第四章 透射电子显微分析技术(二)
第四章透射电子显微分析技术（二）推荐一本参考书《生物医学电镜样品制备方法》-----戴大临张清敏著透射电镜生物医学试样的制备 一超薄切片技术◆超薄切片的常规程序◆超薄切片使用的设备◆超薄切片使用的试剂及配方二生物样品的负染色技术一、超薄切片技术透射电镜生物医学试样超薄切片的制作过程需要经过取材、固定、清洗、脱水、浸透、包埋（聚合）、切片及染色等步骤。
超薄切片常规程序◆取样：大小1mm3；◆醛类(如戊二醛）预固定：2-4小时；◆缓冲液清洗几次，中间更换新的缓冲液；◆锇酸后固定：0-4℃下1-4小时；◆缓冲液清洁半小时以上；◆乙醇或丙酮的上升系列脱水，其顺序为：50%，70%，80%，90%，95%各一次，每次5-15分钟，100%2-3次，每次5-15分钟；◆包埋剂浸透，包埋；◆聚合，60℃下聚合24-36小时，或者在紫外线下聚合24-48小时；◆超薄切片◆染色图解超薄切片试样制备过程（－）取材1.取材的基本要求：◆快取材的动作要迅速，最好在材料离体后１min内就进入固定液；解剖器械要锋利，避免牵拉和挤压，尽量减少取材中的机械损伤。
◆准取材要准确。
①器官要准确②部位要准确：如脑垂体的前叶和后叶要分清，其结构和功能各不相同。
◆冷取材过程应尽量在低温下进行（０～４℃），以降低酶的活性，减少细胞内结构的损失。
◆小所取材料体积要小，一般不超过１㎜3。
因为固定剂的渗透力较弱，若组织块太大，块的内部将得不到良好的固定。
2.取材方法A．动物及人体组织的取材：应在麻醉（1%戊巴比妥钠按5ml/kg体重腹腔注射）或断头急性处死后，解剖出所需器官，用解剖剪刀剪取一小块组织，放在干净的纸板上，滴一滴冷却的固定液，用新的、无油污锋利的（双面）刀片将材料切成大约1mm宽，2～3mm长的小块，从中挑选损伤小的小条，再将其切成１mm3的小块，最后用牙签将这些小块逐一放入盛有冷的新鲜固定液的有盖青霉素小瓶里，放入冰箱冷藏室低温固定（０～４℃）。
B．体外培养细胞的取材：生长在培养瓶中的体外培养细胞取材时，先倒出培养液，接着倒入适量的戊二醛固定液，在冰浴上放置３～５min，然后用刮刀轻轻刮下瓶壁上的细胞，将含有细胞的固定液转移到离心管中，普通离心机低速离心（2000转/分钟）15min，使细胞聚成团块，弃去上清夜，换上新鲜固定液继续固定。
C．植物组织的取材：植物材料的取材宜切成薄片状，经适当固定后再切成小方块。
（二）固定1.固定的概念：用化学固定剂或冰冻、干燥及高温等物理方法迅速杀死细胞、以保持细胞形态结构不变的过程叫固定。
固定的目的是尽可能使细胞中的各种细胞器及大分子保持生活状态的结构，并且牢固地固定在它们原来所在的位置上。
经过良好固定的细胞器和大分子，不会由于一系列后继的处理而发生移位或丢失。
固定方法有化学固定法及物理固定法两大类，其中常用的是化学固定法。
2.几种常用的固定剂：理想的固定剂应具有下列条件：A．能迅速而又均匀地渗入组织细胞内，并尽快杀死细胞以减少“死后变化”；B．能稳定细胞的各种结构成分，使之在脱水、渗透等过程中不溶解或损失；C．细胞结构形态不收缩或膨胀，无人工假象或变形；D．能保存酶的活性，以供电镜的细胞化学测定。
实践中较理想的固定剂有四氧化锇（锇酸）和戊二醛两种。
其它还有高锰酸钾、多聚甲醛等。
①四氧化锇通称锇酸。
是一种淡黄色具有强烈刺激味的有毒晶体。
其分子式为OsO4，水溶液是中性的。
四氧化锇是一种强氧化剂，具有极大的毒性，操作时必须十分小心。
固定时间约为2小时，如时间太长，使蛋白复合体溶解，使组织块发脆，造成切片困难。
②戊二醛1963年开始采用，是现今广泛应用于电镜上的良好固定剂，对细胞内结构有良好的固定作用。
常用它作为预固定剂，浓度通常为1.5－5％，时间一般为2小时。
③高锰酸钾一种强氧化剂，对磷脂蛋白类有特别良好的固定作用，可用于保护细胞膜、内质网膜、线粒体外膜等，尤其对神经髓脂质的固定效果更为显著，目前使用较少。
④甲醛其水溶液俗称福尔马林，甲醛的反应速率比戊二醛慢，对细胞精细结构的保存也不如戊二醛，但在酶活性的保存上却优于戊二醛，故甲醛一般多用于组织化学或快速固定。
固定方式①常规组织块的二次固定法这种方法适合于大多数组织的浸泡固定。
