扫描电镜,透射电镜
扫描电镜,透射电镜技术
㈠序言
1．电镜发展史
2．电镜在生物医学中的作用
3．电镜进展：超高压电镜、扫描透射电镜、扫描隧道显微镜、分析电镜等
4．电镜与其它显微镜的区别
㈡透射电镜
1．概述
2. 基本原理
3．结构和操作
㈢扫描电镜
1．概述
2．成像原理
3. 结构和操作
㈣超薄切片技术
1．电镜对标本的要求
2．标本制备过程
3．人工假象问题
㈤扫描电镜样品制备
1．取材和予处理
2．生物样品干燥
3．生物样品导电
㈥免疫电镜
1．概述
2．方法
3．免疫金探针技术
㈦细胞化学技术
1．概述
2．电得赶胞化学技术
㈧细胞超微结构
1．正常细胞超微结构
2．超微结构的病理变化
3．人工假象
电子显微镜（electron microscope）
利用电子束对样品放大成像的显微镜,简称电镜。电镜的放大倍率可达百万，可分辨样品的最小细节为几个埃,而光学显微镜的放大倍率不过几千,其分辨率在理论上不能小于0.2微米,这是因为受光波波长的局限, 即可见光的波长不能小于4000埃。为此，它促使人们去寻找更短波长的照明物质。
根据波动学说，运动着的电子可以看作是一种电子波。电子运动的速度越高，电子波的波长越短。例如受200千伏高压加速的电子，其波长仅为0.025埃。这表明电子是一种理想的新光源。此外,20世纪20～30年代,证实了轴对称分布的电磁场具有能使电子束偏转、聚焦的作用，从而找到了相当于光学显微镜中的透镜──电子透镜。这就是具有高分辨率的电子显微镜产生的基础。
电子显微镜分为透射电镜和扫描电镜两大类(见彩图显微镜19世纪中期显微镜、显微镜带自动照相机的光学显微镜、显微镜装有场发射枪的扫描电子显微镜,分辨率为20□、显微镜超高压透射电子显微镜，加速电压可达到2000kV、显微镜R.虎克在17世纪中期制做的复式显微镜、显微镜20世纪初期的显微镜,数值孔径达1.4)。从性能方面看,光学显微镜不仅分辨率低，而且景深也很短。透射电镜具有极高的分辨率，但由于必须采用超薄样品（如厚度为几百甚至几十埃），所以景深的问题不突出。扫描电镜则在这个意义上填补了两者的空隙，即既有高分辨率，又有大景深（见表各类显微镜的光学参数）。注：此处所用电镜荧光屏尺寸为100平方毫米,观察者距荧光屏的位置为25厘米，人眼分辨率为0.2毫米。
透射电镜
原理透射电镜的工作原理和普通光学显微镜非常相似，包括照明系统、成像系统和观察、照相室等。
扫描电镜
结构和原理扫描电镜利用从块状样品表面收集到的信号电子成像,因此相当于一种“反射式”显微镜(个别情况下也可采用透射模式)。
发展方向
70年代以来，电镜的发展主要在：①不断提高分辨率，以求观察更精细的物质结构、微小的实体以至单个原子；②研制超高压电镜和特殊环境的样品室，以研究物体在自然状态下的形貌及动态性质；③研制能对样品进行综合分析（包括形态、结构和化学成分等）的设备。
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第一节扫描电子显微镜
(刘健魏正乾)
扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到1956年开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。
一．扫描电镜的特点
和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：
(一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。
(二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。
(三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。
(四) 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。
(五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。
(六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。
(七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。
二．扫描电镜的结构和工作原理
(一) 结构
1．镜筒
镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。
2．电子信号的收集与处理系统
在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器(图15(2)的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
3．电子信号的显示与记录系统
扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。
4．真空系统及电源系统
扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到10(4～10(5托的真空度。电源系统供给各部件所需的特定的电源。
(二) 工作原理
从电子枪阴极发出的直径20(m～30(m的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。第二节扫描电镜生物样品制备技术大多数生物样品都含有水分，而且比较柔软，因此，在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。
一．样品的初步处理
(一) 取材
取材的基本要求和透射电镜样品制备相同，可参考第十四章超薄切片技术中所提的要求。但是，对扫描电镜来说，样品可以稍大些，面积可达8mm×8mm，厚度可达5mm。对于易卷曲的样品如血管、胃肠道粘膜等，可固定在滤纸或卡片纸上，以充分暴露待观察的组织表面。
(二) 样品的清洗
用扫描电镜观察的部位常常是样品的表面，即组织的游离面。由于样品取自活体组织，其表面常有血液、组织液或粘液附着，这会遮盖样品的表面结构，影响观察。因此，在样品固定之前，要将这些附着物清洗干净。清洗的方法有以下几种：
1．用等渗的生理盐水或缓冲液清洗；
2．用5%的苏打水清洗；
3．用超声震荡或酶消化的方法进行处理。例如清洗肠粘膜表面的粘液，可用下面的方法：
清洗液配方：透明质酸酶300 (gα—糜蛋白酶10 mg生理盐水100 ml清洗液的pH为
5.5～6。清洗的方法是将样品浸泡在配好的清洗液中，边浸泡边震荡30分钟，最后用双蒸水洗3次。无论用哪种清洗方法，注意在清洗时不要损伤样品。
(三) 固定
固定所用的试剂和透射电镜样品制备相同，常用戊二醛及锇酸双固定。由于样品体积较大，固定时间应适当延长。也可用快速冷冻固定。
(四) 脱水
样品经漂洗后用逐级增高浓度的酒精或丙酮脱水，然后进入中间液，一般用醋酸异戊酯作中间液。
二．样品的干燥
扫描电镜观察样品要求在高真空中进行。无论是水或脱水溶液，在高真空中都会产生剧烈地汽化，不仅影响真空度、污染样品，还会破坏样品的微细结构。因此，样品在用电镜观察之前必须进行干燥。干燥的方法有以下几种：
(一) 空气干燥法
空气干燥法又称自然干燥法，就是将经过脱水的样品，让其暴露在空气中使脱水剂逐渐挥发干燥。这种方法的最大优点是简便易行和节省时间；它的主要缺点是在干燥过程中，组织会由于脱水剂挥发时表面张力的作用而产生收缩变形。因此，该方法一般只适用于表面较为坚硬的样品。
(二) 临界点干燥法
临界点干燥法是利用物质在临界状态时，其表面张力等于零的特性，使样品的液体完全汽化，并以气体方式排掉，来达到完全干燥的目的。这样就可以避免表面张力的影响，较好地保存样品的微细结构。此法操作较为方便，所用的时间也不算长，一般约2～3小时即可完成，所以是最为常用的干燥方法。但用此法，需要特殊仪器设备。
临界点干燥是在临界点干燥仪中进行的，操作步骤如下：
1．固定、脱水：按常规方法进行。如样品是用乙醇脱水的，在脱水至100%后，要用纯丙酮置换15～20分钟。
2．转入中间液：由纯丙酮转入中间液醋酸异戊酯中，时间约15～30分钟。
3．移至样品室：将样品从醋酸异戊酯中取出，放入样品盒，然后移至临界点干燥仪的样品室内，盖上盖并拧紧以防漏气。
4．用液体二氧化碳置换醋酸异戊酯：在达到临界状态(31(C , 72.8大气压)后，将温度再升高10(C，使液体二氧化碳气化，然后打开放气阀门，逐渐排出气体，样品即完全干燥。
(三) 冷冻干燥法
冷冻干燥法是将经过冷冻的样品置于高真空中，通过升华除去样品中的水分或脱水剂的过程。冷冻干燥的基础是冰从样品中升华，即水分从固态直接转化为气态，不经过中间的液态，不存在气相和液相之间的表面张力对样品的作用，从而减轻在干燥过程中对样品的损伤。冷冻干燥法有两种，即含水样品直接冷冻干燥和样品脱水后冷冻干燥。
1．含水样品直接冷冻干燥法
1.1 取材固定：按常规方法进行。
1.2 置于冷冻保护剂中：将样品置于冷冻保护剂中浸泡数小时。常用的冷冻保护剂为10%～20%二甲基亚砜水溶液，或15%～40%甘油水溶液。
1.3 骤冷：将经过保护剂处理的样品迅速投入用液氮预冷至(150(C的氟利昂冷冻剂中，使样品中的水分很快冻结。
1.4 干燥：将已冻结的样品移到冷冻干燥器内已预冷的样品台上，抽真空，经几小时或数天后，样品即达到干燥。
本方法不需要脱水，避免了有机溶剂对样品成分的抽提作用，不会使样品收缩，也是较
早使用的方法。但是，由于花费时间长，消耗液氮多，容易产生冰晶损伤，因此未被广泛应用。
2．样品脱水后冷冻干燥
样品用乙醇或丙酮脱水后过渡到某些易挥发的有机溶剂中，然后连同这些溶剂一起冷冻并在真空中升华而达到干燥。和前一种方法比较，本方法的优点是不会产生冰晶损伤，且干燥时间短。不足之处是有机溶剂对样品成分有抽提作用，造成部分内含物丢失。乙腈(acetonitrile)真空干燥法：这是一种利用乙腈在急速蒸发时会冷却固化的性质将样品干燥的方法。其操作步骤如下：
(1). 固定、水洗：按常规方法进行。
(2). 乙腈置换：使用50%?70%?80%?90%的乙腈水溶液置换，最后用100%乙腈代替，每步骤15～20分钟。
(3). 干燥：至纯乙腈时，放入真空镀膜台抽真空，乙腈和样品在真空中很快致冷而被冻结(冻结的温度为(45(C)，变成冰状固体。然后继续抽真空，使冻结的乙腈升华，约需30分钟，样品即达干燥。
样品干燥后要粘在样品台上。对于不镀膜而直接观察的样品，必须用导电胶来粘固；对于要镀膜的样品，则可以用胶水或万能胶来代替，微细的样品如粉末、纤维等也可用双面胶纸来粘贴。
三．样品的导电处理
生物样品经过脱水、干燥处理后，其表面不带电，导电性能也差。用扫描电镜观察时，当入射电子束打到样品上，会在样品表面产生电荷的积累，形成充电和放电效应，影响对图象的观察和拍照记录。因此在观察之前要进行导电处理，使样品表面导电。常用的导电方法有以下几种：
(一) 金属镀膜法
金属镀膜法是采用特殊装置将电阻率小的金属，如金、铂、钯等蒸发后覆盖在样品表面的方法。样品镀以金属膜后，不仅可以防止充电、放电效应，还可以减少电子束对样品的损伤作用，增加二次电子的产生率，获得良好的图象。
1．真空镀膜法
真空镀膜法是利用真空膜仪进行的。其原理是在高真空状态下把所要喷镀的金属加热，当加热到熔点以上时，会蒸发成极细小的颗粒喷射到样品上，在样品表面形成一层金属膜，使样品导电。喷镀用的金属材料应选择熔点低、化学性能稳定、在高温下和钨不起作用以及有高的二次电子产生率、膜本身没有结构。现在一般选用金或金和碳。为了获得细的颗粒，有用铂或用金—钯、铂—钯合金的。金属膜的厚度一般为10nm～20nm。真空镀膜法所形成的膜，金属颗粒较粗，膜不够均匀，操作较复杂并且费时，目前已经较少使用。
2．离子溅射镀膜法
在低真空(0.1～0.01乇)状态下，在阳极与阴极两个电极之间加上几百至上千伏的直流电压时，电极之间会产生辉光放电。在放电的过程中，气体分子被电离成带正电的阳离子和带负电的电子，并在电场的作用下，阳离子被加速跑向阴极，而电子被加速跑向阳极。如果阴极用金属作为电极(常称靶极)，那么在阳离子冲击其表面时，就会将其表面的金属粒子打出，这种现象称为溅射。此时被溅射的金属粒子是中性，即不受电场的作用，而靠重力作用下落。如果将样品置于下面，被溅射的金属粒子就会落到样品表面，形成一层金属膜，用这种方法给样品表面镀膜，称为离子溅射镀膜法，图15(3显示该法的原理。
图15(3 离子溅射镀膜法原理图
和真空镀膜法比较，离子溅射镀膜法具有以下优点：(1)由于从阴极上飞溅出来的金属粒子的方向是不一致的，因而金属粒子能够进入到样品表面的缝隙和凹陷处，使样品表面均
匀地镀上一层金属膜，对于表面凹凸不平的样品，也能形成很好的金属膜，且颗粒较细。(2)受辐射热影响较小，对样品的损伤小。(3)消耗金属少。(4)所需真空度低，节省时间。
(二) 组织导电法
用金属镀膜法使样品表面导电，需要特殊的设备，操作比较复杂，同时对样品有一定程度的损伤。为了克服这些不足，有人采用组织导电法(又称导电染色法)，即利用某些金属溶液对生物样品中的蛋白质?脂类和醣类等成分的结合作用，使样品表面离子化或产生导电性能好的金属盐类化合物，从而提高样品耐受电子束轰击的能力和导电率。
此法的基本处理过程是将经过固定、清洗的样品，用特殊的试剂处理后即可观察。由于不经过金属镀膜，所以不仅能节省时间，而且可以提高分辨率，还具有坚韧组织，加强固定效果的作用。
组织导电法主要有碘化钾导电染色法、碘化钾--醋酸铅导电法、丹宁酸—锇酸导电法等。比较常用的是丹宁酸—锇酸导电法，其具体操作方法如下：
(1)．样品处理：按常规方法取材、清洗及用戊二醛固定。
(2)．导电染色：将样品放入2%～4%丹宁酸溶液中浸泡。如果观察表面结构，浸泡时间为30分钟；如果观察内部结构，浸泡时间为8小时，即可过夜。在浸泡过程中，可更换一次溶液。
(3)．清洗及再固定：用磷酸缓冲液充分清洗，然后放入1%锇酸中固定2～4小时，再用磷酸缓冲液清洗。
(4)．脱水和干燥：按常规方法。
(5)．扫描电镜观察。
四．几种特殊的样品制备技术
(一) 细胞内部结构冷冻割断法
1972年，日本学者田中敬一采用冷冻树脂割断法将细胞打开，用扫描电镜观察细胞的内部结构。后来他又以二甲基亚砜代替树脂进行冷冻割断取得成功，该方法简便，结构清晰，已得到广泛应用。其操作方法如下：
