电子显微镜的介绍

电子显微镜的介绍

我们常见的显微镜大都是光学显微镜，例如：生物显微镜，金相显微镜，体视显微镜，荧光显微镜，偏光显微镜等，光学显微镜是进行微观观察的常用设备，但是光学显微镜的倍率有限，此时我们就需要一种具有更高分辨率和放大倍率的显微镜：电子显微镜。下面，就由上海巴拓仪器有限公司向您介绍一下几种常用的电子显微镜。

1.透射电子显微镜

  透射电镜是应用最广泛的一种电子显微镜,占使用电镜的80%，其分辨率,放大倍率及各项性能比其它类型电镜高,透射电镜是用电子束照射标本,用电磁透镜收集穿透标本的电子,并放大成像,用以显示物体内部超微结构的装置。透射电镜所产生的图像是平面的。它的分辨率可达0.2nm。放大倍数可达40—100万倍。它要求样品极薄，因此样品必须制备成50——70nm的超薄切片。

  2.扫描电子显微镜

  扫描电子显微镜是利用细电子束在样品上逐点逐行进行扫描,收集样品产生的某种信号,对样品表面的形态进行观察的装置。由光镜或TEM所产生的图像是平面的,而扫描电镜能观察样品表面凸凹不平的结构,得到立体的。富有真实感的图像。如:细胞表面的微绒毛、纤毛、伪足等.还可以观察冷冻断裂的组织内部结构。扫描电子显微镜的分辨率可达0.3nm,放大倍数可达20万倍。它主要是利用二次电子成像。扫描电镜的特点和应用如下：

  扫描电镜之所以能够在许多领域内得到广泛的应用，主要是扫描电镜有许多突出的优点：

  （1）扫描电镜能直接观察较大体积样品表面的三维立体结构，具有明显的真实感，这弥补了透射电镜的不足，因为透射电镜分辨率虽高，但样品必须是薄切片，因而只能观察物体的二维平面结构。正因为如此，所以扫描电镜在工业上应用非常广泛。

  （2）放大范围很宽，可以从10倍到20万倍之间连续变化。即使在高倍观察时，也能获得足够清晰的图象。

  （3）样品制备非常方便，如果是金属导电样品，直接就可以观察，如是非导电材料，只要镀上一层导电金属碳膜，就可以观察。因此，样品处理比透射电镜要简单得多。

  （4）当透射电镜的放大倍数增加时，透镜的焦深和景深随之减少，而扫描电镜在放大倍数变化时焦距不变，景深也基本不变。因此，观察和照相都很方便。

  （5）便于对样品进行综合分析，如果同EDX、Anger电子谱及电子衍射等仪器结合，即构成分析电镜，可在观察形态结构的同时进行化学元素的成份分析。

  （6）由于扫描电镜的图象不是透镜形成的几何光学图象，而是按照信号顺序依次记录的，因此，不仅可以避免透镜成像的缺陷，而且有利于图象分析与处理，把图象信号记录在磁带或磁盘上，便于以后需要时再现或用计算机进行图象处理，进一步提高图象质量。

  3.高分辨率的扫描透射电镜

  高分辨率的扫描透射电镜是20世纪70年代初期由美国芝加哥大学首先研制出来的一种新型电镜。

  其工作原理居于扫描电镜和透射电镜之间，既有扫描电镜和透射电镜的优点，又弥补了它们各自的缺陷，目前广泛使用的STEM主要分两类。

  （1）超高真空的场发射式电镜利用场发射电子枪可以获得很高的亮度，可获得的分辨率为0.2—0.3nm,已接近透射电镜的分辨率。但这种场发射电子枪必须处于超高真空，真空度达13.33×10-9pa（10-10mmHg以上），灯丝是单晶钨针尖，这是一种最具发展前途的电镜。但造价也极高。

  （2）附加在透射电镜或扫描电镜上的STEM

  这种STEM为附件型，一般附加在SEM或TEM上，其分辨率较低。如是透射电镜附件型,分辨率可达1—1.5nm,如是扫描电镜附件型分辨率一般只有4--6nm.这种附件型STEM主要用于X射线能谱、波谱分析或电子损失谱分析，用以观察元素的分布图。

  4.高压电子显微镜

  高压电子显微镜通常是指加速电压为200kv以上的透射电子显微镜。首先是由法国建成的。加速电压为1MV。高压电镜的基本原理与常规投射电镜相似，但体积却要大的多，一般相当于两三层楼房那样高，结构也很复杂。高压电镜的优点很多，其一，因为应用了超高压，所以可以获得高能电子束。常规100kv电镜中的样品厚度一般不超过100nm，而1000kv高压电镜中的样品厚度可接近10um.因此，对样品制备非常有利，特别是观察难以制成超薄切片的金属样品极为方便。其二，因为高压电镜的景深很长，所以用高压电镜观察时，厚样品中不同平面的细节均可清楚地成像在同一平面上，有利于立体像的拍摄，便于获得更丰富的三维结构信息。其三，高压电镜的样品室一般为环境样品室，因而有可能观察活体生物样品，这对生物医学研究有着广阔的前景。目前已取得了一些成果，如培养细胞、血细胞方面的研究。但高压电镜价格很高，维护困难，一般只在国家级的研究中心应用。

  5.低压电子显微镜

  高压电镜的电子束具有很强的穿透力，因而能使样品减少辐射损伤并能提高分辨率，但高压电镜使样品的反差明显减弱，这对生物样品大为不利。因而人们提出了使样品辐射损伤降低而反差增强的低压电镜。目前可在加速电压为3kv时获得1nm的分辨率。透射型低压电镜目前很少应用，主要是在SEM上配置低压装置，称高分辨率低压扫描电镜。

  6.环境扫描电子显微镜

  在环境扫描电镜出现以前，电镜研究用的生物样品均要经过脱水、树脂包埋等处理，以使电镜光源——电子束在高真空中穿透样品而成像。这种研究方法观察到的生物样品结构是死的、非实时的。因而，限制了电镜在生物医学中的应用。1995年国外推出了样品室压力在666.67——1333.33Pa(5—10mmHg)常压下的环境扫描电镜，可在几乎接近常压下观察生物样品，可以观察活体生物成长发育时的超微结构变化。因而，环境扫描电镜的出现，将使电镜在生物医学研究中产生惊人的飞跃。

  7.新型的电子显微镜

  扫描隧道显微镜、原子力显微镜，这两种显微镜是开展纳米科学研究的新型的纳米级显微镜。