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Man mano che gli oggetti che studiavano diventavano sempre più piccoli, gli scienziati dovevano sviluppare strumenti più sofisticati per vederli. I microscopi ottici non sono in grado di rilevare oggetti, come singole particelle di virus, molecole e atomi, che sono al di sotto di una determinata soglia di dimensioni. Inoltre, non possono fornire immagini tridimensionali adeguate. I microscopi elettronici sono stati sviluppati per superare questi limiti. Consentono agli scienziati di esaminare oggetti molto più piccoli di quelli che è possibile vedere con i microscopi luminosi e di fornire loro nitide immagini tridimensionali.
Maggiore ingrandimento
La dimensione di un oggetto che uno scienziato può vedere al microscopio ottico è limitata alla lunghezza d'onda più piccola della luce visibile, che è di circa 0,4 micrometri. Qualsiasi oggetto con un diametro inferiore a quello non rifletterà la luce e quindi non sarà visibile a uno strumento basato sulla luce. Alcuni esempi di tali piccoli oggetti sono singoli atomi, molecole e particelle virali. I microscopi elettronici possono generare immagini di queste cose perché non dipendono dalla luce dello spettro visibile per essere riflessi da esse. Invece, al campione da studiare vengono applicati elettroni ad alta energia e il comportamento di questi elettroni - come vengono riflessi e deviati dall'oggetto - viene rilevato e utilizzato per generare un'immagine.
Profondità di campo migliorata
La capacità di un microscopio ottico di formare un'immagine tridimensionale di oggetti estremamente piccoli è limitata. Questo perché un microscopio ottico può concentrarsi solo su un livello di spazio alla volta. Osservare un microrganismo relativamente grande sotto un tale microscopio dimostra questo effetto: uno strato dell'organismo sarà a fuoco, ma gli altri strati saranno sfocati fuori fuoco e possono persino interferire con la parte focalizzata dell'immagine. I microscopi elettronici offrono una profondità di campo maggiore rispetto ai microscopi ottici, il che significa che diversi strati bidimensionali di un oggetto possono essere messi a fuoco contemporaneamente, fornendo un'immagine complessiva di qualità tridimensionale.
Controllo ingrandimento più fine
Il tipico microscopio ottico può ingrandire solo pochi livelli discreti. Ad esempio, i comuni microscopi delle classi superiori possono ingrandire oggetti a livelli di 10x, 100x e 400x, senza nulla in mezzo. Non dovrebbe sorprendere che possano esserci oggetti microscopici che possono essere visualizzati con ingrandimenti 50x o 300x, ma ciò sarebbe impossibile con un microscopio del genere. I microscopi elettronici, d'altra parte, offrono una gamma fluida di ingrandimenti. Sono in grado di farlo a causa della natura dei loro "obiettivi", che sono elettromagneti i cui alimentatori possono essere regolati per alterare uniformemente le traiettorie degli elettroni che si dirigono verso il rivelatore per formare un'immagine.