Sự khác biệt giữa kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi điện tử là gì?
Một kính hiển vi quang học điển hình sử dụng ánh sáng khả kiến để chiếu sáng mẫu và một loạt thấu kính thủy tinh để phóng to hình ảnh của mẫu. Vì bạn đang sử dụng ánh sáng nên bạn có thể đặt mẫu vật dưới kính hiển vi trong không khí xung quanh hoặc đối với một số ứng dụng, trong một lượng nhỏ nước hoặc dầu. Đối với kính hiển vi ánh sáng ghép, chúng ta thường cần mẫu vật phải mỏng vì chúng ta muốn ánh sáng đi qua nó để có thể nhìn thấy các chi tiết bên trong. Điều này thường có nghĩa là cắt các phần của mẫu, nhưng tùy thuộc vào mẫu, độ dày của các phần có thể vào khoảng 1 đến 20 micron. Với kính hiển vi soi nổi hoặc kính hiển vi ánh sáng mổ xẻ, không có yêu cầu nào như vậy vì bạn thường chỉ nhìn vào bề mặt của mẫu. Quan sát ảnh phóng đại của kính hiển vi quang học qua thị kính,
Kính hiển vi điện tử sử dụng chùm tia điện tử được điều khiển cẩn thận như một hình thức chiếu sáng. Chùm tia được điều khiển và tập trung bởi một loạt thấu kính điện từ, về cơ bản là những cuộn dây điện từ mạnh với một lỗ trung tâm để các electron đi qua. Thấu kính điều khiển chùm ánh sáng chiếu vào mẫu và cũng phóng to hình ảnh của mẫu. Vì bạn đang làm việc với chùm tia điện tử nên toàn bộ hệ thống quang học điện tử cần phải ở trong môi trường chân không cao, có nghĩa là mẫu phải phù hợp với môi trường chân không. Trong kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), các electron phải đi qua mẫu, do đó mẫu phải rất mỏng, nhỏ hơn 0,1 micron. Hình ảnh phóng to được xem trên màn hình huỳnh quang nhưng có thể được ghi lại bằng camera CCD gắn bên dưới hoặc phía trên màn hình.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) rất giống với kính hiển vi mổ xẻ quang học ở chỗ bạn nhìn rất kỹ bề mặt của mẫu vật nên nó không cần phải mỏng. Trong SEM, mẫu được quét bằng chùm electron tập trung tinh vi, do đó mẫu phải có khả năng chịu được chân không cao và phải có tính dẫn điện hợp lý. (Điều này là do bạn đang truyền một dòng điện tử vào mẫu và dòng điện phải được dẫn đi.) Các mẫu SEM thường được phủ một lớp cacbon hoặc kim loại rất mỏng (chẳng hạn như vàng hoặc crom) để làm cho chúng dẫn điện.
Các nhận xét ở trên mô tả sự khác biệt trong thiết bị vật lý và tôi thậm chí còn không đề cập đến việc kính hiển vi điện tử lớn hơn và phức tạp hơn kính hiển vi ánh sáng. Nhưng sự khác biệt chính giữa kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi điện tử là độ phân giải – khả năng phân giải các chi tiết rất nhỏ. Độ phân giải cuối cùng bị giới hạn bởi bước sóng ánh sáng trong kính hiển vi quang học và bước sóng hiệu dụng của chùm tia điện tử trong kính hiển vi điện tử. Vì bước sóng của ánh sáng khả kiến xấp xỉ trong phạm vi {0}} nanomet nên độ phân giải tối ưu của kính hiển vi quang học là khoảng 200 nanomet (0. 2 micromet). Đối với TEM hoạt động ở 200 kilovolt, bước sóng của chùm tia điện tử là 0,0025 nanomet, độ phân giải thực tế của một thiết bị như vậy là khoảng 0,2 nanomet, hoặc tốt hơn một nghìn lần so với kính hiển vi quang học. TEM nâng cao có thể có độ phân giải gần 0,1 nanomet và nhiều TEM có thể chụp ảnh các nguyên tử ở dạng cấu trúc thông thường.
Vì độ phóng đại chỉ đơn giản là tỷ lệ giữa cách một vật thể xuất hiện trước mắt hoặc màn hình so với kích thước thực tế của nó, điều này có nghĩa là kính hiển vi quang học rất tốt có độ phóng đại tối đa là 1000-2000x và độ phóng đại tối đa có sẵn của kính hiển vi chất lượng cao TEM là 1-2 triệu lần. Đối với SEM, có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến độ phân giải và độ phóng đại tối đa hiện có có thể là khoảng 300,000x.
Như bạn có thể thấy, thực sự có nhiều điểm khác biệt giữa kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi điện tử, trong đó vấn đề về độ phân giải là vấn đề chính. Đối với các ứng dụng thực tế, việc lựa chọn sử dụng loại thiết bị nào cuối cùng sẽ phụ thuộc vào độ phân giải và độ phóng đại cần thiết cũng như sự dễ dàng trong việc chuẩn bị mẫu.
