透射电子显微镜

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1、透射电子显微镜Transmissionelectronmicroscope(TEM)1.透射电子显微镜的原理2.透射电子显微镜的结构3.透射电子显微镜的应用4.常见的透射电子显微镜现代显微镜显微镜光学显微镜：1普通光学显微镜2紫外线显微镜3荧光显微镜4暗视野显微镜5相差显微镜电子显微镜：1透射电子显微镜2扫描电子显微镜3扫描隧道显微镜光学显微镜一般由物镜和目镜组成。物镜靠近物体，进行第—次放大。目镜靠近观察者的眼睛，将物镜放大后的像再进行放大，物体经两次放大后，总的放大倍数为两个放大倍数的乘积，比如物镜放大倍数为40x，目镜放大倍数15X，总放大倍数即为600X，光学显微镜

2、的发明是科学史上的重大事件，它极大地推动了生物学和医学的发展，从此诞生了组织细胞学、病毒学、使人们的认识由宏观世界进入微观世界。是否只要放大倍数越大，就能看清越小的细节了呢？不是。光学显微镜的分辨本领有一个极限，比这极限更小的细节，它就分辨不清了：有两个因素限制了光学显微镜分辨本领的提高：透镜的像差、光波的衍射效应。人眼的分辨本领为0.2mm光学显微镜是由光学透镜组成，其分辨本领也就是0.2μm和人眼的分辨本领0.2mm相差1000倍，因此光学显微镜的有效放大倍数为1000倍电子显微镜的历史光学显微镜由于受可见光波长的限制，分辨本领不会优于0.2μm。人们希望找到一种波长比

3、可见光短得多的光线。1924年，法同科学家德·布罗意证明了任何一种快速运动的粒子，都具有波动性，其波长可用下式表示：公式3这里λ是波长，h是布朗克常数，m是粒子的质量，v是粒子运动的速度。据电学知识可知，电子在电场中会受到力的作用，因而能够加速。电子运行的速度与加速电压有关。根据能量守恒定律：公式4作适当变换公式5公式6公式7上式中m、e、h均为常数，代人(7)式后加速电压为5万伏特时，λ=0.0053nm；10万伏特时，λ＝0.0037nm；加速电压越高，电子的波长越短。电子的波长约为可见光的十万分之一。1926年德国科学家布许发现，高速运动的电子在电场或磁场的作

4、用下，会发生折射、并且能被聚焦，就如普通的可见光通过光学透镜被折射聚焦一样。高速运动的电子流，具有波动性及可折射性，就是电子显微镜的理论基础。20世纪30年代，经过鲁斯卡、克诺尔、马顿等科学家的不断努力，终于在1938年试制成功第一台实用电子显微镜透射电子显微镜透射电子显微镜是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领，高放大倍数的电子光学仪器。其主要特点是，测试的样品要求厚度极薄（几十纳米），以便使电子束透过样品。电子透镜的像差使一个理想的点源能成像为一个理想点；像差主要分为；球差、像散、色差、畸变。1)球差：是由于透镜不能把所有的入射光线都聚向共

5、同的焦点而产生的。透镜边缘射线的弯曲大于透镜轴心附近的射线(图2)。物点A，发出张角为a0的一束射线到透镜，靠近轴的一些射线会聚于N平面的左方；不论像平面在什么位置，都不能获得理想的像，而只能得到一模糊圆。电子透镜的各种像差图2球差示意图计算表明，孔径角为a0的电子束在一个适当的平面(图2中的平面M)位置处，其模糊圆最小。约化到物平面其半径：公式8从理论上可以证明，现在所采用的电子透镜结构中，球差只能减小，但不能完全消除，这是电磁透镜的最大缺点。从公式(8)可知，若要减小球差对分辨率的影响，应尽量采用小的孔径角a0。但我们曾指出由于衍射对分辨率的影响：公式9由公式(8)和(

6、9)可知，a0不能取太大，否则球差的影响将严重，但也不能取太小，否则衍射的影响将严重。实际上电子显微镜中球差和衍射差(两者部是无法消除的)是限制分辨率的主要因素。孔径角a0的大小必须由两者折中考虑。据计算最佳孔径角a0：公式10与此对应的最小分辨的距离的理论值为S：公式11一般电子显微镜的典型数据：高压100kv。波长k＝0.0037nm，最佳孔径角a0＝0.01。理沦分辨率：S＝0.25nm。目前电子显微镜的点分辨率接近这个理论值。2)像散：这一缺陷的出现是因为电子透镜实际上不可能做得完全对称。机械加工不圆，极靴材料不均匀，使得透镜在不同子午面上的焦距有差别。如图3所示。

7、像散示意图十字形物体的一个臂成像于某平面，而另一臂成像于另一平面。为了减少电镜的色差，就必须提高加速电压和透镜电流的稳定度。目前高性能的电镜，物镜电流和加速电压的稳定度都要求在10-6数量级。色差示意图目前电镜对消除畸变非常重视，因为在生物医学中经常使用3000倍以下的放大倍数、现在经常采用的方法是使弱透镜的桶形畸变和强透镜的枕形畸变相抵消，用中间镜电流和投影镜电流反向的办法减少扭曲畸变。畸变示意图透射电子显微镜的结构电子枪聚光镜系统成像系统观察和记录系统一台电子显微镜有许多参量可供使用者任意选择．参量选得合适．才