Principy činnosti
Ačkoli v principu existuje podobnost mezi uspořádáním optického a elektronového mikroskopu, v praxi se oba velmi liší. Konvenční elektronový mikroskop vyžaduje, aby paprsek elektronů byl ve vakuu, protože elektrony nemohou za normálních okolností urazit ve vzduchu při atmosférickém tlaku znatelnou vzdálenost. Kolona elektronového mikroskopu je evakuována pomocí vývěv a vzorky a další potřebné přístroje jsou do vakua zavedeny pomocí vzduchových uzávěrů. Na rozdíl od optického mikroskopu, kde jsou objektivy pevně zaostřené a vzdálenost mezi vzorkem a objektivem se mění, má elektronový mikroskop objektivy s proměnným zaostřením a vzdálenost mezi vzorkem a objektivem a vzdálenost mezi objektivy zůstávají konstantní. Zvětšení je určeno především hodnotou proudu (u magnetických čoček) procházejícího cívkami mezilehlých a promítacích čoček. Obraz se zaostřuje změnou proudu přes cívku objektivu. Další rozdíl spočívá v tom, že optický mikroskop je obvykle provozován tak, že obraz je virtuální, zatímco v elektronovém mikroskopu je výsledný obraz vždy reálný a je vizualizován na fluorescenční obrazovce nebo zaznamenán pro studium na fotografické desce v tradičních přístrojích nebo – což je v dnešní laboratoři obvyklejší – na digitálním zobrazovacím systému.
V optickém mikroskopu vzniká obraz absorpcí světla ve vzorku; v elektronovém mikroskopu je obraz výsledkem rozptylu elektronů atomy ve vzorku. Těžký atom je při rozptylu účinnější než atom s nízkým atomovým číslem a přítomnost těžkých atomů zvýší kontrast obrazu. Elektronový mikroskopista může za tímto účelem do vzorku začlenit více těžkých atomů.
Dřívější mikroskopy se spoléhaly na elektrostatické čočky, ale moderní přístroje používají elektromagnetické čočky. Ty se skládají ze solenoidu z drátu spolu s magnetickým pólovým dílkem, který vytváří a koncentruje magnetické pole. Objektivy používané pro kondenzor a promítací systém mikroskopu se od objektivu liší pouze v detailech. Například výrobní a výkonnostní tolerance pro kondenzátorový nebo projektorový objektiv jsou méně náročné než pro objektiv.
Snahy o zlepšení rozlišovací schopnosti elektronového mikroskopu směřovaly k výrobě kondenzátorového objektivu s jedním polem a nízkou aberací. V takovém objektivu funguje horní část jako kondenzor a spodní jako objektiv; vzorek se vkládá do středu objektivu, kde je axiální magnetické pole (pole podél osy přístroje) maximální.
Všechny elektronové objektivy vykazují sférickou aberaci, zkreslení, komu, astigmatismus, zakřivení pole a chromatickou aberaci v důsledku změn vlnových délek v elektronovém svazku. Tyto změny rychlosti elektronů mohou být způsobeny buď změnami v dodávce vysokého napětí do elektronového děla, nebo ztrátami energie při srážkách elektronů s atomy ve vzorku. První efekt lze minimalizovat pečlivou stabilizací vysokého napětí a u velmi tenkých vzorků a vysokých energií elektronů, které se běžně používají, lze druhý efekt obvykle zanedbat. Rozlišovací schopnost mikroskopu je nakonec omezena sférickou aberací objektivu. Tuto aberaci není možné korigovat přidáním druhého objektivu s opačnou charakteristikou, jak to lze provést u optického mikroskopu, protože magnetické elektronové objektivy jsou vždy konvergentní. Počítačem podporovaná konstrukce objektivů vedla k velkému zlepšení výkonu, ale elektronové objektivy stále vyžadují mnohem menší numerickou aperturu než optické objektivy, aby fungovaly optimálně.
Astigmatismus v elektronovém mikroskopu je z velké části způsoben odchylkami od cylindrické symetrie v radiálních složkách magnetického pole objektivu a je důsledkem nedokonalé konstrukce objektivu. Interakce elektronového svazku se zbytkovými molekulami plynu ve sloupci může také vést ke vzniku usazenin podél dráhy svazku, které se vlivem svazku nabíjejí a vnášejí asymetrii. Astigmatismus lze obvykle zcela korigovat použitím stigmátorů připevněných k objektivu.
Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford