
走査型電子顕微鏡の解像度は、主にサンプル表面での電子ビームの直径によって決まります。倍率は、チューブ上の走査振幅とサンプル上の走査振幅の比であり、数十万倍から数十万倍まで連続的に変化させることができます。走査型電子顕微鏡では、非常に薄いサンプルを必要とせず、画像は3次元感が強く、電子ビームと物質の相互作用によって生成される二次電子、吸収電子、X線などの情報を使用して、物質の組成を分析できます。
走査型電子顕微鏡の電子銃とスポッティングミラーは透過型電子顕微鏡とほぼ同じですが、電子ビームをより細かくするために、対物レンズの下のスポッティングミラーに分散器が追加され、対物レンズ内にも互いに垂直な2組の走査コイルが内部に装備されています。対物レンズの下のサンプル室には、移動、回転、傾斜が可能なサンプルステージが装備されています。
