生物电镜技术.docx

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1、第一章透射电子显微镜的原理与操作主讲：吴金浪一、电子显微镜的发展简史>20世纪30年代，卢斯卡(E.ruska)发明了世界上第一台透射式电子显微镜(transmissionelectronmicroscope,TEM),并且成功地得到了一，张由电了朿作为光源形成的铜网放大像。当时放大倍数仅有12倍。>到1934年一一电了显微镜的分辨率提高到50nm,放大倍数达到1力-倍。这就是电了显微镜的初型设计阶段。>1935年电了显微镜基木定型。>1939年徳国西门了公司生产了世界上第一批作为商品的透射式电了显微镜，分辨率优于10nm,放

2、大倍数达到10万倍。>60年代一一透射式电了显微镜的分辨率达到0.5nmoA70年代末一一电子显微镜的点分辨率已优于0.3nm,晶格条纹分辨率达到0.14nmo实现了人们早就向往的对原子像和晶格像的观察。»80年代一一电了显微镜已发展成为一种综合分析仪器。例如，安装配有计算机系统的能量分析谱仪，对样品进行元素的成分分析。样品室内亦可装配加热、冷却、大角度倾斜、拉伸样品台等附件，使透射式电了显微镜既能观察样品的形态又能分析样品的成分。扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)是显微镜世家屮的一

3、位麻起Z秀。自第一台定型的透射式电了显微镜产生后，法国卡诺尔就提出了扫描电了显微镜的设计思想和工作原理。到1942年剑桥大学首次制成批界上第一台扫描电了显微镜。由于扫描电了•显微镜使用范围广，并具备分辨率高、图像立体感强、放大倍率选择范围广、样品适应性大、制样方便等优点。所以后期发展速度比透射式电子显微镜快的多。70年代己发展成为性能完善，自动化稈度高，功能齐全的一种电子光学仪器。电了显微镜种类：由于电子与物质相互作用会产生透射电子、弹性散射电子、能量损失电子、二次电子、背反射电了、吸收电了、X射线、俄歇电了、阴极发光和电动力

4、等等。电镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。>主要分为透射式电子显微镜(简称透射电镜，transmissionelectronmicroscope,TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，scanningelectronmicroscope,SEM)两大类。>扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则兼有两者的性能。为了进一步表征仪器的特点，有以加速电压区分的，如：超高压(1MV)和屮等电压(200~500kV)透射电镜、低电压(TkV)扫描电镜；有以电子枪类型区分的，如钩灯丝电镜、场发射电镜

5、；冇以用途区分的，如高分辨电镜，分析电镜、能量选择电镜、生物电镜、环境电镜、双束扫描电镜(FIB)等。有以激发的信息命名的，如电子探针X射线微区分析仪(简称电子探针，EPMA)等。二、透射电镜的基本原理就最基木的原理来说，透射电镜和光学显微镜是相同的，它们的显微放大过稈基木相似,而且电镜的光路和部件术语也同光镜基木一样。不同的是，电镜的照明源不是可见光而是电了束；透镜也不是玻璃而是轴对称的电场或磁场，并且电了显微镜的总体结构、成像原理、操作方式等与光学显微镜有着木质上的区别。透射电镜的基木原理如下：（一）分辨木领与放大倍数>分

6、辨本领是指能够分辨物体上两点Z间的最小距离。光学显微镜的分辨极限为0.2Pm,而电镜的分辨木领可优于2入，相差达1000倍，因为影响光镜提高分辨本领的主要因素是由于光线的衍射作用。光学显微镜的分辨木领由阿贝公式决定：0.612Xnsina式屮d为分辨木领，入为照明波波长，n为物体与物镜Z间介质的折射率，a为物体上的点与物镜所成夹角的一半。普通光学显微镜用油浸镜头时21.5,a<90.即sina

7、分辨木领，必须采用波长短的照明源。电子显微镜的照明源波长约为0.05A,目前最好的电镜分辨木领已达1・4入，比光学显微镜提高了1000多倍。>放大倍数是指物体经过仪器放大后的像与物的大小之比。放大了的像还可多次放大，但到一定限度后继续放大时便不能增加细节，这是分辨本领的限制所致。不能增加图像细节的放大倍数称为空放大，而与分辨木领相应的最高放大倍数称为有效放大倍数，为眼的分辨木领与仪器的分辨木领Z比。目前商品电镜的分辨木领可达到2A,其有效放大倍数为My=0.2mm2xl0_7mm=106（倍）即100万倍。这个倍数可以从电镜上

8、育接得到，也可在摄制20万倍的底片后再以光学放大5倍来获得。因此，标示电镜性能的主要指标是分辨本领而不是放大倍数。（二）电子朿的产生电了束是电镜的照明介质。目前大多数电镜的电了束是rti热阴极、控制极和阳极构成的三极式电了枪产生，其示意图：控制极（栅极）亠灯丝（阴极〉®曹♦r