1．取材和固定：为了使细胞结构清晰，不被过多的血细胞污染，可在取材前用灌注法冲洗。即先将动物麻醉，经腹主动脉注入生理盐水或低分子量的右,切开下腔静脉放血，至无血色为止。然后迅速取材，将样品修成1mm×1mm×5mm大小，投入1%锇酸溶液中固定1小时，用1/15M磷酸缓冲液(pH7.4)清洗两次，每次10分钟。
2．二甲基亚浸泡：将样品依次放入25%、50%二甲基亚砜溶液中，各浸泡30分钟。
3．割断：用TF—1型冷冻割断装置进行割断。然后将割断后的样品放到50%二甲基亚砜中，等融化后再用1/15M磷酸缓冲液浸洗，每次10分钟，换液5次。
4．软化及后固定：将样品放入0.1%锇酸中软化，温度20(C，时间48～72小时。然后用1% 八固定1小时，双蒸水浸洗1小时，换液几次，需彻底清洗干净。
5．导电染色：将样品放入2%丹宁酸中2小时(或过夜)，以双蒸水清洗1小时，换液几次。再以1% 八固定30～60分钟，双蒸水清洗1小时。
6．脱水、干燥及镀膜：按常规方法进行。
(二) 铸型技术
为了研究空腔脏器特别是血管系统复杂的立体分布，先向腔内注射某种成形物质，待该物硬化后再把组织腐蚀去掉，剩下的成形物即能显示血管系统的立体分布，这种技术称铸型技术。如果是研究血管系统，称为血管铸型。用铸型技术制作的标本，经过镀膜后，就可进行扫描电镜观察。
常用的铸型剂有甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯及其共聚物以及ABS等。ABS是一种树脂，为丙烯晴、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，被认为是比较理想的铸型剂。下面简单介绍用ABS
制作血管铸型标本的方法：
1．灌流和注入铸型剂
首先将准备灌注的器官取下或保持自然位置，找到动脉，插入玻璃管或静脉穿刺针，并以粗丝线结扎之，用普通流水或温盐水将血管中的血液冲洗干净。然后灌注铸型剂ABS丁酮溶液，浓度为5%～30%，注入的压力为100mmHg。注入铸型剂的脏器，可以放在50(C～60(C 的温水中浸泡6小时左右，这样既能保持脏器的原形，也有助于铸型剂的硬化。
2．腐蚀和清洗
将标本放入10%～20%氢氧化钠或氢氧化钾溶液中腐蚀，也有放20%～30%盐酸中腐蚀。时间一般为5～7天。若用稀盐酸腐蚀，可加入5%～10%胃蛋白酶，腐蚀的效果更好。然后用流水将血管铸型周围被腐蚀的组织冲洗干净，时间为24～72小时，冲洗的速度要慢。
3．显微解剖和剥制铸型
为了暴露和切取要观察的部分，需要在解剖显微镜下进行。如果铸型太硬，可将铸型浸入酒精中，加温至40～60(C，能使铸型变软，便于解剖和切取。
4．干燥和镀膜
将切取的铸型用蒸馏水洗干净，用滤纸吸干后放37(C温箱中30～60分钟，最后放干燥缸中保存。镀膜可用真空喷镀，也可用离子镀膜，方法同前。镀膜后就可用扫描电镜观察。
(三) 盐酸化学消化法
为了研究被观察细胞的基底面及深层细胞表面，可采用盐酸化学消化法制备样品。
1．固定和清洗：同常规方法。
2．盐酸消化：用8mol/L盐酸消化和腐蚀，其温度与时间根据不同组织而异。
3．清洁样品：用2%～5%Tween20作用3小时，以清洁样品和稳定其结构。
4．脱水、干燥和镀膜：按常规方法处理。
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自从1933年德国Ruska和Knoll等人在柏林制成第一台电子显微镜后，几十年来，有许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世。如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、场电子显微镜（FEM ）、场离子显微镜（FIM）、低能电子衍射（LEED）、俄歇谱仪（AES）、光电子能谱（ESCA）、电子探针等。这些技术在表面科学各领域的研究中起着重要的作用。但任何一种技术在应用中都会存在这样或那样的局限性，例如，LEED及X射线衍射等衍射方法要求样品具备周期性结构，光学显微镜和SEM的分辨率不足以分辨出表面原子，高分辨TEM主要用于薄层样品的体相和界面研究，FEM和FIM只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子结构和二维几何性质，且制样技术复杂，可用来作为样品的研究十分有限；还有一些表面分析技术，如X射线光电子能谱(ELS)等只能提供空间平均的电子结构信息；有的技术只能获得间接结果，还需要用试差模型来拟合。此外，上述一些分析技术对测量环境也有特殊要求，例如真空条件等。
1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛·宾尼（Gerd Binnig）博士和海·罗雷尔(Heinrich Rohrer)博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,以下简称STM）。它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一。为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。
在STM出现以后，又陆续发展了一系列工作原理相似的新型显微技术，包括原子力显微镜（Atomic Force Microscope,以下简称AFM）、横向力显微镜（Lateral Force Microscope,以下简称LFM）等，这类基于探针对被测样品进行扫描成象的显微镜统称为扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope,以下简称SPM）。
与其它表面分析技术相比，SPM所具有的独特优点可归纳为以下五条：
1、原子级高分辨率。如STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm，即可以分辨出单个原子，具有原子级的分辨率。
2、可实时地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。这种可实时观测的性能可用于表面扩散等动态过程的研究。
3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整个表面的平均性质。因而可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。这些特点适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过程中电极表面变化的监测等。
5、配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。
如果将应用范围较接近于SPM的电子显微镜、场离子显微镜与其作一简略比较（见表1），就可对STM仪器的特点及优越性有一清晰的认识。
表1. 扫描探针显微镜（SPM）与其他显微镜技术的各项性能指标比较分辨率工作环境
样品环境温度对样品破坏程度检测深度
扫描探针显微镜（SPM）
原子级(0.1nm) 实环境、大气、溶液、真空室温或低温无100μm量级透射电镜（TEM）点分辨(0.3~0.5nm)晶格分辨(0.1~0.2nm) 高真空室温小接近SEM,但实际上为样品厚度所限，一般小于100nm.
