Obvyklým typom mikroskopu, ktorý môžete nájsť v triede alebo vedeckom laboratóriu, je optický mikroskop. Optický mikroskop používa svetlo na zväčšenie obrazu až do 2000x (zvyčajne oveľa menej) a má rozlíšenie okolo 200 nanometrov. Na druhej strane elektrónový mikroskop používa na vytvorenie obrazu lúč elektrónov ako svetlo. Zväčšenie elektrónového mikroskopu môže byť až 10 000 000 x s rozlíšením 50 pikometrov (0,05 nanometrov).
Výhody použitia elektrónového mikroskopu oproti optickému mikroskopu sú oveľa väčšie zväčšenie a rozlíšenie. Nevýhody zahŕňajú náklady a veľkosť zariadenia, požiadavku špeciálneho školenia na prípravu vzoriek na mikroskopiu a použitie mikroskopu a potrebu prezerať vzorky. vo vákuu (hoci sa môžu použiť niektoré hydratované vzorky).
Najjednoduchší spôsob, ako pochopiť, ako funguje elektrónový mikroskop, je porovnať ho s bežným svetelným mikroskopom. V optickom mikroskope sa pozeráte cez okulár a šošovku, aby ste videli zväčšený obrázok vzorky. Nastavenie optického mikroskopu pozostáva zo vzorky, šošoviek, zdroja svetla a obrázka, ktorý môžete vidieť.
V elektrónovom mikroskope nahrádza lúč elektrónov lúč elektrónov. Vzorka musí byť špeciálne pripravená, aby s ňou mohli elektróny interagovať. Vzduch vo vnútri komory na vzorky je odčerpávaný do vákua, pretože elektróny necestujú ďaleko v plyne. Namiesto šošoviek zameriavajú elektrónové lúče elektromagnetické cievky. Elektromagnety ohýbajú elektrónový lúč skoro rovnakým spôsobom ako šošovky ohýbajú svetlo. Obrázok vytvára elektróny, takže sa naň pozerá buď fotografovaním (elektrónový mikrograf), alebo pozeraním vzorky cez monitor.
Existujú tri hlavné typy elektrónovej mikroskopie, ktoré sa líšia podľa toho, ako sa vytvára obraz, ako sa pripravuje vzorka, a rozlíšenia obrazu. Sú to transmisná elektrónová mikroskopia (TEM), skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) a skenovacia tunelová mikroskopia (STM).
Prvými elektrónovými mikroskopmi, ktoré boli vynájdené, boli transmisné elektrónové mikroskopy. V TEM je vysokonapäťový elektrónový lúč čiastočne prenášaný veľmi tenkou vzorkou, aby sa vytvoril obraz na fotografickej platni, senzore alebo žiarivke. Vytvorený obrázok je dvojrozmerný a čiernobiely, niečo ako röntgenový. Výhodou tejto techniky je, že je schopná veľmi vysokého zväčšenia a rozlíšenia (o rádovo lepšie hodnoty ako SEM). Kľúčovou nevýhodou je, že najlepšie funguje pri veľmi tenkých vzorkách.
V rastrovacej elektrónovej mikroskopii sa zväzok elektrónov skenuje cez povrch vzorky. Obraz je tvorený sekundárnymi elektrónmi emitovanými z povrchu, keď sú excitované elektrónovým lúčom. Detektor mapuje elektrónové signály a vytvára obraz, ktorý okrem povrchovej štruktúry zobrazuje hĺbku ostrosti. Aj keď je rozlíšenie nižšie ako rozlíšenie TEM, SEM ponúka dve veľké výhody. Po prvé, vytvára trojrozmerný obrazec vzorky. Po druhé, dá sa použiť na hrubšie vzorky, pretože sa skenuje iba povrch.
V TEM aj SEM je dôležité si uvedomiť, že obraz nemusí byť nevyhnutne presným znázornením vzorky. Vo vzorke sa môžu vyskytnúť zmeny v dôsledku jej prípravy na mikroskop, z vystavenia vákuu alebo z vystavenia elektrónovému lúču.
Rastrovací tunelový mikroskop (STM) sníma povrchy na atómovej úrovni. Je to jediný druh elektrónovej mikroskopie, ktorý dokáže zobraziť jednotlivca atómy. Jeho rozlíšenie je asi 0,1 nanometra, s hĺbkou asi 0,01 nanometra. STM je možné používať nielen vo vákuu, ale aj vo vzduchu, vode a iných plynoch a tekutinách. Môže sa používať v širokom rozsahu teplôt, od takmer absolútnej nuly po viac ako 1000 stupňov Celzia.
STM je založený na kvantovom tunelovaní. V blízkosti povrchu vzorky sa privedie elektricky vodivá špička. Ak sa použije rozdiel napätia, elektróny môžu tunelovať medzi špičkou a vzorkou. Zmena prúdu špičky sa meria pri skenovaní vzorky, aby sa vytvoril obraz. Na rozdiel od iných typov elektrónovej mikroskopie je prístroj cenovo dostupný a ľahko sa vyrába. STM však vyžaduje extrémne čisté vzorky a môže to byť zložité na to, aby fungoval.