Bedriftsprincipper
Selv om der i princippet er ligheder mellem optiske mikroskoper og elektronmikroskoper, er de to i praksis meget forskellige. Det konventionelle elektronmikroskop kræver, at elektronstrålen befinder sig i et vakuum, fordi elektroner normalt ikke kan bevæge sig en nævneværdig afstand i luft ved atmosfærisk tryk. Elektronmikroskopets kolonne evakueres ved hjælp af pumper, og prøverne og andre nødvendige apparater indføres i vakuumet ved hjælp af luftsluser. I modsætning til det optiske mikroskop, hvor objektiverne har fast fokus, og hvor afstanden mellem prøve og objektiv varierer, har elektronmikroskopet objektiver med variabel fokus, og afstanden mellem prøve og objektiv og afstanden mellem objektiverne forbliver konstant. Forstørrelsen bestemmes hovedsagelig af værdien af strømmen (for magnetiske linser) gennem mellem- og projektorlinsespolerne. Billedet fokuseres ved at ændre strømmen gennem objektivlinse-spolen. En anden forskel er, at det optiske mikroskop normalt betjenes således, at billedet er virtuelt, mens det endelige billede i elektronmikroskopet altid er reelt og visualiseres på en fluorescerende skærm eller optages til undersøgelse på en fotografisk plade i traditionelle instrumenter eller – mere almindeligt i nutidens laboratorier – på et digitalt billedsystem.
I det optiske mikroskop dannes billedet ved absorption af lys i prøven; i elektronmikroskopet er billedet resultatet af en spredning af elektroner fra atomer i prøven. Et tungt atom er mere effektivt i spredningen end et atom med lavt atomnummer, og tilstedeværelsen af tunge atomer vil øge billedkontrasten. Elektronmikroskopisten kan inkorporere flere tunge atomer i prøven med henblik herpå.
De tidlige mikroskoper var afhængige af elektrostatiske linser, men moderne instrumenter anvender elektromagnetiske linser. Disse består af en solenoid af tråd sammen med et magnetisk polstykke, der skaber og koncentrerer et magnetfelt. De linser, der anvendes til mikroskopets kondensor- og projektorsystem, adskiller sig kun i detaljer fra objektivobjektivet. F.eks. er fremstillings- og præstationstolerancerne for en kondensor- eller projektorlinse mindre krævende end for en objektivlinse.
Søgninger for at forbedre elektronmikroskopets opløsning har haft en tendens til at fremstille en enkeltfeltskondensor-objektivlinse med lav aberration. I en sådan linse fungerer den øverste del som kondensor og den nederste del som objektiv; prøven indsættes i midten af linsen, hvor det aksiale magnetfelt (feltet langs instrumentets akse) er størst.
Alle elektronobjektiver udviser sfærisk aberration, forvrængning, koma, astigmatisme, krumning af feltet og kromatisk aberration som følge af variationer i bølgelængderne i elektronstrålen. Sådanne ændringer i elektronernes hastighed kan enten skyldes variationer i højspændingsforsyningen til elektronkanonen eller energitab fra elektronernes kollisioner med atomer i prøven. Den første effekt kan minimeres ved omhyggelig stabilisering af højspændingsforsyningen, og for de meget tynde prøver og de høje elektronenergier, der almindeligvis anvendes, kan den anden effekt normalt ignoreres. Mikroskopets opløsningsevne er i sidste ende begrænset af objektivlinseens sfæriske aberration. Det er ikke muligt at korrigere denne aberration ved at tilføje en anden linse med modsatte egenskaber, som det kan gøres for det optiske mikroskop, fordi magnetiske elektronobjektiver altid er konvergerende. Computerstøttet linsedesign har ført til store forbedringer af ydeevnen, men elektronobjektiver kræver stadig meget mindre numeriske åbninger end optiske objektiver for at fungere optimalt.
Astigmatisme i elektronmikroskopet skyldes i vid udstrækning afvigelser fra den cylindriske symmetri i de radiale komponenter af objektivets magnetfelt og er resultatet af en ufuldkommen konstruktion af objektivet. Elektronstrålens vekselvirkning med resterende gasmolekyler i søjlen kan også føre til aflejringer langs strålebanen, som oplades under strålepåvirkning og indfører asymmetrier. Astigmatisme kan normalt korrigeres fuldstændigt ved brug af de stigmatorer, der er monteret på objektivlinsen.
Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford