《顯微鏡》ppt課件

1、第三章第三章 顯微鏡技術(shù)和顯微鏡顯微鏡技術(shù)和顯微鏡第一節(jié)第一節(jié) 光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡一、光學(xué)顯微鏡的任務(wù)原理n顯微鏡是由兩組會(huì)聚透鏡組成的光學(xué)折射成像系統(tǒng)。把焦距顯微鏡是由兩組會(huì)聚透鏡組成的光學(xué)折射成像系統(tǒng)。把焦距較短、接近察看物、成實(shí)像的透鏡組稱為物鏡較短、接近察看物、成實(shí)像的透鏡組稱為物鏡object lens，而焦距較長(zhǎng)，接近眼睛、成虛像的透鏡組稱為目鏡，而焦距較長(zhǎng)，接近眼睛、成虛像的透鏡組稱為目鏡ocular lens。被察看物體位于物鏡的前方，被物鏡作第一級(jí)放大后。被察看物體位于物鏡的前方，被物鏡作第一級(jí)放大后成一倒立的實(shí)像，然后此實(shí)像再被目鏡作第二級(jí)放大，成一倒立的實(shí)像，然后此實(shí)像

2、再被目鏡作第二級(jí)放大， 得到得到最大放大效果的倒立的虛像，位于人眼的明視間隔處。最大放大效果的倒立的虛像，位于人眼的明視間隔處。光學(xué)顯微鏡的任務(wù)原理圖光學(xué)顯微鏡的任務(wù)原理圖二、光學(xué)顯微鏡的根本構(gòu)造二、光學(xué)顯微鏡的根本構(gòu)造三、光學(xué)顯微鏡的性能參數(shù)三、光學(xué)顯微鏡的性能參數(shù)(一) 放大率(二) 數(shù)值孔徑(三) 分辨率(四) 視野(五) 景深與焦長(zhǎng)(六) 鏡像亮度和明晰度(七) 任務(wù)間隔(一一) 放放 大大 率率 顯微鏡的放大率(amplification)或稱放大倍數(shù)是指顯微鏡經(jīng)多次成像后最終所成(放大的)像的大小相對(duì)于原物體大小的比值，常記作M。 M=maq M是顯微鏡的總放大倍數(shù)；m是物鏡的放大

3、倍數(shù)；a是目鏡的放大倍率，普通表達(dá)為明視間隔(正常視力者為25cm)與目鏡焦距之比；q為在雙目顯微鏡中所增設(shè)的棱鏡所起的放大倍數(shù)，普通取值為1.6倍。 (二二) 數(shù)數(shù) 值值 孔孔 徑徑 數(shù)值孔徑(numerical aperture)又叫鏡口率，是物體與物鏡間媒質(zhì)的折射率n與物鏡孔徑角的一半()正弦值的乘積，通?？s寫為NA，即 NA=nsin 顯微鏡的數(shù)值孔徑與其放大率成正比，與分辨率、景深成反比，它的平方與圖像亮度成正比。 NA=nsin 最高數(shù)值孔徑油浸物鏡 較高數(shù)值孔徑干物鏡 低數(shù)值孔徑干物鏡 油油油油n分辨率：顯微鏡的最重要參數(shù)，可以區(qū)分開兩分辨率：顯微鏡的最重要參數(shù)，可以區(qū)分開兩個(gè)質(zhì)

4、點(diǎn)的最小間隔。個(gè)質(zhì)點(diǎn)的最小間隔。D=0.61Nsin/2D：分：分 辨辨 率率 ：光波的波長(zhǎng)：光波的波長(zhǎng)N：介質(zhì)折射率：介質(zhì)折射率 ：物鏡鏡口角：物鏡鏡口角N N與與D D成反比成反比 ，與與D D成正比成正比(三三) 分分 辨辨 率率提高顯微鏡分辨率的方法提高顯微鏡分辨率的方法1增大物鏡的數(shù)值孔徑 在物鏡和蓋玻片之間充以n 較大的油，如香柏油n =1.52,不僅使n 增大，而且孔徑角也增大。2用短波長(zhǎng)的光照射 如紫外光顯微鏡，電子顯微鏡。(四四) 視視 野野n視野(visual field)又稱視場(chǎng)(field)，是指經(jīng)過顯微鏡所能看到標(biāo)本所在空間的范圍。 (五五) 景景 深深 與與 焦焦

5、長(zhǎng)長(zhǎng)n景深(depth of field)又稱焦點(diǎn)深度，是指在成一幅明晰像的前提下，像平面不變，景物沿光軸前后挪動(dòng)的間隔稱“景深。n景物不動(dòng)，像平面沿光軸前后挪動(dòng)的間隔稱“焦長(zhǎng)。 (六六) 鏡像亮度和明晰度鏡像亮度和明晰度n鏡像亮度即顯微鏡的圖像亮度的簡(jiǎn)稱。高倍率任務(wù)條件下的暗場(chǎng)、偏光、攝影顯微鏡等都需求足夠的亮度，與照明及物鏡的性能參數(shù)相關(guān)。n鏡像明晰度是指圖像的輪廓明晰、襯度適中的程度。 (七七) 工工 作作 距距 離離n任務(wù)間隔是指從物鏡前外表中心到被察看標(biāo)本間滿足任務(wù)要求的間隔范圍，與物鏡的數(shù)值孔徑成反比。n普通情況下，物鏡的數(shù)值孔徑赿大，其任務(wù)間隔赿小。四、像四、像 差差 和和 色色

6、 差差(一) 像差 1球差( spheric aberration ) 2彗差(broom aberration) 3像散(astigmatism) 4場(chǎng)曲 5畸變(distortion) (二) 色差(一)、像 差 (aberration)n像差是指透鏡所成的像與理想像在外形、顏色等方面存在差別。1球球 差差 ( spheric aberration ) 透鏡的球差n光軸上的點(diǎn)光源所發(fā)出的光錐入射到光軸上的點(diǎn)光源所發(fā)出的光錐入射到透鏡的球折射面時(shí)，由于經(jīng)過透鏡邊透鏡的球折射面時(shí)，由于經(jīng)過透鏡邊緣的光線不滿足近軸光線的條件，因緣的光線不滿足近軸光線的條件，因此不能和經(jīng)過近軸曲面的光線會(huì)聚成此不

7、能和經(jīng)過近軸曲面的光線會(huì)聚成一個(gè)理想的亮點(diǎn)，而是構(gòu)成一個(gè)中間一個(gè)理想的亮點(diǎn)，而是構(gòu)成一個(gè)中間亮邊緣逐漸模糊的彌散斑，這就是透亮邊緣逐漸模糊的彌散斑，這就是透鏡的球面像差，簡(jiǎn)稱為球差。鏡的球面像差，簡(jiǎn)稱為球差。 n球差可以經(jīng)過設(shè)置光闌而減小。球差可以經(jīng)過設(shè)置光闌而減小。 2彗彗 差差 (broom aberration)n近光軸外的點(diǎn)光源發(fā)出的光束，經(jīng)過透鏡中央和邊緣部分近光軸外的點(diǎn)光源發(fā)出的光束，經(jīng)過透鏡中央和邊緣部分后在垂直于光軸的同一成像平面上也不能交于同一個(gè)像點(diǎn)后在垂直于光軸的同一成像平面上也不能交于同一個(gè)像點(diǎn)。離光軸越近的像會(huì)聚越好，亮度越大，亮點(diǎn)越小。于是。離光軸越近的像會(huì)聚越好，亮

8、度越大，亮點(diǎn)越小。于是在成像平面上便構(gòu)成一個(gè)頂端小而亮，遠(yuǎn)離光軸方向構(gòu)成在成像平面上便構(gòu)成一個(gè)頂端小而亮，遠(yuǎn)離光軸方向構(gòu)成逐漸增寬且亮度減弱的模糊尾部，形如彗星，稱為彗差。逐漸增寬且亮度減弱的模糊尾部，形如彗星，稱為彗差。 透透 鏡鏡 的的 彗彗 差差光軸光軸透鏡透鏡3像像 散散 (astigmatism) n遠(yuǎn)離光軸的物點(diǎn)發(fā)出的光，即使是以細(xì)光束成像也不能夠會(huì)聚于一點(diǎn)，而是在像空間不同的成像面上或者成橢圓彌散斑，或者在特殊位置構(gòu)成圓形彌散斑，甚至是構(gòu)成兩個(gè)垂直方向上的短亮線，這種成像缺陷稱為像散。 n普通來說，透鏡像散隨透鏡外形、光闌位置而異，可以用正、負(fù)透鏡適當(dāng)組合而消除。透鏡的像散透鏡的

9、像散物點(diǎn)物點(diǎn)物鏡物鏡光軸光軸 程度程度焦平面焦平面 垂直垂直焦平面焦平面明晰圓明晰圓4場(chǎng)場(chǎng) 曲曲 n一個(gè)平面的物體經(jīng)過透鏡成像后，雖然像平面上恣意一點(diǎn)依然是明晰的，但所成的像不再是一個(gè)平面，而成了一彎曲的面，這就是場(chǎng)曲。 5畸畸 變變 (distortion) n由于像平面上各處放大率不同引起的成像缺陷稱為畸變 ?；兊木売墒怯捎谕哥R邊緣與透鏡近軸的放大率不同而引起的。 n假設(shè)離光軸越遠(yuǎn)處放大率越大，那么像的外部線段將比中間線段長(zhǎng)，結(jié)果構(gòu)成了枕形畸變，這種畸變稱為正畸變。n反之那么構(gòu)成邊緣放大率小而近軸放大率大的桶形畸變，稱為負(fù)畸變 。(二二)、 色色 差差n色差(chromatic aber

10、ration )是一種由白光或復(fù)色光經(jīng)透鏡成像時(shí)，會(huì)因各種色光存在著光程差而呵斥顏色不同、位置不重合、大小不一致的不同成像效果，從而呵斥像和物的較大失真。透鏡的色差透鏡的色差透鏡的軸向色差垂軸色差B五、光學(xué)顯微鏡的缺乏之處五、光學(xué)顯微鏡的缺乏之處1.放大倍數(shù)的極限： 20002.分辨率的極限： 0.2m 可見光照明3.景深的極限： 0.1m 4.不能分析化學(xué)成分第二節(jié)第二節(jié) 光學(xué)顯微鏡的分類及其運(yùn)用光學(xué)顯微鏡的分類及其運(yùn)用一、雙目生物顯微鏡二、熒光顯微鏡三、相襯顯微鏡四、倒置顯微鏡五、暗場(chǎng)顯微鏡六、紫外光顯微鏡七、偏光顯微鏡八、激光掃描共聚焦顯微鏡九、干涉相襯顯微鏡十、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡一、雙

11、目生物顯微鏡一、雙目生物顯微鏡n雙目顯微鏡(binocular microscope)的構(gòu)造是利用一組復(fù)合棱鏡把透過物鏡后的光束分成強(qiáng)度一樣的兩束而構(gòu)成兩個(gè)中間像，分別再由左右目鏡放大。來自物鏡的光線經(jīng)棱鏡組分光成兩束平行光束，進(jìn)入目鏡，雙目顯微鏡必需滿足分光后兩束光的光程必需一樣和兩束光的光強(qiáng)度大小一致這兩個(gè)根本要求。目鏡物鏡聚光器光源二、熒二、熒 光光 顯顯 微微 鏡鏡n熒光顯微鏡 (fluorescence microscopy)是以紫外線為光源來激發(fā)生物標(biāo)本中的熒光物質(zhì)，產(chǎn)生能察看到各種顏色熒光的一種光學(xué)顯微鏡。利用它可研討熒光物質(zhì)在組織和細(xì)胞內(nèi)的分布。n為防止紫外線進(jìn)入物鏡，可以采用

12、暗視場(chǎng)照明。 熒光Fluorescence：細(xì)胞中的某些物質(zhì)如葉綠素經(jīng)紫外線照射后能發(fā)出可見光線，稱為熒光。自發(fā)熒光：由細(xì)胞本身存在的物質(zhì)經(jīng)紫外線照射后發(fā)出的熒光。誘發(fā)熒光：一些細(xì)胞成分本身經(jīng)紫外線照射后不發(fā)熒光，但用熒光染料酸性品紅、甲基綠、吖叮橙等熒光色素進(jìn)展活體染色或固定后切片染色，就能在熒光鏡下看見熒光，這種熒光叫誘發(fā)熒光。透射熒光顯微鏡原理透射熒光顯微鏡原理落射熒光顯微鏡原理落射熒光顯微鏡原理三、相三、相 襯襯 顯顯 微微 鏡鏡n光線只需經(jīng)過染色標(biāo)本時(shí)其波長(zhǎng)、振幅發(fā)生變化，人眼才干看見。n活細(xì)胞和未染色的標(biāo)本由于光的波長(zhǎng)和振幅不發(fā)生變化，人眼看不到，但其相位有變化，因此利用光的干涉和

13、衍射效應(yīng)把透過標(biāo)本不同區(qū)域的光波光程差轉(zhuǎn)變成振幅差，使細(xì)胞內(nèi)各種構(gòu)造之間呈現(xiàn)明晰可見的明暗對(duì)比。 n相襯顯微鏡比普通光學(xué)顯微鏡多了2個(gè)部件：n在聚光器上添加一個(gè)環(huán)形光闌；n在物鏡后焦面添加一個(gè)相板，相板上有一個(gè)環(huán)形區(qū)，經(jīng)過環(huán)形區(qū)的光比從其它區(qū)域透過的光超前或滯后1/4，這樣就使經(jīng)過標(biāo)本不同區(qū)域光波的相位差轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹?。相襯顯微鏡照明原理n 光經(jīng)過標(biāo)本致密區(qū)時(shí)發(fā)生衍射，產(chǎn)生偏折光，相位和未受影響的直射光相比被推遲了1/4。只需未發(fā)生偏折的的直射光可經(jīng)過相位板的環(huán)形區(qū)，其它的偏折光在物鏡的后焦面上產(chǎn)生了一個(gè)與經(jīng)過相位板的環(huán)形區(qū)的光不同的1/4的光程差。兩組光在平面上成像。n如相板的環(huán)形區(qū)使直射光超

14、前1/4，加上開場(chǎng)直射光超前的1/4，直射光共超前1/2 ，直射光和偏折光疊加構(gòu)成的合成波振幅減少，產(chǎn)生暗反差。n如相板的環(huán)形區(qū)使直射光滯后1/4，加上開場(chǎng)直射光超前的1/4，兩者相抵直射光不發(fā)生變化，直射光和偏折光無相位變化，構(gòu)成的合成波振幅添加，產(chǎn)生明反差。四、倒置顯微鏡四、倒置顯微鏡n倒置顯微鏡(Inverted Microscope)的組成和普通顯微鏡一樣，只不過物鏡與照明系統(tǒng)顛倒，前者在載物臺(tái)之下，后者在載物臺(tái)之上，用于察看培育的活細(xì)胞，具有相差物鏡。倒置顯微鏡倒置顯微鏡五、暗場(chǎng)顯微鏡五、暗場(chǎng)顯微鏡n暗視野顯微鏡dark field microscope的聚光鏡中央有檔光片，使照明光

15、線不直接進(jìn)入物鏡，只允許被標(biāo)本反射和衍射的光線進(jìn)入物鏡，因此視野的背景是黑的，物體的邊緣是亮的。利用這種顯微鏡能見到小至 4nm200nm的微粒子，分辨率可比普通顯微鏡高50倍。暗視野照明方式 六、紫外光顯微鏡六、紫外光顯微鏡n運(yùn)用紫外光源可以明顯提高顯微鏡的分辨率，對(duì)于生物樣品運(yùn)用紫外光照明還具有獨(dú)特的效果。生物細(xì)胞中的原生質(zhì)對(duì)可見光幾乎是不吸收的，而蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子對(duì)紫外光具有特殊的吸收作用。因此，可以運(yùn)用紫外光顯微鏡ultraviolet microscope研討單個(gè)細(xì)胞的組成與變化情況。 七、偏光顯微鏡七、偏光顯微鏡 n偏光顯微鏡是利用光的偏振特性，對(duì)具有雙折射性(即可以使一束

16、入射光經(jīng)折射后分成兩束折射光)的晶體、液晶態(tài)物質(zhì)進(jìn)展察看和研討的重要光學(xué)儀器。n利用它可以清楚地察看到纖維絲、紡錘體、膠原、染色體、卵巢、骨骼、毛發(fā)、活細(xì)胞的結(jié)晶或液晶態(tài)的內(nèi)含物、神經(jīng)纖維、肌肉纖維、植物纖維等的細(xì)微構(gòu)造，從而可以分析細(xì)胞、組織的變化過程。 n偏光顯微鏡是在普通顯微鏡的根底上增添了使普通光轉(zhuǎn)變成線偏振光和檢測(cè)偏振光的安裝或察看干涉圖樣的特殊透鏡。即光源前有偏振片起偏器，使進(jìn)入顯微鏡的光線為偏振光，鏡筒中有檢偏器一個(gè)偏振方向與起偏器垂直的起偏器。n偏光顯微鏡的載物臺(tái)是可以旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)載物臺(tái)無樣品時(shí)，無論如何旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，由于兩個(gè)偏振片是垂直的，顯微鏡里看不到光線。而放入旋光性物質(zhì)后，

17、由于光線經(jīng)過這類物質(zhì)時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)便能檢測(cè)到這種物體。偏光顯微鏡的構(gòu)造激光掃描共聚焦顯微鏡原理圖激光掃描共聚焦顯微鏡原理圖八、激光掃描共聚焦顯微鏡1. 激光掃描共聚焦顯微鏡任務(wù)原理n激光掃描共聚焦顯微鏡是在熒光顯微鏡成像的根底上裝有激光掃描共聚焦顯微鏡是在熒光顯微鏡成像的根底上裝有激光掃描安裝，以單色激光作為光源，使樣品被激發(fā)出熒激光掃描安裝，以單色激光作為光源，使樣品被激發(fā)出熒光，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展圖像處置，從而得到細(xì)胞或組織內(nèi)部光，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展圖像處置，從而得到細(xì)胞或組織內(nèi)部微細(xì)構(gòu)造的熒光圖像。微細(xì)構(gòu)造的熒光圖像。n共聚焦顯微鏡利用激光掃描束經(jīng)照明孔構(gòu)成點(diǎn)光源對(duì)標(biāo)本內(nèi)焦平面上的每

18、一點(diǎn)掃描，由于照明孔與檢測(cè)孔相對(duì)于物鏡焦平面是共軛的，焦平面上的點(diǎn)同時(shí)聚焦于照明孔和檢測(cè)孔，焦平面以外的點(diǎn)不會(huì)在檢測(cè)孔處成像，這樣就得到了標(biāo)本明晰的光學(xué)切面圖，抑制了普通光鏡圖像模糊的缺陷。 n在顯微鏡載物臺(tái)上加一個(gè)微量步進(jìn)馬達(dá)，使載物在顯微鏡載物臺(tái)上加一個(gè)微量步進(jìn)馬達(dá)，使載物臺(tái)上下挪動(dòng)，改動(dòng)焦平面，不同層次的光切面圖臺(tái)上下挪動(dòng)，改動(dòng)焦平面，不同層次的光切面圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像三維重組，就能獲得樣品的立體像經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像三維重組，就能獲得樣品的立體構(gòu)造圖像。構(gòu)造圖像。2. 激光掃描共聚焦顯微鏡的根本構(gòu)造激光掃描共聚焦顯微鏡的根本構(gòu)造1.抑制圖像的模糊，獲得明晰的圖像2. 具有更高的軸向分辨率，并可獲

19、取延續(xù)光學(xué)切片3. 添加側(cè)向分辨率4. 由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)掃描去除了雜散光的影響3. 共焦顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡的區(qū)別共焦顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡的區(qū)別4. CLSM在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的運(yùn)用在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的運(yùn)用n細(xì)胞的三維重建 n細(xì)胞定量熒光測(cè)定 n 細(xì)胞內(nèi)鈣離子、pH值和其它離子的動(dòng)態(tài)分析 n 細(xì)胞間通訊和膜的流動(dòng)性 九、干涉相襯顯微鏡九、干涉相襯顯微鏡interference contrast microscopen干涉相襯顯微鏡利用偏振光，有四個(gè)特殊的光學(xué)組件：偏振器、棱鏡、滑行器和檢偏器。n偏振器直接裝在聚光系統(tǒng)的前面，使光線發(fā)生線性偏振。在聚光器中安裝了石英Wollaston棱鏡，可將一束光分解成偏振方向不同

20、的兩束光x和y，二者成一小夾角。聚光器將兩束光調(diào)整成與顯微鏡光軸平行的方向。最初兩束光相位一致，在穿過標(biāo)本相鄰的區(qū)域后，由于標(biāo)本的厚度和折射率不同，引起兩束光發(fā)生光程差。n在物鏡的后焦面處安裝了第二個(gè)Wollaston棱鏡(滑行器)，把兩束光波合并成一束。這時(shí)兩束光的偏振面x和y依然存在。n最后光束穿過第二個(gè)偏振安裝(檢偏器)，檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有一樣偏振面的兩束光，使二者發(fā)生干涉。nx和y波的光程差決議著透射光的多少，光程差值為0時(shí)，沒有光穿過檢偏器；光程差值等于波長(zhǎng)一半時(shí)，穿過的光到達(dá)最大值。于是在灰色的背景上，標(biāo)本構(gòu)造呈現(xiàn)明暗差。n為了使影像的反差到達(dá)最正確形狀，可調(diào)理滑行器

21、的縱行微調(diào)改動(dòng)光程差，光程差可改動(dòng)影像的亮度。調(diào)理滑行器可使標(biāo)本的細(xì)微構(gòu)造呈現(xiàn)出正或負(fù)的投影籠統(tǒng)，通常是一側(cè)亮，而另一側(cè)暗，這便呵斥了標(biāo)本的人為三維立體感，類似大理石上的浮雕。干干涉涉相相襯襯顯顯微微鏡鏡的的光光路路圖圖十、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡十、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡near-field scanning optical microscope 近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡的微探頭是一個(gè)中空的、針狀的、頂部小于150nm，內(nèi)孔直徑為50nm的玻璃微管，管壁鍍鋁膜，最終使光線只能從直徑為50nm可見波長(zhǎng)的1/10左右的內(nèi)孔射入，微管的尾部接上非常靈敏的光量子探測(cè)器丈量進(jìn)入內(nèi)孔的光量。n近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡技術(shù)的實(shí)

22、際分辨率極限約10nm。由于采用可見光對(duì)生物樣品損害很少，而且既可以用在空氣中與電子顯微鏡必需在真空條件下相比要優(yōu)越，又可以用在水中與普通的光學(xué)顯微鏡相比也有優(yōu)越性。n近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡技術(shù)將對(duì)研討活體中的病毒和染色體等生物物質(zhì)的構(gòu)造和形狀發(fā)揚(yáng)作用。 第第 三三 節(jié)節(jié) 電電 子子 顯顯 微微 鏡鏡一、電子顯微鏡的根本構(gòu)造一、電子顯微鏡的根本構(gòu)造n電子光學(xué)系統(tǒng)n真空系統(tǒng)n供電系統(tǒng)n機(jī)械系統(tǒng)n察看顯示系統(tǒng)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)一電子光學(xué)系統(tǒng)一電子光學(xué)系統(tǒng)照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)n照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成。照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成。n電子槍是發(fā)射電子的照明光源。電子槍是發(fā)射電子的照明光源。n聚光鏡

23、是把電子槍發(fā)射出來的電子會(huì)聚而成的交聚光鏡是把電子槍發(fā)射出來的電子會(huì)聚而成的交叉點(diǎn)進(jìn)一步會(huì)聚后照射到樣品上。叉點(diǎn)進(jìn)一步會(huì)聚后照射到樣品上。n照明系統(tǒng)的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑照明系統(tǒng)的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源。角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源。 1. 電 子 槍電子槍是電鏡的電子發(fā)射源，其作用是構(gòu)成電子束，并控制電子束的發(fā)射，獲得一高亮度和高穩(wěn)定度的照明電子光源。常用的電子槍由常用的是熱陰極三極電子槍，它由發(fā)夾形鎢絲陰極、柵極帽和陽極組成。 電子槍的構(gòu)造及任務(wù)原理圖電子槍的構(gòu)造及任務(wù)原理圖燈絲燈絲 2. 聚 光 鏡聚光鏡用來會(huì)聚電子槍射出的電子束

24、，以最小的損失照明樣品，調(diào)理照明強(qiáng)度、孔徑角和束斑大小。普通都采用雙聚光鏡系統(tǒng)。第一聚光鏡是強(qiáng)激磁透鏡，束斑減少率為1050倍左右，將電子槍第一交叉點(diǎn)束斑減少為15m；而第二聚光鏡是弱激磁透鏡，適焦時(shí)放大倍數(shù)為2倍左右。結(jié)果在樣品平面上可獲得210m的照明電子束斑。一電子光學(xué)系統(tǒng)一電子光學(xué)系統(tǒng)成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)n電子透鏡：能使電子束聚焦的安裝n電子透鏡是電鏡的中心部件，其任務(wù)方式是利用復(fù)雜的電極和線圈構(gòu)造構(gòu)成靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)。 n電子透鏡存在各種像差aberration，這是影響成像質(zhì)量的主要要素。 電子透鏡電 磁 透 鏡 的 結(jié) 構(gòu) 電子電子電子源電子源電子軌跡電子軌跡銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線軟鐵殼軟鐵殼軟鐵

25、殼軟鐵殼焦點(diǎn)焦點(diǎn)(二二) 真真 空空 系系 統(tǒng)統(tǒng)n主要由機(jī)械泵、油分散泵或離子泵、聯(lián)動(dòng)控制閥門、真空排氣管道、空氣過濾器和用于真空度指示的真空丈量規(guī)等組成。( (三三) ) 供供 電電 系系 統(tǒng)統(tǒng)n供電系統(tǒng)包括高壓電源、真空系統(tǒng)供電電源、透鏡電源、輔助電源及平安維護(hù)系統(tǒng)的電源等。 (四四) 機(jī)機(jī) 械械 系系 統(tǒng)統(tǒng)n機(jī)械系統(tǒng)包括電鏡座、標(biāo)本室、磁屏蔽外殼、鏡筒、制冷系統(tǒng)及控制任務(wù)臺(tái)等，這些部分都有著相當(dāng)高的性能。 (五五) 觀觀 察察 顯顯 示示 系系 統(tǒng)統(tǒng)n察看顯示系統(tǒng)由熒光屏和照相室兩部分組成。n電鏡經(jīng)過顯像管的熒光屏把電子所成的像轉(zhuǎn)換成光學(xué)影像后供肉眼察看。n電子感光板是常用的記錄手段之一

26、，可以利用照相機(jī)在照相室內(nèi)拍照。二、電子顯微鏡的分類及其運(yùn)用二、電子顯微鏡的分類及其運(yùn)用電子顯微鏡的分類： 一透射電鏡Transmission electron Microscope，TEM 二 掃描電鏡Scanning electron Microscope，SEM 三掃描隧道顯微鏡scanning tunneling microscope, STM 四超高壓電子顯微鏡 光鏡、透射電鏡和掃描電鏡的任務(wù)原理圖光鏡、透射電鏡和掃描電鏡的任務(wù)原理圖一透一透 射射 電電 子子 顯顯 微微 鏡鏡Transmission electron Microscope，TEM1. 成 像 原 理電子束和固體樣品

27、的作用2. 的任務(wù)原理透射電子顯微鏡是以電子束透過樣品經(jīng)過聚焦與放大后所產(chǎn)生的物像， 投射到熒光屏上或照相底片上進(jìn)展察看。透射電鏡的分辨率為0.10.2nm，放大倍數(shù)為幾萬幾十萬倍。3. 的構(gòu)造n照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)n成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)n放大系統(tǒng)放大系統(tǒng)n紀(jì)錄系統(tǒng)紀(jì)錄系統(tǒng)電子槍聚光鏡物鏡中間鏡投影鏡3. 的構(gòu)造成像系統(tǒng) 物鏡是用來構(gòu)成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。透射電子顯微鏡分辨身手的高低主要取決于物鏡。由于物鏡的任何缺陷都被成像系統(tǒng)中其它透鏡進(jìn)一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必需盡能夠降低像差。通常采用強(qiáng)激磁，短焦距的物鏡。n中間鏡是一個(gè)弱激磁的長(zhǎng)焦距變倍透鏡，可在0-20倍范

28、圍調(diào)理。在電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制電鏡的放大倍數(shù)。n假設(shè)把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，那么在熒光屏上得到一幅放大像，這就是電子顯微鏡中的成像操作。假設(shè)把中間鏡的物平面和物鏡的后焦面重合，那么在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣，這就是電子顯微鏡中的電子衍射操作。 投影鏡的作用是把經(jīng)中間鏡放大或減少的像進(jìn)一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個(gè)短焦距的強(qiáng)磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的。由于成像電子束進(jìn)入投影鏡時(shí)孔鏡角很小，因此它的景深和焦距都非常大。即使改動(dòng)中間鏡的放大倍數(shù)，使顯微鏡的總放大倍數(shù)有很大的變化，也不會(huì)影響圖像的明晰度。4. 透射電鏡的主要部件透射電

29、鏡的主要部件 n 樣品臺(tái)的作用是承載樣品，并使樣品能作平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣的樣品區(qū)域或位向進(jìn)展察看分析。 樣品臺(tái)樣品臺(tái)n 消像散器可以是機(jī)械式的，可以是電磁式的。機(jī)械式的是在電磁透鏡的磁場(chǎng)周圍放置幾塊位置可以調(diào)理的導(dǎo)磁體，用它們來吸引一部分磁場(chǎng)，把固有的橢圓形磁場(chǎng)校正成接近旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的磁場(chǎng)。電磁式的是經(jīng)過電磁極間的吸引和排斥來校正橢圓形磁場(chǎng)的 。 消像散器消像散器n在透射電子顯微鏡中有許多固定光闌和可動(dòng)光闌，它們的作用主要是擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相關(guān)性和照射區(qū)域。光闌光闌5. 透射電子顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)透射電子顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)n分辨率高，可用來察看組織和細(xì)胞內(nèi)部的超微構(gòu)造以及微生物和生物大

30、分子的全貎。n掃描電子顯微鏡的任務(wù)原理是用一束極細(xì)的電子束掃描樣品，在樣品外表激發(fā)出次級(jí)電子，次級(jí)電子由探測(cè)體搜集，并在那里被閃爍器轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，再經(jīng)光電倍增管和放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)來控制熒光屏上電子束的強(qiáng)度，顯示出與電子束同步的掃描圖像。 二次電子探測(cè)器的任務(wù)原理圖二次電子探測(cè)器的任務(wù)原理圖分辨率高立體感強(qiáng)放大倍率范圍廣樣品順應(yīng)性大運(yùn)用范圍廣樣品臺(tái)樣品臺(tái)探針探針步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)雙螺旋雙螺旋測(cè)微頭測(cè)微頭1.掃描隧道顯微鏡的任務(wù)原理掃描隧道顯微鏡的任務(wù)原理n掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學(xué)原理中的隧道效應(yīng)和三維掃描而設(shè)計(jì)。當(dāng)原子尺度的針尖在不到一個(gè)納米的高度上掃描樣品時(shí)，此處電子云重疊，外加一電壓2m

31、V2V，針尖與樣品之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)而有電子逸出，構(gòu)成隧道電流，經(jīng)過隧道電流獲取顯微圖像，而不需求光源和透鏡?！皰呙杷淼里@微鏡因此而得名。掃描隧道顯微鏡的任務(wù)原理圖2. STM的根本構(gòu)造的根本構(gòu)造 STM 儀器由具有減振系統(tǒng)的STM 頭部(含探針和樣品臺(tái))、電子學(xué)控制系統(tǒng)和包括A/D 多功能卡的計(jì)算機(jī)組成。STM 的的 重重 要要 部部 件件n隧道針尖的構(gòu)造是掃描隧道顯微技術(shù)要處理的主要問題之一。針尖的大小、外形和化學(xué)同一性不僅影響著掃描隧道顯微鏡圖像的分辨率和圖像的外形，而且也影響著測(cè)定的電子態(tài)。針尖、壓電陶瓷針尖、壓電陶瓷 、三維掃描控制器、減震系統(tǒng)、三維掃描控制器、減震系統(tǒng)3. STM的任

