环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用

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1、环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用第38卷第2期2010年4月气象科技METE0ROLOGICALSCIENCEAN

2、DTECHOIOGYVo1.38.No.2ADr.2o10环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用苏正军关立友石爱丽(中国气象科学研究院,北京100081)摘要大气颗粒物具有吸附性,吸湿性以及对光的吸收和散射性等特性,对环境,气候和人类健康造成许多不利影响.扫描电子显微镜和能谱分析技术,可在观测大气组成的微小颗粒的微观结构的同时,实现对微结构元素组分分析的目的,为气象学中开展微观物理化学研究提供一个有效的手段.文章简要介绍了环境扫描电子显微镜(ESEM)的基本工作原理及特点,指出环境扫描电子显微镜在气象科学研究中的独特作用,适用领域,并通过对人工影响天气焰

3、剂产生的大气颗粒的物理化学性质研究的实例来说明其应用.关键词环境扫描电子显微镜能谱分析大气颗粒引言电子显微镜按照结构和用途可分为透射电子显微镜,扫描电子显微镜,反射电子显微镜和发射电子显微镜等.相对于光学显微镜和其他电子显微镜而言,扫描电子显微镜具有可直接观察样品表面的三维立体结构,放大倍数从1O倍到几十万倍,图像便于存储等很多优点.此外,扫描电子显微镜和能谱分析仪结合起来,可在实现对样品形态观察的同时,进行化学元素测定分析.X射线能量色谱分析是近3O年来发展起来的一门元素测试技术,能对样品实现定性,定量分析.例如国外借助电子显微镜研究发现,添加有机氯化合

4、物可明显改进人工影响天气催化剂AgI气溶胶的活性,对人_T二冰核发生技术具有重要贡献.国内张铮等利用电子显微镜对北京降水中不可溶成分的物质组成进行研究并分析了其可能来源.目前有关扫描电子显微镜和能谱分析技术在材料领域应用较多,但在气象学研究中报道很少.1扫描电子显微镜原理及特点2O世纪80年代Danilatos等学者[3研制成功环境扫描电子显微镜(ESEM).在扫描电子显微镜样品室内可以安装低温,高温,拉伸,弯曲样品台,微型注射器,还可以向室内通入各种气体,从而模拟样品所处的真实环境或创建出各种实验条件,如可通过调节水蒸汽的压力和温度使水处于汽液平衡状态,

5、以保证实验过程中样品不会因脱水而变形.到目前为止扫描电子显微镜已较多地应用于生物,环境,材料研究领域”].扫描电子显微镜的工作原理与电视相似,电子枪采用真空加热钨灯丝,发生热电子束,在0.5～30kV的加速电压下,经过电子光学系统(聚光镜和物镜组成)聚集成极细的电子束照射到样品表面.末级透镜上边装有扫描线圈,在其作用下,电子束打到样品上某一点时,在荧光屏上就有一亮点与之对应,其亮度与激发后的电子能量成正比,扫描电子显微镜是采用逐点成像的图像分解法进行的,光点成像的顺序是从左上方开始到右下方,直到最后一行右下方的像元扫描完毕就算完成一幅图像.对扫描电子显微镜

6、成像有影响的信号主要有二次电子,背散射电子和X射线谱线等,其中二次电子是样品和初始束电子相互作用而激发出来的样品原子所含电子,它们能量很低,只能从样品表面很浅的区域逸出,是扫描电子显微镜检测出的主要信号,图像被称为二次电子图像,具有立体感,成像分辨率最好,准确反映样品表面的形貌特征;背散射电子是国家科技支撑计划重点项目”人工影响天气关键技术与装备研发”(2006BAC12B06),国家自然科学基金面上项目(40205001)及中圈气象局云雾物理环境开放实验室共同资助作者简介:苏正军,男,1971年生,博士,副研究员,从事云降水物理科研工作,Email:su

7、zj@cams.cilia.gov.cn收稿时间:2009年3月16日;定稿日期:2009年4月10日26O第38卷与样品原子核发生弹性碰撞而被散射出样品的电子束.这部分电子能量很高,其成像分辨率不高;X射线谱线是当入射电子流轰击样品表面时,如果能量足够高,样品的部分原子的内层电子会被轰出,使原子处于能级较高的激发态,样品原子各能级问现电子跃迁而产生的,其成像分辨率最差.表1给出扫描电子显微镜的主要信号及其功能,可以看出不同信号类别及其对应扫描电子显微镜的不同功能.表1扫描电子显微镜(ESEM)的主要信号及其功能收集信号类别功能二次电子背散射电子特征X射线

8、俄歇电子形貌观察成分分析晶体学研究成分分析成分分析扫描电子显微镜探