Principii de funcționare
Deși există asemănări de principiu între structura microscopului optic și cea a microscopului electronic, în practică cele două sunt foarte diferite. Microscopul electronic convențional necesită ca fasciculul de electroni să se afle în vid, deoarece electronii nu pot parcurge în mod normal o distanță apreciabilă în aer la presiunea atmosferică. Coloana microscopului electronic este evacuată cu ajutorul unor pompe, iar epruvetele și orice alt aparat necesar sunt introduse în vid prin intermediul unor ecluze de aer. Spre deosebire de microscopul optic, la care lentilele au focalizare fixă și distanța dintre specimen și obiectiv variază, microscopul electronic are lentile cu focalizare variabilă, iar distanța dintre specimen și obiectiv și distanța dintre lentile rămân constante. Mărirea este determinată în principal de valoarea curentului (pentru lentilele magnetice) prin bobinele lentilelor intermediare și de proiecție. Imaginea este focalizată prin modificarea curentului prin bobina lentilei obiectivului. O altă diferență constă în faptul că microscopul optic este de obicei operat astfel încât imaginea este una virtuală, în timp ce la microscopul electronic imaginea finală este invariabil reală și este vizualizată pe un ecran fluorescent sau înregistrată pentru studiu pe o placă fotografică în instrumentele tradiționale sau – mai frecvent în laboratoarele actuale – pe un sistem de imagistică digitală.
La microscopul optic imaginea este formată prin absorbția luminii în specimen; la microscopul electronic imaginea rezultă dintr-o împrăștiere a electronilor de către atomii din specimen. Un atom greu este mai eficient în împrăștiere decât unul cu număr atomic mic, iar prezența atomilor grei va crește contrastul imaginii. Microscopistul electronist poate încorpora mai mulți atomi grei în specimen în acest scop.
Microscoapele timpurii se bazau pe lentile electrostatice, dar instrumentele moderne folosesc lentile electromagnetice. Acestea constau dintr-un solenoid de sârmă împreună cu o piesă polară magnetică care creează și concentrează un câmp magnetic. Lentilele utilizate pentru sistemul de condensator și proiector al microscopului diferă de lentila obiectivului doar prin detalii. De exemplu, toleranțele de fabricație și de performanță pentru o lentilă de condensator sau de proiector sunt mai puțin exigente decât pentru o lentilă de obiectiv.
Eforturile de îmbunătățire a rezoluției microscopului electronic au tins spre producerea unei lentile de condensator-obiectiv cu un singur câmp de aberații reduse. Într-o astfel de lentilă, partea superioară acționează ca un condensator, iar cea inferioară ca obiectiv; specimenul este introdus în centrul lentilei, unde câmpul magnetic axial (câmpul de-a lungul axei instrumentului) este maxim.
Toate lentilele electronice prezintă aberații sferice, distorsiuni, comă, astigmatism, curbură de câmp și aberații cromatice datorate variațiilor lungimilor de undă din cadrul fasciculului de electroni. Astfel de modificări ale vitezei electronilor se pot datora fie variațiilor în alimentarea de înaltă tensiune a tunului de electroni, fie pierderilor de energie din coliziunile electronilor cu atomii din specimen. Primul efect poate fi redus la minimum printr-o stabilizare atentă a alimentării de înaltă tensiune; iar în cazul epruvetelor foarte subțiri și al energiilor ridicate ale electronilor utilizate în mod obișnuit, cel de-al doilea efect poate fi de obicei neglijat. Puterea de rezoluție a microscopului este în cele din urmă limitată de aberația sferică a obiectivului. Nu este posibil să se corecteze această aberație prin adăugarea unei a doua lentile cu caracteristici opuse, așa cum se poate face în cazul microscopului optic, deoarece lentilele electronice magnetice sunt întotdeauna convergente. Proiectarea lentilelor asistată de calculator a dus la mari îmbunătățiri ale performanțelor, dar lentilele electronice necesită în continuare deschideri numerice mult mai mici decât lentilele optice pentru a funcționa în mod optim.
Astigmatismul în microscopul electronic se datorează în mare parte abaterilor de la simetria cilindrică în componentele radiale ale câmpului magnetic al obiectivului și este rezultatul unei construcții imperfecte a obiectivului. Interacțiunea fasciculului de electroni cu moleculele reziduale de gaz din coloană poate duce, de asemenea, la depuneri de-a lungul traiectoriei fasciculului care se încarcă sub influența fasciculului și introduc asimetrii. Astigmatismul poate fi, de obicei, complet corectat prin utilizarea stigmatoarelor montate pe lentila obiectivului.
Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford.