3第三章电子显微镜汇编.ppt

第三章 电子显微镜 3.1 透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope， TEM) 3.2 扫描电子显微镜 （Scanning Electron Microscope ，SEM ） (Electron Microscope, EM) 20世纪20年代，发现电子流具有波动的性质，是一种电磁波，其波长比光波短10万倍以上．如果能够制成一台用电子束成像的电子显微镜，分辨本领便可大大提高．自1932年德国Ruska和Knoll研制出第一台电子显微镜，至今已60余年．经过半个多世纪的发展，今天的透射电子显微镜(TEM)不仅是一台放大倍数可达100万倍以上，可以直接分辨小到一两个埃的单个原子的显微镜，并且还能进行纳米尺度的晶体结构及化学组成分析，成为全面评价固体微观结构的综合性仪器． 电子显微镜 (Electron Microscope, EM) 电子显微镜利用电磁透镜使电子束聚焦成像，具有极高的放大倍数和分辨率，可以洞察物质在原子层次的微观结构．但是高聚物和生物大分子主要由轻元素组成，轻元素原子对电子的散射很弱，这种分子的结构本身又容易在电子束的照射下产生损伤，因此像的反差及清晰度不高。英国医学研究委员会分子生物实验室的A Klug博士，把衍射原理与电子显微学巧妙地结合在一起，发展了一整套图像处理方法，把生物标本的电子显微像的分辨率提高到可以观察生物分子内部结构的水平．并用它研究了核酸—蛋白质构成的染色体的结构，对细胞分化和癌症起因的探讨起到了重要作用，因而获得了1982年诺贝尔化学奖．这也为从分子水平上阐明高聚物的结构和弄清高聚物结构与性能的关系开辟了新的前景。 光学显微镜所用光源为可见光．能在空气中传播．而电子束是一种粒子流，当它进入物体后，和物质内的电子和原子发生作用而散射．所以只能透过极薄的物体．空气对电子起阻碍作用，因此，电镜内必须保持高真空，一般为10－５乇或更高． 光学显微镜的分辨率为光波波长的一半(约为2000?)，眼睛的分辨率为0.2mm，因此光学显微镜最大放大倍数为1000倍, 超过这个数值并不能得到更多的信息，而仅仅是将一个模糊的斑点再放大而已．多余的放大倍数称为空放大。 为了看清楚原子,电镜必须有优于2.5 ?的原子尺寸的分辨率和50万-100万倍的放大倍数，否则就不能在底片上记录下原子的存在。目前200kV电镜的技术水平已达到放大倍数100万倍，点分辨率1.9 ?，晶格分辨率1.4 ?．目前最高水平仪器的晶格分辨率可达0.5?．基本可以在底片上记录下原于的存在，清晰地反映原子在空间的排列． 3.1 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope， TEM) 1．透射式电子显微镜的构造 电子显微镜的结构和光学显微镜相似, 由电子枪、聚光镜、样品室、物镜、投影镜和照相室组成．表1给出了光学显微镜和电子显微镜的比较． 日本JEOL公司 JEM2100 高分辨透射电子显微镜 JEOL—2100高分辨分析型透射电子显微镜的外形和结构示于图2.1。电子显微镜的结构由照明系统、成像系统、观察和记录系统组成．照明系统是由电子枪和聚光镜组成，成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成。观察和记录系统包括观察室、荧光屏和计算机等。 电子枪是由阴极、阳极和栅极组成．一般用钨丝作阴极，当在阴极和阳极之间加上高压．再加上灯丝电流以后，即可从钨丝发出电子束，通过阳极孔，照射到样品上．一般透射电镜的加速电压为50～200kv。电压越高，电子束对物质的穿透能力越强，可以观察较厚的样品，并且电子束对物质的辐照损伤越小。电镜中用来使电子束聚焦的是电磁透镜．电镜中的聚光镜是用来聚拢电子束和调节电子束强度的．一股采用双聚光镜系统，第一聚光镜为短焦距强透镜，它将电子束斑直径缩小几十倍，而第二聚光镜采用长焦距透镜，将电子束斑成像到样品上，从而使聚光镜和样品之间有足够的工作距离，以便放置试样和各种附件． 物镜(M0)用来获得被检物的一次放大像和衍射谱，它决定显微镜的分辨率，是电镜的心脏．中间镜(Mi)是个可变倍率的弱透镜，它的作用是把物镜形成酌一次中间像或衍射谱射到投影镜的物面上．投影镜(Mp)把中间镜形成的二次像及衍射谱放大到荧光屏上，一般具有2~3个聚光镜和4~6个物镜加投影镜。 电镜的总放大倍数等于成像系统各透镜放大倍数的乘积．即： M＝Ｍ0×Mi×Mp 当一平行光束照射到一光栅上，除了透射束外，还会产生各级衍射束．经过透镜的聚焦作用，在其后焦面上产生衍射振幅的极大使每一个振