透射电镜的原理与演示[业界精制]
透射电镜成像原理
透射电镜成像原理透射电镜是一种利用电子束来成像的高分辨率显微镜，其成像原理主要基于电子的波粒二象性和透射电子的特性。
透射电镜成像原理的理解对于正确操作和解释透射电镜成像结果具有重要意义。
首先，透射电镜成像的基本原理是利用电子束通过样品后的透射来形成影像。
电子束由电子枪产生，经过透镜的聚焦和定位后，射向样品。
样品中的原子核和电子会对电子束产生散射和吸收，形成不同的透射强度。
透射电子被收集并转换成电子信号，最终形成样品的影像。
其次，透射电镜成像原理涉及到电子的波粒二象性。
根据德布罗意关系，电子具有波动性，其波长与动量呈反比关系。
因此，透射电镜成像的分辨率受到电子波长的限制，通常采用加速电压提高电子的动能，从而减小电子的波长，提高成像分辨率。
另外，透射电镜成像原理还涉及到透射电子的特性。
由于电子具有负电荷，其在物质中的相互作用主要包括库仑散射和弹性散射。
这些散射过程会影响电子束的透射强度和方向，从而影响成像结果。
因此，在透射电镜成像过程中，需要考虑样品的厚度、成分和结构等因素，以及透射电子与样品之间的相互作用。
最后，透射电镜成像原理还涉及到透射电镜的成像系统和信号处理。
透射电镜成像系统包括电子光学系统、样品台、检测器和成像设备等部分，通过这些部分协同工作，可以获取样品的高分辨率影像。
同时，透射电镜成像信号需要经过放大、处理和显示等步骤，以便对样品进行分析和观察。
综上所述，透射电镜成像原理是基于电子的波粒二象性和透射电子的特性，利用电子束通过样品后的透射来形成影像。
正确理解透射电镜成像原理对于准确操作和解释透射电镜成像结果具有重要意义。
透射电镜成像原理的深入理解有助于提高透射电镜的成像分辨率和质量，为科学研究和工程应用提供有力支持。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察样品的微观结构的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，透射电镜使用的是电子而不是可见光来照射样品，因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面，下面将详细介绍透射电镜的工作原理。
1. 电子的产生。
透射电镜使用的是电子束来照射样品，因此首先需要产生电子。
电子产生的常用方法是热发射和场发射。
热发射是利用热能使金属表面的电子逃逸而产生电子，而场发射则是利用电场使电子从金属表面逃逸。
在透射电镜中，通常使用的是热发射电子源，即利用钨丝或钨钢合金丝受热后发射电子。
2. 电子的聚焦。
产生的电子束需要经过一系列的聚焦系统，使其成为一个细小的束流，以便能够准确地照射到样品上。
透射电镜的聚焦系统通常包括电子透镜和磁透镜。
电子透镜利用电场来聚焦电子束，而磁透镜则利用磁场来聚焦电子束。
通过合理设计和调节，可以使电子束聚焦到非常小的尺寸，从而获得高分辨率的成像能力。
3. 电子的透射。
经过聚焦系统聚焦后的电子束将照射到样品上，这时的电子束被称为透射电子束。
透射电子束穿过样品时，会与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射和吸收。
透射电镜通过检测透射电子束的变化来获取样品的结构信息。
4. 成像。
透射电镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用后产生的信号来获取样品的结构信息。
透射电镜通常采用透射电子显微镜来观察样品。
透射电子显微镜通过探测透射电子束的强度和位置来获得样品的结构信息，然后将这些信息转换成图像显示出来。
5. 检测。
透射电镜的检测系统通常包括电子探测器和图像处理系统。
电子探测器用于探测透射电子束的强度和位置，然后将这些信息传输给图像处理系统。
图像处理系统将探测到的信息转换成图像，并进行增强和处理，最终显示在显示屏上供用户观察。
