میکروسکوپ الکترونی چیست؟ + انواع به زبان ساده

با استفاده از انواع میکروسکوپ‌های الکترونی می‌توانیم تصاویری بسیار واضح و با کیفیت بالا از نمونه‌های زیستی و غیرزیستی تهیه کنیم. از این میکروسکوپ‌ها می‌توانیم در پژوهش‌های پزشکی برای مطالعه ساختار انواع بافت، سلول‌ها، درشت‌مولکول‌های پیچیده و وسایل نانوالکترونیک استفاده کنیم. همچنین، با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی می‌توانیم سطوح و ساختار انواع نانوساختارها را بررسی و مطالعه کنیم. در میکروسکوپ‌های الکترونی، به جای پرتو نور، از پرتوهای الکترون با طول موج کوتاه‌تر استفاده می‌شود. در این مطلب از مجله فرادرس، ابتدا میکروسکوپ الکترونی را تعریف و ساختار کلی آن را با یکدیگر بررسی می‌کنیم. در ادامه، مزیت‌های این میکروسکوپ بر میکروسکوپ‌های نوری را توضیح و انواع میکروسکوپ‌های الکترونی را با بررسی جزییات ساختار آن‌ها توضیح می‌دهیم.

میکروسکوپ الکترونی چیست؟

میکروسکوپ الکترونی از پرتویی از الکترون‌های شتاب‌دار به عنوان منبع روشنایی استفاده می‌کند. از آنجا که طول موج الکترون می‌تواند در حدود ۱۰۰ هزار مرتبه کوچک‌تر از طول موج فوتون‌های نور مرئی باشد، میکروسکوپ الکترونی در مقایسه با میکروسکوپ نوری، قدرت تفکیک بالاتری دارد. بنابراین، از این میکروسکوپ‌ می‌توانیم برای مشاهده ساختار اجسام بسیار کوچک با اندازه‌ای در محدوده کمتر از ۱۰۰ نانومتر استفاده کنیم. از این میکروسکوپ الکترونی می‌توانیم در پژوهش‌های پزشکی برای مطالعه ساختار انواع بافت، سلول‌ها و درشت‌مولکول‌های پیچیده یا مطالعه و بررسی سطوح و ساختار انواع نانوساختارها استفاده کنیم.

فیلم آموزش آشنایی با میکروسکوپ های الکترونی و نوری در فرادرس

کلیک کنید

پرتو الکترون پس از برخورد با نمونه، انرژی خود را طی فرایندهای مختلف از دست می‌دهد. انرژی از دست رفته به شکل‌های مختلفی مانند گرما، تابش الکترون‌های ثانویه با انرژی کم و الکترون‌های بازگشتی با انرژی زیاد، تابش نور یا اشعه ایکس تبدیل می‌شود. هر یک از این شکل‌ها، اطلاعات زیادی در مورد نمونه مورد مطالعه، مانند سطح نمونه و ترکیب شیمیایی آن، به ما می‌دهد. هزینه ساخت و نگهداری میکروسکوپ‌های الکترونی بسیار زیاد است. نمونه‌هایی که می‌خواهیم توسط میکروسکوپ الکترونی مطالعه شوند باید در خلأ قرار بگیرند. چرا؟ زیرا پرتو الکترونی نباید در اثر برخورد با ذرات موجود در هوا پراکنده و واگرا شود.

میکروسکوپ‌های نوری معمولی، تنها می‌توانند جسم را بین ۴۰ تا ۲۰۰۰ برابر بزرگ‌تر کنند. در سال‌ها اخیر میکروسکوپ‌های نوری با قدرت تفکیک بسیار بالا و بزرگنمایی برابر ۲۰۰۰۰ و بیشتر ساخته شده‌اند و از آن‌ها برای مطالعه سلول‌های زیستی زنده استفاده می‌شود. اما، میکروسکوپ‌های الکترونی می‌توانند نمونه‌های بسیار کوچک را تا یک میلیون برابر و حتی بیشتر بزرگ‌تر کنند. عملکرد میکروسکوپ‌های الکترونی شباهت زیادی به عملکرد میکروسکوپ‌های نوری دارد، با این تفاوت که در میکروسکوپ الکترونی به جای باریکه نور از پرتو الکترون برای تصویربرداری استفاده می‌شود. عدسی‌ها نقش مهمی در میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی ایفا می‌کنند. برای آشنایی بهتر با میکروسکوپ‌های الکترونی ابتدا باید کمی با عدسی‌ها آشنا شویم.

عوامل موثر بر کیفیت تصویر گرفته شده توسط میکروسکوپ

سلول‌های زیستی اندازه‌های مختلفی دارند، اما در حالت کلی اندازه آن‌ها بسیار کوچک است. به عنوان مثال، قطر گلبول قرمز خون در بدن انسان در حدود ۸ میکرومتر یا ۰/۰۰۸ میلی‌متر تخمین زده می‌شود. همچنین، نانوساختارهای متفاوت نیز بسیار کوچک هستند. به عنوان مثال، صخامت ورقه گرافن بین ۰/۴ تا ۱/۷ نانومتر است. برای بررسی ویژگی‌های سلول‌های زیستی یا نانوساختارهای مختلف باید از وسیله‌ای به نام میکروسکوپ استفاده کنیم. از آنجا که طول موج پرتو الکترونی استفاده شده در میکروسکوپ الکترونی بسیار کوچک‌تر از طول موج پرتو نور مرئی در میکروسکوپ‌های نوری است، میکروسکوپ نوری وسیله بسیار مناسب‌تری برای مطالعه ویژگی‌های نمونه‌هایی با اندازه بسیار کوچک خواهد بود.

در حالت کلی میکروسکوپ وسیله‌ای است که اجسام بسیار کوچک را تا اندازه‌ای مشخص بزرگ می‌کند و به ما تصویر بزرگ‌ شده‌ای از جسم می‌دهد. بنابراین، این‌گونه به نظر می‌رسد که میکروسکوپ نوعی ذره‌بین است. در حقیقت، ذره‌بین‌ها کاری مشابه میکروسکوپ‌ها انجام می‌دهند. از آنجا که ذره‌بین، تنها یک عدسی دارد، به آن میکروسکوپ ساده گفته می‌شود. از دید بیشتر دانش‌آموزان و دانشجویان، میکروسکوپ‌ها ساختار بسیار پیچیده‌تری دارند و از ترکیب چندین عدسی در کنار یکدیگر تشکیل شده‌اند. عدسی‌ها در میکروسکوپ به گونه‌ای در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند که می‌توانند نور را برای تولید تصویر بزرگ شده منحرف کنند. از این‌رو، تصاویر تولید شده توسط میکروسکوپ‌ها بسیار بزرگ‌تر از تصاویر تولید شده توسط ذره‌بین‌ها هستند.

میکروسکوپی با دو عدسی را در نظر بگیرید. چیدمان دو عدسی به گونه‌ای است که با نتیجه‌ای بسیار جالب روبرو می‌شویم. جهت تصویر ایجاد شده نسبت به نمونه مورد بررسی تغییر می‌کند. به عنوان مثال، لایه‌ای فلزی را در نظر بگیرید که روی آن با استفاده از لیتوگرافی حرف e حک شده باشد. حرف e روی تصویر ایجاد شده توسط میکروسکوپ به صورت زیر نشان داده می‌شود. میکروسکوپ‌های پیچیده‌تر ممکن است چنین تصویری ارائه ندهند و تصویری درست از ورقه حک شده به ما نشان دهند. دلیل این موضوع وجود عدسی‌های بیشتر در این میکروسکوپ‌ها است که تصویر معکوس شده را به حالت اولیه خود برمی‌گردانند. سوال مهمی که مطرح می‌شود آن است که چه ویژگی‌هایی میکروسکوپ‌های ساده را از میکروسکوپ‌های پیشرفته‌ای که در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌کنیم متمایز می‌کند.

دو عامل در میکروسکوپ‌ها بسیار مهم هستند:

1. بزرگنمایی: هر میکروسکوپ یا مجموعه عدسی‌های داخل آن می‌تواند تصویری بزرگ‌شده از نمونه تهیه کند. به عنوان مثال، میکروسکوپ‌های نوری استفاده شده در دبیرستان‌ها می‌توانند تصویر نمونه‌ آزمایشگاهی را تا ۴۰۰ برابرِ اندازه واقعی آن بزرگ‌تر کنند. از این‌رو، اگر اندازه نمونه برابر یک میلی‌متر باشد، در آزمایشگاه و با استفاده از میکروسکوپ نوری ساده می‌توانید تصویری از نمونه برابر ۴۰۰ میلی‌متر تهیه کنید.
2. قدرت تفکیک: دو نقطه بسیار نزدیک به هم در نمونه‌ای که می‌خواهید اندازه بگیرید را در نظر بگیرید. به توانایی میکروسکوپ در اندازه‌گیری میزان جدایی زاویه‌ای این دو نقطه بسیار نزدیک به هم قدرت تفکیک گفته می‌شود. به بیان دیگر، قدرت تفکیک همان توانایی میکروسکوپ در آشکار کردن جزییات است. هرچه قدرت تفکیک میکروسکوپ بزرگ‌تر باشد، جزییات نمونه بهتر تشخیص داده می‌شوند. فرض کنید دو سلول باکتری روی لام (شیشه) آزمایشگاهی در فاصله بسیار کمی از یکدیگر قرار دارند. اگر به آن‌ها توسط میکروسکوپی با قدرت تفکیک پایین نگاه کنید، ممکن است تنها یک باکتری با وضوح کم ببینید. اما به راحتی می‌توانید دو باکتری را با استفاده از میکروسکوپی با قدرت تفکیک بالا تشخیص دهید.

میکروسکوپ‌های پیشرفته و میکروسکوپ‌های استفاده شده در آزمایشگاه‌ها تحقیقاتی، قدرت تفکیک بسیار بالایی دارند. قدرت تفکیک در میکروسکوپ‌های نوری به دلیل مشخصه‌های فیزیکی نور محدود شده است. اگر فاصله دو نقطه با یکدیگر در نانوساختار (دو نانوذره) کمتر از نصف طول موج نور استفاده شده برای تصویربرداری باشد، آن‌ها را نمی‌توان با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری معمولی تشخیص داد. به این پدیده، سد پراش گفته می‌شود. میکروسکوپ الکترونی با استفاده از پرتو الکترونی این مشکل را دور می‌زند. طور موج پرتو الکترونی بسیار کوچک‌تر از طول موج نور استفاده شده در میکروسکوپ‌های نوری است.

قدرت تفکیک و بزرگ‌نمایی برای داشتن تصویری با جزییات و وضوح بالا از جسمی بسیار کوچک، بسیار مهم هستند. به عنوان مثال، اگر میکروسکوپی بزرگنمایی زیاد، اما قدرت قکیک کوچکی داشته باشد، تنها چیزی که می‌توانیم داشته باشیم تصویری تار از نمونه، اما در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر است.

میکروسکوپ الکترونی چگونه کار می کند؟

در مطالب بالا فهمیدیم میکروسکوپ الکترونی و تفاوت آن با میکروسکوپ نوری چیست. سوال مهمی که ممکن است مطرح شود آن است که چرا میکروسکوپ الکترونی اختراع شد. نور، موج الکترومغناطیسی است و طول موج و فرکانس دارد. طول موج نور، رنگ آن را مشخص می‌کند. به عنوان مثال، طول موج نور قرمز بلندتر از طول موج نور آبی یا بنفش است.

فیلم آموزش کار با میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM در فرادرس

کلیک کنید

سوال مهمی که ممکن است مطرح شود آن است که میکروسکوپ‌های معمولی چگونه کار می‌کنند یا چگونه اجسام مختلف را با استفاده از آن‌ها می‌بینیم. بیشتر آن‌ها با جذب نور و تولید رنگ‌های مختلف یا تاریکی کار می‌کنند. به تصویر زیر توجه کنید. جسم دلخواهی به رنگ آبی روبروی حسگری قرار گرفته است. حسگر می‌تواند چشم ما یا حسگری الکترونیکی باشد. نور به صورت موج می‌آید و به جسم برخورد می‌کند.

نور پس از برخورد به جسم، توسط آن جذب یا پراکنده می‌شود. بنابراین، در انتها مشاهده می‌کنیم که قسمتی از حسگر، هیچ نوری را آشکار نمی‌کند. در نتیجه، سایه‌ای روی چشم ما تشکیل می‌شود. از این‌رو، متوجه می‌شویم لکه‌ای تاریک روبروی نور یا دایره‌ای تاریک در فضای نورانی قرار گرفته است. حال فرض کنید دایره آبی‌رنگ بسیار کوچک می‌شود. چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ آیا نور با جسم کوچک برهم‌کنش می‌کند؟ اگر اندازه جسم بسیار کوچک شود، ممکن است نور هنگام عبور از جسم، هیچ برهم‌کنشی با آن نداشته باشد. در اینجا، اندازه جسم در مقایسه با طول موج نور برخوردی بسیار مهم است. اگر اندازه جسم بسیار کوچک‌تر از طول موج نور برخوردی باشد، هیچ برهم‌کنشی بین نور و جسم رخ نخواهد داد.

