從光學(xué)顯微鏡到電子顯微鏡的發(fā)展

觀察微小物體的歷史，是從放大鏡開始的，然后進(jìn)入顯微鏡時(shí)代。當(dāng)光學(xué)顯微鏡達(dá)到了分辨本領(lǐng)的極限時(shí)，為了達(dá)到滿足人們觀察微觀世界的渴望時(shí)，促成了電子顯微鏡的發(fā)明。

(一)光學(xué)顯微鏡

光學(xué)顯微鏡的構(gòu)思是：直接觀察物體放大后的像，以代替用放大鏡觀察物體本身。因此需要有兩塊透鏡組合起來。

第一塊透鏡，產(chǎn)生物體的放大像，稱為物像；第二塊透鏡，采用與第一塊同類型的放大鏡，去看第一塊透鏡放大后的像，稱為目鏡。

光學(xué)顯微鏡的進(jìn)步，正在于這二塊透鏡的組合。由于映入人眼的物體像是這二塊透鏡放大率之積，因而大幅度提高了放大能力。但如果想提高放大率，就需要增加透鏡的數(shù)目，那麼，將會(huì)遇到放大后像的畸變、彎曲、…….等稱為像差問題。完全消除像差辦不到，但依靠近代的技術(shù)水平有可能使像差保持到很小的值。例如，現(xiàn)代較好的光學(xué)顯微鏡可達(dá)到1000—1500倍。但這個(gè)放大率已是光學(xué)顯微鏡放大本領(lǐng)的極限。這個(gè)結(jié)論是埃貝、海侖霍爾茨等人在十九世紀(jì)中葉通過研究而獲得的。埃貝等從理論證明：光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)界限的因素是——光線的波長(zhǎng)，因?yàn)楣鈱W(xué)顯微鏡是利用光線來看物體的，為了要看到物體，物體的尺寸必須大于光的波長(zhǎng)，這就是光學(xué)顯微鏡所以會(huì)有極限的原因，也稱為光的衍射效應(yīng)的影響，是無法克服的極限，這個(gè)極限在200毫微米左右。說明：

首先：人眼分辨本領(lǐng)大致為0.1毫米，即指兩點(diǎn)如分開0.1毫米左右，一般可清晰分辨。

有效放大率=人眼分辨本領(lǐng)值/顯微鏡分辨本領(lǐng)值

如果設(shè)顯微鏡分辨本領(lǐng)值為200毫微米(200×10-9)

則有效放大率=0.1×10-3米/200×10-3×10-6米=500倍

通常把前面定義的有效放大率再提高一至二倍，可使操作更清晰。如放大1000—1500倍，則分辨本領(lǐng)為0.1毫米的肉眼，觀察0.2—0.3毫米相距的微米粒子徑像會(huì)毫不吃力了。

(二)電子顯微鏡的誕生

1．發(fā)現(xiàn)電子束的波長(zhǎng)遠(yuǎn)比可見光短

埃貝的理論和實(shí)驗(yàn)表明：利用波長(zhǎng)愈短的波，分辨本領(lǐng)就越高，指導(dǎo)了人們的思維。

進(jìn)入20年代后，法國(guó)科學(xué)家德布羅意發(fā)現(xiàn)電子流(電子束)也具有波動(dòng)的性質(zhì)。這種電子波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)比光波的波長(zhǎng)短，也比X射線的波長(zhǎng)短。于是人們就想到能否用電子束來代替光波。即與現(xiàn)代電視機(jī)中陰極射線管(顯像管)發(fā)射出來的陰極射線相同的東西。經(jīng)分析試驗(yàn)，電子束的運(yùn)動(dòng)速度與電壓的平方根成正比，所以電子束的波長(zhǎng)與電壓的平方根成反比。

例如：