透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡顯微鏡的一種01簡(jiǎn)介背景知識(shí)成像方式歷史結(jié)構(gòu)原理TEM成像原理目錄030502040607TEM系統(tǒng)組件成像系統(tǒng)真空系統(tǒng)照明系統(tǒng)觀察記錄調(diào)校系統(tǒng)目錄0901108010012013操作步驟應(yīng)用樣品制備目錄015014基本信息透射電子顯微鏡(TransmissionElectronMicroscope，簡(jiǎn)稱TEM)，可以看到在光學(xué)顯微鏡下無法看清的小于0.2um的細(xì)微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。要想看清這些結(jié)構(gòu)，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。TEM的分辨力可達(dá)0.2nm。簡(jiǎn)介大型透射電鏡冷凍電鏡低壓透射電鏡簡(jiǎn)介大型透射電鏡大型透射電鏡（conventionalTEM）一般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓相關(guān)，可達(dá)0.2-0.1nm，高端機(jī)型可實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨。低壓透射電鏡低壓小型透射電鏡（Low-Voltageelectronmicroscope，LVEM）采用的電子束加速電壓（5kV）遠(yuǎn)低于大型透射電鏡。較低的加速電壓會(huì)增強(qiáng)電子束與樣品的作用強(qiáng)度，從而使圖像襯度、對(duì)比度提升，尤其適合高分子、生物等樣品；同時(shí)，低壓透射電鏡對(duì)樣品的損壞較小。

分辨率較大型電鏡低，1-2nm。由于采用低電壓，可以在一臺(tái)設(shè)備上整合透射電鏡、掃描電鏡與掃描透射電鏡冷凍電鏡冷凍電鏡（Cryo-microscopy）通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設(shè)備，將樣品冷卻到液氮溫度（77K），用于觀測(cè)蛋白、生物切片等對(duì)溫度敏感的樣品。通過對(duì)樣品的冷凍，可以降低電子束對(duì)樣品的損傷，減小樣品的形變，從而得到更加真實(shí)的樣品形貌。歷史進(jìn)一步研究分辨率改進(jìn)歷史分辨率改進(jìn)1927年，徳布羅意發(fā)表的論文中揭示了電子這種本認(rèn)為是帶有電荷的物質(zhì)粒子的波動(dòng)特性。TEM研究組直到1932年才知道了這篇論文，隨后，他們迅速的意識(shí)到了電子波的波長比光波波長小了若干數(shù)量級(jí)，理論上允許人們觀察原子尺度的物質(zhì)。1932年四月，魯斯卡建議建造一種新的電子顯微鏡以直接觀察插入顯微鏡的樣品，而不是觀察格點(diǎn)或者光圈的像。通過這個(gè)設(shè)備，人們成功的得到了鋁片的衍射圖像和正常圖像，然而，其超過了光學(xué)顯微鏡的分辨率的特點(diǎn)仍然沒有得到完全的證明。直到1933年，通過對(duì)棉纖維成像，才正式的證明了TEM的高分辨率。然而由于電子束會(huì)損害棉纖維，成像速度需要非?？?。1936年，西門子公司繼續(xù)對(duì)電子顯微鏡進(jìn)行研究，他們的研究目的使改進(jìn)TEM的成像效果，尤其是對(duì)生物樣品的成像。此時(shí)，電子顯微鏡已經(jīng)由不同的研究組制造出來，如英國國家物理實(shí)驗(yàn)室制造的EM1設(shè)備。1939年，第一臺(tái)商用的電子顯微鏡安裝在了I.GFarben-Werke的物理系。由于西門子公司建立的新實(shí)驗(yàn)室在第二次世界大戰(zhàn)中的一次空襲中被摧毀，同時(shí)兩名研究人員喪生，電子顯微鏡的進(jìn)一步研究工作被極大的阻礙。進(jìn)一步研究第二次世界大戰(zhàn)之后，魯斯卡在西門子公司繼續(xù)他的研究工作。在這里，他繼續(xù)研究電子顯微鏡，生產(chǎn)了第一臺(tái)能夠放大十萬倍的顯微鏡。這臺(tái)顯微鏡的基本設(shè)計(jì)仍然在今天的現(xiàn)代顯微鏡中使用。第一次關(guān)于電子顯微鏡的國際會(huì)議于1942年在代爾夫特舉行，參加者超過100人。隨后的會(huì)議包括1950年的巴黎會(huì)議和1954年的倫敦會(huì)議。隨著TEM的發(fā)展，相應(yīng)的掃描透射電子顯微鏡技術(shù)被重新研究，而在1970年芝加哥大學(xué)的阿爾伯特·克魯發(fā)明了場(chǎng)發(fā)射槍，同時(shí)添加了高質(zhì)量的物鏡從而發(fā)明了現(xiàn)代的掃描透射電子顯微鏡。這種設(shè)計(jì)可以通過環(huán)形暗場(chǎng)成像技術(shù)來對(duì)原子成像。克魯和他的同事發(fā)明了冷場(chǎng)電子發(fā)射源，同時(shí)建造了一臺(tái)能夠?qū)鼙〉奶家r底之上的重原子進(jìn)行觀察的掃描透射電子顯微鏡。背景知識(shí)電子電子源電子光學(xué)設(shè)備成像設(shè)備背景知識(shí)電子理論上，光學(xué)顯微鏡所能達(dá)到的最大分辨率，d，受到照射在樣品上的光子波長λ以及光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，NA，的限制：二十世紀(jì)早期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)理論上使用電子可以突破可見光光波波長的限制（波長大約400納米-700納米）。與其他物質(zhì)類似，電子具有波粒二象性，而他們的波動(dòng)特性意味著一束電子具有與一束電磁輻射相似的性質(zhì)。電子波長可以通過徳布羅意公式使用電子的動(dòng)能得出。由于在TEM中，電子的速度接近光速，需要對(duì)其進(jìn)行相對(duì)論修正：其中，h表示普朗克常數(shù)，m0表示電子的靜質(zhì)量，E是加速后電子的能量。電子顯微鏡中的電子通常通過電子熱發(fā)射過程從鎢燈絲上射出，或者采用場(chǎng)電子發(fā)射方式得到。隨后電子通過電勢(shì)差進(jìn)行加速，并通過靜電場(chǎng)與電磁透鏡聚焦在樣品上。透射出的電子束包含有電子強(qiáng)度、相位、以及周期性的信息，這些信息將被用于成像。電子源基本的TEM光學(xué)元件布局圖。從上至下，TEM包含有一個(gè)可能由鎢絲制成也可能由六硼化鑭制成的電子發(fā)射源。對(duì)于鎢絲，燈絲的形狀可能是別針形也可能是小的釘形。而六硼化鑭使用了很小的一塊單晶。通過將電子槍與高達(dá)10萬伏-30萬伏的高電壓源相連，在電流足夠大的時(shí)候，電子槍將會(huì)通過熱電子發(fā)射或者場(chǎng)電子發(fā)射機(jī)制將電子發(fā)射入真空。該過程通常會(huì)使用柵極來加速電子產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生電子，TEM上邊的透鏡要求電子束形成需要的大小射在需要的位置，以和樣品發(fā)生作用。對(duì)電子束的控制主要通過兩種物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中將會(huì)根據(jù)右手定則受到洛倫茲力的作用，因此可以使用磁場(chǎng)來控制電子束。使用磁場(chǎng)可以形成不同聚焦能力的磁透鏡，透鏡的形狀根據(jù)磁通量的分布確定。另外，電場(chǎng)可以使電子偏斜固定的角度。通過對(duì)電子束進(jìn)行連續(xù)兩次相反的偏斜操作，可以使電子束發(fā)生平移。這種作用在TEM中被用作電子束移動(dòng)的方式，而在掃描電子顯微鏡中起到了非常重要的作用。通過這兩種效應(yīng)以及使用電子成像系統(tǒng)，可以對(duì)電子束通路進(jìn)行足夠的控制。與光學(xué)顯微鏡不同，對(duì)TEM的光學(xué)配置可以非?？?，這是由于位于電子束通路上的透鏡可以通過快速的電子開關(guān)進(jìn)行打開、改變和關(guān)閉。改變的速度僅僅受到透鏡的磁滯效應(yīng)的影響。電子光學(xué)設(shè)備一般來說，TEM包含有三級(jí)透鏡。這些透鏡包括聚焦透鏡、物鏡、和投影透鏡。聚焦透鏡用于將最初的電子束成型，物鏡用于將穿過樣品的電子束聚焦，使其穿過樣品（在掃描透射電子顯微鏡的掃描模式中，樣品上方也有物鏡，使得射入的電子束聚焦）。投影透鏡用于將電子束投射在熒光屏上或者其他顯示設(shè)備，比如膠片上面。TEM的放大倍數(shù)通過樣品于物鏡的像平面距離之比來確定。另外的四極子或者六極子透鏡用于補(bǔ)償電子束的不對(duì)稱失真，被稱為散光。需要注意的是，TEM的光學(xué)配置于實(shí)際實(shí)現(xiàn)有非常大的不同，制造商們會(huì)使用自定義的鏡頭配置，比如球面像差補(bǔ)償系統(tǒng)或者利用能量濾波來修正電子的色差。成像設(shè)備TEM的成像系統(tǒng)包括一個(gè)可能由顆粒極細(xì)（10-100微米）的硫化鋅制成熒光屏，可以向操作者提供直接的圖像。此外，還可以使用基于膠片或者基于CCD的圖像記錄系統(tǒng)。通常這些設(shè)備可以由操作人員根據(jù)需要從電子束通路中移除或者插入通路中。結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理透射電鏡的總體工作原理是：由電子槍發(fā)射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會(huì)聚成一束尖細(xì)、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內(nèi)的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，樣品內(nèi)致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多；經(jīng)過物鏡的會(huì)聚調(diào)焦和初級(jí)放大后，電子束進(jìn)入下級(jí)的中間透鏡和第1、第2投影鏡進(jìn)行綜合放大成像，最終被放大了的電子影像投射在觀察室內(nèi)的熒光屏板上；熒光屏將電子影像轉(zhuǎn)化為可見光影像以供使用者觀察。本節(jié)將分別對(duì)各系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)和原理予以介紹。成像方式對(duì)比度信息亮場(chǎng)衍射對(duì)比度電子能量損失相襯技術(shù)衍射模式010302040506成像方式對(duì)比度信息TEM中的對(duì)比度信息與操作的模式關(guān)系很大。復(fù)雜的成像技術(shù)通過改變透鏡的強(qiáng)度或取消一個(gè)透鏡等等構(gòu)成了許多的操作模式。這些模式可以用于獲得研究人員所的特別信息。亮場(chǎng)TEM最常見的操作模式是亮場(chǎng)成像模式。在這一模式中，經(jīng)典的對(duì)比度信息根據(jù)樣品對(duì)電子束的吸收所獲得。樣品中較厚的區(qū)域或者含有原子數(shù)較多的區(qū)域?qū)﹄娮游蛰^多，于是在圖像上顯得比較暗，而對(duì)電子吸收較小的區(qū)域看起來就比較亮，這也是亮場(chǎng)這一術(shù)語的來歷。圖像可以認(rèn)為是樣品沿光軸方向上的二維投影，而且可以使用比爾定律來近似。對(duì)亮場(chǎng)模式的更復(fù)雜的分析需要考慮到電子波穿過樣品時(shí)的相位信息。衍射對(duì)比度鋼鐵中原子尺度上晶格錯(cuò)位的TEM圖像。由于電子束射入樣品時(shí)會(huì)發(fā)生布拉格散射，樣品的衍射對(duì)比度信息會(huì)由電子束攜帶出來。例如晶體樣品會(huì)將電子束散射至后焦平面上離散的點(diǎn)上。通過將光圈放置在后焦平面上，可以選擇合適的反射電子束以觀察到需要的布拉格散射的圖像。通常僅有非常少的樣品造成的電子衍射會(huì)投影在成像設(shè)備上。如果選擇的反射電子束不包括位于透鏡焦點(diǎn)的未散射電子束，那么在圖像上沒有樣品散射電子束的位置上，也就是沒有樣品的區(qū)域?qū)?huì)是暗的。這樣的圖像被稱為暗場(chǎng)圖像。現(xiàn)代的TEM經(jīng)常裝備有允許操作人員將樣品傾斜一定角度的夾具，以獲得特定的衍射條件，而光圈也放在樣品的上方以允許用戶選擇能夠以合適的角度進(jìn)入樣品的電子束。這種成像方式可以用來研究晶體的晶格缺陷。通過認(rèn)真的選擇樣品的方向，不僅能夠確定晶體缺陷的位置，也能確定缺陷的類型。如果樣品某一特定的晶平面僅比最強(qiáng)的衍射角小一點(diǎn)點(diǎn)，任何晶平面缺陷將會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的對(duì)比度變化。然而原子的位錯(cuò)缺陷不會(huì)改變布拉格散射角，因此也就不會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的對(duì)比度。電子能量損失通過使用采用電子能量損失光譜學(xué)這種先進(jìn)技術(shù)的光譜儀，適當(dāng)?shù)碾娮涌梢愿鶕?jù)他們的電壓被分離出來。這些設(shè)備允許選擇具有特定能量的電子，由于電子帶有的電荷相同，特定能量也就意味著特定的電壓。這樣，這些特定能量的電子可以與樣品發(fā)生特定的影響。例如，樣品中不同的元素可以導(dǎo)致射出樣品的電子能量不同。這種效應(yīng)通常會(huì)導(dǎo)致色散，然而這種效應(yīng)可以用來產(chǎn)生元素成分的信息圖像，根據(jù)原子的電子-電子作用。電子能量損失光譜儀通常在光譜模式和圖像模式上操作，這樣就可以隔離或者排除特定的散射電子束。由于在許多圖像中，非彈性散射電子束包含了許多操作者不關(guān)心的信息，從而降低了有用信息的可觀測(cè)性。這樣，電子能量損失光譜學(xué)技術(shù)可以通過排除不需要的電子束有效提高亮場(chǎng)觀測(cè)圖像與暗場(chǎng)觀測(cè)圖像的對(duì)比度。相襯技術(shù)晶體結(jié)構(gòu)可以通過高分辨率透射電子顯微鏡來研究，這種技術(shù)也被稱為相襯顯微技術(shù)。當(dāng)使用場(chǎng)發(fā)射電子源的時(shí)候，觀測(cè)圖像通過由電子與樣品相互作用導(dǎo)致的電子波相位的差別重構(gòu)得出。然而由于圖像還依賴于射在屏幕上的電子的數(shù)量，對(duì)相襯圖像的識(shí)別更加復(fù)雜。然而，這種成像方法的優(yōu)勢(shì)在于可以提供有關(guān)樣品的更多信息。衍射模式面心立方奧氏體不銹鋼孿晶結(jié)晶衍射圖如前所述，通過調(diào)整磁透鏡使得成像的光圈處于透鏡的后焦平面處而不是像平面上，就會(huì)產(chǎn)生衍射圖樣。對(duì)于單晶體樣品，衍射圖樣表現(xiàn)為一組排列規(guī)則的點(diǎn)，對(duì)于多晶或無定形固體將會(huì)產(chǎn)生一組圓環(huán)。對(duì)于單晶體，衍射圖樣與電子束照射在樣品的方向以及樣品的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常僅僅根據(jù)衍射圖樣上的點(diǎn)的位置與觀測(cè)圖像的對(duì)稱性就可以分析出晶體樣品的空間群信息以及樣品晶體方向與電子束通路的方向的相對(duì)關(guān)系。衍射圖樣的動(dòng)態(tài)范圍通常非常大。對(duì)于晶體樣品，這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍通常超出了CCD所能記錄的最大范圍。因此TEM通常裝備有膠卷暗盒以記錄這些圖像。對(duì)衍射圖樣點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分析非常復(fù)雜，這是由于圖像與樣品的厚度和方向、物鏡的失焦、球面像差和色差等等因素都有非常密切的關(guān)系。盡管可以對(duì)格點(diǎn)圖像對(duì)比度進(jìn)行定量的解釋，然而分析本質(zhì)上非常復(fù)雜，需要大量的計(jì)算機(jī)仿真來計(jì)算。衍射平面還有更加復(fù)雜的表現(xiàn)，例如晶體格點(diǎn)的多次衍射造成的菊池線。在會(huì)聚電子束衍射技術(shù)中，會(huì)聚電子束在樣品表面形成一個(gè)極細(xì)的探針，從而產(chǎn)生了不平行的會(huì)聚波前，而匯聚電子束與樣品的作用可以提供樣品結(jié)構(gòu)以外的信息，例如樣品的厚度等等。TEM成像原理TEM成像原理透射電子顯微鏡的成像原理

可分為三種情況：TEM系統(tǒng)組件TEM系統(tǒng)組件TEM系統(tǒng)由以下幾部分組成

照明系統(tǒng)聚光鏡（condonserlens）電子槍（electronicgun）照明系統(tǒng)電子槍（electronicgun）由陰極（cathode）、陽極（anode）和柵極（grid）組成，圖4-14為它的剖面結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物分解圖。（1）陰極陰極是產(chǎn)生自由電子的源頭，一般有直熱式和旁熱式2種，旁熱式陰極是將加熱體和陰極分離，各自保持獨(dú)立。在電鏡中通常由加熱燈絲（filament）兼做陰極稱為直熱式陰極，材料多用金屬鎢絲制成，其特點(diǎn)是成本低，但亮度低，壽命也較短。燈絲的直徑約為0.10～0.12mm，當(dāng)幾安培的加熱電流流過時(shí)，即可開始發(fā)射出自由電子，不過燈絲周圍必須保持高度真空，否則就象漏氣燈泡一樣，加熱的燈絲會(huì)在傾刻間被氧化燒毀。燈絲的形狀最常采用的是發(fā)叉式，也有采用箭斧式或點(diǎn)狀式的（圖4-15），后2種燈絲發(fā)光亮度高，光束尖細(xì)集中，適用于高分辨率電鏡照片的拍攝，但使用壽命更短。陰極燈絲被安裝在高絕緣的陶瓷燈座上（圖4-16），既能絕緣、耐受幾千度的高溫，還可以方便更換。燈絲的加熱電流值是連續(xù)可調(diào)的。在一定的界限內(nèi)，燈絲發(fā)射出來的自由電子量與加熱電流強(qiáng)度成正比，但在超越這個(gè)界限后，電流繼續(xù)加大，只能降低燈絲的使用壽命，卻不能增大自由電子的發(fā)射量，我們把這個(gè)臨界點(diǎn)稱做燈絲飽和點(diǎn)，意即自由電子的發(fā)射量已達(dá)“滿額”，無以復(fù)加。正常使用常把燈絲的加熱電流調(diào)整設(shè)定在接近飽和而不到的位置上，稱做“欠飽和點(diǎn)”。這樣在保證能獲得較大的自由電子發(fā)射量的情況下，可以最大限度地延長燈絲的使用壽命。聚光鏡（condonserlens）聚光鏡處在電子槍的下方，一般由2～3級(jí)組成，從上至下依次稱為第1、第2聚光鏡（以C1和C2表示）。關(guān)于電磁透鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理已經(jīng)在上一節(jié)中介紹，電鏡中設(shè)置聚光鏡的用途是將電子槍發(fā)射出來的電子束流會(huì)聚成亮度均勻且照射范圍可調(diào)的光斑，投射在下面的樣品上。C1和C2的結(jié)構(gòu)相似，但極靴形狀和工作電流不同，所以形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度和用也不相同。C1為強(qiáng)磁場(chǎng)透鏡，C2為弱磁場(chǎng)透鏡，各級(jí)聚光鏡組合在一起使用，可以調(diào)節(jié)照明束斑的直徑大小，從而改變了照明亮度的強(qiáng)弱，在電鏡操縱面板上一般都設(shè)有對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)旋扭。C1、C2的工作原理是通過改變聚光透鏡線圈中的電流，來達(dá)到改變透鏡所形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化（亦即折射率發(fā)生變化）能使電子束的會(huì)聚點(diǎn)上下移動(dòng)，在樣品表面上電子束斑會(huì)聚得越小，能量越集中，亮度也越大；反之束斑發(fā)散，照射區(qū)域變大則亮度就減小。通過調(diào)整聚光鏡電流來改變照明亮度的方法，實(shí)際上是一個(gè)間接的調(diào)整方法，亮度的最大值受到電子束流量的限制。如想更大程度上改變照明亮度，只有通調(diào)整前面提到的電子槍中的柵極偏壓，才能從根本上改變電子束流的大小。在C2上通常裝配有活動(dòng)光闌，用以改變光束照明的孔徑角，一方面可以限制投射在樣品表面的照明區(qū)域，使樣品上無需觀察的部分免受電子束的轟擊損傷；另一方面也能減少散射電子等不利信號(hào)帶來的影響。成像系統(tǒng)樣品室（specimenroom）中間鏡和投影鏡物鏡（objectlens）成像系統(tǒng)樣品室（specimenroom）樣品室處在聚光鏡之下，內(nèi)有載放樣品的樣品臺(tái)。樣品臺(tái)必須能做水平面上X、Y方向的移動(dòng)，以選擇、移動(dòng)觀察視野，相對(duì)應(yīng)地配備了2個(gè)操縱桿或者旋轉(zhuǎn)手輪，這是一個(gè)精密的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，每一個(gè)操縱桿旋轉(zhuǎn)10圈時(shí)，樣品臺(tái)才能沿著某個(gè)方向移動(dòng)3mm左右。現(xiàn)代高檔電鏡可配有由計(jì)算機(jī)控制的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的樣品臺(tái)，力求樣品在移動(dòng)時(shí)精確，固定時(shí)穩(wěn)定；并能由計(jì)算機(jī)對(duì)樣品做出標(biāo)簽式定位標(biāo)記，以便使用者在需要做回顧性對(duì)照時(shí)依靠計(jì)算機(jī)定位查找，這是在手動(dòng)選區(qū)操作中很難實(shí)現(xiàn)的。生物醫(yī)學(xué)樣品在做透射電鏡觀察時(shí)，基本上都是將原始樣品以環(huán)氧樹脂包埋，然后用非常精密的超薄切片機(jī)切成薄片，刀具為特制的玻璃刀或者是鉆石刀。切下的生物醫(yī)學(xué)樣品的厚度通常只有幾十個(gè)納米（nm），這在一般情況下用肉眼是不能直接看到的，必須讓切片飄浮在水面上，由操作熟練的技術(shù)人員借助特殊的照明光線，并以特殊的角度才能觀察到如此薄的切片。切好的薄片被撈放在銅上，經(jīng)過染色和干燥后才能用于觀察.透射電鏡樣品的制作是一個(gè)漫長、復(fù)雜而又精密的過程，技術(shù)性非常強(qiáng)。但是我們前面介紹過，要想獲得優(yōu)良的電鏡影像，制做優(yōu)良的樣品標(biāo)本乃是非常重要的第一步。盛放樣品的銅根據(jù)需要可以是多種多樣的，直徑一般均為3mm，通常銅上有多少個(gè)柵格，我們就把它稱作多少目。之所以選擇銅制作樣品，是由于它不會(huì)與電子束及電磁場(chǎng)發(fā)生作用，同理還可以選擇其他導(dǎo)磁率低的金屬材料（如鎳）制作樣品，樣品屬于易耗品，銅加工容易、成本低，故使用十分普及。透射電鏡常見的樣品臺(tái)有2種：①頂入式樣品臺(tái)，要求樣品室空間大，一次可放入多個(gè)（常見為6個(gè)）樣品，樣品盛載杯呈環(huán)狀排列。使用時(shí)可以依靠機(jī)械手裝置進(jìn)行依次交換。物鏡（objectlens）處于樣品室下面，緊貼樣品臺(tái)，是電鏡中的第1個(gè)成像元件，在物鏡上產(chǎn)生哪怕是極微小的誤差，都會(huì)經(jīng)過多級(jí)高倍率放大而明顯地暴露出來，所以這是電鏡的一個(gè)最重要部件，決定了一臺(tái)電鏡的分辨本領(lǐng)，可看作是電鏡的心臟。（1）特點(diǎn)物鏡是一塊強(qiáng)磁透鏡，焦距很短，對(duì)材料的質(zhì)地純度、加工精度、使用中污染的狀況等工作條件都要求極高。致力于提高一臺(tái)電鏡的分辨率指標(biāo)的核心問題，便是對(duì)物鏡的性能設(shè)計(jì)和工藝制作的綜合考核。盡可能地使之焦距短、像差小，又希望其空間大，便于樣品操作，但這中間存在著不少相互矛盾的環(huán)節(jié)。（2）作用進(jìn)行初步成像放大，改變物鏡的工作電流，可以起到調(diào)節(jié)焦距的作用。電鏡操作面板上粗、細(xì)調(diào)焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。為滿足物鏡的前述要求，不僅要將樣品臺(tái)設(shè)計(jì)在物鏡內(nèi)部，以縮短物鏡焦距；還要配置良好的冷卻水管，以降低物鏡電流的熱飄移；此外，還裝有提高成像反差的可調(diào)活動(dòng)光闌，及其要達(dá)到高分辨率的消像散器。對(duì)于高性能的電子顯微鏡，都通過物鏡裝有以液氮為媒質(zhì)的防污染冷阱，給樣品降溫。中間鏡和投影鏡中間鏡（intemediatelens）和投影鏡（projectionlens）在物鏡下方，依次設(shè)有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對(duì)物鏡成像的進(jìn)一步放大任務(wù)。從結(jié)構(gòu)上看，它們都是相類似的電磁透鏡，但由于各自的位置和作用不盡相同，故其工作參數(shù)、勵(lì)磁電流和焦距的長短也不相同。電鏡總放大率：M=MO·MI·MP1·MP2即為物鏡、中間鏡和投影鏡的各自放大率之積。當(dāng)電鏡放大率在使用中需要變換時(shí)，就必須使它們的焦距長短相應(yīng)做出變化，通常是改變靠中間鏡和第1投影鏡線圈的勵(lì)磁工作電流來達(dá)到的。電鏡操縱面板上放大率變換鈕即為控制中間鏡和投影鏡的電流之用。對(duì)中間鏡和投影鏡這類放大成像透鏡的主要要求是：在盡可能縮短鏡筒高度的條件下，得到滿足高分辨率所需的最高放大率，以及為尋找合適視野所需的最低放大率；可以進(jìn)行電子衍射像分析，做選區(qū)衍射和小角度衍射等特殊觀察；同樣也希望它們的像差、畸變和軸上像散都盡可能地小。觀察記錄觀察室陰極射線管（CRT）顯示器照相室觀察記錄觀察室透射電鏡的最終成像結(jié)果，顯現(xiàn)在觀察室內(nèi)的熒光屏上，觀察室處于投影鏡下，空間較大，開有1～3個(gè)鉛玻璃窗，可供操作者從外部觀察分析用。對(duì)鉛玻璃的要求是既有良好的透光特性，又能阻斷X線散射和其他有害射線的逸出，還要能可靠地耐受極高的壓力差以隔離真空。由于電子束的成像波長太短，不能被人的眼睛直接觀察，電鏡中采用了涂有熒光物質(zhì)的熒光屏板把接收到的電子影像轉(zhuǎn)換成可見光的影像。觀察者需要在熒光屏上對(duì)電子顯微影像進(jìn)行選區(qū)和聚焦等調(diào)整與觀察分析，這要求熒光屏的發(fā)光效率高，光譜和余輝適當(dāng)，分辨力好。多采用能發(fā)黃綠色光的硫化鋅-鎘類熒光粉做為涂布材料，直徑約在15～20cm。熒光屏的中心部分為一直徑約10cm的圓形活動(dòng)熒光屏板，平放時(shí)與外周熒屏吻合，可以進(jìn)行大面積觀察。使用外部操縱手柄可將活動(dòng)熒屏拉起，斜放在45°角位置，此時(shí)可用電鏡置配的雙目放大鏡，在觀察室外部通過玻璃窗來精確聚焦或細(xì)致分析影像結(jié)構(gòu)；而活動(dòng)熒光屏完全直立豎起時(shí)能讓電子影像通過，照射在下面的感光膠片上進(jìn)行曝光。照相室在觀察中電子束長時(shí)間轟擊生物醫(yī)學(xué)樣品標(biāo)本，必會(huì)使樣品污染或損傷。所以對(duì)有診斷分析價(jià)值的區(qū)域，若想長久地觀察分析和反復(fù)使用電鏡成像結(jié)果，應(yīng)該盡快把它保留下來，將因?yàn)殡娮邮Z擊生物醫(yī)學(xué)樣品造成的污染或損傷降低到最小。此外，熒光屏上的粉質(zhì)顆粒的解像力還不夠高，尚不能充分反映出電鏡成像的分辨本領(lǐng)。將影像記錄存儲(chǔ)在膠片上照相，便解決了這些問題。照相室處在鏡筒的最下部，內(nèi)有送片盒（用于儲(chǔ)存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光底片）及一套膠片傳輸機(jī)構(gòu)。電鏡生產(chǎn)的廠家、機(jī)型不同，片盒的儲(chǔ)片數(shù)目也不相同，一般在20～50片/盒左右，底片尺寸日本多采用82.5mm×118mm，美國常用82.5mm×101.6mm，而歐州則用90mm×120mm。每張底片都由特制的一個(gè)不銹鋼底片夾夾持，疊放在片盒內(nèi)。工作時(shí)由輸片機(jī)構(gòu)相繼有序地推放底片夾到熒光屏下方電子束成像的位置上。曝光控制有手控和自控兩種方法，快門啟動(dòng)裝置通常并聯(lián)在活動(dòng)熒光屏板的扳手柄上。電子束流的大小可由探測(cè)器檢測(cè)，給操作者以曝光指示；或者應(yīng)用全自動(dòng)曝光模式由計(jì)算機(jī)控制，按程序選擇曝光亮度和最佳曝光時(shí)間完成影像的拍攝記錄?，F(xiàn)代電鏡都可以在底片上打印出每張照片拍攝時(shí)的工作參數(shù)，如：加速電壓值、放大率、微米標(biāo)尺、簡(jiǎn)要文字說明、成像日期、底片序列號(hào)及操作者注解等備查的記錄參數(shù)。觀察室與照相室之間有真空隔離閥。以便在更換底片時(shí)，只打開照相室而不影響整個(gè)鏡筒的真空。陰極射線管（CRT）顯示器電鏡的操作面板上的CRT顯示器主要用于電鏡總體工作狀態(tài)的顯示、操作鍵盤的輸入內(nèi)容顯示、計(jì)算機(jī)與操作者之間的人機(jī)對(duì)話交流提示以及電鏡維修調(diào)整過程中的程序提示、故障警示等。真空系統(tǒng)油擴(kuò)散泵機(jī)械泵（旋轉(zhuǎn)泵）真空系統(tǒng)機(jī)械泵（旋轉(zhuǎn)泵）機(jī)械泵因在其他場(chǎng)合使用非常廣泛而比較常見，它工作時(shí)是靠泵體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉輪刮片將空氣吸入、壓縮、排放到外界的。機(jī)械泵的抽氣速度每分鐘僅為160L左右，工作能力也只能達(dá)到0.1～0.01Pa，遠(yuǎn)不能滿足電鏡鏡筒對(duì)真空度的要求，所以機(jī)械泵只做為真空系統(tǒng)的前級(jí)泵來使用。油擴(kuò)散泵擴(kuò)散泵的工作原理是用電爐將特種擴(kuò)散泵油加熱至蒸汽狀態(tài)，高溫油蒸汽膨漲向上升起，靠油蒸汽吸附電鏡鏡體內(nèi)的氣體，從噴嘴朝著擴(kuò)散泵內(nèi)壁射出，在環(huán)繞擴(kuò)散泵外壁的冷卻水的強(qiáng)制降溫下，油蒸汽冷卻成液體時(shí)析出氣體排至泵外，由機(jī)械泵抽走氣體，油蒸汽冷卻成液體后靠重力回落到加熱電爐上的油槽里循環(huán)使用。擴(kuò)散泵的抽氣速度很快，約為每秒鐘570L左右，工作能力也較強(qiáng)，可達(dá)10～10Pa。但它只能在氣體分子較稀薄時(shí)使用，這是由于氧氣成分較多時(shí)易使高溫油蒸氣燃燒，所以擴(kuò)散泵通常與機(jī)械泵串聯(lián)使用，在機(jī)械泵將鏡筒真空度抽到一定程度時(shí)，才啟動(dòng)擴(kuò)散泵。近年電鏡廠商在制作中為實(shí)現(xiàn)超高壓、超高分辨率，必須滿足超高真空度的要求，為此在電鏡的真空系統(tǒng)中又推出了離子泵和渦輪分子泵，把它們與前述的機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵聯(lián)用可以達(dá)到10Pa的超高真空度水平。[title2]真空閥調(diào)校系統(tǒng)消像散器光闌束取向調(diào)整器及合軸調(diào)校系統(tǒng)消像散器像散（指軸上像散）的產(chǎn)生除了前面介紹的材質(zhì)、加工精度等原因以外，實(shí)際上在使用過程中，會(huì)因?yàn)楦鞑考钠趽p耗、真空油脂的擴(kuò)散沉積、以及生物醫(yī)學(xué)樣品中的有機(jī)物在電子束照射下的熱蒸發(fā)污染等眾多因素逐漸積累，使得像散也在不斷變化。所以像散的消除在電鏡制造和應(yīng)用之中都成了必不可少的重要技術(shù)。早期電鏡中曾采用過機(jī)械式消像散器，利用手動(dòng)機(jī)械裝置來調(diào)整電磁透鏡周圍的小磁鐵組成的消像散器，來改變透鏡磁場(chǎng)分布的缺陷。但由于調(diào)整的精確性和使用的方便性均難令人滿意，這種方式已被淘汰。消像散器由圍繞光軸對(duì)稱環(huán)狀均勻分布的8個(gè)小電磁線圈構(gòu)成，用以消除（或減?。╇姶磐哥R因材料、加工、污染等因素造成的像散。其中每4個(gè)互相垂直的線圈為1組，在任一直徑方向上的2個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，用2組控制電路來分別調(diào)節(jié)這2組線圈中的直流電流的大小和方向，即能產(chǎn)生1個(gè)強(qiáng)度和方向可變的合成磁場(chǎng)，以補(bǔ)償透鏡中所原有的不均勻磁場(chǎng)缺陷（圖中橢圓形實(shí)線），以達(dá)到消除或降低軸上像散的效果。一般電鏡在第2聚光鏡中和物鏡中各裝有2組消像器，稱為聚光鏡消像散器和物鏡消像散器。聚光鏡產(chǎn)生的像散可從電子束斑的橢圓度上看出，它會(huì)造成成像面上亮度不均勻和限制分辨率的提高。調(diào)整聚光鏡消像散器（鏡體操作面板上裝有對(duì)應(yīng)可調(diào)旋鈕），使橢圓形光斑恢復(fù)到最接近圓狀即可基本上消除聚光鏡中存在的像散。物鏡像散能在很大程度上影響成像質(zhì)量，消除起來也比較困難。通常使用放大鏡觀察樣品支持膜上小孔在欠焦時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)涅爾圓環(huán)的均勻度，或者使用專門的消像散特制標(biāo)本來調(diào)整消除，這需要一定的經(jīng)驗(yàn)和操作技巧。束取向調(diào)整器及合軸最理想的電鏡工作狀態(tài)，應(yīng)該是使電子槍、各級(jí)透鏡與熒光屏中心的軸線絕對(duì)重合。但這是很難達(dá)到的，它們的空間幾何位置多多少少會(huì)存在著一些偏差，輕者使電子束的運(yùn)行發(fā)生偏離和傾斜，影響分辨力；稍微嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電鏡無法成像甚至不能出光（電子束嚴(yán)重偏離中軸，不能射及熒光屏面）。為此電鏡采取的對(duì)應(yīng)彌補(bǔ)調(diào)整方法為機(jī)械合軸加電氣合軸的操作。機(jī)械合軸是整個(gè)合軸操作的先行步驟，通過逐級(jí)調(diào)節(jié)電子槍及各透鏡的定位螺絲，來形成共同的中心軸線。這種調(diào)節(jié)方法很難達(dá)到十分精細(xì)的程度，只能較為粗略地調(diào)整，然后再輔之以電氣合軸補(bǔ)償。電氣合軸是使用束取向調(diào)整器的作用來完成的，它能使照明系統(tǒng)產(chǎn)生的電子束做平行移動(dòng)和傾斜移動(dòng)，以對(duì)準(zhǔn)成像系統(tǒng)的中心軸線。束取向調(diào)整器分槍（電子槍）平移、傾斜和束（電子束）平移、傾斜線圈兩部分。前者用以調(diào)整電子槍發(fā)射出電子束的水平位置和傾斜角度；后者用以對(duì)聚光鏡通道中電子束的調(diào)整。均為在照明光路中加裝的小型電磁線圈，改變線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，可以推動(dòng)電子束做細(xì)微的移位動(dòng)作。合軸的操作較為復(fù)雜，不過在合軸操作完成后，一般不需經(jīng)常調(diào)整。只是束平移調(diào)節(jié)作為一個(gè)經(jīng)常調(diào)動(dòng)的旋鈕，放在電鏡的操作面板上，供操作者在改變某些工作狀態(tài)（如放大率變換）后，將偏移了的電子束亮斑中心拉回?zé)晒馄恋闹行?，此調(diào)節(jié)器旋鈕也稱為“亮度對(duì)中”鈕。光闌如前所述，為限制電子束的散射，更有效地利用近軸光線，消除球差、提高成像質(zhì)量和反差，電鏡光學(xué)通道上多處加有光闌，以遮擋旁軸光線及散射光。光闌有固定光闌和活動(dòng)光闌2種，固定光闌為管狀無磁金屬物，嵌入透鏡中心，操作者無法調(diào)整（如聚光鏡固定光闌）?；顒?dòng)光闌是用長條狀無磁性金屬鉬薄片制成，上面縱向等距離排列有幾個(gè)大小不同的光闌孔，直徑從數(shù)十到數(shù)百個(gè)微米不等，以供選擇使用。活動(dòng)光闌鉬片被安裝在調(diào)節(jié)手柄的前端，處于光路的中心，手柄端在鏡體的外部。活動(dòng)光闌手柄整體的中部，嵌有“O”形橡膠圈來隔離鏡體內(nèi)外部的真空?？晒┱{(diào)節(jié)用的手柄上標(biāo)有1、2、3、4號(hào)定位標(biāo)記，號(hào)數(shù)越大，所選的就孔徑越小。光闌孔要求很圓而且光滑，并能在X、Y方向上的平面里做幾何位置移動(dòng)，使光闌孔精確地處于光路軸心。因此，活動(dòng)光闌的調(diào)節(jié)手柄，應(yīng)能讓操作者在鏡體外部方便地選擇光闌孔徑，調(diào)整、移動(dòng)活動(dòng)光闌在光路上的空間幾何位置。電鏡上常設(shè)3個(gè)活動(dòng)光闌供操作者變換選用：①聚光鏡C2光闌，孔徑約在20～200μm左右，用于改變照射孔徑角，避免大面積照射對(duì)樣品產(chǎn)生不必要的熱損傷。光闌孔的變換會(huì)影響光束斑點(diǎn)的大小和照明亮度；②物鏡光闌，能顯著改變成像反差?？讖郊s在10～100μm左右，光闌孔越小，反差就越大，亮度和視場(chǎng)也越?。ǖ捅队^察時(shí)才能看到視場(chǎng)的變化）。若選擇的物鏡光闌孔徑太小時(shí)，雖能提高影像反差，但會(huì)因電子線衍射增大而影響分辨能力，且易受到照射污染。如果真空油脂等非導(dǎo)電雜質(zhì)沉積在上面，就可能在電子束的轟擊下充放電，形成的小電場(chǎng)會(huì)干擾電子束成像，引起像散，所以物鏡光闌孔徑的選擇也應(yīng)適當(dāng)；③中間鏡光闌，也稱選區(qū)衍射光闌，孔徑約在50～400μm左右，應(yīng)用于衍射成像等特殊的觀察之中。操作步驟操作步驟開循環(huán)水。由于新電鏡循環(huán)水不關(guān)，這步可省。但要注意水溫是否正常。打開電源開關(guān)。IN/OUT。從來都是開著的，這步也可省。打開熒屏電源；檢查熒屏第一頁：確認(rèn)①電壓是否在120KV。②確認(rèn)樣品位置“specimenposition”為原點(diǎn)：<x，y，z>=0，0，0，如果不是原點(diǎn)，使用觀察窗左側(cè)“SPECCONTROLLER”控制面板上的N鍵復(fù)原（注意在沒有插入樣品桿時(shí)，嚴(yán)禁使用“N”鍵！，所以每次推出樣品桿之前應(yīng)該復(fù)位）；③α-selector為2用鍵盤鍵入P3，使熒屏顯