顯微鏡技術(shù)和顯微鏡

關(guān)于顯微鏡技術(shù)和顯微鏡第一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日掌握常用顯微鏡的結(jié)構(gòu)及性能特點熟悉顯微技術(shù)的基礎(chǔ)理論，顯微鏡的應(yīng)用了解顯微鏡的維護，顯微技術(shù)的進展教學(xué)基本要求第二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要第一節(jié)光學(xué)顯微鏡第二節(jié)光學(xué)顯微鏡的分類及其應(yīng)用第三節(jié)電子顯微鏡第四節(jié)顯微鏡的維護、常見故障及排除第五節(jié)顯微攝影術(shù)第三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)光學(xué)顯微鏡一、光學(xué)顯微鏡的工作原理二、光學(xué)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)三、光學(xué)顯微鏡的性能參數(shù)四、像差和色差五、光學(xué)顯微鏡的不足之處第四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日一、光學(xué)顯微鏡的工作原理

顯微鏡是由兩組會聚透鏡組成的光學(xué)折射成像系統(tǒng)。把焦距較短、靠近觀察物、成實像的透鏡組稱為物鏡（objectlens），而焦距較長，靠近眼睛、成虛像的透鏡組稱為目鏡（ocularlens）。被觀察物體位于物鏡的前方，被物鏡作第一級放大后成一倒立的實像，然后此實像再被目鏡作第二級放大，得到最大放大效果的倒立的虛像，位于人眼的明視距離處。第五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日光學(xué)顯微鏡的工作原理圖第六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日①機械部分：鏡座、鏡柱、鏡臂、鏡筒、調(diào)焦裝置、載物臺（物鏡轉(zhuǎn)換器）②光學(xué)部分：目鏡、物鏡、反光鏡、聚光鏡放大倍數(shù)：目鏡的放大倍數(shù)×物鏡的放大倍數(shù)二、光學(xué)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)第七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日三、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(六)鏡像亮度和清晰度(七)工作距離第八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)放大率

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是物鏡的放大倍數(shù)；a是目鏡的放大倍率，一般表達為明視距離(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)，一般取值為1.6倍。第九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(二)數(shù)值孔徑

數(shù)值孔徑(numericalaperture)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(β)正弦值的乘積，通?？s寫為NA，即

NA=nsinβ

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。第十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日NA=nsinβ

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(二)數(shù)值孔徑第十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日分辨率：顯微鏡的最重要參數(shù)，能夠區(qū)分開兩個質(zhì)點的最小距離。D=0.61λN?sinα/2D：分辨率λ：光波的波長N：介質(zhì)折射率α：物鏡鏡口角N與D成反比，λ與D成正比(三)分辨率第十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日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）用短波長的光照射如紫外光顯微鏡，電子顯微鏡。第十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(四)視野

視野(visualfield)又稱視場(field)，是指通過顯微鏡所能看到標(biāo)本所在空間的范圍。第十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(五)景深與焦長

景深(depthoffield)又稱焦點深度，是指在成一幅清晰像的前提下，像平面不變，景物沿光軸前后移動的距離稱“景深”。景物不動，像平面沿光軸前后移動的距離稱“焦長”。第十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(六)鏡像亮度和清晰度

鏡像亮度即顯微鏡的圖像亮度的簡稱。高倍率工作條件下的暗場、偏光、攝影顯微鏡等都需要足夠的亮度，與照明及物鏡的性能參數(shù)相關(guān)。鏡像清晰度是指圖像的輪廓清晰、襯度適中的程度。第十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(七)工作距離

工作距離是指從物鏡前表面中心到被觀察標(biāo)本間滿足工作要求的距離范圍，與物鏡的數(shù)值孔徑成反比。一般情況下，物鏡的數(shù)值孔徑赿大，其工作距離赿小。第十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日四、像差和色差(一)像差

1．球差(sphericaberration)

2．彗差(broomaberration)

3．像散(astigmatism)

4．場曲

5．畸變(distortion)

(二)色差第十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)、像差(aberration)

像差是指透鏡所成的像與理想像在形狀、顏色等方面存在差異。第十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1．球差(sphericaberration)

透鏡的球差

光軸上的點光源所發(fā)出的光錐入射到透鏡的球折射面時，由于通過透鏡邊緣的光線不滿足近軸光線的條件，因此不能和通過近軸曲面的光線會聚成一個理想的亮點，而是形成一個中間亮邊緣逐漸模糊的彌散斑，這就是透鏡的球面像差，簡稱為球差。

球差可以通過設(shè)置光闌而減小。

第二十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2．彗差(broomaberration)

近光軸外的點光源發(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像點。離光軸越近的像會聚越好，亮度越大，亮點越小。于是在成像平面上便形成一個頂端小而亮，遠離光軸方向形成逐漸增寬且亮度減弱的模糊尾部，形如彗星，稱為彗差。

第二十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日透鏡的彗差光軸透鏡第二十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3．像散(astigmatism)

遠離光軸的物點發(fā)出的光，即使是以細光束成像也不可能會聚于一點，而是在像空間不同的成像面上或者成橢圓彌散斑，或者在特殊位置形成圓形彌散斑，甚至是形成兩個垂直方向上的短亮線，這種成像缺陷稱為像散。

一般來說，透鏡像散隨透鏡形狀、光闌位置而異，可以用正、負(fù)透鏡適當(dāng)組合而消除。第二十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日透鏡的像散物點物鏡光軸

水平焦平面

垂直焦平面明晰圓第二十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4．場曲

一個平面的物體通過透鏡成像后，雖然像平面上任意一點仍然是清晰的，但所成的像不再是一個平面，而成了一彎曲的面，這就是場曲。

第二十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日5．畸變(distortion)

由于像平面上各處放大率不同引起的成像缺陷稱為畸變?；兊脑蚴怯捎谕哥R邊緣與透鏡近軸的放大率不同而引起的。

如果離光軸越遠處放大率越大，則像的外部線段將比中間線段長，結(jié)果形成了枕形畸變，這種畸變稱為正畸變。反之則形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。第二十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日透鏡的畸變第二十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(二)、色差

色差(chromaticaberration)是一種由白光或復(fù)色光經(jīng)透鏡成像時，會因各種色光存在著光程差而造成顏色不同、位置不重合、大小不一致的不同成像效果，從而造成像和物的較大失真。透鏡的色差第二十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日透鏡的軸向色差（Ａ）和垂軸色差（Ｂ）ＡB第二十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日五、光學(xué)顯微鏡的不足之處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（要求金相準(zhǔn)備）4.不能分析化學(xué)成分第三十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)光學(xué)顯微鏡的分類及其應(yīng)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、近場掃描光學(xué)顯微鏡第三十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日一、雙目生物顯微鏡

雙目顯微鏡(binocularmicroscope)的結(jié)構(gòu)是利用一組復(fù)合棱鏡把透過物鏡后的光束分成強度相同的兩束而形成兩個中間像，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，進入目鏡，雙目顯微鏡必須滿足分光后兩束光的光程必須相同和兩束光的光強度大小一致這兩個基本要求。第三十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日目鏡物鏡聚光器光源一、雙目生物顯微鏡第三十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日二、熒光顯微鏡

熒光顯微鏡(fluorescencemicroscopy)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)生能觀察到各種顏色熒光的一種光學(xué)顯微鏡。利用它可研究熒光物質(zhì)在組織和細胞內(nèi)的分布。為防止紫外線進入物鏡，可以采用暗視場照明。第三十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日熒光（Fluorescence）：細胞中的某些物質(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）進行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。二、熒光顯微鏡第三十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日熒光顯微鏡的種類A透射式

B落射式第三十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日熒光顯微鏡的主要部件透射式汞燈光源激發(fā)濾色鏡暗場聚光鏡吸收濾色鏡

落射式汞燈光源激發(fā)濾色鏡分色鏡吸收濾色鏡第三十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日吸收濾色鏡暗場聚光鏡激發(fā)濾色鏡汞燈箱透射熒光顯微鏡的構(gòu)造第三十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日落射熒光顯微鏡的構(gòu)造吸收濾色鏡激發(fā)濾色鏡分色鏡汞燈紫外線保護罩孔徑光欄（FS）視場光欄（AS）第三十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

目鏡吸收濾色鏡

物鏡暗場聚光鏡激發(fā)濾色鏡

汞燈透射熒光顯微鏡原理第四十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日落射熒光顯微鏡原理第四十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日三、相襯顯微鏡

光線只有通過染色標(biāo)本時其波長、振幅發(fā)生變化，人眼才能看見?；罴毎臀慈旧臉?biāo)本由于光的波長和振幅不發(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，使細胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)之間呈現(xiàn)清晰可見的明暗對比。第四十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

相襯顯微鏡比普通光學(xué)顯微鏡多了2個部件：在聚光器上增加一個環(huán)形光闌；在物鏡后焦面增加一個相板，相板上有一個環(huán)形區(qū)，通過環(huán)形區(qū)的光比從其它區(qū)域透過的光超前或滯后1/4λ，這樣就使通過標(biāo)本不同區(qū)域光波的相位差轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹?。三、相襯顯微鏡第四十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日相襯顯微鏡照明原理第四十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

光通過標(biāo)本致密區(qū)時發(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1/4λ。只有未發(fā)生偏折的的直射光可通過相位板的環(huán)形區(qū)，其它的偏折光在物鏡的后焦面上產(chǎn)生了一個與通過相位板的環(huán)形區(qū)的光不同的1/4λ的光程差。兩組光在平面上成像。三、相襯顯微鏡第四十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

如相板的環(huán)形區(qū)使直射光超前1/4λ，加上開始直射光超前的1/4λ，直射光共超前1/2λ，直射光和偏折光疊加形成的合成波振幅減少，產(chǎn)生暗反差。如相板的環(huán)形區(qū)使直射光滯后1/4λ，加上開始直射光超前的1/4λ，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，形成的合成波振幅增加，產(chǎn)生明反差。三、相襯顯微鏡第四十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日四、倒置顯微鏡

倒置顯微鏡(InvertedMicroscope)的組成和普通顯微鏡一樣，只不過物鏡與照明系統(tǒng)顛倒，前者在載物臺之下，后者在載物臺之上，用于觀察培養(yǎng)的活細胞，具有相差物鏡。第四十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日倒置顯微鏡第四十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日五、暗場顯微鏡

暗視野顯微鏡（darkfieldmicroscope）的聚光鏡中央有檔光片，使照明光線不直接進入物鏡，只允許被標(biāo)本反射和衍射的光線進入物鏡，因而視野的背景是黑的，物體的邊緣是亮的。利用這種顯微鏡能見到小至4nm~200nm的微粒子，分辨率可比普通顯微鏡高50倍。第四十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日暗視野照明方式

第五十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日六、紫外光顯微鏡

使用紫外光源可以明顯提高顯微鏡的分辨率，對于生物樣品使用紫外光照明還具有獨特的效果。生物細胞中的原生質(zhì)對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紫外光具有特殊的吸收作用。因此，可以使用紫外光顯微鏡（ultravioletmicroscope）研究單個細胞的組成與變化情況。第五十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日七、偏光顯微鏡

偏光顯微鏡是利用光的偏振特性，對具有雙折射性(即可以使一束入射光經(jīng)折射后分成兩束折射光)的晶體、液晶態(tài)物質(zhì)進行觀察和研究的重要光學(xué)儀器。利用它可以清楚地觀察到纖維絲、紡錘體、膠原、染色體、卵巢、骨骼、毛發(fā)、活細胞的結(jié)晶或液晶態(tài)的內(nèi)含物、神經(jīng)纖維、肌肉纖維、植物纖維等的細微結(jié)構(gòu)，從而可以分析細胞、組織的變化過程。第五十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

偏光顯微鏡是在一般顯微鏡的基礎(chǔ)上增添了使普通光轉(zhuǎn)變成線偏振光和檢測偏振光的裝置或觀察干涉圖樣的特殊透鏡。即光源前有偏振片（起偏器），使進入顯微鏡的光線為偏振光，鏡筒中有檢偏器（一個偏振方向與起偏器垂直的起偏器）。七、偏光顯微鏡第五十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

偏光顯微鏡的載物臺是可以旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)載物臺無樣品時，無論如何旋轉(zhuǎn)載物臺，由于兩個偏振片是垂直的，顯微鏡里看不到光線。而放入旋光性物質(zhì)后，由于光線通過這類物質(zhì)時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)載物臺便能檢測到這種物體。七、偏光顯微鏡第五十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)第五十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日激光掃描共聚焦顯微鏡原理圖八、激光掃描共聚焦顯微鏡第五十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日激光掃描共聚焦顯微鏡實物圖第五十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.激光掃描共聚焦顯微鏡工作原理

激光掃描共聚焦顯微鏡是在熒光顯微鏡成像的基礎(chǔ)上裝有激光掃描裝置，以單色激光作為光源，使樣品被激發(fā)出熒光，利用計算機進行圖像處理，從而得到細胞或組織內(nèi)部微細結(jié)構(gòu)的熒光圖像。第五十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.激光掃描共聚焦顯微鏡工作原理

共聚焦顯微鏡利用激光掃描束經(jīng)照明孔形成點光源對標(biāo)本內(nèi)焦平面上的每一點掃描，由于照明孔與檢測孔相對于物鏡焦平面是共軛的，焦平面上的點同時聚焦于照明孔和檢測孔，焦平面以外的點不會在檢測孔處成像，這樣就得到了標(biāo)本清晰的光學(xué)切面圖，克服了普通光鏡圖像模糊的缺點。第五十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

在顯微鏡載物臺上加一個微量步進馬達，使載物臺上下移動，改變焦平面，不同層次的光切面圖像經(jīng)計算機圖像三維重組，就能獲得樣品的立體結(jié)構(gòu)圖像。1.激光掃描共聚焦顯微鏡工作原理第六十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.激光掃描共聚焦顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)第六十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.抑制圖像的模糊，獲得清晰的圖像2.具有更高的軸向分辨率，并可獲取連續(xù)光學(xué)切片3.增加側(cè)向分辨率4.由于點對點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)別第六十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4.CLSM在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用1．細胞的三維重建2．細胞定量熒光測定3．

細胞內(nèi)鈣離子、pH值和其它離子的動態(tài)分析4．

細胞間通訊和膜的流動性第六十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日九、干涉相襯顯微鏡

（interferencecontrastmicroscope）

干涉相襯顯微鏡利用偏振光，有四個特殊的光學(xué)組件：偏振器、棱鏡、滑行器和檢偏器。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。第六十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

在物鏡的后焦面處安裝了第二個Wollaston棱鏡(滑行器)，把兩束光波合并成一束。這時兩束光的偏振面（x和y）仍然存在。最后光束穿過第二個偏振裝置(檢偏器)，檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有相同偏振面的兩束光，使二者發(fā)生干涉。九、干涉相襯顯微鏡第六十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日x和y波的光程差決定著透射光的多少，光程差值為0時，沒有光穿過檢偏器；光程差值等于波長一半時，穿過的光達到最大值。于是在灰色的背景上，標(biāo)本結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明暗差。九、干涉相襯顯微鏡第六十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

為了使影像的反差達到最佳狀態(tài)，可調(diào)節(jié)滑行器的縱行微調(diào)改變光程差，光程差可改變影像的亮度。調(diào)節(jié)滑行器可使標(biāo)本的細微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出正或負(fù)的投影形象，通常是一側(cè)亮，而另一側(cè)暗，這便造成了標(biāo)本的人為三維立體感，類似大理石上的浮雕。九、干涉相襯顯微鏡第六十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日干涉相襯顯微鏡的光路圖第六十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日十、近場掃描光學(xué)顯微鏡

（near-fieldscanningopticalmicroscope）

近場掃描光學(xué)顯微鏡的微探頭是一個中空的、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（可見波長的1/10左右）的內(nèi)孔射入，微管的尾部接上十分靈敏的光量子探測器測量進入內(nèi)孔的光量。第六十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日

近場掃描光學(xué)顯微鏡技術(shù)的理論分辨率極限約10nm。由于采用可見光對生物樣品損害很少，而且既可以用在空氣中（與電子顯微鏡必須在真空條件下相比要優(yōu)越），又可以用在水中（與一般的光學(xué)顯微鏡相比也有優(yōu)越性）。近場掃描光學(xué)顯微鏡技術(shù)將對研究活體中的病毒和染色體等生物物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)揮作用。

十、近場掃描光學(xué)顯微鏡第七十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)電子顯微鏡一、電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)二、電子顯微鏡的分類及其應(yīng)用

光鏡分辯極限為0.2m，小于0.2m的微細結(jié)構(gòu)的光波可產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,這種光波經(jīng)過物體時可繞過物體就象無物體經(jīng)過一樣,因此無法用光鏡觀察。這就需要一種更大分辮力的儀器來觀察比0.2m更小的物體的微細結(jié)構(gòu)。

第七十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日一、電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)電子光學(xué)系統(tǒng)真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)機械系統(tǒng)觀察顯示系統(tǒng)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)第七十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（一）電子光學(xué)系統(tǒng)——照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成。電子槍是發(fā)射電子的照明光源。聚光鏡是把電子槍發(fā)射出來的電子會聚而成的交叉點進一步會聚后照射到樣品上。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。

第七十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.電子槍

電子槍是電鏡的電子發(fā)射源，其作用是形成電子束，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。

第七十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日電子槍的結(jié)構(gòu)及工作原理圖第七十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日燈絲第七十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.聚光鏡

聚光鏡用來會聚電子槍射出的電子束，以最小的損失照明樣品，調(diào)節(jié)照明強度、孔徑角和束斑大小。一般都采用雙聚光鏡系統(tǒng)。第一聚光鏡是強激磁透鏡，束斑縮小率為10～50倍左右，將電子槍第一交叉點束斑縮小為1～5μm；而第二聚光鏡是弱激磁透鏡，適焦時放大倍數(shù)為2倍左右。結(jié)果在樣品平面上可獲得2～10μm的照明電子束斑。第七十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（一）電子光學(xué)系統(tǒng)——成像系統(tǒng)

電子透鏡：能使電子束聚焦的裝置電子透鏡是電鏡的核心部件，其工作方式是利用復(fù)雜的電極和線圈結(jié)構(gòu)形成靜電場和磁場。電子透鏡存在各種像差（aberration），這是影響成像質(zhì)量的主要因素。電子透鏡第七十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日電磁透鏡的結(jié)構(gòu)電子電子源電子軌跡銅導(dǎo)線軟鐵殼軟鐵殼焦點第七十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(二)真空系統(tǒng)

主要由機械泵、油擴散泵或離子泵、聯(lián)動控制閥門、真空排氣管道、空氣過濾器和用于真空度指示的真空測量規(guī)等組成。第八十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(三)供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)包括高壓電源、真空系統(tǒng)供電電源、透鏡電源、輔助電源及安全保護系統(tǒng)的電源等。第八十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(四)機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)包括電鏡座、標(biāo)本室、磁屏蔽外殼、鏡筒、制冷系統(tǒng)及控制工作臺等，這些部分都有著相當(dāng)高的性能。第八十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(五)觀察顯示系統(tǒng)

觀察顯示系統(tǒng)由熒光屏和照相室兩部分組成。電鏡通過顯像管的熒光屏把電子所成的像轉(zhuǎn)換成光學(xué)影像后供肉眼觀察。電子感光板是常用的記錄手段之一，可以利用照相機在照相室內(nèi)拍照。第八十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日二、電子顯微鏡的分類及其應(yīng)用電子顯微鏡的分類：（一）透射電鏡（TransmissionelectronMicroscope，TEM）（二）掃描電鏡（ScanningelectronMicroscope，SEM）（三）掃描隧道顯微鏡（scanningtunnelingmicroscope,STM）（四）超高壓電子顯微鏡

第八十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（一）透射電子顯微鏡

（TransmissionelectronMicroscope，TEM）第八十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日光鏡、透射電鏡和掃描電鏡的工作原理圖第八十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.ＴＥＭ成像原理電子束和固體樣品的作用第八十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.ＴＥＭ的工作原理

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行觀察。透射電鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～幾十萬倍。第八十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.ＴＥＭ的結(jié)構(gòu)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)放大系統(tǒng)紀(jì)錄系統(tǒng)電子槍聚光鏡物鏡中間鏡投影鏡第八十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.ＴＥＭ的結(jié)構(gòu)——成像系統(tǒng)

物鏡是用來形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本領(lǐng)的高低主要取決于物鏡。因為物鏡的任何缺陷都被成像系統(tǒng)中其它透鏡進一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必須盡可能降低像差。通常采用強激磁，短焦距的物鏡。第九十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.ＴＥＭ的結(jié)構(gòu)——成像系統(tǒng)

中間鏡是一個弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在0-20倍范圍調(diào)節(jié)。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)。

第九十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.ＴＥＭ的結(jié)構(gòu)——成像系統(tǒng)

如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則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。如果把中間鏡的物平面和物鏡的后焦面重合，則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。第九十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.ＴＥＭ的結(jié)構(gòu)——成像系統(tǒng)

投影鏡的作用是把經(jīng)中間鏡放大（或縮?。┑南襁M一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個短焦距的強磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的。因為成像電子束進入投影鏡時孔鏡角很小，因此它的景深和焦距都非常大。即使改變中間鏡的放大倍數(shù)，使顯微鏡的總放大倍數(shù)有很大的變化，也不會影響圖像的清晰度。第九十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4.透射電鏡的主要部件

樣品臺的作用是承載樣品，并使樣品能作平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣的樣品區(qū)域或位向進行觀察分析。

樣品臺第九十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4.透射電鏡的主要部件

消像散器可以是機械式的，可以是電磁式的。機械式的是在電磁透鏡的磁場周圍放置幾塊位置可以調(diào)節(jié)的導(dǎo)磁體，用它們來吸引一部分磁場，把固有的橢圓形磁場校正成接近旋轉(zhuǎn)對稱的磁場。電磁式的是通過電磁極間的吸引和排斥來校正橢圓形磁場的。消像散器第九十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4.透射電鏡的主要部件

在透射電子顯微鏡中有許多固定光闌和可動光闌，它們的作用主要是擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相干性和照射區(qū)域。光闌第九十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日5.透射電子顯微鏡的優(yōu)點

主要優(yōu)點：分辨率高，可用來觀察組織和細胞內(nèi)部的超微結(jié)構(gòu)以及微生物和生物大分子的全貎。第九十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（二）掃描電子顯微鏡

（ScanningelectronMicroscope，SEM）第九十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.掃描電鏡的工作原理

掃描電子顯微鏡的工作原理是用一束極細的電子束掃描樣品，在樣品表面激發(fā)出次級電子，次級電子由探測體收集，并在那里被閃爍器轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，再?jīng)光電倍增管和放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杹砜刂茻晒馄辽想娮邮膹姸?，顯示出與電子束同步的掃描圖像。第九十九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.掃描電鏡的結(jié)構(gòu)二次電子探測器的工作原理圖第一百頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.掃描電鏡的特點分辨率高第一百零一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.掃描電鏡的特點立體感強第一百零二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.掃描電鏡的特點放大倍率范圍廣第一百零三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.掃描電鏡的特點樣品適應(yīng)性大應(yīng)用范圍廣第一百零四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（三）掃描隧道顯微鏡

（scanningtunnelingmicroscope,STM）樣品臺探針步進電機雙螺旋測微頭第一百零五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日1.掃描隧道顯微鏡的工作原理

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。當(dāng)原子尺度的針尖在不到一個納米的高度上掃描樣品時，此處電子云重疊，外加一電壓（2mV~2V），針尖與樣品之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)而有電子逸出，形成隧道電流，通過隧道電流獲取顯微圖像，而不需要光源和透鏡?！皰呙杷淼里@微鏡”因此而得名。第一百零六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日掃描隧道顯微鏡的工作原理圖第一百零七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.STM的基本結(jié)構(gòu)STM儀器由具有減振系統(tǒng)的STM頭部(含探針和樣品臺)、電子學(xué)控制系統(tǒng)和包括A/D多功能卡的計算機組成。第一百零八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日2.STM的重要部件

隧道針尖的結(jié)構(gòu)是掃描隧道顯微技術(shù)要解決的主要問題之一。針尖的大小、形狀和化學(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形狀，而且也影響著測定的電子態(tài)。針尖、壓電陶瓷、三維掃描控制器、減震系統(tǒng)第一百零九頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.STM的工作模式恒高模式第一百一十頁，共一百三十頁，2022年，8月28日3.STM的工作模式恒流模式第一百一十一頁，共一百三十頁，2022年，8月28日4.STM的特點①分辨率高：橫向分辨率可達0.1nm，縱向分辨率可達0.01nm②可在真空、大氣、液體等條件下工作③非破壞性測量④可實時地得到實空間中表面的三維圖像，可用于具有周期性或不具備周期性的表面結(jié)構(gòu)研究。⑤配合掃描隧道譜可以得到有關(guān)表面結(jié)構(gòu)的信息第一百一十二頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(四)超高壓電子顯微鏡第一百一十三頁，共一百三十頁，2022年，8月28日第四節(jié)顯微鏡的維護、常見故障及其排除一、顯微鏡的使用二、顯微鏡的維護三、顯微鏡的常見故障及排除四、顯微鏡拆裝的注意事項五、電子顯微鏡的維護第一百一十四頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)光學(xué)顯微鏡的使用方法低倍鏡的使用：

1.對光：轉(zhuǎn)動粗調(diào)節(jié)螺旋，降低載物臺；旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器，使10倍物鏡頭對準(zhǔn)鏡臺孔；然后升高聚光鏡，打開光圈，將反光鏡的凹面對準(zhǔn)光源，直至視野明亮為止。

2.將要觀察的切片放在載物臺上，固定好，并將要觀察的部位移至中央。第一百一十五頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)光學(xué)顯微鏡的使用方法低倍鏡的使用：

3.調(diào)焦距：旋轉(zhuǎn)粗調(diào)螺旋，升高載物臺，至物鏡距玻片約0.5cm時，再緩慢降低鏡臺，直到看清圖像為止。

4.調(diào)節(jié)兩瞳孔間的距離：一邊用雙眼自目鏡中觀察，一邊用雙手握住兩個目鏡管，前后或左右移動，直到雙眼看到一共同視野為止。

5.為使右眼圖像更清晰，可輕輕轉(zhuǎn)動微調(diào)螺旋，欲使左眼圖像清晰，需旋轉(zhuǎn)鏡管長度調(diào)節(jié)環(huán)。第一百一十六頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)光學(xué)顯微鏡的使用方法高倍鏡的使用：用低倍鏡看清圖像后，將要進一步放大的結(jié)構(gòu)移至視野中央，一邊從側(cè)面觀察，一邊旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器，將高倍鏡頭對準(zhǔn)鏡臺孔；升高聚光鏡，將光線調(diào)節(jié)到最亮的程度；然后，稍微轉(zhuǎn)動微調(diào)螺旋，即可觀察到清晰的圖像。第一百一十七頁，共一百三十頁，2022年，8月28日(一)光學(xué)顯微鏡的使用方法油鏡的使用：用低倍鏡看清圖像后，將所要觀察的結(jié)構(gòu)移至視野中央，在標(biāo)本所要觀察的部位滴一滴鏡油，旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器，將油鏡頭對準(zhǔn)鏡臺孔，使油鏡頭下端與鏡油接觸，然后，輕輕轉(zhuǎn)動微調(diào)螺旋，即可看清物像。使用油鏡時，應(yīng)把聚光鏡的光圈充分開大。用完油鏡后，必須用擦鏡紙蘸清洗劑，將鏡頭和玻片擦凈。第一百一十八頁，共一百三十頁，2022年，8月28日（二）顯