Princípios operacionais
Embora existam semelhanças de princípio entre a disposição dos microscópios ópticos e electrónicos, na prática os dois são muito diferentes. O microscópio eletrônico convencional requer que o feixe de elétrons esteja em vácuo, pois os elétrons não podem normalmente percorrer uma distância apreciável no ar à pressão atmosférica. A coluna do microscópio eletrônico é evacuada por bombas, e as amostras e qualquer outro aparelho necessário são introduzidas no vácuo por meio de travas de ar. Ao contrário do microscópio óptico, no qual as lentes são de foco fixo e a distância entre a amostra e a lente objetiva é variada, o microscópio eletrônico tem lentes de foco variável, e a distância entre a amostra e a lente objetiva e a separação das lentes permanecem constantes. A ampliação é determinada principalmente pelo valor da corrente (para lentes magnéticas) através das bobinas da objectiva intermédia e do projector. A imagem é focada pela mudança da corrente através da bobina da lente objetiva. Outra diferença é que o microscópio óptico é normalmente operado de modo que a imagem seja virtual, enquanto que no microscópio electrónico a imagem final é invariavelmente real e é visualizada numa tela fluorescente ou gravada para estudo numa placa fotográfica em instrumentos tradicionais ou – mais geralmente no laboratório actual – num sistema de imagem digital.
No microscópio óptico a imagem é formada pela absorção da luz na amostra; no microscópio electrónico a imagem resulta de uma dispersão de electrões por átomos na amostra. Um átomo pesado é mais eficaz na dispersão do que um de baixo número atómico e a presença de átomos pesados aumentará o contraste da imagem. O microscópio eletrônico pode incorporar átomos mais pesados na amostra para este fim.
Early microscópios baseados em lentes eletrostáticas, mas os instrumentos modernos usam lentes eletromagnéticas. Estas consistem num solenóide de fio juntamente com uma peça de pólo magnético que cria e concentra um campo magnético. As lentes usadas para o sistema de condensador e projetor do microscópio diferem das lentes objetivas apenas em detalhes. Por exemplo, as tolerâncias de fabrico e desempenho para um condensador ou lente do projector são menos exigentes do que para uma lente objectiva.
Os esforços para melhorar a resolução do microscópio electrónico tenderam para a produção de uma lente de condensador de campo único – objectiva de baixas aberrações. Nessa lente, a parte superior atua como condensador e a inferior como objetiva; a amostra é inserida no centro da lente, onde o campo magnético axial (o campo ao longo do eixo do instrumento) está no máximo.
Todas as lentes eletrônicas mostram aberração esférica, distorção, coma, astigmatismo, curvatura do campo e aberração cromática devido a variações nos comprimentos de onda dentro do feixe de elétrons. Tais alterações da velocidade dos elétrons podem ser devidas a variações na alimentação de alta tensão do canhão de elétrons ou devido a perdas de energia de colisões de elétrons com átomos no espécime. O primeiro efeito pode ser minimizado pela estabilização cuidadosa do fornecimento de alta tensão; e para os espécimes muito finos e as altas energias de elétrons comumente utilizadas, o segundo efeito pode geralmente ser negligenciado. O poder de resolução do microscópio é finalmente limitado pela aberração esférica da lente objetiva. Não é possível corrigir esta aberração adicionando uma segunda lente de características opostas, como pode ser feito para o microscópio óptico, porque as lentes magnéticas de electrões são sempre convergentes. O desenho de lentes assistido por computador levou a grandes melhorias no desempenho, mas as lentes de elétron ainda requerem aberturas numéricas muito menores do que as lentes ópticas para funcionar de forma ideal.
Astigmatismo no microscópio eletrônico é em grande parte devido a desvios da simetria cilíndrica nos componentes radiais do campo magnético da lente e é o resultado de uma construção imperfeita da lente. A interacção do feixe de electrões com moléculas de gás residual na coluna também pode levar a depósitos ao longo do trajecto do feixe que se carregam sob a influência do feixe e introduzem assimetrias. O astigmatismo pode normalmente ser completamente corrigido pelo uso dos estigmadores instalados na lente objetiva.
Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford