電子顯微鏡術(shù)

電子顯微鏡術(shù)2023/12/27電子顯微鏡術(shù)趙翔細(xì)胞生物電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)（electronmicroscopy）是指利用電子與樣品作用時所發(fā)出的信息，對樣品進(jìn)行微區(qū)觀察和分析的一種方法學(xué)。電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)透射電鏡（Transmissionelectronmicroscope,TEM）掃描電鏡（Scanningelectronmicroscope,SEM）最常見的電子顯微鏡：電子顯微鏡術(shù)透射電鏡圖象掃描電鏡圖象圖片電子顯微鏡術(shù)

分辨率：分辨兩點(diǎn)間最小距離的能力

一、基本概念電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm（1mm＝103μm,1μm＝103nm）電子顯微鏡術(shù)光具有波動性和粒子性。衍射是因光的波動性而出現(xiàn)的一種物理現(xiàn)象。光鏡的分辨率局限在0.2μ，是因?yàn)楣獾难苌?。衍射：光波在傳播時，如果通過一個大小近于或小于波長的孔，則以孔為中心，形成環(huán)形波向前傳播。

電子顯微鏡術(shù)光的衍射電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)

.alnis612n0d=α為孔徑角(光線入射角的一半)，sinα<1，n為物鏡與物之間介質(zhì)的折射率，λ為入射光的波長?？梢姽獾牟ㄩL是400nm－800nm。為了減小d，我們用油鏡，n=1.5,sinα=0.87（最大的孔徑角接近90o），此時最小分辨距離電子顯微鏡術(shù)α

電子顯微鏡術(shù)

.alnis612n0d=α為孔徑角(光線入射角的一半)，sinα<1，n為物鏡與物之間介質(zhì)的折射率，λ為入射光的波長。為了減小d，我們用油鏡，n=1.5,sinα=0.87（最大的孔徑角接近90o），此時最小分辨距離可見光的波長是400nm－800nm。電子顯微鏡術(shù)肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm（1mm＝103μm,1μm＝103nm）電子顯微鏡術(shù)

1．根據(jù)法國deBroglie的理論，運(yùn)動電子具有波動性，我們可以將其同光一樣，作顯微鏡的光源，結(jié)合經(jīng)典量子理論，我們可計(jì)算出運(yùn)動粒子的波長：λ＝粒子的波長；h＝Planck常數(shù)；m＝粒子的質(zhì)量；v＝粒子的速度。二、電子顯微鏡的產(chǎn)生基礎(chǔ)電子顯微鏡術(shù)考慮到高速電子運(yùn)動時的質(zhì)量變化(用相對論進(jìn)行修正)，可得到公式：將λ代人d的計(jì)算公式，若所用電壓為60kv，則d≈0.24nm。修正公式(nm)電子顯微鏡術(shù)肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm（1mm＝103μm,1μm＝103nm）電子顯微鏡術(shù)2．德國科學(xué)家Busch證明：軸對稱電磁場可以象凸透鏡匯聚光波成象那樣聚焦運(yùn)動的電子束并使其成象。根據(jù)這兩個原理制成了電磁透鏡。電磁透鏡電子顯微鏡術(shù)電磁透鏡是電鏡的核心，它可以象光學(xué)透鏡那樣工作。三、電磁透鏡的結(jié)構(gòu)電子顯微鏡術(shù)螺旋纏繞的通電短線圈可以產(chǎn)生軸對稱磁場，但這樣的磁場延伸的很廣，是一個沿軸的柱形，且中心強(qiáng)度最大。電磁透鏡1電子顯微鏡術(shù)除內(nèi)壁外，將線圈周圍用軟鐵包裹，就可產(chǎn)生較強(qiáng)的并較局限的磁場。電磁透鏡2電子顯微鏡術(shù)如果線圈內(nèi)部也裹上軟鐵，只在內(nèi)部留一個小園孔，得到一個非常集中而且軸很短的磁場。用這種線圈作的透鏡焦距長。電磁透鏡3電子顯微鏡術(shù)要提高放大倍數(shù)，縮短透鏡焦距，就需減小線圈直徑，這就會最終導(dǎo)致線圈過熱。這一問題可用在小園孔上下各加一圓錐形，有軸孔的軟鐵片來解決。這兩個軟鐵片叫極靴，做工很精細(xì)，兩極靴頂端的距離和園孔的直徑均為幾毫米。線圈加電流后，極靴間形成一強(qiáng)的范圍很窄的軸對稱磁場。這種磁場起著電子透鏡的作用。電磁透鏡4電子顯微鏡術(shù)電子在極靴孔中先受向外或向內(nèi)的力，后受軸向的力，所以電子的運(yùn)動是繞軸旋轉(zhuǎn)的，同時向軸折射匯聚成象。因此通過電磁透鏡的電子總是匯聚的，而且像不僅能顛倒，還能旋轉(zhuǎn)（電流的方向大小可以改變像的角度）。電子在極靴中的運(yùn)動電子顯微鏡術(shù)照明系統(tǒng)樣品室

成象系統(tǒng)

聚光鏡電子槍物鏡中間鏡投影鏡機(jī)械泵油泵真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)四、透射電鏡的結(jié)構(gòu)電子顯微鏡術(shù)照明系統(tǒng)包括

電子槍

聚光鏡

成象系統(tǒng)包括物鏡中間鏡投影鏡(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)由三部分組成：陰極（燈絲，f）、柵極(控制極,s)和陽極(a)。電子槍電子顯微鏡術(shù)照明系統(tǒng)包括

電子槍

聚光鏡

成象系統(tǒng)包括物鏡中間鏡投影鏡(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)聚光鏡的作用是將從電子槍發(fā)出的電子聚焦到樣品上，以得到好的照明效果。磁透鏡電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)物鏡是第一級放大電磁透鏡，位于樣品室下。它的好壞的電鏡的分辨率起決定性作用，是評價電鏡好壞的重要指標(biāo)。電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)中間鏡的結(jié)構(gòu)與物鏡類似。用來放大的電磁透鏡。調(diào)節(jié)其電流可使像連續(xù)放大。它的調(diào)節(jié)范圍很大，一般在一千倍到幾十萬倍。物鏡和中間鏡電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡術(shù)電子顯微鏡中，電子從電子槍發(fā)出通過樣品到達(dá)熒光屏的整個路程應(yīng)該不與空氣分子碰撞，這就要求鏡筒中具有高真空。鏡筒的高真空還可以使燈絲壽命延長，避免電子槍放電而引起高壓不穩(wěn)，也可使樣品避免污染。（二）、真空系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)衡量真空度的單位是Torr(乇，音“托”)，即毫米汞柱（1Torr＝1mmHg）。電鏡工作的真空要求在10－4～10－6Torr。一般電鏡有二級真空泵，前級是機(jī)械泵（10－2Torr），后級是油擴(kuò)散泵（10－5Torr）。衡量單位電子顯微鏡術(shù)電鏡各部分對電壓電流的要求不同。例如，電子槍需高壓（25KV～125KV可調(diào)），但電流很小（幾十微安）；電磁透鏡所需的電壓不高，但電流相對較高（安培級）。無論哪一部分對供電系統(tǒng)的要求有一共同點(diǎn)，就是穩(wěn)定，這樣才能保證成象清晰。（三）、供電系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)圖象轉(zhuǎn)換系統(tǒng)照明系統(tǒng)樣品室

聚光鏡電子槍掃描系統(tǒng)信號探測系統(tǒng)信號放大系統(tǒng)信號顯示系統(tǒng)機(jī)械泵油泵五、掃描電鏡的結(jié)構(gòu)電子顯微鏡術(shù)照相機(jī)掃描發(fā)生器探測器放大系統(tǒng)掃描電鏡電子顯微鏡術(shù)１．電子槍：掃描電鏡的分辨率是由電子束在樣品上掃描時的直徑?jīng)Q定的。電子束交叉點(diǎn)的直徑約50μ以下，因此必需將其縮小，才能觀察到很小的樣品。２．聚光鏡：掃描電鏡的聚光鏡的結(jié)構(gòu)與透射電鏡的類似，它們都是強(qiáng)磁透鏡，有很強(qiáng)的聚焦能力，兩級或三級透鏡可將電子束聚成直徑在1nm以下的光斑，打在樣品上。末級透鏡又叫物鏡，(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)照相機(jī)掃描發(fā)生器探測器放大系統(tǒng)掃描電鏡電子顯微鏡術(shù)１．掃描系統(tǒng)：要使電子束在樣品上掃描，可加兩對電場適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)線圈。在里外加一對線圈，也加上鋸齒形電流，則電子束沿左右運(yùn)動。兩對偏轉(zhuǎn)線圈共同作用，可使電子束在樣品上前后左右掃描。電子運(yùn)動方向偏轉(zhuǎn)方向磁場方向(二)、圖象轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)1．信號的產(chǎn)生:電子束打在樣品上，實(shí)際上是電子束與樣品間相互作用，產(chǎn)生多種信號。

2．信號的收集：一般掃描電鏡主要觀察樣品表面的形態(tài)，使用二次電子信號。二次電子的能量很低(50eV)，只能從表面幾nm厚的樣品表面發(fā)出。我們可以較容易的把二次電子信號同其它信號分開。二次電子的收集是由二次電子探系統(tǒng)來完成的。(三)、信號探測系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)掃描電鏡電子信號電子顯微鏡術(shù)1．信號的產(chǎn)生:電子束打在樣品上，實(shí)際上是電子束與樣品間相互作用，產(chǎn)生多種信號。

2．信號的收集：一般掃描電鏡主要觀察樣品表面的形態(tài)，使用二次電子信號。二次電子的能量很低(50eV)，只能從表面幾nm厚的樣品表面發(fā)出。我們可以較容易的把二次電子信號同其它信號分開。二次電子的收集是由二次電子探系統(tǒng)來完成的。(三)、信號探測系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)二次電子探測器電子顯微鏡術(shù)放大系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)包括：放大電路和顯示器及相機(jī)入射電子束在樣品掃描時，每一點(diǎn)產(chǎn)生的信號就在熒光屏或底片上同一位置顯示出這一信號（嚴(yán)格一一對應(yīng)）。因此，入射電子掃描的范圍決定像的放大倍數(shù)。即熒光屏的邊長與入射電子在樣品上掃描的邊長之比即放大倍數(shù)。顯示系統(tǒng)的終端即顯示器接在顯象管和相機(jī)上。(五)、真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)(四)、顯示系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)照相機(jī)掃描發(fā)生器探測器放大系統(tǒng)電子顯微鏡術(shù)(四)、顯示系統(tǒng)放大系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)包括：放大電路和顯