光学显微镜和电子显微镜的区别

在使用科学成像的行业,包括生物技术、医学研发和半导体行业,专家通常依赖光学和扫描电子显微镜。 

尽管执行几乎相同的功能,但光学显微镜和电子显微镜之间存在重大差异。 

用于科学成像的光学显微镜 

追溯到 18 世纪,光学显微镜涉及使用一个或一系列透镜。光学显微镜的使用是传统显微镜的特征,因为它通过可见光的放大镜提供样品的更近视图。

光学显微镜可以具有会聚镜或凹面镜。虽然会聚透镜是一种常用的光学仪器,但凹面镜用于照亮样品。    

光学操作 

要了解光学显微镜如何在镜头上形成图像,有必要了解焦点和焦距的概念。 

  • 焦点 - 焦点是当您将光线放大到地面时的热点。

  • 焦距 - 焦距是镜头和焦点之间的距离。 

    在光学显微镜中,会聚透镜的曲率半径越小,焦点就越短。这就解释了为什么大直径的镜片可能比直径较小的镜片更有效。

    用于科学成像的扫描电子显微镜 (SEM) 

    在扫描电子显微镜 (SEM) 中,使用电子束而不是可见光来照亮样品。充满能量的电子落在样品上时,会发出信号,揭示固体样品的化学成分、质地、晶体结构和材料取向。 

    这使观察者能够在电子落到样品上时注意到它们的影响。 

    探测器 

    SEM 具有以下三种类型的检测器: 

    1.二次电子探测器 (SED)

    当二次电子与样品相互作用时,它们会产生巨大的反射角。因此,SED 有助于获取详细的地形信息。

    2.背散射电子探测器 (BSED)

    背散射电子具有较小的反射角,可以进一步穿透样品。因此,BSED 向观众提供了基本的地形和组成信息。 

    3.能量色散谱检测器 (EDS)

    EDS 为查看者提供了 SED 和 BSED 都无法提供的详细化学成分信息。   

    动能和信号发射 

    SEM 中使用的高能电子产生大量动能。一旦它们落在固体样品上,它们就会发出许多信号。这种电子-样品相互作用包括产生图像的二次电子和背散射电子、识别晶体结构方向的衍射背散射电子、用于分析元素和连续 X 射线的光子、热和可见光。   

    光学显微镜和电子显微镜的区别

    很明显,这两台机器在组成和功能上存在差异,但这对您的实验有何影响?什么时候应该使用光学显微镜与 SEM?

    操作难度 

    光学显微镜是最古老和最简单的,非常易于使用。使用此显微镜,您可以分析水或空气中的样品以及自然色的样品。这使得光学显微镜成为科学成像的一种不太复杂的替代方案。 

    扫描电子显微镜通常比光学显微镜更大、更复杂,但最近的发展也通过引入易于使用的成像工具弥合了这一差距。高分辨率电子显微镜现在允许观察者查看整个样品,只需点击一下即可在样品周围导航。 

    分辨率

    在显微镜研究中,显微镜的分辨率是可以看到的最小细节。通常,光束的波长直接影响显微镜的分辨率。 

    扫描电子显微镜往往比光学显微镜具有更高的分辨率,这意味着它们可以提供更详细的固体样品视图。  

    波长     

    在光学显微镜中,分辨率仅限于可见光,因此波长往往为 400-700 纳米。这意味着这些显微镜只能提供 1500 倍的放大倍率和 200 nm 的最小分辨率。  

    相反,扫描电子显微镜中使用的光束包含的电子能量是可见光的数千倍。这就是为什么这些先进显微镜的焦深和分辨率如此之高的原因。 

    哪种显微镜更适合科学成像?

    光学显微镜和电子显微镜各有利弊。虽然光学显微镜易于使用,但 SEM 的高度聚焦分辨率却吸引了专家们的注意。