Parastais mikroskopa tips, kuru jūs varētu atrast klasē vai zinātnes laboratorijā, ir optiskais mikroskops. Optiskais mikroskops izmanto gaismu, lai palielinātu attēlu līdz 2000x (parasti daudz mazāk), un tā izšķirtspēja ir aptuveni 200 nanometri. No otras puses, elektronu mikroskops attēla veidošanai izmanto elektronu staru, nevis gaismu. Elektronu mikroskopa palielinājums var sasniegt 10 000 000x ar izšķirtspēju 50 pikometri (0,05 nanometri).
Elektronu mikroskopa izmantošanas priekšrocības salīdzinājumā ar optisko mikroskopu ir daudz lielāks palielinājums un izšķirtspēja. Trūkumi ietver aprīkojuma izmaksas un lielumu, prasību pēc īpašas apmācības, lai sagatavotu paraugus mikroskopijai un mikroskopa izmantošanu, kā arī nepieciešamību aplūkot paraugus vakuumā (kaut arī var izmantot dažus hidratētus paraugus).
Vienkāršākais veids, kā saprast, kā darbojas elektronu mikroskops, ir salīdzināt to ar parasto gaismas mikroskopu. Optiskajā mikroskopā jūs skatāties caur okulāru un objektīvu, lai redzētu palielinātu parauga attēlu. Optiskā mikroskopa iestatīšana sastāv no parauga, objektīviem, gaismas avota un redzama attēla.
Elektronu mikroskopā gaismas staru vietā notiek elektronu stars. Paraugs ir īpaši jāsagatavo, lai elektroni varētu ar to mijiedarboties. Gaiss parauga kamerā tiek izsūknēts, lai veidotu vakuumu, jo elektroni gāzē tālu nenonāk. Lēcu vietā elektromagnētiskās spoles fokusē elektronu staru. Elektromagnēti saliek elektronu staru tāpat kā objektīvi saliek gaismu. Attēlu ražo elektroni, tāpēc to var aplūkot, vai nu uzņemot fotogrāfiju (elektronu mikrogrāfu), vai paraugu apskatot caur monitoru.
Ir trīs galvenie elektronu mikroskopijas veidi, kas atšķiras atkarībā no tā, kā tiek veidots attēls, kā tiek sagatavots paraugs un kāda ir attēla izšķirtspēja. Tās ir transmisijas elektronu mikroskopija (TEM), skenējoša elektronu mikroskopija (SEM) un skenējoša tuneļa mikroskopija (STM).
Pirmie izgudrotie elektronu mikroskopi bija transmisijas elektronu mikroskopi. TEM vidē augstsprieguma elektronu stars tiek daļēji raidīts caur ļoti plānu paraugu, veidojot attēlu uz fototēkas, sensora vai dienasgaismas ekrāna. Veidotais attēls ir divdimensiju un melnbalts, it kā tāds rentgens. Metodes priekšrocība ir tā, ka tā spēj ļoti lielu palielinājumu un izšķirtspēju (aptuveni par lieluma pakāpi labāka nekā SEM). Galvenais trūkums ir tas, ka tas vislabāk darbojas ar ļoti plāniem paraugiem.
Skenējošā elektronu mikroskopijā rastra modelī elektronu stars tiek ieskenēts visā parauga virsmā. Attēlu veido sekundārie elektroni, ko izstaro no virsmas, kad tos ierosina elektronu stars. Detektors kartē elektronu signālus, veidojot attēlu, kas papildus virsmas struktūrai parāda lauka dziļumu. Kaut arī izšķirtspēja ir zemāka nekā TEM, SEM piedāvā divas lielas priekšrocības. Pirmkārt, tas veido parauga trīsdimensiju attēlu. Otrkārt, to var izmantot biezākiem paraugiem, jo tiek noskenēta tikai virsma.
Gan TEM, gan SEM ir svarīgi saprast, ka attēlam nav obligāti jābūt precīzam parauga attēlojumam. Paraugam var rasties izmaiņas sakarā ar tā sagatavošanos mikroskops, no pakļaušanas vakuumam vai no elektronu staru iedarbības.
Skenējošs tunelēšanas mikroskops (STM) attēlo virsmas atomu līmenī. Tas ir vienīgais elektronu mikroskopijas veids, kas var attēlot indivīdu atomi. Tā izšķirtspēja ir aptuveni 0,1 nanometri, bet dziļums ir aptuveni 0,01 nanometri. STM var izmantot ne tikai vakuumā, bet arī gaisā, ūdenī un citās gāzēs un šķidrumos. To var izmantot plašā temperatūras diapazonā, sākot no gandrīz absolūtas nulles līdz vairāk nekā 1000 grādiem.
STM pamatā ir kvantu tunelēšana. Parauga virsmai nogādā elektrību vadošu galu. Kad tiek piemērota sprieguma starpība, elektroni var tunelēt starp galu un paraugu. Tipa strāvas izmaiņas mēra, kad tās tiek ieskenētas visā paraugā, lai izveidotu attēlu. Atšķirībā no citiem elektronu mikroskopijas veidiem, instruments ir pieejams un viegli izgatavojams. Tomēr STM ir nepieciešami īpaši tīri paraugi, un tas var būt sarežģīti, lai to darbotos.