Brukningsmetoder

Och även om det finns principiella likheter mellan optiska mikroskop och elektronmikroskop är de två i praktiken mycket olika. Det konventionella elektronmikroskopet kräver att elektronstrålen befinner sig i ett vakuum, eftersom elektroner normalt sett inte kan färdas en märkbar sträcka i luft vid atmosfäriskt tryck. Elektronmikroskopets kolonn evakueras med hjälp av pumpar, och proverna och all annan nödvändig utrustning förs in i vakuumet med hjälp av luftslussar. Till skillnad från det optiska mikroskopet, där linserna har fast fokus och avståndet mellan prov och objektiv varieras, har elektronmikroskopet linser med variabel fokus, och avståndet mellan prov och objektiv och avståndet mellan linserna förblir konstant. Förstoringen bestäms huvudsakligen av värdet på strömmen (för magnetiska linser) genom mellanlins- och projektorlinsspolarna. Bilden fokuseras genom att ändra strömmen genom objektivlinsens spole. En annan skillnad är att det optiska mikroskopet vanligtvis drivs så att bilden är virtuell, medan den slutliga bilden i elektronmikroskopet alltid är verklig och visualiseras på en fluorescerande skärm eller registreras för studier på en fotografisk platta i traditionella instrument eller – mer vanligt i dagens laboratorier – på ett digitalt bildsystem.

I det optiska mikroskopet bildas bilden genom att ljuset absorberas i provet; i elektronmikroskopet resulterar bilden från en spridning av elektroner av atomer i provet. En tung atom är effektivare i spridningen än en atom med lågt atomnummer, och närvaron av tunga atomer ökar bildkontrasten. Elektronmikroskopisten kan införliva fler tunga atomer i provet för detta ändamål.

Förra mikroskop var beroende av elektrostatiska linser, men moderna instrument använder elektromagnetiska linser. Dessa består av en solenoid av tråd tillsammans med ett magnetiskt polstycke som skapar och koncentrerar ett magnetfält. De linser som används för mikroskopets kondensor- och projektorsystem skiljer sig från objektivlinsen endast i detaljer. Till exempel är tillverknings- och prestandatoleranserna för en kondensor- eller projektorlins mindre krävande än för en objektivlins.

Ansträngningar för att förbättra elektronmikroskopets upplösning har tenderat mot produktion av en enkelfälts kondensor-objektivlins med låga aberrationer. I en sådan lins fungerar den övre delen som kondensor och den nedre som objektiv; provet förs in i linsens centrum, där det axiella magnetfältet (fältet längs instrumentets axel) är maximalt.

Alla elektronobjektiv uppvisar sfärisk aberration, förvrängning, koma, astigmatism, fältkrökning och kromatisk aberration på grund av variationer i våglängderna inom elektronstrålen. Sådana förändringar av elektronernas hastighet kan antingen bero på variationer i högspänningstillförseln till elektronkanonen eller på energiförluster från elektronernas kollisioner med atomer i provet. Den första effekten kan minimeras genom noggrann stabilisering av högspänningsförsörjningen, och för de mycket tunna proverna och de höga elektronenergier som vanligen används kan den andra effekten vanligen försummas. Mikroskopets upplösningsförmåga begränsas i slutändan av objektivlinsens sfäriska aberration. Det är inte möjligt att korrigera denna aberration genom att lägga till en andra lins med motsatta egenskaper, vilket kan göras för det optiska mikroskopet, eftersom magnetiska elektronlinser alltid är konvergerande. Datorstödd objektivkonstruktion har lett till stora förbättringar av prestanda, men elektronobjektiv kräver fortfarande mycket mindre numeriska aperturer än optiska objektiv för att fungera optimalt.

Astigmatism i elektronmikroskopet beror till stor del på avvikelser från cylindrisk symmetri i de radiella komponenterna i objektivets magnetfält och är ett resultat av en ofullständig konstruktion av objektivet. Elektronstrålens interaktion med kvarvarande gasmolekyler i kolonnen kan också leda till avlagringar längs strålbanan som laddar upp under strålens påverkan och introducerar asymmetrier. Astigmatism kan vanligtvis korrigeras helt och hållet med hjälp av de stigmatorer som är monterade på objektivet.

Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford