電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理,用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡,使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。
分辨能力是電子顯微鏡的重要指標(biāo),它與透過(guò)樣品的電子束入射錐角和波長(zhǎng)有關(guān)。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約為300~700納米,而電子束的波長(zhǎng)與加速電壓有關(guān)。當(dāng)加速電壓為50~100千伏時(shí),電子束波長(zhǎng)約為0.0053~0.0037納米。由于電子束的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng),所以即使電子束的錐角僅為光學(xué)顯微鏡的1%,電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光學(xué)顯微鏡。
電子顯微鏡由鏡筒、真空系統(tǒng)和電源柜三部分組成。鏡筒主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機(jī)構(gòu)等部件,這些部件通常是自上而下地裝配成一個(gè)柱體;真空系統(tǒng)由機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵和真空閥門(mén)等構(gòu)成,并通過(guò)抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接;電源柜由高壓發(fā)生器、勵(lì)磁電流穩(wěn)流器和各種調(diào)節(jié)控制單元組成。
電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件,它用一個(gè)對(duì)稱(chēng)于鏡筒軸線的空間電場(chǎng)或磁場(chǎng)使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦,其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似,所以稱(chēng)為電子透鏡?,F(xiàn)代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡,由很穩(wěn)定的直流勵(lì)磁電流通過(guò)帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使電子聚焦。
電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構(gòu)成的部件。它能發(fā)射并形成速度均勻的電子束,所以加速電壓的穩(wěn)定度要求不低于萬(wàn)分之一。
電子顯微鏡按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。透射式電子顯微鏡常用于觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu);掃描式電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌,也能與
X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合,構(gòu)成電子微探針,用于物質(zhì)成分分析;發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。