总结来说，透射电镜的工作原理涉及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面。
透射电镜工作原理
透射电镜工作原理
透射电镜(Transmission Electron Microscopy，简称TEM)是一种用于观察微尺度物质形态结构和表面形貌特征的重要显微镜技术，其最早应用于生物学和化学研究，如今也广泛用于材料科学和工程研究。
透射电镜的工作原理是：一束通过电子源发射出来的电子流（通常是由金属管发射出），经过分散器和偏转垂直准直器，然后通过镜片，使得电子在低压下穿过样品，然后再抵达探测器。
它是一种辐射成像技术，核心是样品挡住了辐射源发出来的电子流，同时样品也会对发射出来的电子流产生穿透效应，生成横截面，这不同于其他显微技术。
首先，在样品上由电子源发射出来的电子束被分散器和偏转垂直准直器经过处理，使其产生小的束圆孔径，并将电子束之路向化朝向被检测的样品，进行定向准直，使样品所面对的束密度均匀。
然后经过镜片，将电子束缩小至1nm范围内，并将其余部分过滤，只保留<1nm的电子束，进而进入样品。
接着，样品所面对的电子束便会受到被检测的样品的影响，产生电子穿透现象，即样品会挡住一部分电子束，另一部分电子束则会通过它穿过样品表面，穿透深度的深度取决于电子流能量，此时，这些穿透样品表面的电子将投射在探测器上，在投射在屏幕上产生了投影图像。
通过分析被检测样品上表面被投影出来的图像，便可获得细微细节，并反映出样品的结构性质、表面形貌以及体积分布状态，从而获得样品的理化信息，如组成、结构、大小及形状等，从而进行细节分析和宏观观察等，推动科学研究。
透射电镜(TEM)讲义
05
TEM操作与注意事项
操作步骤与技巧
01
02
03
04
准备样品
选择适当的样品，进行适当的 处理和固定，以确保观察效果 最佳。
调整仪器参数
根据观察需求，调整透射电镜 的加速电压、放大倍数等参数 ，以达到最佳观察效果。
操作步骤
按照仪器操作手册的步骤进行 操作，包括安装样品、调整焦 距、观察记录等。
技巧
定量分析方法
颗粒统计
对图像中颗粒的数量、大 小和分布进行统计，计算 颗粒的平均尺寸和粒度分 布。
电子衍射分析
利用电子衍射技术分析晶 体结构和相组成，确定晶 格常数和晶面间距。
能谱分析
通过能谱仪测定图像中各 点的元素组成和相对含量， 进行定性和定量分析。
04
TEM图像解析实例
晶体结构分析
利用高分辨的TEM图像，可以观察到晶体内部的原 子排列和晶体结构，如面心立方、体心立方或六方 密排结构等。
掌握操作技巧，如正确使用操 作杆、合理利用观察窗口等， 以提高观察效果和效率。
仪器维护与保养
定期清洁
定期对透射电镜进行清 洁，保持仪器内部和外
部的清洁度。
检查部件
更换消耗品
定期检查透射电镜的部 件，如电子枪、镜筒等，
确保其正常工作。
根据需要，及时更换透射 电镜的消耗品，如真空泵
油、电子枪灯丝等。
保养计划
在操作透射电镜时，应严格遵守操作规程， 确保仪器和人身安全。
THANK YOU
感谢聆听
80%
观察模式
根据观察目的选择不同的观察模 式，如明场、暗场、相位对比和 微分干涉等。
图像解析与解读
01
02
03
透射电镜的原理
透射电镜的原理透射电镜是一种高分辨率成像工具，通过平行束高速电子的透射来形成对样品的影像，其原理主要有三个部分组成，包括电子源、透射样品以及成像极板，下面将对其具体原理进行详细解析。
1.电子源透射电镜的首要任务是生成高能电子。
通常使用钨丝发射电子，当加热到足够温度时就能从其表面发射出电子，并通过电子加速器使其达到足够高的能量。
激发电子后，通过磁透镜进行聚焦使其能量更加聚焦。
电子通过磁透镜到达透射样品区域，并与样品产生相互作用。
2.透射样品透射电镜的样品非常小，通常被压制成薄片。
这种样品能够被插入到具有真空环境的电子显微镜中。