A：预固定用2.5％戊二醛磷酸缓液冲液或二甲胂酸钠缓冲液或用2％多聚甲醛加2.5％戊二醛在4℃下固定1－2小时，固定液用量不少于组织体积的40倍。
B：在4℃下用缓冲液洗涤，必须彻底洗去残余的戊二醛，时间为2小时或更长，中间换液数次。
如戊二醛固定时间延长，则漂洗时间亦相应延长。
洗涤液尽量采用同系列的缓冲液。
C：后固定在4℃下用1％锇酸固定液固定1.5－2小时。
②体外培养细胞的固定法③外周血细胞采集及固定方法④原位固定法与灌流固定法常用固定液的配制①锇酸固定液的配制市售的锇酸是一种淡黄色晶体，一般用安锫瓶封装，有0.1、0.5、1.0克三种。
因受热和光照会促使其氧化，故需要保存于避光和阴凉处。
配制锇酸的容器宜选用棕色磨口玻璃瓶，充分洗净。
配制前，先将锇酸安锫瓶洗净，双蒸水冲洗，滤纸吸干。
用金刚石在瓶壁中央小心划出痕纹，放入棕色瓶内，盖好瓶盖。
振破安锫瓶后，按比例加入双蒸水，加盖后外部套上塑料袋，封紧或用石蜡密封瓶口，置冰箱中让其缓缓溶解。
放三天以上方能完全溶解，成为无色或稍带淡黄的液体。
锇酸是极毒品，对呼吸道粘膜、眼角膜都有固定作用，操作者应尽可能避免与锇酸及其蒸气接触，应在通风橱内操作。
a：先配2％锇酸水溶液b：用磷酸缓冲液配制的1％锇酸固定液②戊二醛固定液的配制A、0.1M磷酸缓冲戊二醛固定液（市售戊二醛多为25%的水溶液）戊二醛最终浓度（%）1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 0.2M磷酸缓冲液（ml）50 50 50 50 50 50 50 25%戊二醛水溶液（ml）4 6 8 10 12 16 20双蒸水加至（ml）100 100 100 100 100 100 100B、0.1M二甲胂酸钠缓冲戊二醛固定液戊二醛最终浓度（%） 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.2M二甲胂酸钠缓冲液（ml）50 50 50 50 505%戊二醛水溶液（ml） 4 6 8 10 12双蒸水加至（ml）100 100 100 100 100（三）清洗与脱水由于锇酸能与乙醇作用生成沉淀，因此，在脱水之前，宜用缓冲液将多余的锇酸清洗干净，时间可从30分到几小时，有的甚至清洗过夜，其间应更换几次缓冲液。
脱水的作用是用一种中间液体（脱水剂）来代替样品中所有的游离水，脱水剂不仅能与水混合，而且还能与包埋剂混合，这样才能保证在包埋过程中包埋剂能够渗透进组织中。
通常使用的脱水剂是一系列浓度逐渐增加的乙醇、丙酮等挥发性化学试剂。
由于脱水剂是一种很强的脂溶剂，能够溶解掉组织内的大量脂肪，因而时间要适当控制。
常用缓冲液的配制Ａ、磷酸缓冲液（0.2M）的配制方法如下：甲液：Na2HPO4.12H2O 71.64g加蒸馏水溶解成1000ml乙液：NaH2PO4.2H2O 31.21g加蒸馏水溶解成1000ml按下表混合甲、乙两液即得所需PH的磷酸缓冲液0.2M的磷酸缓冲液的配制（50ml）PH 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4甲液（ml）13.3 18.8 24.5 30.5 36.0 40.5乙液（ml）36.7 31.2 25.5 19.5 14.0 9磷酸盐缓冲液对细胞无毒性作用，常用于配制戊二醛固定液，并适于作灌注固定。
本缓冲液的缺点是固定时容易产生沉淀，并容易生长细菌，不能长期储存。
B、二甲胂酸盐缓冲液（0.2M）甲液：二甲胂酸钠 4.28g 加蒸馏水至100ml乙液：0.2N盐酸按下表混合甲、乙两液后，将总体积稀释成200ml即可获得不同PH的缓冲液二甲胂酸钠缓冲液的配制PH 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4甲液（ml）50 50 50 50 50 50乙液（ml）18.3 13.3 9.3 6.3 4.2 2.7本缓冲液比较稳定，不易生长细菌，可长期保存，与低浓度的钙质（1-3mM）不发生沉淀反应。
缺点是胂有毒性、有臭味，配制时应在通风橱中进行。
（四）浸透和包埋1.浸透：就是用某种液体介质（包埋剂）渗人组织块取代脱水剂，这种介质能聚合硬化成固体，并具有足够的弹性以便进行超薄切片。
理想的包埋剂应具有以下条件：A：粘度相当低，较易渗入组织，对组织没有化学作用；B：聚合均匀而充分，聚合前后体积变化小，以保证细胞结构不受损伤；C：软硬度适中，并便于调整；D：制出的切片容易展平；E：能经得起电子束的轰击；F：高倍放大不显示本身任何细微结构；G：对胶囊没有损伤作用；H：材料来源丰富，易得、价廉，并对人体无毒性。
2.包埋的步骤：如组织块是用丙酮脱水的，在100％丙酮脱水完毕后：①先配制100％丙酮与包埋剂1∶l混合浸透液，将组织块转入此液内，室温下放置1小时；②将组织块换入纯包埋液中浸透2小时（中间可换一次包埋液）；③用牙签将组织块转移到胶囊底部或定向包埋模扳槽的顶部，然后用包埋液将胶囊或模板槽灌满，把写好标本编号的纸卷成环状放在胶囊的上部，或放在模板槽内。
④将胶囊或模板放在35－40℃温箱中浸透4小时或过夜；⑤然后放人60℃温箱48小时，使其聚合。
取出后使其自然冷却。
如用乙醇脱水时，100％乙醇后，需用环氧丙烷置换两次，每次10－20分钟，再将环氧丙烷和包埋液按1∶1混合浸透1－2小时，再进入纯包埋液。
常用的包埋剂环氧树脂配方Epon 812配方如下：甲液：Epon 812 l0mlDDSA（十二烷基琥珀酸酐）16ml（硬化剂）乙液：Epon 812 10mlMNA（甲基内次甲基邻苯二甲酸酐）8.9ml（硬化剂）配制时，甲、乙液分别配制并贮存，根据不同的硬度要求，量取不同比例的甲乙液。
－般冬季用1∶4，夏季用1∶9的比例。
乙液比例越大，包埋块的性质越硬。
配好混合液后，以1.5－2％的体积比，逐滴加入DMP－30（2、4、6－三（甲氨基甲基）苯酚），充分搅拌10分钟左右，聚合温度为60℃，48小时。
这是包埋好的试样这是修块机和修整好的包埋块（五）超薄切片1.切片的准备过程①载网和支持膜：载网：常用的有铜网、不锈钢网，还有和镍、铂、尼龙等制成的载网，－般常用铜网。
支持膜：A.火棉胶膜 B.福尔瓦膜（Formvar）②包埋块的修整：制作好的包埋块，经过适当修整后，才能用于切片。
通常块的顶端修成金字塔形，顶面修成梯形或长方形，面积为1mm2。
③制玻璃刀：2.超薄切片A.超薄切片机原理B.切片及其厚度的判断先进行厚切片或半薄切片（0.5-2u），然后超薄切片，基本上可切出500～700Å薄切片。
干涉色切片厚度暗灰色400 Å以上灰色400-500 Å银灰色500-700 Å金黄色700-900 Å紫色900 Å以上目前公认介乎于灰色和银白色的切片是比较理想的厚度，其分辨率可达25 Å左右。
透射电子显微分析在材料科学分析技术中的应用PPT课件
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1.2 TEM发展简史
• 1924年de Broglie提出波粒二象性假说 • 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。
• 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行了电子衍射实验。
电子衍射实验1
•
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。
镍单晶
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物镜的球面像差一般通过在物 镜背焦面径向插入物镜光阑，物 镜的像散通常通过采用机械消像 散器、磁消像散器或静电消像散 器来减小。
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(2)中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是
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1. 照明系统 照明系统的作用： ① 提供光源，控制其稳定度、照明
强度和照明孔径角； ② 选择照明方式(明场或暗场成像)。
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(1) 电子枪 电子枪是透射电镜的电子源。因为
电子枪决定了像的亮度、图像稳定度 和穿透样品能力，所以相应地要求其 亮度、发射稳定度和加速电压都要高。 最常用的加速电压为50~100kV，近来 超高电压电镜的加速电压已达数千kV。
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1.2 TEM发展简史
TEM是量子力学研究的产品 黑体辐射：可以把金属看成近似的黑体，给它加热， 先呈暗红，而黄而白，发出耀眼的光线，能量随温度 的升高而增加。问题的焦点是求出能量、温度与波长 之间的关系式。 瑞利和金斯－紫外灾变 ，维恩－红外灾变 普朗克：辐射的能量不是连续的，像机关枪里不断射 出的子弹。这一份一份就取名为“量子”。能量子相 加趋近于总能量。 能量子又与它的频率有关：
第4章_习题课-电子衍射花样标定
高分辨晶格像成像全过程
包含了两次富氏变换. 第一次，物镜将 物面波分解成各级衍射波，在物镜后 焦面上得到衍射谱。第二次各级衍射 波相互干涉，重新组合，得到保留原 有相位关系的像面波，在像平面处得 到晶格条纹像。
0(r) FQg F1r
物面波函数 衍射波函数 像面波函数
相位衬度像的种类
K 为相机常数，单位：mm.Å
已知相机常数K，就可根据底板上测得的R值算出 衍射晶面d值，同时根据R的方位，可知道衍射晶 面的位置（R 垂直与衍射晶面）。
五. 结构消光规律
衍射束的强度I(hkl) 和结构因素F(hkl）有关，
即 I (hkl) ∝∣F (hkl）∣2
F (hkl）表示晶体中单位晶胞内所有原子的 散射波在（hkl）晶面衍射束方向上的振幅之
exp[i(o)] exp[i(2)] exp[i(4)] exp[i(6)] 1 exp[i(1)] exp[i(3)] exp[i(5)] exp[i(7)] 1
N
F(hkl) f j exp[ 2i(hx j kyj lz j )] j 1
K=2.008mmnm。试进行指数标定（写出步骤以
及计算过程）。
R1=10.2mm, R2=10.2mm R3=14.4mm , R1和R2间夹角为90°
R1=10.0mm, R2=10.0mm, R3=16.8mm, R1和R2间夹角为70°
[011]γ
022γ
111γ
-111γ
000
1 1 1 1 11
二. 埃瓦尔德图解：
衍射晶面 入射束 衍射束
三者之间的几何关系
把布拉格方程变形为
Sinθ=(1/d)/(2/λ)
2-2 透射电子显微镜
(a) 物镜和第一中间镜关闭
(b, c) 物镜下的小透镜OM透镜关闭
不同模式下成像透镜系统的光路图
1. 物 镜 用来获得第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透 镜。电镜的分辨率主要取决于物镜，必须尽可能降低像差。 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3mm）,放大倍数 100—300倍，目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm。
3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4) software
电子光学系统：
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
常用附件： EDAX 能谱仪
FIGURE 1.9. A selection of different commercial TEMs:
(B) Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy (A) JEM 1.25 MeV HVEM filter and an in-column energy filter
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
透射电子显微镜实验讲义
透射电⼦显微镜实验讲义⼀、实验名称透射电⼦显微镜⽤于⽆机纳⽶材料的检测。
⼆、实验⽬的1.认知透射电⼦显微镜的基本原理，了解有关仪器的主要结构；2.学习利⽤此项电⼦显微技术观察、分析物质结构的⽅法，主要包括：常规成像、⾼分辨成像、电⼦衍射和能谱分析等；3.重点帮助学⽣掌握纳⽶材料等的微观形貌和结构测试结果的判读，主要包括：材料的尺⼨、⼤⼩均匀性、分散性、⼏何形状，以及材料的晶体结构和⽣长取向等。
三、实验原理透射电⼦显微技术⾃20世纪30年代诞⽣以来，经过数⼗年的发展，现已成为材料、化学化⼯、物理、⽣物等领域科学研究中物质微观结构观察、测试⼗分重要的⼿段，尤其是近20多年来，纳⽶材料研究的快速发展⼜赋予这⼀电⼦显微技术以极⼤的⽣命⼒，可以这样说，没有透射电⼦显微镜，就⽆法开展纳⽶材料的研究。
透射电⼦显微镜在成像原理上与光学显微镜是类似的，所不同的是光学显微镜以可见光做光源，⽽透射电⼦显微镜则以⾼速运动的电⼦束为“光源”。
在光学显微镜中，将可见光聚焦成像的是玻璃透镜；在电⼦显微镜中，相应的电⼦聚焦功能是电磁透镜，它利⽤了带电粒⼦与磁场间的相互作⽤。
在真空系统中，由电⼦枪发射出的电⼦经加速后，通过磁透镜照射在样品上。
透过样品的电⼦被电⼦透镜放⼤成像。
成像原理是复杂的，可发⽣透射、散射、吸收、⼲涉和衍射等多种效应，使得在相平⾯形成衬度（即明暗对⽐），从⽽显⽰出透射、衍射、⾼分辨等图像。
对于⾮晶样品⽽⾔，形成的是质厚忖度像，当⼊射电⼦透过此类样品时，成像效果与样品的厚度或密度有关，即电⼦碰到的原⼦数量越多，或样品的原⼦序数越⼤，均可使⼊射电⼦与原⼦核产⽣较强的排斥作⽤——电⼦散射，使⾯通过物镜光阑参与成像的电⼦强度降低，忖度像变淡。
另外，对于晶体样品⽽⾔，由于⼊射电⼦波长极短，与物质作⽤满⾜布拉格（Bragg）⽅程，产⽣衍射现象，在衍射衬度模式中，像平⾯上图象的衬度来源于两个⽅⾯，⼀是质量、厚度因素，⼆是衍射因素；在晶体样品超薄的情况下（如10nm左右），可使透射电⼦显微镜具有⾼分辨成像的功能，可⽤于材料结构的精细分析，此时获得的图像为相位衬度，它来⾃样品上不同区域透过去的电⼦（包括散射电⼦）的相位差异。
透射电子显微分析2
① 悬浮法：超声波分散器将粉末在与其不发生作用的溶 液中分散成悬浮液，滴在支持膜上，干后即可。
② 散布法：直接撒在支持膜表面，叩击去掉多余，剩下 的就分散在支持膜上。
晶体薄膜法
块状材料多采用此方法。 通过减薄制成对电子束透明的薄膜样品。 薄膜样品制备方法要求： ① 制备过程中不引起材料组织的变化。 ② 薄，避免薄膜内不同层次图像的重叠，干扰分析。 ③ 具有一定的强度。
质厚衬度
衬度
衍射衬度 位相衬度
质厚衬度的公式
电子束通过厚度分别为t1和t2的试样，则衬度与原子序
数Z，密度，厚度t有关。用小的光阑（θ小）衬度大；
降低电压V，能提供高衬度 （ A2. A1---试样原子量） N0 --- 阿佛加德罗常数）
C
N0e2 V 2 2
(
Z
2 2
2t2
A2
Z12 1t1)
crystal
Diffraction + mass-thickness Contrast
TEM显微图像的衬度分析
衬度（contrast）定义：两个相临部分的电子束强度差
C I1 I2 I
I1
I1
对于光学显微镜，衬度来源是材料各部分反射光的能力不 同。
当电子逸出试样下表面时，由于试样对电子束的作用， 使得透射到荧光屏上的强度是不均匀的，这种强度不均匀 的电子象称为衬度像。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.6.1521.6.1 502:10:5402:10 :54Jun e 15, 2021
2 透射电子显微分析
2.2.1.1 TEM的基本结构 TEM的基本结构
（1）电子光学系统
是透射电镜的主要部分，完全置于真空镜 筒中。包括以下三部分：
照明：电子枪，聚光镜 成像放大：样品室；物镜；中间镜；投影镜 显象：照相机；观察屏
（2）真空系统
二级真空泵为镜筒提供10-4 ～10-6Torr的真 空度。
（3）电气系统
2.2.5 透射电镜中的电子衍射 2.2.5.1 电子衍射几何
遵循布拉格方程 布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系： 布拉格方程
2d sin θ = λ
电子衍射几何关系及基本公式
图中：入射电子束：I0 照相底板：MN 衍射晶面面间距：dhkl 入射电子束与晶面夹角：θ 透射斑与衍射斑间距：R 根据图中几何关系有： 电子衍射的2θ很小：
（多为复型像）
选择衍射成像： 选择衍射成像：或选择去成象的衍射束和衍射束数目，在物镜像平面
得到：
单束：明场像和暗场像 单束 明场像 暗场像
（明场：选择0级衍射束，即透射束成象；暗场：选择某一衍射束成象）
多束：晶格像、结构像 结构像和原子像 多束 晶格像 结构像 原子像 选区衍射： 选区衍射：或利用物镜像平面上的光栏（选区/视场光栏）控制去成
（2）电子的散射
透射电子信号的强度是由其数量决定，而透射电子的数量取决于样品中 的原子对电子的散射能力、原子的排列方式和样品的厚度。即：
样品的原子序数（大）、密度（大）及厚度（厚），则透射电子数量少且散 原子序数 密度 厚度
射角大。 这一点可从不同的原子其库仑电场不同，因此对电子的散射能力必存在差异，而试样 厚度会使透出信号（透射电子数量）减小来理解。
实际工作中，复型技术广泛 用于材料表面形貌及断口的观 察分析，其对实际操作有很高 的要求，经验十分重要。
电子显微分析技术付大友
扫描探针显微镜的特点
1. 分辨率高
HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜；FIM：场离子显微镜；REM：反射电子显微镜
1. 分辨率高
HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜；FIM：场离子显微镜；REM：反射电子显微镜
横向分辨率可达0.1nm 纵向分辨率可达0.01nm
2、可实时地空得到实时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。 应用：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。 应用：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。
3、放大倍数
光学显微镜的放大倍数 =
光学显微镜的放大倍数为2000；
电子显微镜的放大倍数：
可达10 6 ~107数量级。
样品制备
TEM样品可分为间接样品和直接样品。 要求： 供TEM分析的样品必须能够让电子束透过，通常样品观察区域的厚度以控制在100~200nm以内。 所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。因此，样品制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
上世纪30年代后，采用电子束作为光源的电子显微镜(简称“电镜”）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。
1932年鲁斯卡发明创制了第一台透射电子显微镜实验装置(TEM)。 相继问世了扫描透射电子显微镜(STEM)、扫描电子丛微镜(SEM)以及上述产品与X射线分析系统(EDS、WDS)的结合，即各种不同类型分析型电子显微镜。 1986年，宾尼格和罗雷尔先后研制成功扫描隧道电子显微镜(STM)和原于力电子显微镜(AFM)，使人类的视野得到进一步的扩展。
透射电子显微分析
透射电子显微分析
3．复型样品的制备
复型制样方法是用对电子束透明的薄膜把 材料表面或断口的形貌复制下来，常称为复型。 复型方法中用得较普遍的是碳一级复型、塑 料—碳二级复型和萃取复型。对已经充分暴露 其组织结构和形貌的试块表面或断口，除在必 要时进行清洁外，不需作任何处理即可进行复 型，当需观察被基体包埋的第二相时，则需要 选用适当侵蚀剂和侵蚀条件侵蚀试块表面，使 第二相粒子凸出，形成浮雕，然后再进行复型。
透射电子显微分析
2．薄膜样品的制备
块状材料是通过减薄的方法（需要先进行机械或 化学方法的预减薄）制备成对电子束透明的薄膜样品。 减薄的方法有超薄切片、电解抛光、化学抛光和离子 轰击等。
超薄切片方法适用于生物试样。
电解抛光减薄方法适用于金属材料。
化学抛光减薄方法适用于在化学试剂中能均匀减 薄的材料，如半导体、单晶体、氧化物等。
