电子显微镜与光学显微镜的主要区别

电子显微镜与光学显微镜的主要区别

电子显微镜（包括透射电镜、扫描电镜）和光学显微镜的性能和特点比较如下：

一、成像原理和反差来源

电子显微镜的光源使用电子束，TEM是透射成像，可以观察样品内部的形态和结构，是二位图像。而SEM是二次电子像，主要观察样品形貌的立体图像（即三维图像）。光学显微镜是用可见光作为光源，样品是吸收成像，一般是彩色或黑白是二维图像。

在TEM中，入射电子束和样品相互作用，使透射电子带有样品信息，经磁透镜成像，放大后，在终屏上形成样品放大了的透射像。图像的反差，有样品元素的散射能力所决定，即一般有样品是质量厚度所决定。

在SEM中，入射电子探针和样品作用，产生的信号电子（主要是二次电子），经光、电系统收集、放大处理，在显像管上成像，没有成像磁透镜。图像反差取决于样品二次电子的产率。

TEM和SEM都可以用不同的探测器收集不同的信号电子，反映样品不同性质，对样品进行多种分析和研究，除研究形态结构外，配备波普仪、能谱仪等附件还可以进行微区成分分析。

二、分辨本领和放大倍数

电子显微镜是利用短波长和电磁透镜来提高分辨率和控制改变放大倍数的连续性。TEM 分辨本领是由像差决定的。目前TEM的最高分辨率为0.1nm（超高压透射电镜）。放大倍数最低几百倍，最高达150万倍（纳米分析电子显微镜），放大倍数由成像透镜提供。

SEM在超高真空条件下的分辨率的水平分辨率为0.14nm，垂直分辨率已达0.01nm的水平。分辨本领主要取决与分子探针的入射电子束光斑的大小。放大倍数最低10倍，最高大150万倍。放大倍数由显微管偏转线圈电流和电镜扫描线圈电流之比决定。

两种电镜的放大倍数可以任意改变，连续可调。

光学显微镜的极限分辨率为200nm。放大倍数1～2000倍。

三、视野、景深和焦深

视野或视场指所能看到的被检样品的范围，与分辨本领和放大倍数有关。景深是指电子束在试样上扫描时可获得清晰图像的深度范围。

对某一物点，不仅在焦面上可清晰成像，而且在焦面前后一定范围内，也可清晰成像，这个焦面前后的深度叫做焦深。

TEM的视野较小，为1.0mm～0.1μm。景深也较TEM大，可以直接观察到各种样品凹凸不平的微细结构，图像富有立体感，可用于立体分析。

光学显微镜视场0.1nm（1000倍）～100nm（1倍），景深小。

四、样品制备

在TEM中，电子必须能够穿过样品，才能成像，所以要求样品要很薄。视野很小。生物样品要制备成50nm左右的超薄切片，样品制备相对复杂些。

SEM对导电性好的样品厚度要求不严格，只要适合样品室大小即可。金属等导电性的样品可以直接放入电镜中观察。不导电的样品（如生物样品等）要经过固定、脱水、干燥和镀膜等环节的处理就可以观察。样品制备过程较超薄切片的制备容易操作。

光学显微镜需要石蜡包埋切片，切片厚度较TEM厚，一般为12～15μm。

五、样品的损伤和污染

TEM的透镜光阑很小，图像的放大倍数一般较大，为了使图像有足够的亮度，电子束流就要有足够的强度（约100μA）。并且加速电压较高，电子能量大，又是固定照在样品某处，故电子束照射而引起样品的损伤较大，易造成样品和镜筒污染。

在SEM中，照射在样品上的电子束流小（为10-10～10-12A），电子探针的直径小（通常为5nm），加速电压可以小到2kV，使电子束的能量较低。而且，电子束是以光栅状的方式在样品表面扫描，不是固定照射在样品的某一点上。因此，SEM中电子束引起的样品损伤小，污染也较少。但损伤和污染与样品的干燥程度和放大倍数有关。

从性能上看，TEM相对与光学显微镜是一个飞跃，而SEM是TEM的补充和发展。由于它们的成像原理不尽相同，所反映的样品信息也不同，所以它们之间是相互补充、相互取长补短的关系。在实际研究工作中，往往在应用电镜的同时，必须与光学显微镜以及其他仪器相互陪护，才能解决问题。

电子显微镜是用电子束作为光源，用光、磁场作为透镜的显微镜，具有分辨本领高、放大倍数大、可进行微区分析等许多仪器所没有的优点。但是电子显微镜也有被限制和不足的方面。

首先，电镜必须在真空条件下工作，样品放到电镜中观察前，必须进行样品制备。其次是电子透射能力低，样品要制成超薄切片，活体样品一般不能直接观察。在进行样品处理过程中，不可避免地造成样品损伤。而电子束也会对生物样品造成损伤。这些损伤有可能使得到的电镜图像不能反映样品原来的真实面目。再有，样品是经过制样多个环节的处理，电镜图像是否能反映生活状态时的细胞和组织的真实结构和功能与诸多因素有关。

光学显微镜光源是可见光，不存在样品损伤的问题，但在脱腊、染色时等环节操作不当，或使用器皿不够干净时，容易造成污染。