透射样品必须非常薄，通常几十nm或更薄。
这样可以有效让电子束穿过样品，从而更好的观察材料的微观结构特征。
透射样品需要满足几个要求。
首先，它必须足够薄，以使透射电镜的电子穿过样品而不被散射，损失强度或产生干扰。
其次，样品的成分和结构必须在非常高的分辨率下可见。
因此，样品通常需要在比表面积上被采取，并被压成薄膜以便被穿越。
3.成像极板成像极板是透射电镜的一个重要组成部分，主要是将电子穿过样品后产生的信息转化为可见的图像。
通过成像极板，电子会形成亮度和对比度极高的图像，表现出样品的微观特征。
成像极板通常包括荧光屏和相机，荧光屏会将电子转化为可见光，相机则用于捕捉照片将之转化为数字信号。
总体而言，透射电镜的原理是将均匀更高速的电子输送到透过样品中的电子，让电子与样品的原子或分子发生相互作用，这就造成了电子信号发生射线散射，电子在相应的方向整齐穿过样品，并最终在成像极板上被捕获和转换成可见的图像。
这种原理可以提供一种新的方式来观察和研究材料学、物理学、生物学和化学学科。
透射电镜衍射成像原理
透射电镜衍射成像原理
透射电镜是一种高级显微镜，利用电子束来成像样品的内部结构。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，电子具有波动性，因此可以产生衍射现象。
在透射电镜中，电子束通过样品时会发生衍射，通过观察样品衍射图样可以得到样品的内部结构信息。
透射电镜的成像原理主要包括以下几个方面：
1. 衍射：当电子束穿过样品时，与样品原子相互作用，会发生衍射现象。
电子束的波长通常在纳米级别，与可见光波长相当，因此可以得到高分辨率的图像。
样品的晶格结构会影响电子的衍射图样，通过分析衍射图样可以确定样品的晶格结构和原子排列。
2. 焦点：透射电镜的成像是通过电子透镜进行调焦来实现的。
透射电镜中的透镜由电磁场产生，可以调节电子束的聚焦和散焦。
透射电镜的透镜系统通常包括透镜、准直器和透镜孔径，通过调节透镜的参数可以获得清晰的电子图像。
3. 探测器：透射电镜的探测器通常是电子学传感器，可以将电子束转换为电子信号。
通过调节探测器的灵敏度和增益，可以获取高质量的电子图像。
透射电镜的探测器通常具有高灵敏度和低噪声，可以获取高分辨率的图像。
透射电镜的成像原理是基于电子的波粒二象性，通过电子的衍射现象和透镜系统的调焦来实现高分辨率的图像获取。
透射电镜在材料科学、生物学和纳米技术等领域具有重要的应用价值，可以帮助科学家研究样品的内部结构和性质。
透射电镜的发展将进一步推动科学研究的进步，为人类社会的发展做出贡献。
透射电子显微镜的工作原理及标本制课件-文档资料
固定方法—戊二醛-锇酸双固定
双固定法：指用戊二醛对样品前固定，漂洗后使用锇酸对样品 进行后固定，这种使用两种化学试剂分别前后对样品进行固定 的方法称为双固定法。 先用2.5%戊二醛固定2h以上。 缓冲液多次清洗（pH7.4 0.2mol/L磷酸缓冲液洗三次，15min/ 次）。
1%锇酸固定2h。
3脱水
透射电镜的结构 透射电镜主要由电子光学系统、 真空系统和供电系统三部分组成。其 中电子光学系统通常称为镜筒，是透 射电子显微镜的核心，它又可以分为 照明系统、成像系统和观察记录系统。
TEM
电子光学系统（镜筒） 供电系统 真空系统
照明部分
成像放大部分
显像部分
电子枪：TEM电子源
物镜、中间镜、投影 镜
理想固定剂
1）渗透力强，穿透速度快，能迅速达到组织块的各部 位，立即杀死细胞，以尽量减小死后变化 2）稳定细胞成分和结构，以保证后续的各种处理中物 质不溶解、不丢失 3）对细胞超微结构没有损伤，保证电镜图像的真实性 4）能保存一定的酶活性,以供细胞化学的测定 5）最好提供一定的反差 ,并有防腐作用
切片操作步骤： 装块→装刀→对刀→加水→切片→捞片
切片厚度的判断
颜色 暗灰色 铅灰色 银灰或银白 米黄、金黄 紫色(蓝) 厚度(Å) <400Å 400~500 500~700 700~1000 1000以上 切片 厚度 太薄 较薄 适中 较厚 不能用 分辨 率 高 高 好 低 反差 小 小 好 好
常用固定剂
1）锇酸（OsO4)
优点： ⑴ 几乎和细胞内所有成分发生化学结合 ⑵ 对氮具有较强亲和力，对含有蛋白质的细胞结构固定作用良 好 ⑶ 可保存脂肪,形成脂肪-锇复合物 ⑷ Z=76，增加膜的反差 ⑸ 对磷脂蛋白、核蛋白保护很好 锇酸缺点： ⑴ 不能固定糖元、碳水化合物、核酸，对微管固 定效果差 ⑵ 酶的钝化剂，不能用于细胞化学研究 ⑶ 分子量大,渗透能力差，要求组织块小 ⑷ 固定时间不宜过长 ⑸ 可与乙醇、醛类氧化还原反应生成沉积
透射电镜的成像原理
透射电镜的成像原理
透射电镜是一种使用电子束来形成样本的高分辨率图像的仪器。
其成像原理是基于电子束与样品之间的相互作用，以及测量和记录电子束与样品间散射电子的数量。
在透射电镜中，电子束被发射器产生，并通过一系列的电磁透镜系统进行控制和聚焦。
控制电磁透镜的磁场可以调整电子束的轨迹和聚焦点，确保其足够细致地照射到待观察的样品上。
当电子束照射到样品上时，一部分电子将被透射，另一部分电子将会被样品散射。
透射电子将会进入一个环形激光诱导荧光屏幕，形成亮点。
而散射电子将会被对称地捕获并聚焦到像差校正器上。
这些散射电子将被像差校正器中的透镜所聚集，并被定向进入像增强器。
像增强器中的透镜系统再次聚焦散射电子，将其集中到探测器上。
探测器会记录下每个点的电子数量，并转化为一个数值图像。
这个数值图像可以被计算机显示和存储，形成我们在透射电镜中观察到的高分辨率样品图像。
透射电镜的成像原理依赖于电子束与样品之间的相互作用，以及通过控制电磁透镜和像增强器等装置的电子束的聚焦和记录。
通过这种方式，透射电镜可以达到非常高的分辨率，使我们能够观察并研究微观尺度的样品结构和特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多核糖体的透射电镜照片
谷风书苑
21
透 射 电 镜 照 片 演 示
玉米分散高尔谷基风体书苑的透射电镜照片22 透射叶绿体的
电
透射电镜
镜
照片
照
片
演
示
线粒体的谷透风射书苑电镜照片
23
透
射
电
镜
照
片
演
细胞核的透射电镜照片 有丝分裂器的透射电镜照片
示
凋 亡 细 胞
谷风书苑
正 在 杀 肿 瘤 细 胞 的 T 细 24 胞
谷风书苑
12
电 子
电子照明系统的组成部件及其作用：
照 电子枪：产生高压电子束
明
两级聚光镜：会聚高压电子束，以得到极细而均匀的电子束流
系
统
第一聚光镜：将电子束的直径缩小20~60倍
第二聚光镜：将电子束的直径扩大1~2倍
高压(V)
第一聚光镜
第二聚光镜
高压 电子束
缩小
放大
灯丝 栅板
阳极
电子枪
谷风书苑
13
成
象
成象系统的组成部件及其作用：
系
统
➢吸附样品室中的少量空气分子
以提高真空度
➢降低温度可防止电子的热漂移
样品室
样品放置室
冷阱
液氮罐 金属导杆
铜网 样品
物镜
成像与放大装置 中间镜I
中间镜II 投影镜
放大50倍 放大3倍 放大15倍 放大200倍
500,000倍
谷风书苑
14
观 察
观察记录系统的组成部件及其作用：
波长(nm) 760~390 390~13 13~0.05 1~0.005
0.123 0.0122 0.00387
电子束的波长与发射电子 束的电压平方根成反比：
1 V
谷风书苑
5
2. 电镜与光镜的对比
电子显微镜与光学显微镜的异同点
光学显微镜
电子显微镜
照射光
光束
电子束
波长(nm) 长：200~750 短：0.003~0.008
演示实验 电子显微镜的原理与演示
谷风书苑
1
一、电子显微镜出现的必然性
1. 分辨力
分辨力(resolution)：指显微镜能将近邻的两个质 点分辨清楚的能力, 通常是用相邻两点间 的距离(D)来表示。
光源的波长
0.612λ D
N.A. 镜口率(N.A.)
谷风书苑
2
❖波长： 可见光波长为400~700nm (平均550nm)
去除空气分子对样品的污染。
真空系统的组成部件：
机械泵： 1 Pa 1.310-5~10-6Pa;
油扩散泵：1.310-6Pa 1.310-7 ~10-9Pa
真空系统 冷阱： 1.310-9Pa 1.310-10Pa
真空管道、阀门、储气罐等
一般电镜
离子泵 1.310-12Pa 超高压电镜
真空涡流泵 谷风书苑
纤毛动力蛋白
核纤层蛋白
谷风书苑
29
在透射电镜中，被观察粒子的 大小一定要大于电子束的波长才能 被分辨出来；否则，电子束就会发 生绕射，无法看到粒子 ！
谷风书苑
30
光源 (卤灯或汞灯)
高压电子枪
谷风书苑
了样品不同部位的物质结构 17
透射电镜照片演示
微管蛋白的谷风免书疫苑 荧光照片
18
透 图像各处浓淡的不同真实反映了样品中不同部位的物质结构 射 电 镜 照 片 演 示
一个植物细胞谷风的书苑透射电镜照片
19
透 射 电 镜 照 片 演 示
糙面内质网谷的风透书苑射电镜照片
20
透 射 电 镜 照 片 演 示
谷风书苑
15
2、透射电镜的成像原理
高速电子束
透射样品
获得高分辨率的图像：数百万倍
❖使用电子枪发射出了波长极短的电子波 ❖利用电磁透镜可对电子束进行聚焦、放大和成像
谷风书苑
16
成像原理：
高压电子枪 高速电子束
电磁透镜
样品
电子束发生投射
荧光屏 电能转变成光能
浓淡不同的图像 图像各处浓淡的不同真实反映
谷风书苑
8
三、透射式电子显微镜
1、透射电镜的结构
真空系统 供电及保护系统 电子照明系统 成象系统 观察记录系统
谷风书苑
9
电子照明系统
透镜系统或 电子光学系统
成象系统
供电及 保护系统
观察记录系统
谷风书苑
透射电镜的结构
真空系统
10
真
空 抽真空的意义：
系 统
防止灯丝的氧化损伤； 确保电子束在运行过程中的运动轨迹不受空气分子干扰；
记
录
透过样品的电子打到荧 光屏上可显示出反映样
系
观察室 荧光屏
品真实结构的图像
统
铅玻璃窗
保护眼睛
放大镜 用于放大投到荧光屏上的图像
照相装置 电子形成的荧光图像衰减速度很快，一旦
观察到理想的结构图像就需要尽快照相
注意：电镜照相与普通照相不同，图像的反衬度最低时 才是正聚焦；且底片还必须要经过预干燥处理
透
笼形蛋白
射
电
镜
照
热休克蛋白Hsp60
片
演
示
-辅肌动蛋白
谷风书苑
25
透 射 电 镜 照 片 演 示
金的原子布阵的透射电镜照片
谷风书苑
26
透 射 图像各处浓淡的不同与样品中不同部位的物质结构相反 电 镜 照 片 演 示
T4噬菌体负染色的透射电镜照片
谷风书苑
27
螺原体
谷风书苑
28
驱动蛋白
胞质动力蛋白
☺有效放大： 指本来用肉眼看不清楚的物体经显微
镜放大成像后可以分辨清楚的放大
无效放大： 指本来用肉眼能看清楚的物体经放大
镜、幻灯机或投影仪等放大成像后可 以分辨得更清楚的放大。
谷风书苑
4
各种光与电子束的波长比较
名称 可见光 紫外光 X-射线 -射线 电子束 100V 10,000V 100,000V
介质
空气
真空
透镜
光学透镜
电磁透镜
聚焦方式
机械聚焦
电聚焦
分辨力
0.2~0.1m
0.1nm
放大倍数
1,000
1,000,000
谷风书苑
6
电子显微镜与光学显谷风微书镜苑结构的对比图解
7
二、电镜的分类
根据电子束和样品之间作用方式的不同，可将 电镜分为4大类:
1) 物体透射电子 透射电镜 观察和分析样品的内部结构 2) 物体发射电子 扫描电镜 观察和分析样品的表面立体形貌 3) 物体反射电子 4) 物体吸收电子
11
供
电 供电及保护系统的组成部件及其作用：
及
保
护
一般电镜均拥有两个电源：
系
高电压低电流的高压电源：产生高速电子
统
低电压高电流的透镜电源：控制高速电子束的运动轨迹
稳压和稳流装置：保证电压和电流的高度稳定
保护与控制系统：一旦电镜的某一部分发生故障, 电镜的保护系统 会让其自动紧急关机和断电, 以免损伤电镜！
❖镜口率(N.A.)的大小：
取决于镜口角和物镜与标本间介质的折射率
N.A. n sin 2
镜口角
物镜与标本之间介质的折射率
空气的折射率为1 水为1.33 香柏油为1.515 -溴萘为1谷.6风6 书苑
3
光镜分辨力的最小数值：≤0.2 m
紫外光显微镜：0.1 m 光学分辨率的极限！ 一般光镜设计的最大放大倍数为1,000~1,500