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二、透射电子显微像
使用透射电镜观察材料的组织、结构，需具备以 下两个前提：
▪ 制备适合TEM观察的试样，厚度100~200nm，甚 至更薄； ▪ 建立阐明各种电子图象的衬度理论。
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型： 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复 型膜。
第三节 透射电子显微分析
一、透射电子显微镜 1.透射电镜的结构 透射电镜主要由光学成像系统、真空系统和电 气系统三部分组成。 （1） 光学成像系统 ❖照明部分 是产生具有一定能量、足够亮度和适当小 孔径角的稳定电子束的装置，包括： 电子枪 聚光镜
透射电子显微分析
透射电子显微分析
透射电子显微分析
（2）成像放大系统 –物镜 –中间镜 –投影镜
透射电子显微分析
（二）放大倍数
透射电镜的放大倍数变化范围为100倍~80万倍， 并连续可调。超级电子显微镜的放大倍数可达1500万 倍。
（三）加速电压
加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电位差。 它决定电子枪发射电子的波长和能量。加速电压高， 电子束的能量大，穿透能力强，可以观察较厚的试样。 普通透射电镜的最高加速电压为100~200KV。超高压 透射电镜的加速电压高达3000KV。
网将其小心地捞起，晾干后即成。碳一级复型的优缺点优点： 其电子像具有较高的分辨率（可达
3~5nm）， 缺点： 图象衬度较低。 若投影重金属，图像会被复杂化，给
解释带来困难。 复型制备过程中会破坏试样原有的表
面状态。
（2）塑料-碳二级复型
塑料-碳二级复型的制作方法
1. 制备塑料一级复型：在待观察的试样表面上滴上一滴丙酮 （或醋酸甲脂），在丙酮尚未完全挥发或被试样吸干之前贴 上一块醋酸纤维素塑料膜（简称AC纸） （膜和试样间不能 有气泡） 。待丙酮挥发后将AC纸揭下。
萃取复型的制备方法
(1) 侵蚀试样，使分散相暴露 出来，形成浮雕；
(2) 蒸碳形成碳膜并将凸出的 分散相包埋住；
(3) 泡在侵蚀液中使碳膜和凸 出的分散相与基体分离；
(4) 将碳膜漂洗干净，用电镜 铜网捞起、晾干。
萃取复型的优点
利用萃取复型不仅可以观察基体的形貌、 分散相的形态和分布状态，而且可以对分散 相作电子衍射和成分分析。
原子散射截面越大，说明该原子对电子的散射能 力越强。
1．电子的散射与散射截面
αα
αα
电子受到某种原子的作用，散射角大于某一角度α的几率称为该原子的散射截面
《透射电子显微分析》课件
通过透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy）探索微观世界，了 解其定义、工作原理、应用领域、基本原理、步骤、优势和局限性，以及未 来发展趋势。
定义
透射电子显微分析是一种利用高分辨率透射电子显微镜观察样品内部结构和成分的技术。
基本原理
透射电子显微分析基于电子与物质的相互作用，通过电子束的透射、衍射或散射得到样品的结构和成分信息。
步骤
1
制备样品
将样品切割薄片，使电子能够透射。
2
调整仪器参数
优化显微镜的电子束和收集器的设置。
3
像差校正
通过像差校正方法，提高显微镜的分辨率。
优势和局限性
1 优势
高分辨率、高灵敏度、非破坏性、多种工作 模式。
2 局限性
样品制备复杂、对仪器环境敏感、价格昂贵。
未来发展趋势
透射电子显微分析在纳米科技、生物医药等领域有广阔的应用前景。未来的 发展目标是提高分辨率、降低成本、简化操作并发展新的应用模式。
工作原理
1
透射模式
电子束通过样品并形成投影图像，通过
衍射模式
2
电子透射对样品进行分析。
电子束与样品发生衍射，利用衍射图样
进行分析。
3
散射模式Βιβλιοθήκη 电子束与样品发生散射，通过散射图样 进行分析。
应用领域
材料科学
研究材料的晶体结构、成分和缺陷。
纳米技术
研究纳米级材料的性质和相互作用。
生命科学
观察生物分子、细胞和组织的结构。