ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการองค์ประกอบของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประกอบด้วยกระบอกเลนส์ ระบบสุญญากาศ และตู้จ่ายไฟ กระบอกเลนส์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอน เลนส์อิเล็กตรอน ตัวยึดตัวอย่าง หน้าจอเรืองแสง และกลไกกล้อง ซึ่งมักจะประกอบเป็นคอลัมน์จากบนลงล่าง ระบบสุญญากาศประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศแบบกลไก ปั๊มกระจาย และวาล์วสุญญากาศ และเชื่อมต่อกับกระบอกเลนส์ผ่านท่อดูดอากาศ ตู้ไฟประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง เครื่องควบคุมกระแสไฟฟ้ากระตุ้น และชุดควบคุมการปรับค่าต่างๆ
เลนส์อิเล็กตรอนเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดในกระบอกเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มันใช้สนามไฟฟ้าเชิงพื้นที่หรือสนามแม่เหล็กสมมาตรกับแกนของกระบอกเลนส์เพื่อโค้งงอวิถีอิเล็กตรอนไปยังแกนเพื่อสร้างโฟกัส ซึ่งคล้ายกับเลนส์กระจกนูนในการโฟกัสลำแสง จึงเรียกว่า เลนส์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เลนส์แม่เหล็กไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เกิดจากกระแสกระตุ้น DC ที่มีความเสถียรมากที่ไหลผ่านขดลวดที่มีขั้วรองเท้าจะโฟกัสไปที่อิเล็กตรอน
ปืนอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบที่ประกอบด้วยแคโทดร้อนของไส้หลอดทังสเตน กริด และแคโทด มันสามารถปล่อยและสร้างลำอิเล็กตรอนด้วยความเร็วสม่ำเสมอ ดังนั้นความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าเร่งจึงต้องไม่น้อยกว่าหนึ่งในหมื่น
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถแบ่งออกเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสะท้อน และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบปล่อยตามโครงสร้างและการใช้งาน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) มักใช้เพื่อสังเกตโครงสร้างของวัสดุละเอียดที่กล้องจุลทรรศน์ธรรมดาไม่สามารถแยกแยะได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ส่วนใหญ่จะใช้ในการสังเกตสัณฐานวิทยาของพื้นผิวแข็ง และยังสามารถใช้ร่วมกับเครื่องวัดเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกโตมิเตอร์หรือสเปกโตรมิเตอร์พลังงานอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนไมโครเกิดจากการกระเจิงของลำแสงอิเล็กตรอนโดยอะตอมของตัวอย่าง ในส่วนที่บางหรือมีความหนาแน่นต่ำของตัวอย่าง ลำแสงอิเล็กตรอนจะกระจายน้อยลง ดังนั้นอิเล็กตรอนจะผ่านไดอะแฟรมวัตถุได้มากขึ้นและมีส่วนร่วมในการถ่ายภาพ ซึ่งทำให้พวกมันดูสว่างขึ้นในภาพ ในทางกลับกัน ส่วนที่หนากว่าหรือหนาแน่นกว่าของตัวอย่างจะปรากฏเข้มกว่าในภาพ หากตัวอย่างมีความหนาหรือหนาแน่นเกินไป ความเปรียบต่างของภาพจะลดลงและอาจเสียหายหรือถูกทำลายเนื่องจากการดูดซับพลังงานของลำอิเล็กตรอน
ด้านบนของกระบอกเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านคือปืนอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาจากแคโทดร้อนของเส้นใยทังสเตน และโฟกัสโดยเลนส์คอนเดนเซอร์ตัวแรกและตัวที่สอง หลังจากที่ลำแสงอิเล็กตรอนผ่านตัวอย่าง ก็จะถูกถ่ายภาพบนกระจกตรงกลางด้วยเลนส์ใกล้วัตถุ จากนั้นขยายทีละขั้นตอนด้วยกระจกตรงกลางและกระจกฉายภาพ จากนั้นจึงถ่ายภาพบนหน้าจอฟลูออเรสเซนต์หรือแผ่นถ่ายภาพ
กำลังขยายของกระจกกลางสามารถเปลี่ยนได้อย่างต่อเนื่องจากหลายสิบเท่าเป็นหลายแสนเท่าโดยการปรับกระแสกระตุ้น ด้วยการเปลี่ยนความยาวโฟกัสของกระจกกลาง ทำให้ได้ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและภาพการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนบนส่วนเล็กๆ ของตัวอย่างเดียวกัน เพื่อศึกษาตัวอย่างชิ้นโลหะหนา กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงสูงพิเศษที่มีแรงดันไฟฟ้าเร่ง 3,500 kV ได้รับการพัฒนาโดย Electron Optics Laboratory ในเมือง Dulos ประเทศฝรั่งเศส
ลำอิเล็กตรอนของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดไม่ผ่านตัวอย่าง แต่จะสแกนเฉพาะบนพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ผลึกเรืองแสงวาบที่วางอยู่ข้างๆ ตัวอย่างจะรับอิเล็กตรอนทุติยภูมิเหล่านี้และปรับความเข้มของลำแสงอิเล็กตรอนของหลอดภาพหลังการขยาย ดังนั้นความสว่างบนหน้าจอของหลอดภาพจะเปลี่ยนไป ขดลวดโก่งของหลอดภาพจะสแกนแบบซิงโครนัสกับลำแสงอิเล็กตรอนบนพื้นผิวตัวอย่าง เพื่อให้หน้าจอฟลูออเรสเซนต์ของหลอดภาพแสดงภาพทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวตัวอย่าง ซึ่งคล้ายกับหลักการทำงานของชุดโทรทัศน์อุตสาหกรรม
ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของลำอิเล็กตรอนบนพื้นผิวตัวอย่างเป็นหลัก กำลังขยายคืออัตราส่วนของแอมพลิจูดการสแกนบนหลอดภาพต่อแอมพลิจูดการสแกนบนตัวอย่าง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่องจากหลายสิบเป็นแสนครั้ง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดไม่จำเป็นต้องใช้ตัวอย่างที่บางมาก ภาพมีความรู้สึกสามมิติที่ชัดเจน องค์ประกอบของสารสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้ข้อมูลของอิเล็กตรอนทุติยภูมิ อิเล็กตรอนที่ถูกดูดซับ และรังสีเอกซ์ที่เกิดจากอันตรกิริยาระหว่างลำอิเล็กตรอนกับสาร
ปืนอิเล็กตรอนและคอนเดนเซอร์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเกือบจะเหมือนกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน แต่เพื่อทำให้ลำอิเล็กตรอนบางลง เลนส์ใกล้วัตถุและตัวกระจายสายตาเอียงจะถูกเพิ่มเข้าไปใต้คอนเดนเซอร์ และการสแกนสองชุด มีการติดตั้งคอยล์ตั้งฉากกันในเลนส์ใกล้วัตถุด้วย มีการติดตั้งโต๊ะตัวอย่างที่สามารถเคลื่อนย้าย หมุน และเอียงได้ในห้องเก็บตัวอย่างใต้เลนส์ใกล้วัตถุ