扫描电镜（SEM）6~10nm 高真空室温小10mm (10倍时)1μm (10000倍时)
场离子显微镜（FIM）原子级超高真空30~80K 有原子厚度
此外，在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积孝价格便宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也十分低廉，因此，SPM技术一经发明，就带动纳米科技快速发展，并在很短的时间内得到广泛应用。
----摘自白春礼《扫描隧道显微术及其应用》（上海科技出版社，1992）
扫描电镜SEM
扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X 射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。 电子束与固体样品的相互作用 扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得对是试样表面性貌的观察。 具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。
电子束和固体样品表面作用时的物理现象 一、背射电子 背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。 弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度 的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。 从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如下图所示。 电子束在试样中的散射示意图
背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。 二、二次电子 二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。 二次电子来自表面5-10nm的区域，能量为0-50eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。扫描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。 二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决与表面形貌。三、特征X射线
扫描和投射电镜
1扫描电镜的工作原理 扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。 电子束和固体样品表面作用时的物理现象：当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征X射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。 由电子枪发射的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成能谱仪可以获得且具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作，产生二次电子发射（以及其它物理信号）。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，则可以得到反映试样表面形貌的二次电子像[1]。 2扫描电镜的构成 主要包括以下几个部分： 1.电子枪——产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成 2.照明系统——聚集电子使之成为一定强度的电子束。由两级聚光镜组合而成。 3.样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。 4.成像系统——像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。 5.观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。 6.照相室——记录像的地方。 7.除了上述的电子光学部分外，还有电气系统和真空系统。提供电镜的各种电压、电流及完成控制功能 3扫描电镜在材料科学中的应用[2] 3.1铁电畴的观测 压电陶瓷由于具有较大的力电功能转换率及良好的性能可调控性等特点在多层陶瓷驱动器、微位移器、换能器以及机敏材料与器件等领域获得了广泛的应用。随着现代技术的发展，铁电和压电陶瓷材料与器件正向小型化、集成化、多功能化、智能化、高性能和复合结构发展，并在新型陶瓷材料的开发和研究中发挥重要作用。铁电畴（简称电畴）是其物理基础，电畴的结构及畴变规律直接决定了铁电体物理性质和应用方向。电子显微术是观测电畴的主要方法，其优点在于分辨率高，可直接观察电畴和畴壁的显微结构及相变的动态原位观察（电畴壁的迁移）。扫描电子显微镜观测电畴是通过对样品表面预先进行化学腐蚀来实现的，由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样，利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察。因此，可以将样品表面预先进行化学腐蚀后，利用扫描电子显微镜图像中的黑白衬度来判断不同取向的电畴结构。对不同的铁电晶体选择合适的腐蚀剂种类、浓度、腐蚀时间和温度都能显示良好的畴图样扫描电子显微镜与其他设备的组合以实现多种分析功能。 3.2材料的组织形貌观察 材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌，都可以借助扫描电镜来判断，分析反射式的光学显微镜直接观察大块试样很方便，但其分辨率、放大倍数和景深都比较低而扫描电子显微镜的样品制备简单，可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位
电镜练习题及参考答案
. 一、电镜练习题及答案 一、透射电镜标本取材的基本要求并简要说明。 答：取材的基本要求如下： 组织从生物活体取下以后，如果不立即进行及时固定处理，就有可能出现缺血缺氧后的细胞超微结构的改变，如细胞出现细胞器变性或溶解等现象，这些都可造成电镜观察中的人为假象，直接影响观察结果分析，甚至导致实验失败。此外，由于处理不当造成组织微生物污染，导致细胞的超微结构结构遭受破坏。 因此，为了使细胞结构尽可能保持生前状态，取材成败是关键，取材成功的关键在于操 作者必须要注意把握“快、小、冷、准”四个取材要点。 (1)．快：就是指取材动作要迅速，组织从活体取下后应在最短时间(争取在1～2分钟之内)投 入前固定液。对于实验动物，最好在断血流、断气之前就进行取 材，以免缺血缺氧后使细胞代谢发生改变而破坏细胞的超微结构。当然，最好是采用灌注固定法。为了使前固定的效果更佳，组织块要充分和固定液混合，应采用振荡固定10分钟以上，有条件的可采用微波固定法固定。 (2)．小：由于常用的固定剂渗透能力较弱，组织块如果太大，块的内部将不能 3 得到良好的固定。因此所取组织的体积要小，一般不超过1mm。为便于定向包埋，可将组织修 成大小约1mm×1mm×2mm长条形。 (3)．冷：为了防止酶对自身细胞的酶解作用，取材操作最好在低温(5℃～15℃)环境下进行， 这样可以降低酶的活性，防止细胞自溶。所采用的固定剂以及取材器械要预先在冰箱(5℃）中 存放一段时间。 (4)．准：就是取材部位要准确，这就要求取材者对所取的组织解剖部位要熟悉，必须取到与 实验要求相关的部位，不同实验组别间要取相同部位，如需要定向包埋的标本，则要作好定向 取材工作。 此外，还要求操作动作轻柔，熟练，尽量避免牵拉、挫伤与挤压对组织造成的人为损伤。 二、什么是瑞利准则？电镜与光镜在原理上有何相似和不同之 处？ 答：1、光线通过二个比较靠近的小孔时，这二个小孔的衍射图会重叠在一起。 当一个衍射图的中央亮斑正好落在另一个衍射图的第一暗环中心时，这二个点刚可以分辩。 这就是显微镜分辩本领的瑞利准则。 2、相似点：光学显微镜是利用玻璃制作的透镜对光进行折射，将一物点发出不同角度 的光线最终会聚成一个像点。电子显微镜是以电子束作为光源，利用电磁透镜产生的电 场或磁场折射电子束，并通过电子束轰击荧光屏激发荧光而达到成像目的。 不同点：光镜的照明源是可见光，而电镜是用电子束照明。光镜的透镜用玻璃制成，而 电镜的透镜是轴对称的电场或磁场。 三、简述透射电镜及扫描电镜样品制作流程 答：1、透射电镜样品制作流程为取材——漂洗（生理盐水）——前固定（2.5%戊二醛，4oC冰箱2小时以上）——漂洗（0.1M磷酸缓冲液，3次，45分 范文.