به عنوان مثال، فرض کنید تعداد زیادی توپ کوچک به سمت شما پرتاب می‌شوند. تعدادی از توپ‌های پس از برخورد به شما متوقف می‌شوند یا مسیر حرکت آن‌ها پس از برخورد به شما تغییر می‌کند (تصویر نشان داده شده در بالا).

اکنون فرض کنید اندازه توپ‌ها بسیار بزرگ‌تر از اندازه شما باشد، چه اتفاقی رخ می‌دهد. توپ‌ها شما را نادیده می‌گیرند و به مسیر حرکت خود بدون تغییر ادامه می‌دهند (تصویر نشان داده شده در ادامه). حالت دیگری که می‌توان برای این مورد در نظر گرفت حرکت سونامی به سمت ساحل و افراد، در ساحل است. ارتفاع امواج سونامی در مقایسه با اندازه افراد بسیار بزرگ‌تر و بلندتر است. در نتیجه، این امواج بدون تغییر مسیر به حرکت خود ادامه می‌دهند. بنابراین، با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری نمی‌توانیم اجسام مختلف با هر اندازه‌ای را ببینیم. هرچه اندازه جسم کوچک‌تر باشد، مشاهده آن با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری بسیار سخت‌تر می‌شود، تا جایی که اجسامی با اندازه بسیار کوچک‌تر از طول موج نور را نمی‌توانیم با استفاده از این میکروسکوپ‌ها مشاهده کنیم.

بنابراین، اجسام تا اندازه‌ای مشخص را می‌توانیم با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده کنیم و برای مشاهده اجسام کوچک‌تر باید از روش‌های دیگری استفاده کنیم. طول موج نور مرئی در طیف الکترومغناطیسی در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قرار گرفته است. امواج دیگری نیز، مانند امواج فرابنفش و رادیویی، در طیف الکترومغناطیس قرار گرفته‌اند. شاید از خود پرسیده باشید چرا برای مشاهده اجسام با اندازه کوچک‌تر از امواج با طول موج کوچک‌تر مانند اشعه گاما یا پرتو ایکس، استفاده نمی‌شود. دلیل استفاده نکردن از این امواج ان است که آن‌ها با جسم فیزیکی برهم‌کنش خیلی خوبی نخواهند داشت. به همین دلیل، از پرتو ایکس برای دیدن داخل بدن استفاده می‌کنیم. پرتو ایکس به سختی با بافت‌های داخلی بدن برهم‌کنش می‌کند. همچنین، امواج گاما بدون کوچک‌ترین برهم‌کنش با اجزای داخلی بدن، به طور مستقیم از بدن می‌گذرند.

بنابراین، طیف الکترومغناطیسی گزینه مناسبی برای دیدن اجسام کوچک‌تر نیست. به این نکته توجه داشته باشید که تصویر نشان داده شده در بالا مقایسه درستی از اندازه جسم کوچک و طول موج نور را نشان نمی‌دهد. وقتی می‌گوییم طول موج نور بزرگ‌تر از جسم کوچک‌ است، منظورمان خیلی خیلی بزرگ‌تر است. در تصویر نشان داده شده در ادامه، ویروس کرونا با طول موج نور آبی مقایسه شده است. همان‌طور که در این تصویر مشاهده می‌کنید ویروس کرونا بسیار کوچک‌تر از طول موج نور آبی است، بنابراین ویروس کرونا را نمی‌توانیم با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده کنیم.

از چه راهی می‌توان ویروس کرونا یا نمونه‌های مختلف با اندازه‌های بسیار کوچک را مشاهده کنیم. برای انجام این کار می‌توانیم از الکترون‌ها استفاده کنیم. بیشترِ ما می‌دانیم الکترون چیست. الکترون ذره‌ای کوانتومی با بار الکتریکی منفی است که در مدارهای مشخصی به دور هسته حرکت می‌کند. بیشتر ما این ذره کوانتومی را به عنوان منبع الکتریسیته می‌شناسیم، اما کاربرد آن فراتر از الکتریسیته است. تا اوایل قرن بیستم میلادی الکترون را به عنوان ذره می‌شناختند، اما در اوایل قرن بیستم و با آغاز فیزیک کوانتوم، انقلابی در فیزیک رخ داد و رفتار دوگانه موج ذره مطرح شد. بر طبق این دیدگاه، الکترون هم ذره است و هم موج. به بیان دیگر، الکترون علاوه بر ویژگی ذره، می‌تواند از خود رفتار موجی نیز نشان دهد. این رفتار در ابتدا بسیار عجیب به نظر می‌رسید، اما بعدها توسط آزمایش معروف یانگ به اثبات رسید.

