透射電鏡課件

現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗技術(shù)透射電鏡2014.06.091.內(nèi)容一、為什么需要電鏡二、電鏡的分類三、透射電鏡的發(fā)展歷史四、透射電鏡的基本原理五、透射電鏡能做什么六、HT-7700電鏡的基本使用2.觀察事物的需要----電子顯微鏡放大和分辨率3.分辨率的追求

分辨本領(lǐng)

指顯微鏡能分辨的樣品上兩點(diǎn)間的最小距離。以物鏡的分辨本領(lǐng)來定義顯微鏡的分辨本領(lǐng)。

1)人的眼睛僅能分辨0.1~0.2mm的細(xì)節(jié)

2)光學(xué)顯微鏡，人們可觀察到象細(xì)菌那樣小的物體。

3)用光學(xué)顯微鏡來揭示更小粒子的顯微組織結(jié)構(gòu)是不可能的，受光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)(或分辨率)的限制。4.光學(xué)透鏡分辨本領(lǐng)d0的公式：

式中：λ是照明束波長，α是透鏡孔徑半角，n是物方介質(zhì)折射率，n·sinα或N·A稱為數(shù)值孔徑。5.

在物方介質(zhì)為空氣的情況下，任何光學(xué)透鏡系統(tǒng)的N·A值小于1。

D0≈1/2λ

波長是透鏡分辨率大小的決定因素。

透鏡的分辨本領(lǐng)主要取決于照明束波長λ。若用波長最短的可見光(λ=400nm)作照明源。

d0=200nm

200nm是光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的極限

6.圓孔孔徑為DL衍射屏觀察屏1

f相對光強(qiáng)曲線1.22(/D)sin1I/I00艾里斑(艾里斑)剛可分辨不可分辨中央為亮斑,外圍為一些同心亮環(huán).光強(qiáng)主要在中央亮斑區(qū)(84%)——艾里(Airy)斑。瑞利判據(jù):對于兩個等光強(qiáng)的非相干物點(diǎn),如果其一個象斑的中心恰好落在另一象斑的邊緣(第一暗紋處),則此兩物點(diǎn)被認(rèn)為是剛剛可以分辨。兩艾里斑中心距小于艾里斑半徑,兩象點(diǎn)不能分辨。7.

隨著人們對微觀粒子運(yùn)動的深入認(rèn)識，用于顯微鏡的一種新的照明源—電子束被發(fā)現(xiàn)了。

1924年法國物理學(xué)家德.布羅意(DeBroglie)提出一個假設(shè)：運(yùn)動的微觀粒子(如電子、中子、離子等)與光的性質(zhì)之間存在著深刻的類似性，即微觀粒子的運(yùn)動服從波-粒兩象性的規(guī)律。兩年后通過電子衍射證實(shí)了這個假設(shè)，這種運(yùn)動的微觀粒子的波長為普朗克常數(shù)h對于粒子動量的比值，即：

λ=h/mv

對于電子來說，這里，m是電子質(zhì)量［kg］，v是電子運(yùn)動的速度［m·s-1］。8.

初速度為零的自由電子從零電位達(dá)到電位為U(單位為v)的電場時電子獲得的能量是eU：

1/2mv2=eU

當(dāng)電子速度v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速C時，電子質(zhì)量m近似等于電子靜止質(zhì)量m0，由上述兩式整理得：9.

將常數(shù)代入上式，并注意到電子電荷e的單位為庫侖，h的單位為J·s，我們將得到：

加速電壓/kV2030501002005001000電子波長/10-3nm8.596.985.363.702.511.420.687表9-1不同加速電壓下的電子波長nm10.

當(dāng)加速電壓為100kV時，電子束的波長約為可見光波長的十萬分之一。因此，若用電子束作照明源，顯微鏡的分辨本領(lǐng)要高得多。但是，電磁透鏡的孔徑半角的典型值僅為10-2-10-3rad。如果加速電壓為100kV，孔徑半角為10-2rad，那么分辨本領(lǐng)為：

d0=0.61×3.7×10-3/10-2=0.225nm11.電鏡的分類透射電子顯微鏡

電子束透過樣品(透射電子)直接放大成像掃描電子顯微鏡

電子束以掃描形式轟擊在樣品上，產(chǎn)生二次電子等信息，而后再將二次電子等信息收集起來放大成像。分析電子顯微鏡

將X射線和顯微分析儀與掃描電鏡或透射電鏡相連，常見的是能譜儀和波譜儀12.透射電鏡的發(fā)展FirstTEM(rudiment),1931E.RuskaandM.Knoll從E.Ruska等發(fā)明電鏡那時起，其基本光學(xué)原理始終沒有改變過。后來主要是提高分辨本領(lǐng)和使用性能等。13.諾貝爾物理獎牌正面諾貝爾物理銅像14.1928年，柏林工科大學(xué)的克偌爾和茹斯卡奠定了電鏡的理論基礎(chǔ)。1933年，茹斯卡制造的第一臺電子光學(xué)裝置，可放大12000倍。1938年，茹斯卡制造的第一臺透射電子顯微鏡，分辨率達(dá)100埃。1939年，德國西門子公司按該樣機(jī)生產(chǎn)了世界第一批商品電鏡40臺，并在戰(zhàn)后運(yùn)往其他國家，使人類的形態(tài)學(xué)研究跨入了超微結(jié)構(gòu)新領(lǐng)域。1939年，茹斯卡通過電鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)了煙草病毒，解決了30年前的懸案，引起了世界震動，加速了電鏡技術(shù)的發(fā)展。繼而在植物中發(fā)現(xiàn)了彩虹病毒、風(fēng)輪病毒、家蠶病毒等；在人體中發(fā)現(xiàn)了流感病毒、天花病毒、肝炎病毒、麻風(fēng)桿菌等，同時也找出了一些污染源和毀滅性的瘟疫流行渠道。透射電鏡發(fā)展歷程de：15.1953年，日本發(fā)現(xiàn)了桑樹維管束中的微生物。80年代，電鏡技術(shù)在自然學(xué)科的許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并形成了一門交差型的新型學(xué)科?？茖W(xué)家利用電鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)了多種病毒，污染水源中的微生物，有毒物質(zhì)，納米材料等，其中納米材料使納米技術(shù)崛起并迅速發(fā)展。16.1982年，諾貝爾化學(xué)獎授予卓越的電鏡應(yīng)用者——英國的分子生物學(xué)家克盧格（A.Klug）

1986年，瑞典皇家科學(xué)院將諾貝爾物理學(xué)獎授予電子顯微鏡的發(fā)明者——德國科學(xué)家恩斯特.茹斯卡（ErnstRuska，1906-1988）；授予掃描隧道顯微鏡的設(shè)計者——德國物理學(xué)家賓尼希（GerdBinnig，1947-）和瑞士物理學(xué)家羅雷爾（HeinrichRohrer，1933-）。17.

1958年，我國成功地研制了第一臺透射電子顯微鏡，分辨本領(lǐng)為3nm，1979年分辨本領(lǐng)達(dá)到0.3nm。

值得一提：18.

透射電鏡是以波長極短的電子束作為照明源，用電子透鏡聚焦成像的一種具有高分辨本領(lǐng)、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。

透射電鏡，通常采用熱陰極電子槍來獲得電子束作為照明源。熱陰極發(fā)射的電子，在陽極加速電壓的作用下，高速穿過陽極孔，然后被聚光鏡會聚成具有一定直徑的束斑照到樣品上。具有一定能量的電子束與樣品發(fā)生作用，產(chǎn)生反映樣品微區(qū)厚度、平均原子序數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或位向差別的多種信息。

四部分：電子光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)（實(shí)驗室觀察）透射電鏡的工作原理和特點(diǎn)19.

透過樣品的電子束強(qiáng)度，經(jīng)過物鏡聚焦放大在其平面上形成一幅反映這些信息的透射電子像，經(jīng)過中間鏡和投影鏡進(jìn)一步放大，在熒光屏上得到三級放大的最終電子圖像，還可將其記錄在電子感光板或膠卷上。透鏡電鏡和普通光學(xué)顯微鏡的光路是相似的。透射電鏡

光學(xué)顯微鏡透射電鏡的光學(xué)原理20.透射電鏡的發(fā)展---分辨率的提高分辨率約50nm分辨率：0.1nmJEOLJEM-2100F加速電壓200kV150萬放大倍數(shù)點(diǎn)分辨率0.19nm；線分辨率0.1nm；STEM分辨率為0.20nm;HitachiHT-7700加速電壓：40-120kv可調(diào)分辨率：0.204nm21.透射電鏡的基本功能ElemWeight%Atomic%CK66.9078.60OK14.5012.80CuL01.9000.40AlK00.5000.20SiK14.1007.10PK00.9000.40CaK01.2000.4022.如何準(zhǔn)備樣品粉末樣品1塊體樣品

2薄膜樣品3高分子、生物樣品

4透射電鏡的樣品分類23.透射電鏡專用銅網(wǎng)支持膜超薄碳膜小于10nm的粒子微柵管狀、棒狀、納米團(tuán)聚物普通碳膜

形貌觀察碳膜銅網(wǎng)：方華膜+碳膜；微柵：帶微孔的有機(jī)膜+方華膜24.支持膜的分類無孔碳支持膜系列碳支持膜：碳支持膜厚度10-20nm，具有抗熱性和導(dǎo)電性，推薦選用230目載網(wǎng)純碳支持膜：當(dāng)必須使用有機(jī)溶劑作為分散劑時選擇，碳支持膜厚度20-40nm，

適合觀察10nm以上的樣品，推薦選用400目載網(wǎng)薄純碳支持膜：當(dāng)必須使用有機(jī)溶劑或高溫下處理的特殊樣品，碳支持膜厚度7-10nm，適合分散性較好，帶有機(jī)包覆層的核殼結(jié)構(gòu)之類的

納米材料樣品，推薦選用400目載網(wǎng)超薄碳支持膜：碳膜厚度3-5nm，適合觀察10nm以下，分散性較好的納米材料，

推薦選用230目載網(wǎng)有孔碳支持膜系列微柵支持膜：能達(dá)到無背底觀察的效果，推薦選用230目載網(wǎng)純碳微柵支持膜、FIB微柵支持膜等非碳材料支持膜無碳方華膜、鍍金、鍍鍺支持膜等25.粉末樣品的制備直接觀察：將粉末放入無水乙醇溶液中，采用超聲波震蕩分散均勻后，滴在銅網(wǎng)上，干燥后直接進(jìn)行透射觀察（適合納米級粉末分析）樹脂包埋切片：注意事項：1、溶液濃度不要太大，一般溶液顏色略透

明即可（部分黑色物質(zhì)，如石墨，顏

色可稍深）2、洗去樣品中的表面活性劑，否則會因碳

污染影響觀察3、選擇合適的支持膜4、特殊分散劑請向儀器操作人員說明包埋劑要求：高強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性、