电子显微镜与超薄切片技术.doc

第四节 电子显微镜与超薄切片技术 ????电子显微镜主要有以下几种类型：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、分析电子显微镜、超高压电镜，扫描探针显微镜等。本节主要介绍透射式电子显微镜和扫描电子显微镜。 ????一 . 透射式电子显微镜（ Transmission Electron Microscope, TEM ） ????透射式电子显微镜简称透射电镜，是利用磁透射对穿过样品的电子束进行放大，这种电子束带有样品中的超微结构信息，在荧光屏上显示超微结构的放大电子图像。 ????1. 其主要特点 ????1 ）分辨率高 电子显微镜已接近或达到了仪器的理论极限分辨率。如日立 H-7500 型电镜点分辨率为 0.2nm ，现必威体育精装版生产的 H-9000 型电镜其点分辨能力可达 0.18 nm 。 ????电镜的电子是由电子枪发射的，当电子穿透样品时，产生了四种基本物理过程，即散射、吸收、干涉和衍射。这四种物理过程原则上都是产生成像的因素，而其中以散射对成像影响最大。由于电子比样品原子小得多，所以当一束电子通过薄样品时，大部分入射电子能从原子之间的空隙中穿透过去，这部分能穿透的电子称透过电子。只有极少部分快速入射电子与样品的原子发生相互作用，如果电子是和样品原子核发生碰撞，由于原子核质量比电子大得多，电子只是改变运动方向而基本上不损失能量，这种互相作用称为“弹性散射”；如果入射电子与样品原子的绕核运动的轨道电子相碰撞，由于入射电子与轨道电子的质量相同，所以碰撞后能量要重新分布，入射电子不仅偏转了很大角度而且能量也受损失，这种相互作用称为“非弹性散射”。 ????由于样品上不同部位的结构不同，它们散射电子的能力也各不相同，我们称物体散射电子的程度为电子密度。在散射电子能力强的地方，通常是原子序数高的元素，穿射过去的入射电子数目就少，因而打在荧光屏上所发出的光就弱，显现为暗区，即电子密度高；而散射电子弱的地方，通常是原子序数低的元素，透过电子数目就多，因而打在荧光屏上所发出的光就强，显现为亮区，即低电子密度。除了样品本身的质量影响散射量以外，样品厚度也与散射量有关。样品越厚，电子与原子核碰撞的机率就越多，散射量也越大，透过电子数目就越少，打在荧光屏上发出的光就越弱，电子密度就越高。所以要求在制备样品时，要用超薄切片机将标本切得很薄，以便能在电镜下观察样品的超微结构。 ????3. 电镜常用概念 ????1) 分辨率 分辨率又称分辨力和分辨本领，它表示仪器足以清楚分开的两点间的最小距离，也就是可以分辨出两个质点圆心最小距离的本领。人眼在明视场，距离 25cm 的情况下，其分辨力为 0.2mm 。即在此距离可以将相距 0.2mm 的两点区别出来。光学显微镜的分辨力可以根据 Abbe 公式求出： ? ????其中 d 为分辨率， l 为入射光的波长， n 为透镜和物体间介质的折射系数， a 为物体与物镜间所成夹角的二分之一， 0.612 为常数 ????2) 放大倍率 显微镜的放大倍率与其分辨力密切相关，它是人眼分辨力与显微镜分辨力之比，亦即：显微镜的放大倍率 (m)= 人眼分辨力 d/ 显微镜分辨力 d 。人眼的分辨力为 0.2mm ，所以： ????光镜的放大倍率 (m)=0.2mm/0.2 m m=1,000 倍； ????电镜的放大倍率 (m)=0.2mm/0.2nm=1,000,000 倍 (100 万× ) ； ????当电镜的分辨力为 0.5nm 时，其 m=0.2mm/0.5nm=400,000 倍 (40 万× ) 。 ????从以上放大倍率的推算中可以看出，电镜分辨力的高低是评价电镜性能的重要指标。 ????3) 电子枪 发射电子束的装置为电子枪。其由上到下有阴极、栅极和阳极，在高真空的镜筒内好象三级电子管。阴极是金属钨做成的灯丝，给钨丝加上电流，烧到高温，钨丝就放出大量自由电子，这就是热电子发射。在高真空的环境下，受上万伏加速电压的作用和下面阳极的吸引，大量自由电子向下发射，形成电子束，电子束就相当于光镜的可见光源。 ????4. 透射电子显微镜的基本结构 ????透射电镜主要由电子光学系统、真空系统、电器系统、辅助系统四个部分组成。 ????1) 电子光学系统 ????电子光学系统是透射电镜的主体，亦称镜筒。包括： 电子枪： 电镜是以电子枪作为光源的，通常是在高真空中把钨丝加热，发射电子并加速到达样品； 聚光镜 ：其作用是把电子枪发射的光源会聚到下面的样品平面上。高性能电镜采用双聚光镜，目的在于提供最大亮度的电子束； 调控系统 ：调节电子枪、透镜等各部件之间的对中合轴、调节照明亮度、放大倍率及聚焦等； 样品室 ：样品室位于聚光镜和物镜之间，主要结