光学顕微鏡と電子顕微鏡の違いは何ですか?
一般的な光学顕微鏡は、可視光を使用してサンプルを照らし、一連のガラスレンズを使用してサンプルの画像を拡大します。光を使用しているため、サンプルを大気中で顕微鏡の下に置くことができます。また、一部の用途では、少量の水または油の中にサンプルを置くこともできます。複合光学顕微鏡の場合、内部の詳細を見るために光を透過させる必要があるため、通常はサンプルを薄くする必要があります。これは通常、サンプルのセクションを切断することを意味しますが、サンプルによっては、セクションの厚さが約 1 ～ 20 ミクロンになる場合があります。実体光学顕微鏡または解剖光学顕微鏡では、通常はサンプルの表面を見るだけなので、そのような要件はありません。光学顕微鏡で拡大された画像を接眼レンズを通して観察します。
電子顕微鏡は、慎重に制御された電子ビームを照明として使用します。ビームは、一連の電磁レンズによって制御および集束されます。電磁レンズは、本質的には強力な電磁コイルで、中央に電子が通過する穴があります。レンズはサンプルに当たる光線を制御し、サンプルの画像を拡大します。電子ビームを扱うため、電子光学系全体を高真空にする必要があります。つまり、サンプルは真空環境に適したものでなければなりません。透過型電子顕微鏡 (TEM) では、電子はサンプルを通過する必要があるため、サンプルは非常に薄く、0.1 ミクロン未満でなければなりません。拡大された画像は蛍光スクリーン上に表示されますが、スクリーンの下または上に取り付けられた CCD カメラで記録することもできます。
走査型電子顕微鏡 (SEM) は、ある意味では光学解剖顕微鏡と非常によく似ています。つまり、標本の表面を非常に注意深く観察するため、標本が薄くなくてもよいのです。SEM では、標本は細かく焦点を絞った電子ビームでスキャンされるため、標本は高真空に耐えることができ、適度に導電性がなければなりません (これは、標本に電子の流れを放出し、電流を伝導する必要があるためです)。SEM 標本は、導電性を持たせるために、非常に薄い炭素または金属 (金やクロムなど) でコーティングされることがよくあります。
上記のコメントは物理的な計測機器の違いについて説明しており、電子顕微鏡が光学顕微鏡よりも大きくて複雑であることには触れていません。しかし、光学顕微鏡と電子顕微鏡の主な違いは解像度、つまり非常に小さな詳細を解像する能力です。解像度は、最終的には光学顕微鏡の光の波長と電子顕微鏡の電子ビームの有効波長によって制限されます。可視光の波長はおよそ {{0}} ナノメートルの範囲であるため、光学顕微鏡の最適解像度は約 200 ナノメートル (0.2 マイクロメートル) です。200 キロボルトで動作する TEM の場合、電子ビームの波長は 0.0025 ナノメートルであり、このような機器の実際の解像度は約 0.2 ナノメートルで、光学顕微鏡の 1000 倍優れています。高度な TEM の解像度は 0.1 ナノメートルに近い場合があり、多くの TEM は規則的な構造の原子を画像化できます。
倍率は、単に物体が目や画面に映る大きさと実際の大きさの比率であるため、非常に優れた光学顕微鏡の最大倍率は 1000-2000 倍で、高品質の TEM の最大倍率は 1-2 百万倍です。SEM の場合、解像度に影響する他の多くの要因があり、最大倍率はおそらく 300,000 倍程度です。
ご覧のとおり、光学顕微鏡と電子顕微鏡には確かに多くの違いがあり、解像度の問題が主なものです。実際の用途では、どのタイプの機器を使用するかの選択は、最終的には必要な解像度と倍率、およびサンプルの準備の容易さによって決まります。
