电子显微镜相关知识

电子显微镜相关知识电子显微镜是利用电子光学原理，利用电子束和电磁透镜代替光束和光学透镜进行成像，使物质的显微结构在非常高的放大倍数下成像的光学仪器。近年来，电镜（电子显微镜）的研究与制造在很大的方面取得了不错的发展：一方面，随着电镜的分辨率不断改善提高，透射电镜的点分辨率与晶格分辨率最高可达到0.1nm左右，通过电镜，人们已经能够直接观察到所观测物质的原子像与各原子面的晶格像；其中在电子显微镜中，最常使用的莫过于透射电子显微镜了。另一方面，除透射电子显微镜外，还发展了多种电镜，如扫描电子显微镜、分析电镜等。电子显微镜的分辨本领虽已超于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。接下来我们通过以下几个方面具体了解电子显微镜。电子显微镜原理目前，电子显微镜以用于各领域，用于确定物质的物相结构与形貌分析。常用的电镜有透射电子显微镜和扫描电子显微镜。下面主要介绍这两种电子显微镜的工作原理：一、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜又称透射电镜或电镜，切记不可叫做透镜，是使用最为广泛的一类电镜。工作原理：在真空条件下，电子束经高压加速后，穿透样品时形成散射电子和透射电子，它们在电磁透镜的作用下在荧光屏上成像。通过衬度来显示图像。真空原因：实验发现，任何高速运动的电子在遇到障碍物时均产生碰撞辐射x射线，因此需要真空主要优点：高分辨率，高放大倍数，可连续调节的放大倍数，可进行微区结构分析与形貌分析相关知识：透射电子：当样品厚度小于电子有效穿透厚度时，部分电子将穿过样品而成为透射电子透射电子显微镜结构：电子显微镜由电子光学系统、真空系统和供电系统三部分组成，下面分别介绍三部分：电子光学系统电子光学系统主要有照明系统、成像系统、观察与记录系统，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。照明系统包括能发射电子束的电子枪、聚光镜、相应的平移对中倾斜调节装置。电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，它用电场或磁场对电子产生会聚，使电子做近轴圆锥螺旋曲线运动，交在轴线上，所以称为电子透镜。可分为静电透镜和电磁透镜。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。成像系统包括物镜、中间镜、投影镜，采用三级成像放大系统。真空系统1、为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度为10-4～10-7毫米汞柱。供电系统透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流，如果电流不稳定，将会产生色差。二、扫描电子显微镜扫描电子显微镜又称扫描电镜，主要用于观察样品的表面形貌分析。工作原理：扫描电镜是利用电子束轰击样品产生的物理信号进行分析，其中主要利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。用电子束在样品表面扫描，轰击样品表面放出二次电子，检测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体的像。主要优点：景深长焦深大，高放大倍数，连续改变的放大倍数。电子显微镜的缺点1.在电子显微镜中样本必须在真空中观察，因此无法观察活样本，随着技术的进步，环境扫描电镜将逐渐实现直接对活样本的观察；2.在处理样本时可能会产生样本本来没有的结构，这加剧了此后分析图像的难度；3.由于电子散射能力极强，容易发生二次衍射等；4.由于透射电子显微镜只能观察非常薄的样本，而有可能物质表面的结构与物质内部的结构不同；5.超薄样品（100纳米以下），制样过程复杂、困难，制样有损伤；6.电子束可能通过碰撞和加热破坏样本；电子显微镜和光学显微镜的区别1、照明源不同：电镜所用的照明源是电子枪发出的电子束，而光学显微镜的照明源是可见光(日光或灯光)，由于电子的波长远短于光波波长，故电镜的放大倍数及分辨率显著地高于光镜。2、透镜不同：电镜中起放大作用的物镜是电磁透镜，而光镜的物镜则是玻璃磨制而成的光学透镜。电子无法通过玻璃透镜进行折射3、成像原理不同：在电镜中操作过程中，利用电子束与样品相互作用产生物理信号进行成像。电子与固体样品可产生的信号有：背散射电子、二次电子、透射电子、吸收电子、俄歇电子、特征x射线，每种信号具有自己特色的成像方式与有点。其中二次电子成像分辨率最高4、分辨率：光学显微镜因为光波长较大，分辨率只能局限于0.2-0.5um之间。电子显微镜因为采用电子束作为光源，其分辨率可达到1-3nm之间，因此光学显微镜的组织观察属于微米级分析，电子显微镜的组织观测属于纳米级分析。相关知识景深：在满足成像清晰情况下，透镜的物平面所允许的轴向偏差即为景深。景深主要与分辨率、孔径半角有关，分辨率较差、孔径半角越小都会使景深变大。焦深：在满足成像清晰情况下，透镜的像平面所允许的轴向偏差即为焦长。