電子顯微鏡原理

電子顯微鏡原理

　　電子顯微鏡是一種電子儀器設備，可用來詳細研究電子發射體表面電子的放射情形。其放大倍數和分辨率都比光學顯微鏡高得多。因為普通光學顯微鏡的放大倍數和分辨率有限，無法觀測到微小物體。以電子束來代替可見光束，觀察物體時，分辨率就沒有波長要在可見光譜之內的限制，不過電子透鏡無法作得像光學透鏡那樣完美。因此理論上，電子顯微鏡所具有的分辨率并不可靠。目前電子顯微鏡的分辨率可達10-7厘米（約為原子直徑的兩倍）。通常電子顯微鏡的放大率是200～200000倍，再經照相放大可達1000000倍。電子顯微鏡有兩大類：（1）發射型。（2）電磁、靜電掃描型。前者用于研究電子放射現象；后者用以增加普通光學顯微鏡的應用范圍。1924年法國物理學家德布洛意指出電子和其他的粒子也都具有和光類似的波動性質。他還求出了計算它們波長的公式：

　　λ=/（mv）式中m是粒子的質量而v是它的速度，h是普朗克常數。

　　此公式發明的年代較早，后來由美國科學家德維生及革末用實驗證明其正確性。既然正確，也就告訴人們：雖然電子是一種可稱重量，可數數目，可以被電子槍發射的粒子，但它同時又是一種波。從公式中我們可以看到，如果使電子運動的速度十分巨大的話，它就可以明顯地顯示出波長極短的波動性。如果在光學顯微鏡中被觀察物的大小比光波波長還小的話，人們就不能分辨出來。

　　在實用上通常取波長λ的三分之一作為限度，光波波長約在6×10-5厘米左右，它的三分之一就是2×10-5厘米了。然而，有很多科學家急待觀察的微小東西如病毒體、膠體粒子及結晶結構的大小都在這限度以下，既然如此，如果我們把一顆運動中的電子加速，使它產生巨大的速度，從而有極短的波長，則利用此原理制成的電子顯微鏡就能觀察到極微小的物體了。把電子加速的辦法是在真空中加上若干萬伏的高電壓，電子就會以極快的速度射出，其波長可能會達到4×10-5厘米這樣短的長度，也就是說，電子顯微鏡可以看到1.4×10-10cm這樣小的物體。當然這是理論上的結果，在實際上由于儀器等等原因，不可能達到這樣理想的地步。但無論如何，電子顯微鏡已可以放大五萬倍以上；而有些精良到可將物體放大十萬倍。

　　電子顯微鏡中有一個電子槍，電子在槍集束射出，正像光學顯微鏡中利用光學透鏡的成像作用得到顯微的放大像一樣，在電子顯微鏡中用磁透鏡，使電子束會聚成像。我們把一片待觀察的物體，例如一片很薄的晶體，放在電子顯微鏡中，電子束就會射向這片物體上，在一塊熒光幕上就會得到一個放大的影像。如果在電子顯微鏡中用感光的底片代替熒幕的話就可以得到一張微觀世界的珍貴圖片。而一些特別好的電子顯微鏡，甚至可以觀察到一些巨分子的結構！這些圖片在科學研究上的價值十分重大。當然，在電子顯微鏡中不會這樣簡單，它要涉及電子射線通過物體產生不同的散射而造成明暗不同的影響。

　　最近，有些電子顯微鏡是利用電子束的反射來觀察較厚的物體例如病菌、病毒及其他極微小物體的巨分子組織。而最新的顯微鏡用的卻不是電子顯微鏡，而是離子顯微鏡借以達到更短的波長，米勒曾經利用氦的離子顯微鏡成功地拍攝到金屬表面的單獨分子運動。這種離子顯微鏡可以分辨原子之間相隔百萬分之二十七厘米的空隙，它是目前顯微鏡中最好的一種。