Qual è la differenza tra la microscopia ottica e la microscopia elettronica?
Un tipico microscopio ottico utilizza la luce visibile per illuminare un campione e una serie di lenti di vetro per ingrandire l'immagine del campione. Poiché si utilizza la luce, è possibile posizionare il campione sotto il microscopio all'aria ambiente o, per alcune applicazioni, in una piccola quantità di acqua o olio. Per la microscopia ottica composta, di solito è necessario che il campione sia sottile perché vogliamo che la luce lo attraversi in modo da poter vedere i dettagli interni. Questo di solito significa tagliare sezioni del campione, ma a seconda del campione, lo spessore delle sezioni può essere compreso tra 1 e 20 micron. Con la microscopia ottica stereo o dissettiva non esiste tale requisito perché di solito si guarda solo la superficie del campione. Osservare l'immagine ingrandita al microscopio ottico attraverso gli oculari,
I microscopi elettronici utilizzano un fascio di elettroni attentamente controllato come forma di illuminazione. Il raggio è controllato e focalizzato da una serie di lenti elettromagnetiche, che sono essenzialmente potenti bobine elettromagnetiche con un foro centrale attraverso il quale passano gli elettroni. La lente controlla il raggio luminoso che colpisce il campione e ne ingrandisce anche l'immagine. Poiché stai lavorando con un fascio di elettroni, l'intero sistema ottico degli elettroni deve trovarsi in un vuoto spinto, il che significa che il campione deve essere adatto all'ambiente del vuoto. In un microscopio elettronico a trasmissione (TEM), gli elettroni devono passare attraverso il campione, quindi il campione deve essere molto sottile, inferiore a 0,1 micron. Le immagini ingrandite vengono visualizzate su uno schermo fluorescente ma possono essere registrate con una telecamera CCD montata sotto o sopra lo schermo.
La microscopia elettronica a scansione (SEM) è in un certo senso molto simile a un microscopio ottico da dissezione, in quanto si osserva con molta attenzione la superficie del campione, quindi non deve essere sottile. Nel SEM, il campione viene scansionato con un fascio di elettroni finemente focalizzato, quindi il campione deve essere in grado di resistere all'alto vuoto e deve essere ragionevolmente conduttivo. (Questo perché stai scaricando un flusso di elettroni nel campione e la corrente deve essere condotta via.) I campioni SEM sono spesso rivestiti con un rivestimento molto sottile di carbonio o metallo (come oro o cromo) per renderli conduttivi.
I commenti sopra descrivono le differenze nella strumentazione fisica e non ho nemmeno menzionato il fatto che i microscopi elettronici sono più grandi e più complessi dei microscopi ottici. Ma la differenza principale tra la microscopia ottica e quella elettronica è la risoluzione, ovvero la capacità di risolvere dettagli molto piccoli. La risoluzione è in definitiva limitata dalla lunghezza d'onda della luce nella microscopia ottica e dalla lunghezza d'onda effettiva del fascio di elettroni nella microscopia elettronica. Poiché la lunghezza d'onda della luce visibile è approssimativamente nell'intervallo di {{0}} nanometri, la risoluzione ottimale della microscopia ottica è di circa 200 nanometri (0. 2 micrometri). Per un TEM funzionante a 200 kilovolt, la lunghezza d'onda del fascio di elettroni è di 0,0025 nanometri, la risoluzione effettiva di un tale strumento è di circa 0,2 nanometri, ovvero mille volte migliore di un microscopio ottico. I TEM avanzati possono avere risoluzioni vicine a 0,1 nanometri e molti TEM possono rappresentare atomi in strutture regolari.
Poiché l'ingrandimento è semplicemente il rapporto tra come un oggetto appare all'occhio o allo schermo rispetto alle sue dimensioni reali, ciò significa che un ottimo microscopio ottico ha un ingrandimento massimo di 1000-2000x e il massimo ingrandimento disponibile di un microscopio di alta qualità TEM è 1-2 milioni di volte. Per il SEM, ci sono molti altri fattori che influiscono sulla risoluzione e l'ingrandimento massimo disponibile è probabilmente intorno a 300,000x.
Come puoi vedere, ci sono effettivamente molte differenze tra la microscopia ottica e quella elettronica, e i problemi di risoluzione sono i principali. Per le applicazioni pratiche, la scelta del tipo di strumento da utilizzare dipenderà in ultima analisi dalla risoluzione e dall'ingrandimento richiesti e dalla facilità di preparazione del campione.
