透射電鏡結(jié)構(gòu)和部件功能

關(guān)于透射電鏡結(jié)構(gòu)和部件功能什么是電鏡？電子顯微鏡(electronmicroscopy，EM)簡稱電鏡，經(jīng)過五十多年的發(fā)展已成為生物學、醫(yī)學、化學、農(nóng)林和材料科學等領(lǐng)域進行科學研究的重要工具，是人類認識自然，特別是研究機體微細結(jié)構(gòu)的重要手段第2頁,共22頁，星期六，2024年，5月什么是透射電鏡？與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。電子與物質(zhì)相互作用會產(chǎn)生透射電子、彈性散射電子、能量損失電子、二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和電動力等等。電鏡就是利用這些信息來對試樣進行形貌觀察、成分分析和結(jié)構(gòu)測定的。電鏡有很多類型，主要有透射電鏡(transmissionelectronmicroscope，TEM)(簡稱透射電鏡)和掃描電鏡(scanningelectronmicroscope，SEM)(簡稱掃描電鏡)兩大類。第3頁,共22頁，星期六，2024年，5月透射電鏡第4頁,共22頁，星期六，2024年，5月TEM原理圖第5頁,共22頁，星期六，2024年，5月透射電鏡有三大部分組成照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)觀察、記錄系統(tǒng)真空系統(tǒng)水冷系統(tǒng)電路系統(tǒng)調(diào)校系統(tǒng)第6頁,共22頁，星期六，2024年，5月一、照明系統(tǒng)電子槍

由陰極（cathode）、陽極（anode）和柵極（grid）組成。陽極為一中心有孔的金屬圓筒，處在陰極下方，當陽極上加有數(shù)十千伏或上百千伏的正高壓加速電壓時，將對陰極受熱發(fā)射出來的自由電子產(chǎn)生強烈的引力作用，并使之從雜亂無章的狀態(tài)變?yōu)橛行虻亩ㄏ蜻\動，同時把自由電子加速到一定的運動速度，形成一股束流射向陽極靶面。凡在軸心運動的電子束流，將穿過陽極中心的圓孔射出電子槍外，成為照射樣品的光源。第7頁,共22頁，星期六，2024年，5月聚光鏡聚光鏡處在電子槍的下方，一般由2～3級組成，從上至下依次稱為第1、第2聚光鏡（以C1和C2表示）。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。第8頁,共22頁，星期六，2024年，5月成像系統(tǒng)物鏡處于樣品室下面，緊貼樣品臺，是電鏡中的第1個成像元件，在物鏡上產(chǎn)生哪怕是極微小的誤差，都會經(jīng)過多級高倍率放大而明顯地暴露出來，所以這是電鏡的一個最重要部件，決定了一臺電鏡的分辨本領(lǐng)。作用是進行初步成像放大，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、細調(diào)焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。第9頁,共22頁，星期六，2024年，5月中間鏡和投影鏡在物鏡下方，依次設(shè)有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對物鏡成像的進一步放大任務(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)、勵磁電流和焦距的長短也不相同。對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。第10頁,共22頁，星期六，2024年，5月觀察、記錄系統(tǒng)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個鉛玻璃窗，可供操作者從外部觀察分析用。照相室照相室處在鏡筒的最下部，內(nèi)有送片盒（用于儲存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光底片）及一套膠片傳輸機構(gòu)。對有診斷分析價值的區(qū)域，若想長久地觀察分析和反復(fù)使用電鏡成像結(jié)果，能夠盡快把它保留下來。第11頁,共22頁，星期六，2024年，5月陰極射線管（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、計算機與操作者之間的人機對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。第12頁,共22頁，星期六，2024年，5月真空系統(tǒng)機械泵（旋轉(zhuǎn)泵）它工作時是靠泵體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉輪刮片將空氣吸入、壓縮、排放到外界的。機械泵的抽氣速度每分鐘僅為160L左右，工作能力也只能達到0.1～0.01Pa，遠不能滿足電鏡鏡筒對真空度的要求，所以機械泵只做為真空系統(tǒng)的前級泵來使用。第13頁,共22頁，星期六，2024年，5月油擴散泵它的工作原理是用電爐將特種擴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，從噴嘴朝著擴散泵內(nèi)壁射出，在環(huán)繞擴散泵外壁的冷卻水的強制降溫下，油蒸汽冷卻成液體時析出氣體排至泵外，由機械泵抽走氣體，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。第14頁,共22頁，星期六，2024年，5月真空閥、真空規(guī)真空閥是用于啟閉真空通道各部分的關(guān)卡，使各部分能獨立放氣、抽空而不影響整個系統(tǒng)的真空度。真空規(guī)用于鏡筒各部位真空度的檢測，向真空表和真空控制電路提供信號，根據(jù)檢測目標的真空度不同，真空規(guī)分為“皮拉尼規(guī)”（piranigauge）和“潘寧規(guī)”（penninggauge）2種。前者用于低真空檢測，后者用于高真空檢測，被安裝在鏡體的不同部位。第15頁,共22頁，星期六，2024年，5月空氣壓縮機通過固定程序（或人為）來操縱控制鏡體外部的集合電磁閥，切斷或聯(lián)通任一路軟塑細管，間接地啟閉鏡體內(nèi)部的任一氣動閥。第16頁,共22頁，星期六，2024年，5月水冷系統(tǒng)水冷系統(tǒng)是由許多曲折迂迥、密布在鏡筒中的各級電磁透鏡、擴散泵、電路中大功率發(fā)熱元件之中的管道組成。外接水制冷循環(huán)裝置，為保證水冷充分（10～25℃之間，不可過高或過低）、充足（4～5L/min）、可靠（0.5～2kg/mm），在冷卻水管道的出口，裝有水壓探測器，在水壓不足時既能報警，又能通過控制電路切斷鏡體電源，以保證電鏡在正常工作時不因為過熱而發(fā)生故障。水冷系統(tǒng)的工作要開始于電鏡開啟之前，結(jié)束于電鏡關(guān)閉20min以后。第17頁,共22頁，星期六，2024年，5月電路系統(tǒng)電源變換裝置鏡體和輔助系統(tǒng)中的各種電路都需要工作電源，且因性質(zhì)和用途不同，對電源的電壓、電流和穩(wěn)壓度也有不同的要求。這些全部由相應(yīng)的電源電路變換配給，其中包括變換電路、穩(wěn)壓電路、恒流電路等第18頁,共22頁，星期六，2024年，5月調(diào)整控制電路

調(diào)整控制電路實質(zhì)上是由許多形形色色的操縱、檢測、自控、保護等電路交織而成。操縱面板上的每一個變化，都對應(yīng)到相應(yīng)元、部件工作狀態(tài)的變化，每一步驟都要由調(diào)整控制電路做出一系列相應(yīng)的動作來實現(xiàn)。第19頁,共22頁，星期六，2024年，5月調(diào)教系統(tǒng)消像散器消像散器由圍繞光軸對稱環(huán)狀均勻分布的8個小電磁線圈構(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個互相垂直的線圈為1組，在任一直徑方向上的2個線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，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個強度和方向可變的合成磁場，以補償透鏡中所原有的不均勻磁場缺陷（圖中橢圓形實線），以達到消除或降低軸上像散的效果。第20頁,共22頁，星期六，2024年，5月束取向調(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、各級透鏡與熒光屏中心的軸線絕對重合。但這是很難達到的，它們的空間幾何位置多多少少會存在著一些偏差，為此電鏡采取的對應(yīng)彌補調(diào)整方法為機械合軸加電氣合軸的操作。機械合軸是整個合軸操作的先行步驟，通過逐級調(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)方法很難達到十分精細的程度，只能較為粗略地調(diào)整，然后再輔之以電氣合軸補償。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和傾斜移動，以對準成像系統(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）