欧洲电子显微镜介绍课件8_Lecture_V1
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电子显微镜基础
揭示微观世界
电子显微镜能够观察超微结构和纳米尺度的事物，揭示物质的微观结构和性质，为材料科 学、环境科学等领域提供有力支持。
促进技术创新
电子显微镜的应用推动了相关领域的技术创新，如电子显微镜成像技术、样品制备技术等 ，为科学研究和技术进步提供了重要支撑。
对未来发展的展望与建议
提升分辨率和观察范围
加强与其他技术的结合
信息提取与应用
细胞结构识别
通过电子显微镜图像解析，可以识别细胞内的各种结构，如细胞核、 线粒体、内质网等，有助于研究细胞生物学和疾病机制。
病毒形态分析
电子显微镜可以观察病毒的形态特征，有助于病毒分类、鉴定和疫 苗研制。
材料表征
通过电子显微镜观察材料的微观结构和形貌，可以评估材料的性能和 潜在应用领域。
随着电子显微镜技术的不断发 展，需要培养更多专业人才来 推动相关领域的研究和应用。 同时，加强国际合作与交流， 共同推动电子显微镜技术的发 展和应用。
THANKS
感谢您的观看
技术特点
具有高分辨率和高放大倍 数，能够观察样品的精细 结构。
扫描电子显微镜（SEM）
工作原理
扫描电子显微镜利用聚焦电子束 扫描样品表面，激发样品表面的 二次电子等信号，再通过电磁透
镜放大成像。
应用领域
适用于观察样品的表面形貌和粗糙 度，广泛应用于材料、地质、医学 等领域。
技术特点
具有高分辨率和高景深，能够观察 样品表面的细节和三维形貌。
自动化与智能化技术
自动化样品加载与定位
开发自动化的样品加载系统，实现快速、准确的样品定位 和观察，提高工作效率。
智能化图像处理与分析
利用人工智能和机器学习技术，对电子显微镜图像进行自 动识别、分类和定量分析，提高图像处理效率和准确性。
电子显微镜能够观察超微结构和纳米尺度的事物，揭示物质的微观结构和性质，为材料科 学、环境科学等领域提供有力支持。
促进技术创新
电子显微镜的应用推动了相关领域的技术创新，如电子显微镜成像技术、样品制备技术等 ，为科学研究和技术进步提供了重要支撑。
对未来发展的展望与建议
提升分辨率和观察范围
加强与其他技术的结合
信息提取与应用
细胞结构识别
通过电子显微镜图像解析，可以识别细胞内的各种结构，如细胞核、 线粒体、内质网等，有助于研究细胞生物学和疾病机制。
病毒形态分析
电子显微镜可以观察病毒的形态特征，有助于病毒分类、鉴定和疫 苗研制。
材料表征
通过电子显微镜观察材料的微观结构和形貌，可以评估材料的性能和 潜在应用领域。
随着电子显微镜技术的不断发 展，需要培养更多专业人才来 推动相关领域的研究和应用。 同时，加强国际合作与交流， 共同推动电子显微镜技术的发 展和应用。
THANKS
感谢您的观看
技术特点
具有高分辨率和高放大倍 数，能够观察样品的精细 结构。
扫描电子显微镜（SEM）
工作原理
扫描电子显微镜利用聚焦电子束 扫描样品表面，激发样品表面的 二次电子等信号，再通过电磁透
镜放大成像。
应用领域
适用于观察样品的表面形貌和粗糙 度，广泛应用于材料、地质、医学 等领域。
技术特点
具有高分辨率和高景深，能够观察 样品表面的细节和三维形貌。
自动化与智能化技术
自动化样品加载与定位
开发自动化的样品加载系统，实现快速、准确的样品定位 和观察，提高工作效率。
智能化图像处理与分析
利用人工智能和机器学习技术，对电子显微镜图像进行自 动识别、分类和定量分析，提高图像处理效率和准确性。
电子显微镜原理教学课件
吸收
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
最新实验2电子显微镜的原理及使用PPT课件
3．电子探针
电子探针主要用于探测微小区域的元素成分。 其原义仅是一个物理学名词，意指聚焦了的电子 束。当电子束照射样品表面时，可激发X射线，X 射线光量子的能量及波长与元素的原子序数有关 ，称为特征X射线。采用晶体分光光谱法测定X射 线的波长和强度来分析样品成分的仪器，称为X射 线分光光谱仪或电子探针；用锂漂移硅探头测定X 射线能量和强度的仪器称为X射线能谱仪。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重 要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因其有 限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。上世 纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提高到纳 米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌观察扩 展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等于一体。人 类认识微观世界的能力从此有了长足的发展。
（3）冷冻蚀刻技术。
在快速冷冻下对生物样品进行断裂、蚀刻和复型，制备 生物样品复型膜的技术称冷冻蚀刻技术。在电镜下观察复 型膜可获得立体感强的超微结构图像，主要用于生物膜结 构的研究。
（4）电镜细胞化学技术。
在超微结构水平上，通过电镜细胞化学反应来研究细胞成 分的分布和变化的方法称电镜细胞化学技术。这一技术把细胞 超微结构与其化学组成有机地结合起来，目前主要用于研究细 胞内各种大分子物质和酶的定位等。
（5）免疫电镜技术。
这是一种使抗原在超微结构水平上定位的技术，应用与抗 原相应的标记抗体，在电镜下观察标记物的位置，从而定位相 应抗原。这一技术具有灵敏度高、特异性强的特点。
（6）电镜放射自显影技术。
这是电镜技术与放射自显影技术相结合，观察放射性物质 在超微结构水平上的定位和变化，从而了解细胞的各种代谢活 动。这一技术使结构与功能的研究结合起来，是一种动态的研 究方法。
作业
电子显微镜简介
电子显微镜简介人类的肉眼是认识客观世界的重要工具。
但因受分辨能力的限制，在300年前光学显微镜尚未出世之前，人类对世界的认识只能停在肉眼水平。
光学显微镜的诞生提供了一把金钥匙，为我们打开了微观世界知识宝库的第一道大门，从而出现了组织学、细胞学、细胞病理学等前所未有的新学科。
然而，光学显微镜因受照明光波波长的限制，其分辨能力也有限。
自1932年德国Max Knolls 和Ernst Ruska发明了电子显微镜，为我们打开了微观世界知识宝库的第二道大门。
目前电镜不仅可以观变一般细胞的超微结构，而且还可以探讨其分子结构；从一般超微结构的定性观，走向定量分析；从透射电镜超薄切片的平面观察，进入扫描电镜三维空间的立体表面观变和元素分析，使人们的认识不断深化。
一、分辨率和放大倍数电镜的分辨率是指分辩二点间最小距离的能力。
德国理论光学家Ernst Abbe证实光学显微镜分辨率的极限为照明光源波长的一半，如照明光源的平均波长为5000A(1A=10-10m)光学显微镜分辨率的极限则为2500A(0.25μm=250nm)。
电镜利用波长极短的电子束为光源，其分辨率可达2-2.5A(0.2-0.25nm),比光镜高1000倍，比肉眼高一百万倍。
二、透射电镜(transmission electron microscope)的结构与原理(一)光学透镜与电子透镜1.透镜：光镜以可见光作光源，经玻璃透镜(凸或凹)使光线会聚或发散，形成放大的实像或虚像。
电镜则以电子束为光源。
电子具有波动性和粒子性，经过电磁透镜时，在电场或磁场作用下，可以改变其前进的轨道。
因而，可利用电场或磁场控制电子运动的轨迹，使之产生偏转、聚集或发散。
2.电磁透镜：根据轴对称的弯曲磁场对电子束能起聚焦的作用的原理制成。
磁场范围比焦距小得多的轴对称磁场透镜称为短磁透镜。
短磁透镜的焦距与磁场强度的平方呈反比。
磁场强度越强，焦距越短、放大倍数越大。
短磁透镜的磁场强度则与透镜励磁线圈的匝数呈反比。
电子显微镜培训资料(ppt 36张)
透射电子显微镜
Transmission Electron Microscope, TEM
TEM构造
TEM的基本构造与光学显微镜相似，主要 由电子枪、物镜和投影镜三部分组成。
[Electron Microscopy of Polymers, pp. 29 & 30]
电磁透镜
电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会 聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场 则可以让电子束折射，从而产生电子束的 会聚与发散，达到成像的目的。
C H s O +O 4 C H C HO O s O 2 C HO C HO C HO O s O C H O C H
用四氧化锇染色的实施方法有溶液浸泡和 蒸气熏蒸两种。
复型技术
TEM不能直接观察块状试样，因此，必须 采用复型技术。 复型技术的原理是将固体的表面形貌用薄 膜复印下来，这种薄膜能够用TEM观察。 常用的复型技术主要有一级复型法和二级 复型法两种。
薄膜样品制备
用于TEM测试的薄
膜试样制备方法有
溶液浇注和超薄切
片等。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 176]
载样铜网和支持膜
TEM测试时，样品是在载在金属网上使用 的，当样品比金属网眼小时还必须有透明 的支持膜。
载样铜网
金属网的材质一般用 铜，因而称为铜网。 铜网很小，一般直径 为2~3 mm，厚度为 20~100 m的圆形。
纤维、薄膜、切片等 可直接安放在铜网上。
[Transmission Electron Microscopy, 2nd Edition, p. 175]
支持膜
对于很小的切片、颗粒、聚合物单晶、乳 胶粒等细小的材料就不能直接安放，而必 须有支持膜支撑。
电子显微镜_上传
场发射电子枪
高亮度枪，与热发射电子枪结构 完全不同 0.1~1m的尖端，在强电场中场致发射
超高真空下工作 W，3000K， 10A/cm2，5104A/(cm2sr) LaB6，2000K，100A/cm2，106 A/(cm2sr) ZrW，1400K， 107 A/cm2， 109~1010 A/(cm2sr)
第一节 引 言
不同加速电压下电子波的波长
加速电压（kV）
电子波长(nm)
20
0.00859
30
0.00698
50
0.00536
100
0.00370
200
0.00251
第二章 电子显微镜
第一节 引 言
当加速电压U是100kV时, 电子波长为0.0037nm, 是可见光波长的十万分之一 因此, 用电子束作照明源, 可极大地提高显微镜 的分辨率, 这是电子显微镜的理论基础 怎样实现?
