電子顯微鏡的介紹

電子顯微鏡的介紹

我們常見(jiàn)的顯微鏡大都是光學(xué)顯微鏡，例如：生物顯微鏡，金相顯微鏡，體視顯微鏡，熒光顯微鏡，偏光顯微鏡等，光學(xué)顯微鏡是進(jìn)行微觀觀察的常用設(shè)備，但是光學(xué)顯微鏡的倍率有限，此時(shí)我們就需要一種具有更高分辨率和放大倍率的顯微鏡：電子顯微鏡。下面，就由上海巴拓儀器有限公司向您介紹一下幾種常用的電子顯微鏡。

1.透射電子顯微鏡

  透射電鏡是應(yīng)用最廣泛的一種電子顯微鏡,占使用電鏡的80%，其分辨率,放大倍率及各項(xiàng)性能比其它類型電鏡高,透射電鏡是用電子束照射標(biāo)本,用電磁透鏡收集穿透標(biāo)本的電子,并放大成像,用以顯示物體內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)的裝置。透射電鏡所產(chǎn)生的圖像是平面的。它的分辨率可達(dá)0.2nm。放大倍數(shù)可達(dá)40—100萬(wàn)倍。它要求樣品極薄，因此樣品必須制備成50——70nm的超薄切片。

  2.掃描電子顯微鏡

  掃描電子顯微鏡是利用細(xì)電子束在樣品上逐點(diǎn)逐行進(jìn)行掃描,收集樣品產(chǎn)生的某種信號(hào),對(duì)樣品表面的形態(tài)進(jìn)行觀察的裝置。由光鏡或TEM所產(chǎn)生的圖像是平面的,而掃描電鏡能觀察樣品表面凸凹不平的結(jié)構(gòu),得到立體的。富有真實(shí)感的圖像。如:細(xì)胞表面的微絨毛、纖毛、偽足等.還可以觀察冷凍斷裂的組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡的分辨率可達(dá)0.3nm,放大倍數(shù)可達(dá)20萬(wàn)倍。它主要是利用二次電子成像。掃描電鏡的特點(diǎn)和應(yīng)用如下：

  掃描電鏡之所以能夠在許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，主要是掃描電鏡有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：

  （1）掃描電鏡能直接觀察較大體積樣品表面的三維立體結(jié)構(gòu)，具有明顯的真實(shí)感，這彌補(bǔ)了透射電鏡的不足，因?yàn)橥干潆婄R分辨率雖高，但樣品必須是薄切片，因而只能觀察物體的二維平面結(jié)構(gòu)。正因?yàn)槿绱?，所以掃描電鏡在工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛。

  （2）放大范圍很寬，可以從10倍到20萬(wàn)倍之間連續(xù)變化。即使在高倍觀察時(shí)，也能獲得足夠清晰的圖象。

  （3）樣品制備非常方便，如果是金屬導(dǎo)電樣品，直接就可以觀察，如是非導(dǎo)電材料，只要鍍上一層導(dǎo)電金屬碳膜，就可以觀察。因此，樣品處理比透射電鏡要簡(jiǎn)單得多。

  （4）當(dāng)透射電鏡的放大倍數(shù)增加時(shí)，透鏡的焦深和景深隨之減少，而掃描電鏡在放大倍數(shù)變化時(shí)焦距不變，景深也基本不變。因此，觀察和照相都很方便。

  （5）便于對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析，如果同EDX、Anger電子譜及電子衍射等儀器結(jié)合，即構(gòu)成分析電鏡，可在觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)的同時(shí)進(jìn)行化學(xué)元素的成份分析。

  （6）由于掃描電鏡的圖象不是透鏡形成的幾何光學(xué)圖象，而是按照信號(hào)順序依次記錄的，因此，不僅可以避免透鏡成像的缺陷，而且有利于圖象分析與處理，把圖象信號(hào)記錄在磁帶或磁盤上，便于以后需要時(shí)再現(xiàn)或用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象處理，進(jìn)一步提高圖象質(zhì)量。

  3.高分辨率的掃描透射電鏡

  高分辨率的掃描透射電鏡是20世紀(jì)70年代初期由美國(guó)芝加哥大學(xué)首先研制出來(lái)的一種新型電鏡。

  其工作原理居于掃描電鏡和透射電鏡之間，既有掃描電鏡和透射電鏡的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了它們各自的缺陷，目前廣泛使用的STEM主要分兩類。

  （1）超高真空的場(chǎng)發(fā)射式電鏡利用場(chǎng)發(fā)射電子槍可以獲得很高的亮度，可獲得的分辨率為0.2—0.3nm,已接近透射電鏡的分辨率。但這種場(chǎng)發(fā)射電子槍必須處于超高真空，真空度達(dá)13.33×10-9pa（10-10mmHg以上），燈絲是單晶鎢針尖，這是一種最具發(fā)展前途的電鏡。但造價(jià)也極高。

  （2）附加在透射電鏡或掃描電鏡上的STEM

  這種STEM為附件型，一般附加在SEM或TEM上，其分辨率較低。如是透射電鏡附件型,分辨率可達(dá)1—1.5nm,如是掃描電鏡附件型分辨率一般只有4--6nm.這種附件型STEM主要用于X射線能譜、波譜分析或電子損失譜分析，用以觀察元素的分布圖。

  4.高壓電子顯微鏡

  高壓電子顯微鏡通常是指加速電壓為200kv以上的透射電子顯微鏡。首先是由法國(guó)建成的。加速電壓為1MV。高壓電鏡的基本原理與常規(guī)投射電鏡相似，但體積卻要大的多，一般相當(dāng)于兩三層樓房那樣高，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。高壓電鏡的優(yōu)點(diǎn)很多，其一，因?yàn)閼?yīng)用了超高壓，所以可以獲得高能電子束。常規(guī)100kv電鏡中的樣品厚度一般不超過(guò)100nm，而1000kv高壓電鏡中的樣品厚度可接近10um.因此，對(duì)樣品制備非常有利，特別是觀察難以制成超薄切片的金屬樣品極為方便。其二，因?yàn)楦邏弘婄R的景深很長(zhǎng)，所以用高壓電鏡觀察時(shí)，厚樣品中不同平面的細(xì)節(jié)均可清楚地成像在同一平面上，有利于立體像的拍攝，便于獲得更豐富的三維結(jié)構(gòu)信息。其三，高壓電鏡的樣品室一般為環(huán)境樣品室，因而有可能觀察活體生物樣品，這對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究有著廣闊的前景。目前已取得了一些成果，如培養(yǎng)細(xì)胞、血細(xì)胞方面的研究。但高壓電鏡價(jià)格很高，維護(hù)困難，一般只在國(guó)家級(jí)的研究中心應(yīng)用。

  5.低壓電子顯微鏡

  高壓電鏡的電子束具有很強(qiáng)的穿透力，因而能使樣品減少輻射損傷并能提高分辨率，但高壓電鏡使樣品的反差明顯減弱，這對(duì)生物樣品大為不利。因而人們提出了使樣品輻射損傷降低而反差增強(qiáng)的低壓電鏡。目前可在加速電壓為3kv時(shí)獲得1nm的分辨率。透射型低壓電鏡目前很少應(yīng)用，主要是在SEM上配置低壓裝置，稱高分辨率低壓掃描電鏡。

  6.環(huán)境掃描電子顯微鏡

  在環(huán)境掃描電鏡出現(xiàn)以前，電鏡研究用的生物樣品均要經(jīng)過(guò)脫水、樹脂包埋等處理，以使電鏡光源——電子束在高真空中穿透樣品而成像。這種研究方法觀察到的生物樣品結(jié)構(gòu)是死的、非實(shí)時(shí)的。因而，限制了電鏡在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。1995年國(guó)外推出了樣品室壓力在666.67——1333.33Pa(5—10mmHg)常壓下的環(huán)境掃描電鏡，可在幾乎接近常壓下觀察生物樣品，可以觀察活體生物成長(zhǎng)發(fā)育時(shí)的超微結(jié)構(gòu)變化。因而，環(huán)境掃描電鏡的出現(xiàn)，將使電鏡在生物醫(yī)學(xué)研究中產(chǎn)生驚人的飛躍。

  7.新型的電子顯微鏡

  掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡，這兩種顯微鏡是開(kāi)展納米科學(xué)研究的新型的納米級(jí)顯微鏡。