32、務(wù)方式的任務(wù)方式恒 高 模 式恒 流 模 式4. STM 的的 特特 點(diǎn)點(diǎn)分辨率高：橫向分辨率可達(dá)0.1nm，縱向分辨率可達(dá)0.01nm可在真空、大氣、液體等條件下任務(wù)非破壞性丈量可實(shí)時(shí)地得到實(shí)空間中外表的三維圖像，可用于具有周期性或不具備周期性的外表構(gòu)造研討。配合掃描隧道譜可以得到有關(guān)外表構(gòu)造的信息(四四) 超高壓電子顯微鏡超高壓電子顯微鏡第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡的維護(hù)、常見缺點(diǎn)顯微鏡的維護(hù)、常見缺點(diǎn)及其排除及其排除一、顯微鏡的運(yùn)用二、顯微鏡的維護(hù)三、顯微鏡的常見缺點(diǎn)及排除四、顯微鏡拆裝的本卷須知五、電子顯微鏡的維護(hù)(一一) 光學(xué)顯微鏡的運(yùn)用方法光學(xué)顯微鏡的運(yùn)用方法低倍鏡的運(yùn)用： 1.對(duì)光：轉(zhuǎn)動(dòng)

33、粗調(diào)理螺旋，降低載物臺(tái)；旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器，使10倍物鏡頭對(duì)準(zhǔn)鏡臺(tái)孔；然后升高聚光鏡，翻開光圈，將反光鏡的凹面對(duì)準(zhǔn)光源，直至視野亮堂為止。 2.將要察看的切片放在載物臺(tái)上，固定好，并將要察看的部位移至中央。 3.調(diào)焦距：旋轉(zhuǎn)粗調(diào)螺旋，升高載物臺(tái)，至物鏡距玻片約0.5cm時(shí)，再緩慢降低鏡臺(tái)，直到看清圖像為止。4.調(diào)理兩瞳孔間的間隔：一邊用雙眼自目鏡中察看，一邊用雙手握住兩個(gè)目鏡管，前后或左右挪動(dòng)，直到雙眼看到一共同視野為止。5.為使右眼圖像更明晰，可悄然轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋，欲使左眼圖像明晰，需旋轉(zhuǎn)鏡管長(zhǎng)度調(diào)理環(huán)。高倍鏡的運(yùn)用：用低倍鏡看清圖像后，將要進(jìn)一步放大的構(gòu)造移至視野中央，一邊從側(cè)面察看，一邊旋轉(zhuǎn)物

34、鏡轉(zhuǎn)換器，將高倍鏡頭對(duì)準(zhǔn)鏡臺(tái)孔；升高聚光鏡，將光線調(diào)理到最亮的程度；然后，略微轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋，即可察看到明晰的圖像。油鏡的運(yùn)用：用低倍鏡看清圖像后，將所要察看的構(gòu)造移至視野中央，在標(biāo)本所要察看的部位滴一滴鏡油，旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器，將油鏡頭對(duì)準(zhǔn)鏡臺(tái)孔，使油鏡頭下端與鏡油接觸，然后，悄然轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋，即可看清物像。運(yùn)用油鏡時(shí)，應(yīng)把聚光鏡的光圈充分開大。 用完油鏡后，必需用擦鏡紙蘸清洗劑，將鏡頭和玻片擦凈。二顯微鏡的維護(hù)二顯微鏡的維護(hù)1.搬動(dòng)顯微鏡時(shí)，應(yīng)該用右手握鏡臂,左手托鏡座，平貼胸前，以防撞碰。切勿用一只手斜提，前后搖擺。2.每次運(yùn)用顯微鏡前，要檢查顯微鏡的主要部件有無缺損，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)報(bào)告。運(yùn)用時(shí)，要嚴(yán)厲按操作程序，正確地緩慢挪動(dòng)有關(guān)機(jī)械部分。 3.制止裝配顯微鏡的各個(gè)部件，更不允許與其它顯微鏡對(duì)換，以免安裝不當(dāng)影響察看效果。4.如鏡頭外表有灰塵，應(yīng)該用擦鏡紙擦，不允許用口吹、手指抹，或用其它紙、布擦。 5.顯微鏡用完后，將4倍鏡頭對(duì)準(zhǔn)鏡臺(tái)孔，升高鏡臺(tái)，降下聚光器，翻開光圈，蓋好防塵罩，