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電子顯微鏡（英語：electron microscope，簡稱：電鏡）是利用電子與物質(zhì)作用所產(chǎn)生之訊號來監(jiān)定微區(qū)域晶體結(jié)構(gòu)，微細(xì)組織，化學(xué)成份，化學(xué)鍵結(jié)和電子分布情況的電子光學(xué)裝置。常用的有透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。與光學(xué)顯微鏡相比電子顯微鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學(xué)透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。

組成

電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。

鏡筒主要有電子源、電子透鏡、樣品架、熒光屏和探測器等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個(gè)柱體。

電子透鏡用來聚焦電子，是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件。一般使用的是磁透鏡，有

電子顯微鏡下的纖維

時(shí)也有使用靜電透鏡的。它用一個(gè)對稱于鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與光學(xué)顯微鏡中的光學(xué)透鏡（凸透鏡）使光束聚焦的作用是一樣的，所以稱為電子透鏡。光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)是固定的，而電子透鏡的焦點(diǎn)可以被調(diào)節(jié)，因此電子顯微鏡不象光學(xué)顯微鏡那樣有可以移動的透鏡系統(tǒng)�，F(xiàn)代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩(wěn)定的直流勵(lì)磁電流通過帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場使電子聚焦。電子源是一個(gè)釋放自由電子的陰極，柵極，一個(gè)環(huán)狀加速電子的陽極構(gòu)成的。陰極和陽極之間的電壓差必須非常高，一般在數(shù)千伏到3百萬伏特之間。它能發(fā)射并形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩(wěn)定度要求不低于萬分之一。

樣品可以穩(wěn)定地放在樣品架上，此外往往還有可以用來改變樣品（如移動、轉(zhuǎn)動、加熱、降溫

、拉長等）的裝置。

探測器用來收集電子的信號或次級信號。

真空裝置用以保障顯微鏡內(nèi)的真空狀態(tài)，這樣電子在其路徑上不會被吸收或偏向，由機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵和真空閥門等構(gòu)成，并通過抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接。

電源柜由高壓發(fā)生器、勵(lì)磁電流穩(wěn)流器和各種調(diào)節(jié)控制單元組成。

參數(shù)

分辨率

分辨能力是電子顯微鏡的重要指標(biāo)，電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點(diǎn)的最小間距來表示，即稱為該儀器的最高點(diǎn)分辨率：d=δ。顯然，分辨率越高，即d的數(shù)值（為長度單位）愈小，則儀器所能分清被觀察物體的細(xì)節(jié)也就愈

電子顯微鏡觀察微生物所得影像

多愈豐富，也就是說這臺儀器的分辨能力或分辨本領(lǐng)越強(qiáng)。

分辨率與透過樣品的電子束入射錐角和波長有關(guān)�？梢姽獾牟ㄩL約為300～700納米，而電子束的波長與加速電壓有關(guān)。依據(jù)波粒二象性原理，高速的電子的波長比可見光的波長短，而顯微鏡的分辨率受其使用的波長的限制，因此電子顯微鏡的分辨率（0.2納米）遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡的分辨率（200納米）。當(dāng)加速電壓為50～100千伏時(shí)，電子束波長約為0.0053～0.0037納米。由于電子束的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見光的波長，所以即使電子束的錐角僅為光學(xué)顯微鏡的1%，電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，而現(xiàn)代電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點(diǎn)陣。

放大率

單就放大率（magnification）而言，是指被觀察物體經(jīng)電子顯微鏡放大后，在同一方向上像的長度與物體實(shí)際長度的比值。這是兩條直線的比值，有人將放大率理解為像與物的面積比，這是一種誤解，勢必引起概念上的混淆和計(jì)算方法與結(jié)果上的混亂。

缺點(diǎn)

1.在電子顯微鏡中樣本必須在真空中觀察，因此無法觀察活樣本。隨著技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)境掃描電鏡將逐漸實(shí)現(xiàn)直接對活樣本的觀察；

2.在處理樣本時(shí)可能會產(chǎn)生樣本本來沒有的結(jié)構(gòu)，這加劇了此后分析圖像的難度；

3.由于電子散射能力極強(qiáng)，容易發(fā)生二次衍射等；

4.由于為三維物體的二維平面投影像，有時(shí)像不唯一；

5.由于透射電子顯微鏡只能觀察非常薄的樣本，而有可能物質(zhì)表面的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同；

6.超薄樣品（100納米以下），制樣過程復(fù)雜、困難，制樣有損傷；

7.電子束可能通過碰撞和加熱破壞樣本；

8.此外電子顯微鏡購買和維護(hù)的價(jià)格都比較高。

電子顯微鏡按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。

透射式電子顯微鏡常用于觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)；掃描式電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌，也能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合，構(gòu)成電子微探針，用于物質(zhì)成分分析；發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。

因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)顯微鏡相仿，可以直接獲得一個(gè)樣本的投影。通過改變物鏡的透鏡系統(tǒng)人們可以直接放大物鏡的焦點(diǎn)的像。由此人們可以獲得電子衍射像。使用這個(gè)像可以分析樣本的晶體結(jié)構(gòu)。在這種電子顯微鏡中，圖像細(xì)節(jié)的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。由于電子需要穿過樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子

電子顯微鏡觀測圖

量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數(shù)納米到數(shù)微米不等。原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。

透射電鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬～幾十萬倍。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須制備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。

透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過第一，第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過中間鏡和投影鏡逐級放大，成像于熒光屏或照相干版上。中間鏡主要通過對勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。

樣本處理

在使用透視電子顯微鏡觀察生物樣品前樣品必須被預(yù)先處理。隨不同研究要求的需要科學(xué)家使用不同的處理方法。

固定：為了盡量保存樣本的原樣使用戊二醛來硬化樣本和使用鋨酸來染色脂肪。
冷固定：將樣本放在液態(tài)的乙烷中速凍，這樣水不會結(jié)晶，而形成非晶體的冰。這樣保存的樣品損壞比較小，但圖像的對比度非常低。
脫干：使用乙醇和丙酮來取代水。
墊入：樣本被墊入后可以分割。
分割：將樣本使用金剛石刃切成薄片。
染色：重的原子如鉛或鈾比輕的原子散射電子的能力高，因此可被用來提高對比度。

使用透視電子顯微鏡觀察金屬前樣本要被

切成非常薄的薄片（約0.1毫米），然后使用電解擦亮繼續(xù)使得金屬變薄，最后在樣本中心往往形成一個(gè)洞，電子可以在這個(gè)洞附近穿過那里非常薄的金屬。無法使用電解擦亮的金屬或不導(dǎo)電或?qū)щ娦阅懿缓玫奈镔|(zhì)如硅等一般首先被用機(jī)械方式磨薄后使用離子打擊的方法繼續(xù)加工。為防止不導(dǎo)電的樣品在掃描電子顯微鏡中積累靜電它們的表面必須覆蓋一層導(dǎo)電層。

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