扫描电镜的基本结构和工作原理
扫描电镜的基本结构和工作原理 扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。 扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。 扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。 三、扫描电镜图像衬度观察 1．样品制备 扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可以直接进行观察。但在有些情况下需对样品进行必要的处理。 1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。 2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。 3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm 为宜。 2．表面形貌衬度观察 二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。 二次电子像的分辨率较高，一般约在3～6nm。其分辨率的高低主要取决于束斑直径，而实际上真正达到的分辨率与样品本身的性质、制备方法，以及电镜的操作条件如高匝、扫描速度、光强度、工作距离、样品的倾斜角等因素有关，在最理想的状态下，目前可达的最佳分辩率为lnm。 扫描电镜图像表面形貌衬度几乎可以用于显示任何样品表面的超微信息，其应用已渗透到许多科学研究领域，在失效分析、刑事案件侦破、病理诊断等技术部门也得到广泛应用。在材料科学研究领域，表面形貌衬度在断口分析等方面显示有突出的优越性。下面就以断口分析等方面的研究为例说明表面形貌衬度的应用。 利用试样或构件断口的二次电子像所显示的表面形貌特征，可以获得有关裂纹的起源、裂纹扩展的途径以及断裂方式等信息，根据断口的微观形貌特征可以分析裂纹萌生的原因、裂纹的扩展途径以及断裂机制。图实5-1是比较常见的金属断口形貌二次电子像。较典型的
(完整版)透射电子显微镜的现状与展望
透射电子显微镜的现状与展望 透射电子显微镜方面主要有：高分辨电子显微学及原子像的观察，像差校正电子显微镜，原子尺度电子全息学，表面的高分辨电子显微正面成像，超高压电子显微镜，中等电压电镜，120kV，100kV分析电镜，场发射枪扫描透射电镜及能量选择电镜等，透射电镜将又一次面 临新的重大突破；扫描电子显微镜方面主要有：分析扫描电镜和X射线能谱仪、X射线波谱仪和电子探针仪、场发射枪扫描电镜和低压扫描电镜、超大试样室扫描电镜、环境扫描电镜、扫描电声显微镜、测长／缺陷检测扫描电镜、晶体学取向成像扫描电子显微术和计算机控制扫描电镜等。扫描电镜的分辨本领可望达到0.2—0.3nm并观察到原子像。 电子显微镜(简称电镜，EM)经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。我国的电子显微学也有了长足的进展。电子显微镜的创制者鲁斯卡(E.Ruska)教授因而获得了1986年诺贝尔奖的物理奖。电子与物质相互作用会产生透射电子，弹性散射电子，能量损失电子，二次电子，背反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子，阴极发光和电动力等等。电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。电子显微镜有很多类型，主要有透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则兼有两者的性能。 为了进一步表征仪器的特点，有以加速电压区分的，如：超高压(1MV)和中等电压(200— 500kV)透射电镜、低电压(～1kV)扫描电镜；有以电子枪类型区分的，如场发射枪电镜；有以用途区分的，如高分辨电镜，分析电镜、能量选择电镜、生物电镜、环境电镜、原位电镜、测长CD-扫描电镜；有以激发的信息命名的，如电子探针X射线微区分析仪(简称电子探针，EPMA)等。半个多世纪以来电子显微学的奋斗目标主要是力求观察更微小的物体结构、更细小的实体、甚至单个原子，并获得有关试样的更多的信息，如标征非晶和微晶，成分分布，晶粒形状和尺寸，晶体的相、晶体的取向、晶界和晶体缺陷等特征，以便对材料的显微结构进行综合分析及标征研究。近来，电子显微镜(电子显微学)，包括扫描隧道显微镜等，又有 了长足的发展。下面见介绍部分透射电镜和扫描电镜的主要性能 1.高分辨电子显微学及原子像的观察 材料的宏观性能往往与其本身的成分、结构以及晶体缺陷中原子的位置等密切相关。观察试样中单个原子像是科学界长期追求的目标。一个原子的直径约为1千万分之2—3mm。 因此，要分辨出每个原子的位置需要0.1nm左右的分辨本领，并把它放大约1千万倍。70年
简述扫描电镜的构造及成像原理资料讲解
简述扫描电镜的构造及成像原理，试分析其与透射电镜在样品表征方面的异同 1、扫描电镜的构造 扫描电镜由电子光学系统、信号收集和图像显示系统、和真空系统三部分组成。 1.1 电子光学系统（镜筒） 电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。 1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。 1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室和透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。
1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。 1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。 1.2 信号的收集和图像显示系统 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪烁计数器来检测。信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。如前所述，由于镜筒中的电子束和显像管中电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。 1.3 真空系统 为保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作，对镜筒内的真空度有一定的要求。一般情况下，如果真空系统能提供1.33×10-2 -1.33×10-3 Pa的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空度不足，除样品被严重污染外，还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。 2、扫描电镜的成像原理 扫描电镜是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。 3、分析扫描电镜与透射电镜在样品表征方面的异同 3.1 结构差异 主要体现在样品在电子束光路中的位置不同，透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端，
扫描电镜和透射电镜的区别
扫描电镜和透射电镜的区别 怡星有限公司 電子顯微鏡分類 電子顯微鏡按結構和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發射式電子顯微鏡等。透射式電子顯微鏡常用於觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細微物質結構；掃描式電子顯微鏡主要用於觀察固體表面的形貌，也能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結合，構成電子微探針，用於物質成分分析；發射式電子顯微鏡用於自發射電子錶面的研究。 透射式電子顯微鏡 透射式電子顯微鏡因電子束穿透樣品後，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學顯微鏡相仿。在這種電子顯微鏡中，圖像細節的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至會因吸收電子束的能量而被損傷或破壞。 透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發射出、通過第一，第二兩個聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過樣品後由物鏡成像於中間鏡上，再通過中間鏡和投影鏡逐級放大，成像於螢光屏或照相乾版上。 中間鏡主要通過對勵磁電流的調節，放大倍數可從幾十倍連續地變化到幾十萬倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。為了能研究較厚的金屬切片樣品，法國杜洛斯電子光學實驗室研製出加速電壓為3500千伏的超高壓電子顯微鏡。 掃描式電子顯微鏡 掃描式電子顯微鏡的電子束不穿過樣品，僅在樣品表面掃描激發出二次電子。放在樣品旁的閃爍體接收這些二次電子，通過放大後調製顯像管的電子束強度，從而改變顯像管螢光屏上的亮度。顯像管的偏轉線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的螢光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業電視機的工作原理相類似。 掃描式電子顯微鏡的解析度主要決定於樣品表面上電子束的直徑。放大倍數是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續地變化到幾十萬倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強的立體感；能利用電子束與物質相互作用而產生的二次電子、吸收電子和X射線等資訊分析物質成分。 掃描式電子顯微鏡的電子槍和聚光鏡與透射式電子顯微鏡的大致相同，但是為了使電子束更細，在聚光鏡下又增加了物鏡和消像散器，在物鏡內部還裝有兩組互相垂直的掃描線圈。物鏡下面的樣品室內裝有可以移動、轉動和傾斜的樣品台
电镜区别
偏光显微镜、扫描电镜和投射电镜的区别 (2010-03-22 10:46:01) 偏光显微镜： 偏光显微镜是光学显微镜的一种，光学显微镜可用于研究透明和不透明材料的形态结构。高分子材料结构研究的许多内容在光学显微镜的分辨尺寸内，如高分子的结晶形态、结晶过程和取向等；共混或者嵌段、接枝共聚物的相结构；复合材料的多相结构以及高分子液晶的织态结构等。偏光显微镜是在普通光学显微镜上分别在试样台上各加一片偏振片。偏振片只允许在某一特定方向上振动的光通过。偏光显微镜是一种适用于研究球晶结构以及取向度的非常有用的一起。高聚物在熔融和无定形时呈现光学各向同性，即各方向上折射率相同，完全不能通过检偏片，因而视野全暗。当高聚物存在晶态或取向时，光学性质随方向而异，产生双折射，视野明亮，可以观察到结构形态。也就是大家所熟悉的球晶的黑十字消光现象。在高聚物多相体系研究中，对于共混和共聚，如果其中有一相可以结晶，可用于偏光显微镜直接研究其多相体系的结构。实质的含义是各相同性的是不透明的，结晶的地方是透明的。 电子显微镜可以研究高分子晶体的形貌和结构，高分子多相、微观相分离结构、高分子材料的表面和界面、断口、粘合剂的粘结效果等。目前应用较为广泛的是透射电子显微镜和扫描电子显微镜。扫描电镜是近几年发展起来的一种电子仪器，使研究三维表面结构的有力工具，他比透射电镜优越，如分辨率高、发达倍数大等。 电子显微镜（以下简称电镜）属电子光学仪器。由于电子的德布罗意波波长比光波短几个量级，所以电镜具有高分辨成像的能力。首先发明的是透射电镜，由M.诺尔和E.鲁斯卡于1932年发明并突破了光学显微镜分辨极限。透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投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、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2nm、光学显微镜下无法看清的结构，又称"亚显微结构"。透射电镜(TEM)样品必须制成电子能穿透的，厚度为100～2000埃的薄膜。成像方式与光学生物显微镜相似，只是以电子透镜代替玻璃透镜。放大后的电子像在荧光屏上显示出来. 透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况： 吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。
扫描电镜,透射电镜
扫描电镜,透射电镜技术 ㈠序言 1．电镜发展史 2．电镜在生物医学中的作用 3．电镜进展：超高压电镜、扫描透射电镜、扫描隧道显微镜、分析电镜等 4．电镜与其它显微镜的区别 ㈡透射电镜 1．概述 2. 基本原理 3．结构和操作 ㈢扫描电镜 1．概述 2．成像原理 3. 结构和操作 ㈣超薄切片技术 1．电镜对标本的要求 2．标本制备过程 3．人工假象问题 ㈤扫描电镜样品制备 1．取材和予处理 2．生物样品干燥 3．生物样品导电 ㈥免疫电镜 1．概述 2．方法 3．免疫金探针技术 ㈦细胞化学技术 1．概述 2．电得赶胞化学技术 ㈧细胞超微结构 1．正常细胞超微结构 2．超微结构的病理变化 3．人工假象 电子显微镜（electron microscope） 利用电子束对样品放大成像的显微镜,简称电镜。电镜的放大倍率可达百万，可分辨样品的最小细节为几个埃,而光学显微镜的放大倍率不过几千,其分辨率在理论上不能小于0.2微米,这是因为受光波波长的局限, 即可见光的波长不能小于4000埃。为此，它促使人们去寻找更短波长的照明物质。 根据波动学说，运动着的电子可以看作是一种电子波。电子运动的速度越高，电子波的波长越短。例如受200千伏高压加速的电子，其波长仅为0.025埃。这表明电子是一种理想的新光源。此外,20世纪20～30年代,证实了轴对称分布的电磁场具有能使电子束偏转、聚焦的作用，从而找到了相当于光学显微镜中的透镜──电子透镜。这就是具有高分辨率的电子显微镜产生的基础。
电子显微镜分为透射电镜和扫描电镜两大类(见彩图显微镜19世纪中期显微镜、显微镜带自动照相机的光学显微镜、显微镜装有场发射枪的扫描电子显微镜,分辨率为20□、显微镜超高压透射电子显微镜，加速电压可达到2000kV、显微镜R.虎克在17世纪中期制做的复式显微镜、显微镜20世纪初期的显微镜,数值孔径达1.4)。从性能方面看,光学显微镜不仅分辨率低，而且景深也很短。透射电镜具有极高的分辨率，但由于必须采用超薄样品（如厚度为几百甚至几十埃），所以景深的问题不突出。扫描电镜则在这个意义上填补了两者的空隙，即既有高分辨率，又有大景深（见表各类显微镜的光学参数）。注：此处所用电镜荧光屏尺寸为100平方毫米,观察者距荧光屏的位置为25厘米，人眼分辨率为0.2毫米。 透射电镜 原理透射电镜的工作原理和普通光学显微镜非常相似，包括照明系统、成像系统和观察、照相室等。 扫描电镜 结构和原理扫描电镜利用从块状样品表面收集到的信号电子成像,因此相当于一种“反射式”显微镜(个别情况下也可采用透射模式)。 发展方向 70年代以来，电镜的发展主要在：①不断提高分辨率，以求观察更精细的物质结构、微小的实体以至单个原子；②研制超高压电镜和特殊环境的样品室，以研究物体在自然状态下的形貌及动态性质；③研制能对样品进行综合分析（包括形态、结构和化学成分等）的设备。 ---------------------------------------------------------------------------------- 第一节扫描电子显微镜 (刘健魏正乾) 扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到1956年开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。 一．扫描电镜的特点 和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点： (一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。 (二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。 (三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。 (四) 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。 (五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。 (六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。 二．扫描电镜的结构和工作原理 (一) 结构 1．镜筒
扫描电镜和透射电镜的异同-张文强
扫描电镜和透射电镜的异同 化学化工学院 15级应用化学 1032011523043 张文强 通俗的说扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的只是表面的立体三维的图象因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子而透射电竟就相当于普通显微镜只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光从而实现了显微是二维的图象会看到表面的图象的同时也看到内层物质就想我们拍的X光片似的内脏骨骼什么的都重叠着显现出来总结就是透射虽然能看见内部但是不立体扫描立体但是不能看见内部只局限与表面最后写论文的时候就用了扫描电镜的图，你说看主要做形貌，凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过要要注意扫描电镜目前分辨率，看看能否达到实验要求。两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。如果需要进一步观察表面形貌，需要使用扫描探针显微镜SPM（AFM，STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解，需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。当然很多时候对于nm 材料的形搜索态也使用TEM观察。区别扫描电镜观察的是样品表面的形态，而透射电镜是观察样品结构形态的。一般情况下，透射电镜放大倍数更大，真空要求也更高。扫描电镜可以看比较“大”的样品，最大可以达到直径200mm以上，高度80mm左右，而透射电镜的样品只能放在直径3mm 左右的铜网上进行观察。一、分析信号(1)扫描电镜扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。扫描电子显微镜正是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息；对X射线的采集，可得到物质化学成分的信息。(2)透射电镜根据德布罗意（De Broglie,20世纪法国科学家）提出的运动的微观粒子具有波粒二象性的观点，电子束流也具有波动性，而且电子波的波长比可见光要短得多（例如200千伏加速电压下电子波波长为0.00251纳米），显然，如果用电子束作光源制成的显微镜将具有比光学显微镜高得多的分辨能力。更重要的是，由于电子在电场中会受到电场力运动，以及运动的电子在磁场中会受到洛伦兹力的作用而发生偏转，这使得使用科学手段使电子束聚焦和成像成为可能。 二、结构 (1)扫描电镜 1．镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束直径约几个(nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。 2．电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
扫描电镜SEM&透射电镜TEM简介
扫描电镜SEM&透射电镜TEM简介 1. 光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质，由于电子束波长远较可见光小，故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍，扫描式显微镜可放大到10000倍以上。 2. 根据de Broglie波动理论，电子的波长仅与加速电压有关： λe=h / mv= h / (2qmV)1/2=12.2 / (V)1/2 (?) 在 10 KV 的加速电压之下，电子的波长仅为0.12?，远低于可见光的4000 - 7000?，所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多，但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100?之间，电子与原子核的弹性散射 (Elastic Scattering) 与非弹性散射(Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大，因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。 3. 扫描式显微镜有一重要特色是具有超大的景深(depth of field)，约为光学显微镜的300倍，使得扫描式显微镜比光学显微镜更适合观察表面起伏程度较大的样品。 4. 扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。 5. 电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。 6. 热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。
扫描、透射电镜在材料科学中的应用
扫描、透射电镜在材料科学中的应用 摘要：在科学技术快速发展的今天，人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界，电子显微镜的发明解决了这个问题。电子显微镜可分为扫描电了显微镜简称扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜简称透射电镜(TEM)两大类。本文主要介绍扫描、透射电镜工作原理、结构特点及其发展，阐述了其在材料科学领域中的应用。 1扫描电镜的工作原理 从电子枪阴极发出的直径20mm～30mm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。 2扫描电镜的构成 主要包括以下几个部分： 1.电子枪——产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成 2.照明系统——聚集电子使之成为有一定强度的电子束。由两级聚光镜组合而成。 3.样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。 4.成像系统——像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。 5.观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。 6.照相室——记录像的地方。 7.除了上述的电子光学部分外，还有电气系统和真空系统。提供电镜的各种电压、电流及完成控制功能。 3扫描电镜在材料科学中的应用 3.1.材料的组织形貌观察 材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌，都可以借助扫描电镜来判断和分析反射式的光学显微镜直接观察大块试样很方便，但其分辨率、放大倍数和景深都比较低而扫描电子显微镜的样品制备简单，可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析；扫描电子显微图像因真实、清晰，并富有立体感，在金属断口和显微组织三维形态的观察研究方面获得了广泛地应用。 3.2.镀层表面形貌分析和深度检测 有时为利于机械加工，在工序之间也进行镀膜处理由于镀膜的表面形貌和深度对使用性能具有重要影响，所以常常被作为研究的技术指标镀膜的深度很薄，由于光学显微镜放大倍数的局限性，使用金相方法检测镀膜的深度和镀层与母材的结合情况比较困难，而扫描电镜却可以很容易完成使用扫描电镜观察分析镀层表面形貌是方便、易行的最有效的方法，样品无需制备，只需直接放入样品室内
电镜练习题及参考答案