U1 在等电位面的切向，电子不受力
2
U2 在等电位面的法向，电子加速
F
V2
s in 1
vt1 v1
s in 2
vt 2 v
sin1 v2 sin2 v1
v U 1
U
sin1 1 U2 sin2 2 U1
sin1 1 n2 sin 2 2 n1
第二章 电子显微镜
电镜结构：镜筒 1 照明系统：电子枪与聚光镜 2 样品室和成像系统
3 像的观察与记录系统
第二章 电子显微镜
电镜结构：真空系统 镜筒内必须保持高真空
避免
电子束与空气分子碰撞、高压 放电、灯丝氧化、试样污染
真空度：10－3～10－4Pa
真空系统：机械泵+分子泵或扩散泵 机械泵：前级泵，10－1Pa，热电偶真空计
高亮度枪，与热发射电子枪结构 完全不同 0.1~1m的尖端，在强电场中场致发射
超高真空下工作 W，3000K， 10A/cm2，5104A/(cm2sr) LaB6，2000K，100A/cm2，106 A/(cm2sr) ZrW，1400K， 107 A/cm2， 109~1010 A/(cm2sr)
第一节 引 言
不同加速电压下电子波的波长
加速电压（kV）
电子波长(nm)
20
0.00859
30
0.00698
50
0.00536
100
0.00370
200
0.00251
第二章 电子显微镜
第一节 引 言
当加速电压U是100kV时, 电子波长为0.0037nm, 是可见光波长的十万分之一 因此, 用电子束作照明源, 可极大地提高显微镜 的分辨率, 这是电子显微镜的理论基础 怎样实现?
U1 在等电位面的切向，电子不受力
2
U2 在等电位面的法向，电子加速
F
V2
s in 1
vt1 v1
s in 2
vt 2 v
sin1 v2 sin2 v1
v U 1
U
sin1 1 U2 sin2 2 U1
sin1 1 n2 sin 2 2 n1
第二章 电子显微镜
电镜结构：镜筒 1 照明系统：电子枪与聚光镜 2 样品室和成像系统
3 像的观察与记录系统
第二章 电子显微镜
电镜结构：真空系统 镜筒内必须保持高真空
避免
电子束与空气分子碰撞、高压 放电、灯丝氧化、试样污染
真空度：10－3～10－4Pa
真空系统：机械泵+分子泵或扩散泵 机械泵：前级泵，10－1Pa，热电偶真空计
电子显微镜知识讲座ppt课件
无机粉末样品的制备要求
• 首先，样品的粒度要足够的小，例 如在100纳米以下。假设有聚会较大 的颗粒，要适当的做研磨处置。
• 普通将粉末样品置于无水乙醇之中， 运用超声波将其充分分散，然后再 滴到微筛膜上，自然凉干后就可用 于电镜分析了。
电镜照片的分析
• 对电镜照片的分析，应先从各种资料中尽能够地 对被分析样品有所了解，估计能够出现的结果， 再与电镜照片进展比对，做出正确的解释。
• 制样运用的设备有：超薄切片机；真空 镀膜机；离子减薄仪等等。
样品制备的详细要求和方法
• 对于粉末样品普通要求粒度应小于300纳 米，粒度较大时，会只能看到颗粒的轮 廓，不能分析颗粒外表上的细节。
• 纤维类样品得直径应最好小于200纳米。
• 不论是纤维，粉末或高分子纳米球的样 品都要在适当的溶液中做良好的分散， 然后滴在或捞到铜网上的支撑膜上。
• 在光学显微镜的完善和开展过程 中，人们发现：不论如何完善光 学显微镜的透镜和构造，其放大 倍数和分辨率总是被限定在1000 多倍和几百纳米的程度，不能够 再有所新的突破。
• 后来，人们终于发现：是显微镜所 运用的光源限制了光学显微镜的放 大倍数和分辨率的进一步开展。由 于，可见光的波长在390纳米到760 纳米之间，而显微镜的分辨率最多 也只能是其所运用光源的半波长的 大小，所以光学显微镜的实际极限 分辨身手也就在200纳米左右 。
• 单晶为陈列完好的点阵。 • 多晶为一组序列直径的同心环。 • 非晶为一对称的球形。
电镜运用中的一些问题
• 放大倍数不是越大越好。 • 要搞清他做电镜分析的目的。 • 不是什么样品都能到达分辨率的目的。 • 要获得高质量的电镜照片，样品制备是
一个重要的要素。 • 好的设备，加上适当的样品处置和精心
实用电子显微镜技术PPT演示文稿
• 利用多种样品制备方法和高性能的电子显微镜，在生命科学领 域可以观察到细胞中各种细胞器的超微结构，并以此进一步研 究细胞结构与功能的关系，深入探索细胞通讯与运输、分裂与 分化、增殖与调控等生命活动的规律。在农林科学方面，电镜 技术对植物各种疾病病因诊断与防治的研究越来越重要。利用 电镜技术观察高分子、表面活性剂、碳纳米管及纳米粒子等结 构形态，为化学及材料科学研究提供了有力的技术手段。
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
利用共焦光路及激光扫 描，在观察较厚样品的 内部结构或直接观察细 胞时，可使所选定的不 同层面每一焦点面影象 清晰，从而得到细胞不 同切面上的一系列图象， 经计算机系统快速分析 处理，即可重组出样品 三维立体图象，展现细 胞瞬间变化的形态结构。
17
对超薄切片的基本要求 为了获得清晰的电镜图像，超薄切片应达到以下几点要求：
（1）细胞的超微结构得到良好的保存，没有人工假象； （2）切片厚度一般为50-70nm左右，较薄的切片分辨率较高，但反差较弱，
而较厚的切片反差虽好，但分辨率则稍差； （3）切片的包埋介质不变形、不分解、不升华，可耐受电子束的照射； （4）切片平展均匀，没有刀痕、皱褶、震颤及染色剂的沉淀污染； （5）切片染色后，具有良好的反差并可获得清晰的图像
胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜
首次制备蛋白质A-金复合物
建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法
提出包埋后免疫金标记技术
10
二、电子显微镜技术的应用
• 样品制备方法主要包括：超薄切片、负染色、金属投影、冷冻 复型、快速冷冻深度蚀刻技术、免疫电子显微镜术、扫描电镜 常规样品制备及扫描电镜冷冻断裂技术等。
“小”：固定液的穿透能力都比较弱，所以为了保持样品近于生活状态 的微细结构，取材大小当然要与固定液的穿透速率相适应，一般以 1mm3为宜。样品过大时内部固定不良，过小时观察的目标又会受到局 限。
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
利用共焦光路及激光扫 描，在观察较厚样品的 内部结构或直接观察细 胞时，可使所选定的不 同层面每一焦点面影象 清晰，从而得到细胞不 同切面上的一系列图象， 经计算机系统快速分析 处理，即可重组出样品 三维立体图象，展现细 胞瞬间变化的形态结构。
17
对超薄切片的基本要求 为了获得清晰的电镜图像，超薄切片应达到以下几点要求：
（1）细胞的超微结构得到良好的保存，没有人工假象； （2）切片厚度一般为50-70nm左右，较薄的切片分辨率较高，但反差较弱，
而较厚的切片反差虽好，但分辨率则稍差； （3）切片的包埋介质不变形、不分解、不升华，可耐受电子束的照射； （4）切片平展均匀，没有刀痕、皱褶、震颤及染色剂的沉淀污染； （5）切片染色后，具有良好的反差并可获得清晰的图像
胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜
首次制备蛋白质A-金复合物
建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法
提出包埋后免疫金标记技术
10
二、电子显微镜技术的应用
• 样品制备方法主要包括：超薄切片、负染色、金属投影、冷冻 复型、快速冷冻深度蚀刻技术、免疫电子显微镜术、扫描电镜 常规样品制备及扫描电镜冷冻断裂技术等。
“小”：固定液的穿透能力都比较弱，所以为了保持样品近于生活状态 的微细结构，取材大小当然要与固定液的穿透速率相适应，一般以 1mm3为宜。样品过大时内部固定不良，过小时观察的目标又会受到局 限。