透射电镜的原理|分类|应用

　　透射电镜全称透射电子显微镜。是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备，透射电镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。

　　透射电镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。透射电镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上(片状 查看全文

　　1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前透射电镜的分辨力可达0.2nm。

　　透射电镜的总体结构包括镜体和辅助系统两大部分，镜体部分包含：①照明系统(电子枪G，聚光镜C1、C2)，②成像系统(样品室，物镜O，中间镜I1、I2，投影镜P1、P2)，③观察记录系统(观察室、照相室)，④调校系统(消像散器、束取向调整器、光阑)。辅助系统包含：①真空系统(机械泵、扩散泵、真空阀、真空规)，②电路系统(电源变换、调整控制)，③水冷系统。

一、照明系统

　　透射电镜照明系统包括电子枪和聚光镜2个主要部件，它的功用主要在于向样品及成像系统提供亮度足够的光源，对它的要求是输出的电子束波长单一稳定，亮度均匀一致，调整方便，像散小。

　　1、电子枪

　　由阴极、阳极和栅极组成。

　　①阴极：

　　阴极是产生自由电子的源头，一般有直热式和旁热式2种，旁热式阴极是将加热体和阴极分离，各自保持独立。在透射电镜中通常由加热灯丝)兼做阴极称为直热式阴极，材料多用金属钨丝制成，其特点是成本低，但亮度低，寿命也较短。灯丝的直径约为0.10～0.12mm，当几安培的加热电流流过时，即可开始发射出自由电子，不过灯丝周围必须保持高度真空，否则就象漏气灯泡一样，加热的灯丝会在倾刻间被氧化烧毁。灯丝的形状Z常采用的是发叉式，也有采用箭斧式或点状式的，后2种灯丝发光亮度高，光束尖细集中，适用于高分辨率透射电镜照片的拍摄，但使用寿命更短。

　　阴极灯丝被安装在高绝缘的陶瓷灯座上，既能绝缘、耐受几千度的高温，还可以方便更换。灯丝的加热电流值是连续可调的。

　　在一定的界限内，灯丝发射出来的自由电子量与加热电流强度成正比，但在超越这个界限后，电流继续加大，只能降低灯丝的使用寿命，却不能增大自由电子的发射量，我们把

　　透射电镜，全称透射电子显微镜，是用于观察组织细胞超微结构的大型精密电子仪器，已广泛应用于医学、生物学等各个研究领域，成为研究细胞生物学、组织学、病理学、解剖学以及临床病理诊断的重要工具之一。

　　一、开机程序

　　1、首先打开房间空调，冷却循环水房温度21度，操作室25度;

　　2、开启冷却水循环装置，一个独立的小的控制器，先将开关打至ON，再将按下POWER键;

　　3、启动稳压电源，稳定于220V，查看电压箱供电指示灯亮;

　　4、用钥匙启动主机，从OFF档位旋到START位，松开后钥匙自动回到ON位置。透射电镜自动抽真空，等待约40分钟。

　　5、直至DP绿灯亮，HIGH绿灯亮，READY绿灯亮(若不亮的话，将LENS LIGHT打至ON档位)。

　　二、电子枪合轴

　　1、确认READY绿灯亮;

　　2、把样品拨出，物镜光栏拨出至0档位;

　　3、加高压：按下HT键后，依次按下40-60-80-100KV键，并注意观察束流表是否正常，每次都要等电流表显示稳定之后再进行下一步，一般调到80KV就行了。

　　4、加灯丝：将FILAMENT EMIISSION旋钮缓慢旋至锁定位置。

　　5、一般在SCAN(5300倍)条件下调节，调节CONDENSER钮，得到光斑。

　　6、SPOT SIZE调到3档，调节CONDENSER钮聚光，得到Z小Z亮光斑，然后用左右ALIGNMENT：TRANS(小的)将光斑拉至ZZX位置(ZX位置有一黑点)。

