第三章 电子显微镜室的设计
实验三 电子显微镜技术的演示
实验三电子显微镜技术的演示背景知识：普通光学显微镜通过提高和改善透镜的性能，使放大率达到1000~1500倍左右，但一直未超过2000倍。
这是由于普通光学显微镜的放大能力受光的波长的限制。
为了从更高的层次上研究物质的结构，必须另辟蹊径，创造出功能更强的显微镜。
20世纪20年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性，其波长与能量有确定关系，能量越大波长越短，比如电子学1000伏特的电场加速后其波长是0.388埃，用10万伏电场加速后波长只有0.0387埃，于是科学家们就想到是否可以用电子束来代替光波，这是电子显微镜即将诞生的一个先兆。
用电子束来制造显微镜，关键是找到能使电子束聚焦的透镜，光学透镜是无法会聚电子束的。
1926年，德国科学家蒲许提出了关于电子在磁场中运动的理论。
他指出：“具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用。
”这样，蒲许就从理论上解决了电子显微镜的透镜问题，因为电子束来说，磁场显示出透镜的作用，所以称为“磁透镜”。
1931年，德国柏林工科大学的Knoll和Ruska制作成功第一台电子显微镜──它是一台经过改进的阴极射线示波器，成功地得到了铜网的放大像──第一次由电子束形成的图像，加速电压为7万，最初放大率仅为17倍。
尽管分辨率还不如光学显微镜高，但它却证实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。
经过不断地改进，1933年Ruska和Bodo Von Borries又制成了第二台两级短焦距的电子显微镜，获得了金属箔和纤维的放大1万倍的电子图像。
虽然放大率得到提高，但分辨率当时还刚刚达到光学显微镜的水平。
1937年应西门子公司的邀请，Ruska建立了超显微镜学实验室。
1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜，并投入批量生产。
随后，透射电镜的商业产品由美国无线电公司于1941年开始制作生产。
电子显微镜的出现使人类的洞察能力提高了好几百倍，不仅看到了病毒，而且看见了一些大分子，即使经过特殊制备的某些类型材料样品里的原子，也能够被看到。
电镜实验室设计装修施工
电镜就是电子显微镜的简称，它已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。
电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
人们可以通过它看到肉眼看不到的东西，对于微生物等研究有着非常好的作用，那电镜实验室装修和设计是有什么要求呢？下面为大家简单的介绍一下。
如有其它关于电镜实验室相关问题需要咨询，可以直接拨打屏幕上的电话与我们官方技术专家联系，当然您也可以留下联系方式，稍后我们会及时对您进行回访~实验室的装修原则是: 安全、科学、适用、美观。
整体实验室装修区别于普通的办公装修，要综合考虑功能布局的合理性及流程性。
有的维护结构还有保温、屏障、防静电等需求。
顶面：区别于一般办公区的装修，整体实验室的顶面装修需要根据房间的送回风气流组织形式、房间特性等选择材料。
墙面：普通的办公区只需要做到美观即可。
整体实验室的墙面根据房间的功能不同，有美观、保温和洁净度要求。
有的实验室对墙面的灰度还会有要求，例如：棉花的感官检测间要求墙面灰度为N8.5。
地面：普通办公区要求地面达到实用、美观。
但是整体实验室中有的地面要求保温、防滑、耐磨、耐酸碱腐蚀、易清洁、防静电，可采用复合地板、防滑陶瓷地砖、PVC地面、环氧树脂自流平或金刚实验室专用地面。
有的实验室地面还需根据是否有下回风考虑采用架空地板。
(1)电子显微镜室应按所用设备的允许振动速度和防磁要求，远离振动源及磁场干扰源布置，且宜布置在建筑物的底层。
(2)电子显微镜室由电镜间、过渡间、准备间、切片间、涂膜间及暗室组成。
过渡间面积不应小于6㎡，且应设更衣柜及换鞋柜。
(3)电镜间不宜设外窗。
(4)电镜间的室内净高应按设备高度及检修要求确定。
(5)电镜基座应采取隔振措施。
与电镜配套使用的有振动的辅助设备及室内空气调节设备等，应设隔振装置。
(6)电镜间、切片间及涂膜间的空气应过滤。
人员出入口须设更衣柜及换鞋柜。
南京博森科技有限公司坐落于六朝古都—南京，公司致力于智慧实验室、恒温恒湿、生物安全、空气洁净、医用手术室、净化厂房、智能化系统、实验室仪器设备、网络中心机房、气候模拟环境、焓差室、非标准环境及系统节能等领域的规划与建设，以高精度、高质量、高可靠性为标准，引领科技进步为目标，注重节能环保，是集整体规划、设计、安装及运行维护等全方位为一体的高科技企业。
高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点
电子显微学报Journal of Chinese Electron Microscopy Society第 40 卷 第 1 期2021年2月Vol. 40,No. 12021-02文章编号：1000-6281（2021）01-0078-12高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点郭振玺',2**，张 斌3，豆瑞发4,茶丽梅5,陈永圣6，邵 博裴 霞韩玉刚6收稿日期：2020-10-15；修订日期：2020-12-26基金项目：北京大学仪器创新研制项目（No.6202000080/003）；北京航空航天大学工程训练中心合作项目（No.8300300194）；深圳军民融合装备技术研究院合作项目（No.8430102318）.作者简介：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，咼级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ *通讯作者：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，高级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ 韩玉刚（1975-），男（汉族），河北张家口人，研究员.E-mail ：yugangh@ （北京大学1.生命科学学院,2.冷冻电镜平台，北京100871； 3.重庆大学分析测试中心，重庆401331；4.北方工程设计研究院有限公司，河北石家庄050011 ；5.广东以色列理工学院材料系，广东汕头515063； 6.中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台，北京100101）摘要 电子显微镜（以下简称电镜）是具有超高分辨率的高精密电子光学仪器，广泛应用于科研、工业、医疗、食品安全和生命健康等众多领域，已成为现代物质形态与微结构的重要测试表征与科学研究仪器。
近年来，随着球差/色差校正技术、各类原位电镜技术等的快速发展与应用，原子尺度（静态与动态）微结构图像的获取已不再遥 不可及。
冷冻电镜的发展与普及，更是为生物大分子复合物、软物质等的研究带来了革新。
电子显微镜原理教学课件
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
电子显微镜室
电子显微镜技术方周溪潘亮亮胡万里透射电子显微镜扫描电子显微镜电子显微镜室温州医学院生物学实验教学中心前言自从光学显微镜出现以后，人类打开了微观世界的大门，看到了很多用肉眼所看不到的微小物体，例如细胞、细菌等，使人眼睛的分辨力由0.2mm提高到0.2μm。
但是，光学显微镜由于光线波长的限制，它的分辨极限是0.2μm，有效放大倍数最高不超过2000倍，如果想要看到更小的物体，它就无能为力了。
从20世纪30年代开始，人们利用工业技术的发展，成功地研制了电子显微镜，它的出现，使人们能在超微结构或原子的尺度上观察研究物体的结构，人们的观察从宏观世界进入了超微结构或原子级的微观世界。
与许多伟大的发明一样，电子显微镜的发明，也经历了那个时代艰苦的历程。
在光学显微镜发明长达300年的时间里，由于光波波长的限制，直接限制了光学显微镜的分辨能力，始终难以突破1000倍的放大倍数。
寻找更短波长的光源成为了科学家们呕心沥血的漫长征程。
1924年，法国物理学家Broglie提出了“电子与光一样，具有波动性“的假说，他证明了任何一种粒子在快速运动时，必定都伴有电磁辐射，辐射的电磁波长与粒子的运动速度成反比，并计算出电磁波长为0.005nm。
1926年，德国科学家Busch发现了带电粒子在电场或磁场中偏转聚焦的现象，类似于光线通过透镜可被聚焦一样。
由此奠定了电子显微镜的理论基础。
1928—1931年间，德国年轻的大学生Ruska测量了磁透镜的聚焦特性，并开展了电子放大成像的研究，终于在1938年成功研制了世界上第一台真正的电子显微镜，放大倍数为1200倍，被誉为电子显微镜之父,并在1986年获得诺贝尔奖。
电子显微镜的发明被誉为20世纪最重要的发明之一。
1939年，德国Siemens公司生产了第一台作为商品用的透射电镜，分辨率为10nm 左右。
但其体积庞大，无法进一步推广。
20世纪50年代初到60年代末期，电镜发展很快，从性能到构造都得到很大的改进，特别是分辨本领得到大幅度提高，达到1nm左右，到80年代的分辨率已接近0.1nm，最新研制的超高压透射电镜的分辨率可达0.005nm。
本科课件-电子显微镜技术(完整)
•电镜生物样品制作技术
•超薄切片制作技术 •负染色技术 •扫描电子显微镜样品制备技术 •冷冻制样技术
第一章 电子显微镜的基本知识
1－1.电子显微镜的发展概况 1－2.电子显微镜的基本知识
1－1.电子显微镜的发展概况
2.我省电镜应用概况：太原理工大学，山西医科大学
三、电子显微应用技术的概况：
常规超薄切片技术 常规扫描制样技术 冷冻复型技术 细胞化学技术：酶的细胞化学 免疫电镜技术 负染色技术：快速诊断 现代电镜将超微结构观察与加工一体化
1－2.电子显微镜的基本知识
一、电子显微镜的计量单位：
肉眼观察(mm) 1mm=10-3m 光镜观察(μm)
特征: 庞大体积 高精密度 高分辨率 高放大率
DXB2--12
2.透射电子显微镜的类型
加速电压
常压电镜：加速电压在200KV以下的透射电镜。 生物型电镜：120KV
超高压电镜：加速电压在500~3000KV的电镜。
电子枪结构
热阴极（钨灯丝）：高分辨率0.2纳米 高真空系统：10-5~-6乇
冷阴极（场发射）：超高分辨率：0.1纳米 超高真空系统：10-8~-9乇
3.实际分辨率
当加速电压为100KV时，λ=0.37nm，前提条件：
要求α0=1.1x10-2rad
仪器性能最佳
则：δ=2.05Å=0.2nm
样品最佳 操作最佳
六、放大率（放大倍数）
1.放大倍数：指线性放大，即在显微镜下观察到的物体 长度与其实际长度的比值。
2.有效放大倍数：指裸眼分辨率与显微镜分辨率的比值。 即：M有效=δ眼/δ仪
电子显微镜的结构与工作原理
也有EPMA装配了WDS，也装配了EDX，主要是为了分析效率的提高。
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EPMA结构与工作原理
镜 筒 部 分
（1）镜筒部分：与扫描电子显微镜基本相同。 （2）样品室：也与SEM无分别。 （3）信号检测系统：EDS和WDS（前述）
扫面电子显微镜（JSM-35CF) 日本电子公司 分辨率：6nm
电子探针（JCXA-733) 日本电子公司
样品室中还安 置各种信号检测 器。
样品台还可以 带有多种附件， 如加热，冷却或 拉伸，可进行动 态观察。
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2、信号检测、收集和图像显示系统 （1）信号检测器 ➢ 二次电子检测器， ➢ 背散射电子检测器 ➢ X射线检测器。
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a.二次电子检测器
二次电子检测器及检测原理示意图
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b.背散射电子检测器
第一聚光镜 一次像（交叉斑）
第二聚光镜 二次像（交叉斑）
物镜 三次像（束斑）
缩小了M1倍 缩小了M2倍
样品
缩小了M3倍
电磁透镜工作原理
9
（3）消像散器 当电子光学系统的磁场或电场的轴对称性被破
坏时，原来应该是圆的交叉点像变为细长的,荧光 屏上的图像好像流水一样，向一个方向模糊。
像散使图像模糊或重影，它直接影响仪器的分 辨率。
6、能进行动态观察
在扫描电子显微镜上安装不同类型的样品台，可 直接观察处于不同环境（加热、冷却、拉伸等） 中样品结构、形态的变化。
7、自动化程度高
自动控制系统：停水、停电具有安全装置。 图像调试方面：自动调焦、自动调节亮度、对比 度，自动照相，自动编录等。
目前性能良好的扫描电子显微镜，整个调试系 统实行微机控制，提高了图像质量。
试样
扫描系统示意图
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五、恒温恒湿要求
1. 主机室及切片室工作温度：20±5℃ 2. 湿度：<70% 3. 主机室及切片室的墙面均需加隔热保温层
六、防火、防水、防毒要求
1. 完善的消防安全措施及设备 2. 电镜以循环冷却水作为冷却源，电镜使用
10年以上，应更换冷却水管 3. 有毒试剂配置及样品制备室应设有排毒通
风柜 4. 建立健全的电镜室安全规章制度及仪器操
三、防尘要求
1. 墙面、屋顶粉刷可采用防尘防潮涂料 2. 窗户为双层窗 3. 地面设计采用水磨石、大理石、地砖、地
板。切记不要用各种类型的地毯。
四、电力要求
1. 专用电源 2. 电源电压要求较高的稳定度 3. 供电容量应超出实际用电量的50%（一般
≥25KW） 4. 电源开关箱100A 5. 主机应接专用地线（电阻≤3Ω） 6. 各室按需预留插座 7. 主机室安装足够亮的顶灯照明，方便电镜
第三章 电子显微镜室的设计
第一节 电子显微镜工作环境的指标 要求及设计
一、防震指标及要求
1.周围100m 范围无汽车行驶的街道及振动源 2. 主机室及切片室抗震强度为里氏6级 3. 主机安置于无地下室的一楼
二、防磁要求
1. 周围100m范围内无高压输电线、变电所及 可产生强磁场干扰的工作场所
2. 主机室采用电磁屏蔽（主机室墙面内、屋 顶内埋设铜网）
作规程
第二节 电镜室的布局及设计
• 建在一楼 • 主机室：25-30m2 • 切片室：25-30m2 • 制样及准备室：30m2 • 暗室：10m2 • 另需多间