一、电镜练习题及答案 一、透射电镜标本取材的基本要求并简要说明。 答：取材的基本要求如下： 组织从生物活体取下以后，如果不立即进行及时固定处理，就有可能出现缺血缺氧后的细胞超微结构的改变，如细胞出现细胞器变性或溶解等现象，这些都可造成电镜观察中的人为假象，直接影响观察结果分析，甚至导致实验失败。此外，由于处理不当造成组织微生物污染，导致细胞的超微结构结构遭受破坏。 因此，为了使细胞结构尽可能保持生前状态，取材成败是关键，取材成功的关键在于操作者必须要注意把握“快、小、冷、准”四个取材要点。(1)．快：就是指取材动作要迅速，组织从活体取下后应在最短时间 (争取在1～2分钟之内)投入前固定液。对于实验动物，最好在断血流、断气之前就进行取材，以免缺血缺氧后使细胞代谢发生改变而破坏细胞的超微结构。当然，最好是采用灌注固定法。为了使前固定的效果更佳，组织块要充分和固定液混合，应采用振荡固定10分钟以上，有条件的可采用微波固定法固定。 (2)．小：由于常用的固定剂渗透能力较弱，组织块如果太大，块的内部将不能得到良好的固定。因此所取组织的体积要小，一般不超过1mm3。为便于定向包埋，可将组织修成大小约1mm×1mm×2m m长条形。 (3)．冷：为了防止酶对自身细胞的酶解作用，取材操作最好在低温(5℃～15℃)环境下进行，这样可以降低酶的活性，防止细胞自溶。所采用的固定剂以及取材器械要预先在冰箱(5℃）中存放一段时间。 (4)．准：就是取材部位要准确，这就要求取材者对所取的组织解剖部位要熟悉，必须取到与实验要求相关的部位，不同实验组别间要取相同部位，如需要定向包埋的标本，则要作好定向取材工作。 此外，还要求操作动作轻柔，熟练，尽量避免牵拉、挫伤与挤压对组织造成的人为损伤。 二、什么是瑞利准则？电镜与光镜在原理上有何相似和不同之 处？ 答：1、光线通过二个比较靠近的小孔时，这二个小孔的衍射图会重叠在一起。 当一个衍射图的中央亮斑正好落在另一个衍射图的第一暗环中心时，这二个点刚可以分辩。这就是显微镜分辩本领的瑞利准则。 2、相似点：光学显微镜是利用玻璃制作的透镜对光进行折射，将一物点发 出不同角度的光线最终会聚成一个像点。电子显微镜是以电子束作为光源，利用电磁透镜产生的电场或磁场折射电子束，并通过电子束轰击荧光屏激发荧光而达到成像目的。 不同点：光镜的照明源是可见光，而电镜是用电子束照明。光镜的透镜用玻璃制成，而电镜的透镜是轴对称的电场或磁场。 三、简述透射电镜及扫描电镜样品制作流程 答：1、透射电镜样品制作流程为取材——漂洗（生理盐水）——前固定（2.5%戊二醛，4oC冰箱2小时以上）——漂洗（0.1M 磷酸缓冲液，3次，45分
扫描电镜与透射电镜样品制作(完全版)
相关仪器的信息： 透射电镜：JEOL(公司) JEM-1230（型号）TEM，产地：日本 超薄切片机：Reichert-Jung Ultracut E ultramicrotome，产地：奥地利 扫描电镜：Philips XL30 ESEM，产地：捷克 临界点干燥仪：Hitachi HCP-2 Critical point dryer，产地：日本 真空喷镀仪：Eiko IB5 ion coater，产地：日本 包埋剂：SPI-CHEM Spurr resin，产地：USA TEM样品包埋块制作有关注意事项 一、取材： 1、动作迅速：组织离体后，应将其快速放入固定液中，使组织 细胞尽可能保持原来的生活状态； 2、减少损伤：选择锋利切割器械，减少牵拉或挤压组织； 3、组织块大小：一般要小于1mm3。 二、固定：固定是指用化学固定剂或一些物理方法迅速杀死细胞 的过程，目的是尽可能保持细胞的原有生活状态，不发生位移，减少组织结构变化。固定剂的主要作用是使蛋白质、脂质等生物大分子发生某种交联。 1、用固定液固定的样品若漂浮在溶液表面，应通过抽真空的方 法让样品沉入溶液中 2、使用锇酸的注意事项 I 通风橱中的锇酸溶液为2%的储备液，使用之前需用0.2MPBS或二甲砷酸盐缓冲液稀释成1%的锇酸溶液。 II 锇酸为剧毒、极易挥发的试剂，必须在通风橱中操作，废液必须收集在密闭容器中。第一次使用锇酸的同学，请务必获得老师或其
它熟悉操作人员的指导。 三、漂洗：应彻底漂洗干净，减少固定液与固定液或与脱水剂之间的 反应。 四、脱水：脱水是将组织中的游离水彻底清除的过程。由于常用的包 埋剂大都是非水溶性树脂，只有将生物组织中的游离水清除干净，包埋剂才能浸入组织。 脱水过程中应注意： I 逐级脱水而不能急剧脱水； II更换溶液时动作要快，特别是不要让组织离开溶液，否则会在组织内外产生气泡； III脱水过程中若要长时间停留或过夜，应放在70%脱水剂中，并在4℃保存。 五、渗透：渗透就是用包埋剂逐渐取代组织中的脱水剂，使细胞内外 空隙被包埋剂所填充。包埋剂通常由树脂、硬化剂、增塑剂及催化剂4种试剂按一定比例配制而成。 包埋剂配制及使用过程中的注意事项： I 所有容器及玻璃棒等应是清洁和干燥的； II配制过程中应搅拌均匀，使用过程中应避免异物，特别是水、乙醇、丙酮等混入包埋剂； III配制好的包埋剂应密封保存，避免受潮。剩余包埋剂可密封并储存在-10—-20℃冰箱中，延长其使用期。
简述扫描电镜的构造及成像原理
试分析其简述扫描电镜的构造及成像原理，与透射电镜在样品表征方面的异同 1、扫描电镜的构造和真空系统三部分组扫描电镜由电子光学系统、信号收集和图像显示系统、成。 电子光学系统（镜筒）1.1 电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。 1.1.1 电子枪扫描电子显微镜中的电子枪与透射电镜的电子枪相似，只是加速电压比透射电镜低。 1.1.2 电磁透镜扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用，而是做聚光镜用，它们的功能只是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小倍数，必须用几个透镜来完成。扫描电子显微镜一般都有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束光斑缩小，第三个聚光镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。布置这个末级透镜（习惯上称之物镜）的目的在于使样品室和透镜之间留有一定空间，以便装入各种信号探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可达到6nm左右。若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪，电子束束径还可进一步缩小。． 1.1.3 扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。 1.1.4 样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号或收到的信号很弱，从而影响分析精度。样品台本身是一个复杂而精密的组件，它
应能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和转动等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。新式扫描电子显微镜的样品室实际上是一个微型试验室，它带有许多附件，可使样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验（如拉伸和疲劳）。 1.2 信号的收集和图像显示系统 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都可采用闪烁计数器来检测。信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。如前所述，由于镜筒中的电子束和显像管中电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号也不相同，于是就可以在显像管上看到一幅反映试样各点状态的扫描电子显微图像。 1.3 真空系统 为保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作，对镜筒内的真空度有一定-2 -3 Pa10-1.33×的要求。一般情况下，如果真空系统能提供1.33×10的真空度时，就可防止样品的污染。如果真空度不足，除样品被严重污染外，还会出现灯丝寿命下降，极间放电等问题。 2、扫描电镜的成像原理 扫描电镜是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。 3、分析扫描电镜与透射电镜在样品表征方面的异同 3.1 结构差异 主要体现在样品在电子束光路中的位置不同，透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁扫描电镜的样品在电子束末端，最后投影在荧光屏幕上；透镜继续放大电子光束， 电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。 相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等。 3.2 基本工作原理 透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。经过物镜放大的像进一步经过几级中间磁透镜的放大，最后投影在荧光屏上成像。