　　7、SPOT SIZE调到1档，调节CONDENSER钮聚光，得到Z小Z亮光斑，然后用GUN ALIGNMENT：TRANS(X、Y)将光斑拉至ZX位置。

　　8、再重复6、7步骤，使束流不偏离ZX。

　　三、调灯丝相

　　1、透射电镜在SCAN模式下，SPOT SIZE调到1档。

　　2、将FILAMENT EMIISSION旋钮稍稍往回调，到看到灯丝欠

　　透射电镜是贵重的精密设备，正确的使用与维护才能使其发挥出应有的性能。总之，要想拍出高质量的透射电镜照片，制样是基础。同时，透射电镜的状态也很关键。Z后，技术人员的操作水平也是至关重要的。

　　1、环境要求

　　电镜室的湿度要求在40%～50%之间，温度在20～22℃之间。电镜需安装在一楼，没有地下室。房间高度要合适，有利于拆装。房顶不要有ZY空调走风，会造成图像模糊，看不清高分辨像。有较好的遮光条件，可以安装合适的布帘。注意室内环境卫生，定期打扫，而且进入室内需要穿脚套，减少带入灰尘。附近没有电梯及大型变电设备，防止电磁干扰。

　　2、真空要求

　　透射电镜一般可以使真空度达到小于2×10^-5Pa，而仪器管理员也尽量在每次达到2×10^-5Pa后，才开始实验，以达到延长仪器的使用寿命和保持仪器的高分辨能力的目的。如果仪器多天真空度持续高于4×10^-5Pa后，则需对仪器进行烘烤。一般短时间的可以考虑ACD烘烤。步骤是：所有光阑退出，关闭灯丝和高压，拔出样品杆。盖上荧光屏盖，准备毛巾，盖上控制面板，防止滴水。放入加热棒，点击桌面控制按钮，自动烘烤2h。

　　如果真空度仍然不能满足要求，则需要进行镜筒烘烤。步骤是：关闭灯丝和高压，退出所有光阑，拔出样品杆，盖上荧光屏盖，打开透镜开关。点击桌面控制按钮，设定冷却4h，总时间48h～52h左右。同时注意，点击烘烤后，过2h左右，手摸柱体，看是否变热，变热说明烘烤正常进行。

　　为了拍摄清晰的高分辨照片，必要时可以加液氮，但是要保持在有液氮的条件下进行实验，可以实验中间过程加液氮。使用完毕后，要对ACD进行烘烤，步骤如上述ACD烘烤。

　　3、日常工作

　　为保证真空度，注意检查样品杆的O型圈，定期清洁和涂抹真空脂。暂时不用的样品杆，放在样品室中预抽，这样可以有效缩短样品台在电镜中的预抽时间，还可以延长样品台的使用寿命。注意检查SF6绝缘气体的

　　透射电镜即透射电子显微镜(简称TEM)，通常称作电子显微镜或电镜(EM)，是使用Z为广泛的一类电镜。已广泛应用于医学、生物学等各个研究领域，成为组织学、病理学、解剖学以及临床病理诊断的重要工具之一。

　　透射电镜是一种把经加速和聚集的电子束透射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度等相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏，胶片以及感光耦合组件)上显示出来的显微镜。

　　在光学显微镜下无法看清小于0.2微米的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超细结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前透射电镜分辨力可达0.2纳米。

　　按照加速电压分类：

　　透射电镜按照加速电压可分为低压透射电镜、高压透射电镜和超高压透射电镜。加速电压在200KV以下的是低压透射电镜，在200KV-400KV(包含)之间的是高压透射电镜;加速电压在400KV以上的是超高压透射电镜。

　　1、低压透射电镜。Z常用的是100KV电镜。这种电镜分辨率高(点0.3nm，晶格0.14nm)，但穿透本领小，观察样品必须很薄，约为30～100nm，如细胞和组织的超薄切片、复型膜和负染样品等。相当普及。我校有这样的设备。

　　2、高压透射电镜。目前常用的是200KV电镜。这种电镜对样品的穿透本领约为100KV电镜的1.6倍，可以在观察较厚样品时获得很好的分辨本领，从而可以对细胞结构进行三维观察。

　　3、超高压透射电镜。目前已有500KV、1000KV和3000KV的超高压透射电镜。这类电镜具有穿透本领强、辐射

　　透射电镜全称透射电子显微镜，是用于观察组织细胞超微结构的大型精密电子仪器。透射电镜广泛应用于工农业生产、材料学、考古学、生物学、组织学、病毒学、病理学和分子生物学等研究领域中。

　　1、细胞学

　　由于超薄切片技术的出现和发展，人类利用透射电镜对细胞进行了更深入的研究，观察到了过去无法看清楚的细胞超微结构。例如，用透射电镜观察到了生物膜的三层结构以及细胞内的各种细胞器的形态学结构等。

　　2、发现和识别病毒

　　许多病毒，尤其是肿瘤病毒就是用透射电镜发现的。透射电镜也为病毒的分类提供了Z直观的依据，例如SARS病毒就是首先在透射电镜下观察到并确认是病毒而不是支原体的。

　　3、临床病理诊断

　　生物体发生疾病都会导致细胞发生形态和功能上的改变，通过对病变区细胞的透射电镜观察就可以为疾病诊断提供有力依据。例如目前透射电镜在肾活检、肿瘤诊治中发挥了重要作用。

　　4、免疫学

　　电镜技术与生命科学中新兴起的技术相结合，促进了新技术的应用。例如电镜技术与免疫学技术相结合产生了免疫电镜技术，它可以对细胞表面及细胞内部的抗原进行定位，可以了解抗体合成过程中免疫球蛋白的分布情况等。

　　5、细胞化学

　　研究细胞内各种成分在超微结构水平上的分布情况以及这些成分在细胞活动过程中的动态变化，以阐明细胞的化学和生化功能。其中Z主要的是蛋白质(尤其是酶的细胞内定位)，其次是核酸、脂肪、碳水化合物及无机离子的定位。该技术促进了形态学和生物化学的结合，使生命科学的研究进入了新的水平。

　　材料科学研究的对象是制造设备和产品的金属、半导体、塑料等，以及工艺技术，例如研究如何制造出更小、品质更好的晶体管，以使计算机的功能更为强大;研究聚合物的电子特性以生产更便宜的手机显示屏;或者分析如何使肌体组织与医用植入物更好地结合。

　　1、表面形貌观察

　　由于电子束穿透样品的能力低，

　　透射电镜是一种新型高性能的大型检测仪器，是现代物理以及先进技术社会的产物，随着科技的发展，透射电镜的技术会更加先进，使用范围也更加广泛。

　　1、透射电镜基本构造：

　　照明系统：电子枪和会聚镜(双聚光镜系统);

　　成像系统：物镜、中间镜、投影镜;

　　记录系统：底片照相系统、图像观察增强器、CCD记录系统。

　　2、透射电镜两种操作模式及其原理：

　　成像模式：中间镜的物平面与物镜的像平面重合，获得正空间信息，Z终获得显微像。

　　衍射模式：中间镜的物平面与物镜的焦平面重合，获得倒空间的信息，Z终获得衍射谱。利用透射电镜中的物镜光栏，仅选取透射束成像，成为明场像，若仅选取衍射束成像，形成暗场像。

　　3、透射电镜两种基本样品制备方法：

　　离子剪薄和双喷。双喷样品有可能污染极靴。

　　4、透射电镜加速电压：

　　给灯丝发出的电子以电压，使得电子获得足够的速度以穿透样品。

　　5、电子枪：

　　发射电子的电极。现在主要有热发射(LaB6灯丝)和场发射(冷场发射，热场发射——schottky)。

　　6、光阑：

　　透射电镜光阑可以选择性通过光子。

　　7、像散：

　　由于磁透镜在两个相互垂直的方向上聚焦能力不同，当这个较强的方向聚焦时，与之垂直的方向尚未聚焦;而当较弱的方向开始聚焦时较强方向散焦，因而在任何一个像面上的像都不是一点而是小散焦斑。

　　8、球差：

　　透镜对离轴远的电子比离轴近的电子有更强的会聚能力，因而在高斯面上，一个屋的的相不再是一个点而是一个圆盘。

　　9、色差：

　　色差产生的根源是成象电子的能量分散，而磁透镜对不同能量的电子的聚焦能力不同，因而在高斯像平面上，一个物点的像变成了一个圆斑。透射电镜电子枪能量分散的原因：加速电压波动，电子束与物质的相互作用。

　　10、选区电子衍射：

　　进行电子衍射分析时，往往对样品的某一微小区域的单晶电子衍射感兴趣。通过选区，可以直接获得该微区的倒易点阵截