آیا می‌دانید طول موج الکترون چه مقدار است؟ طول موج پرتو الکترونی استفاده شده در میکروسکوپ الکترونی تا حدودی به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد ولی در حالت کلی، طول موج آن در حدود ۰/۰۱ نانومتر است. این عدد را با طول موج نور مرئی مقایسه کنید. طول موج الکترون بسیار کوچک‌تر از طول موج نور مرئی با رنگ‌های مختلف است. از این‌رو، پرتو الکترونی گزینه بسیار مناسبی برای مشاهده نمونه‌های بسیار کوچک، مانند ویروس کرونا، به نظر می‌رسد. در تصویر زیر، طول موج الکترون با اندازه ویروس کرونا مقایسه شده است. طول موج الکترون با خط افقی سیاه نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید طول موج الکترون بسیار کوچک‌تر از ویروس کرونا است، بنابراین پرتو الکترون هنگام برخورد با این ویروس نمی‌تواند بدون تغییر، به مسیر خود ادامه دهد.

برای آن‌که بدانیم میکروسکوپ الکترونی چگونه کار می‌کند، ابتدا خیلی سریع نحوه عملکرد میکروسکوپ نوری و در ادامه عملکرد میکروسکوپ الکترونی را توضیح می‌دهیم. در میکروسکوپ نوری با استفاده از عدسی به نام عدسی همگرا، نور را متمرکز می‌کنیم. نور متمرکز شده به نمونه برخورد می‌کند. پرتو نور پس از برخورد به نمونه، پراکنده می‌شود و به سمت عدسی دیگری حرکت می‌کند. این عدسی،‌ نور پراکنده شده را دریافت و آن را به چشم ما می‌رساند. به این طریق می‌توانیم، نمونه را در اندازه بزرگ‌تر مشاهده کنیم. در میکروسکوپ‌های نوری منبع نور در پایین قرار گرفته است و قسمت بالا را از طریق قطعه نازکی از نمونه روشن می‌کند. ما یکی از چشم‌های خود را در قسمت چشمی میکروسکوپ نوری قرار می‌دهیم و تصویر بزرگ‌شده‌ای از نمونه را مشاهده می‌کنیم. نمونه با استفاده از عدسی‌های قدرتمند بین ۱۰ تا ۲۰۰ مرتبه بزرگ‌تر می‌شود. در حالت کلی، میکروسکوپ‌های معمولی از چهار بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

1. منبع نور
2. نمونه
3. عدسی‌هایی که با استفاده از آن‌ها نمونه بزرگ‌تر می‌شود.
4. تصویر بزرگ‌ شده نمونه که می‌بینیم.

اکنون، به چیدمان میکروسکوپ الکترونی نگاه می‌کنیم. چیدمان آن بسیار شبیه چیدمان میکروسکوپ نوری است، با این تفاوت که در آن به جای منبع نور از تفنگ الکترونی استفاده می‌شود. تفنگ الکترونی، پرتو الکترونی را شلیک می‌کند. پرتو الکترونی روی نمونه موردنظر متمرکز می‌شود. قسمتی از پرتو الکترونی پس از برخورد با نمونه، پراکنده می‌شود و قسمت دیگر بدون برهم‌کنش با نمونه، از آن عبور می‌کند. به این نکته توجه داشته باشید که نمونه بسیار کوچک است، بنابراین ممکن است از نظر اندازه بسیار کوچک‌تر از طول موج الکترون باشد. از این‌رو، بخشی از الکترون‌ها بدون برخورد به نمونه، از آن عبور می‌کنند. پرتو الکترون عبوری از نمونه باید توسط عدسی متمرکز شود. به این نکته توجه داشته باشید که عدسی‌های معمولی نمی‌توانند پرتو الکترونی را متمرکز کنند.

الکترون‌ها می‌توانند با استفاده از میدان‌ الکترومغناطیسی منحرف شوند و تغییر مسیر دهند. زیرا الکترون‌ها برخلاف فوتون‌ها خنثی نیستند و بار الکتریکی منفی دارند. از این‌رو می‌توانیم به جای عدسی معمولی از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده کنیم. آهن‌رباها با ایجاد میدان مغناطیسی می‌توانند مسیر حرکت الکترون را تغییر و آن‌ها را در راستای مشخصی قرار دهند. این رفتار شبیه حالتی است که الکترون توسط پروتون جذب می‌شود. پرتو الکترونی پس از عبور از عدسی الکترومغناطیسی، به حسگر برخورد می‌کند و تصویر ایجاد می‌شود. به این نکته توجه داشته باشید که ممکن است پرتو الکترونی توسط بخشی از نمونه پراکنده شود و از بخشی دیگر بدون تغییر مسیر بگذرد. بنابراین، تصویر تشکیل شده از بخش‌هایی با روشنایی متفاوت تشکیل شده است. در نتیجه، عملکرد میکروسکوپ الکترونی بسیار مشابه میکروسکوپ نوری است، با این تفاوت که در آن به جای پرتو نور از پرتو الکترون استفاده شده است و برای متمرکز کردن پرتو الکترونی باید عدسی را بین آهن‌رباهای الکتریکی قرار دهیم. چهار قسمت اصلی در میکروسکوپ‌های الکترونی عبارت هستند از:

1. منبع نور با تفنگ الکترونی جایگزین می‌شود. تفنگ الکترونی الکترونی‌هایی با شتاب بسیار زیاد به سمت بیرون شلیک می‌کند.
2. نمونه قبل از دیدن توسط میکروسکوپ باید آماده شود. آماده‌سازی نمونه به نوع نمونه بستگی دارد.
3. برای متمرکز کردن پرتو الکترونی از آهن‌رباهایی به شکل سیم‌پیچ استفاده می‌شود.
4. تصویر بزرگ‌ شده نمونه روی نمایشگر ظاهر می‌شود.

به چیدمان میکروسکوپ الکترونی نشان داده شده در تصویر بالا، «میکروسکوپ الکترونی عبوری» (Transmission Electron Microscopy | TEM) می‌گوییم. زیرا الکترون‌ها از نمونه عبور می‌کنند. نوع دیگری میکروسکوپ الکترونی به نام «میکروسکوپ الکترونی روبشی» (Scanning Electron Microscopy | SEM) نیز وجود دارد. همان‌گونه که از نام این میکروسکوپ الکترونی مشخص است، الکترون‌ها به جای عبور از نمونه، سطح آن را روبش می‌کنند. در بخش بعد، در مورد هر یک از این میکروسکو‌پ‌ها با جزییات صحبت می‌کنیم.

هرچه سرعت الکترون‌های خروجی از تفنگ الکترونی بیشتر باشد، طول موج آن‌ها کوتاه‌تر خواهد بود. در این حالت، میکروسکوپ الکترونی قدرت تفکیک بهتری دارد. بنابراین، شتاب دادن به الکترون‌ها، نخستین کاری است که باید در میکروسکوپ الکترونی انجام دهیم. برای انجام این کار ولتاژ بالایی اعمال و میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. الکترون پس از قرار گرفتن در میدان الکتریکی، شتاب می‌گیرد و انرژی جنبشی به‌دست می‌آورد:

$$E= V Q$$

در معادله فوق، $$V$$ اختلاف پتانسیل و Q بار الکتریکی الکترون است. به عنوان مثال، اگر اختلافل پتانسیل برابر ۶۰ کیلوولت باشد، طول موج الکترون برابر ۵ پیکومتر یا ۰/۰۰۵ نانومتر خواهد بود. این بدان معنا است که قدرت تفکیک میکروسکوپ‌های الکترونی صدها برابر بهتر از قدرت تفکیک میکروسکوپ‌های نوری است. الکترون‌ها بار الکتریکی منفی دارند. بنابراین، به راحتی نمی‌توانند متمرکز شوند و برای متمرکز کردن آن‌ها باید از میدان مغناطیسی استفاده کنیم. بنابراین، در میکروسکوپ الکترونی از سیم‌پیچ‌هایی با عنوان عدسی الکترومغناطیسی استفاه می‌شود. این سیم‌پیچ‌ها به راحتی می‌توانند پرتو الکترون پراکنده را متمرکز کنند. عملکرد آن‌ها مشابه عملکرد عدسی‌های همگرا در میکروسکو‌پ‌های نوری است.

طول موج الکترون در میکروسکوپ الکترونی با استفاده از رابطه زیر به‌دست می‌آید:

$$\lambda = \frac { h e } { \sqrt { e V  ( 2 m c ^ 2 + e V ) } }$$