電子顕微鏡と光学顕微鏡の利点
サブ顕微鏡は、電子光学の原理に基づいて、光ビームと光学レンズの代わりに電子ビームとレンズを使用し、物質の微細構造を非常に高い倍率で画像化する機器です。
電子顕微鏡の分解能は、電子顕微鏡が識別できる隣接する 2 点間の短い距離によって表されます。 1970 年代、透過型電子顕微鏡の解像度は約 0.3 ナノメートルでした (人間の目の解像度は約 0.1 ミリメートルでした)。現在、電子顕微鏡の倍率は300万倍を超え、光学顕微鏡の倍率は約2000倍となっています。したがって、電子顕微鏡は、特定の重金属の原子や結晶内に整然と配置された原子格子を直接観察することができます。
1931年、ドイツのクノールとルスカは、冷陰極放電電子源と3つの電子レンズを備えた高圧オシロスコープを改造し、10倍以上に拡大された画像を取得し、電子顕微鏡拡大画像化の可能性を確認した。 1932年、ルスカの改良により電子顕微鏡の分解能は50ナノメートルに達し、これは当時の光学顕微鏡の約10倍の分解能でした。その結果、電子顕微鏡が注目されるようになりました。
1940 年代、米国のヒルは電子レンズの回転非対称性を非点収差補正器で補正しました。その結果、電子顕微鏡の分解能は新たな進歩を遂げ、徐々に現代のレベルに到達しました。中国では1958年に分解能3ナノメートルの透過型電子顕微鏡の開発に成功し、1979年には分解能0.3ナノメートルの大型電子顕微鏡も開発された。
電子顕微鏡の分解能は光学顕微鏡よりもはるかに優れていますが、真空条件下で作業する必要があるため、生体の観察が困難であり、電子線の照射により生体サンプルに放射線障害が生じる可能性もあります。電子銃の輝度や電子レンズの品質の向上など、他の問題についてもさらなる研究が必要です。
解像度は電子顕微鏡の重要な指標であり、サンプルを通過する電子ビームの入射円錐角と波長に関係します。可視光の波長は約{{0}}ナノメートルですが、電子ビームの波長は加速電圧に関係します。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短いため、電子ビームの錐角が光学顕微鏡の錐角のわずか1%であっても、電子顕微鏡の分解能は依然としてはるかに優れています。光学顕微鏡よりも。
電子顕微鏡は、管、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。鏡筒は主に電子銃、電子レンズ、試料ホルダー、蛍光板、撮影機構などの部品で構成されており、通常は上から下まで筒状に組み立てられます。真空システムは機械式真空ポンプ、拡散ポンプ、真空バルブで構成されており、これらは抽出パイプラインを介してミラーチューブに接続されています。電源キャビネットは、高電圧発生器、励起電流安定化装置、およびさまざまな調整および制御ユニットで構成されます。
サブレンズは電子顕微鏡の鏡筒内の重要なコンポーネントです。管の軸に対して対称な空間電場または磁場を使用して、電子の軌道を軸に向かって曲げ、焦点を形成します。光線を集束させるガラスの凸レンズに似た働きをするため、電子レンズと呼ばれます。最新の電子顕微鏡のほとんどは電磁レンズを使用しており、磁極片付きのコイルを通過する安定した DC 励起電流によって生成される強力な磁場で電子を集束させます。
電子銃は、タングステン線の熱陰極、ゲート、陰極で構成される部品です。均一な速度で電子ビームを放出・形成できるため、加速電圧の1000分の1以上の安定性が要求されます。
