生物電鏡技術(shù).docx

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1、第一章透射電子顯微鏡的原理與操作主講：吳金浪一、電子顯微鏡的發(fā)展簡史>20世紀(jì)30年代，盧斯卡(E.ruska)發(fā)明了世界上第一臺透射式電子顯微鏡(transmissionelectronmicroscope,TEM),并且成功地得到了一，張由電了朿作為光源形成的銅網(wǎng)放大像。當(dāng)時放大倍數(shù)僅有12倍。>到1934年一一電了顯微鏡的分辨率提高到50nm,放大倍數(shù)達(dá)到1力-倍。這就是電了顯微鏡的初型設(shè)計階段。>1935年電了顯微鏡基木定型。>1939年徳國西門了公司生產(chǎn)了世界上第一批作為商品的透射式電了顯微鏡，分辨率優(yōu)于10nm,放

2、大倍數(shù)達(dá)到10萬倍。>60年代一一透射式電了顯微鏡的分辨率達(dá)到0.5nmoA70年代末一一電子顯微鏡的點(diǎn)分辨率已優(yōu)于0.3nm,晶格條紋分辨率達(dá)到0.14nmo實(shí)現(xiàn)了人們早就向往的對原子像和晶格像的觀察。?80年代一一電了顯微鏡已發(fā)展成為一種綜合分析儀器。例如，安裝配有計算機(jī)系統(tǒng)的能量分析譜儀，對樣品進(jìn)行元素的成分分析。樣品室內(nèi)亦可裝配加熱、冷卻、大角度傾斜、拉伸樣品臺等附件，使透射式電了顯微鏡既能觀察樣品的形態(tài)又能分析樣品的成分。掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)是顯微鏡世家屮的一

3、位麻起Z秀。自第一臺定型的透射式電了顯微鏡產(chǎn)生后，法國卡諾爾就提出了掃描電了顯微鏡的設(shè)計思想和工作原理。到1942年劍橋大學(xué)首次制成批界上第一臺掃描電了顯微鏡。由于掃描電了?顯微鏡使用范圍廣，并具備分辨率高、圖像立體感強(qiáng)、放大倍率選擇范圍廣、樣品適應(yīng)性大、制樣方便等優(yōu)點(diǎn)。所以后期發(fā)展速度比透射式電子顯微鏡快的多。70年代己發(fā)展成為性能完善，自動化稈度高，功能齊全的一種電子光學(xué)儀器。電了顯微鏡種類：由于電子與物質(zhì)相互作用會產(chǎn)生透射電子、彈性散射電子、能量損失電子、二次電子、背反射電了、吸收電了、X射線、俄歇電了、陰極發(fā)光和電動力

4、等等。電鏡就是利用這些信息來對試樣進(jìn)行形貌觀察、成分分析和結(jié)構(gòu)測定的。>主要分為透射式電子顯微鏡(簡稱透射電鏡，transmissionelectronmicroscope,TEM)和掃描電子顯微鏡(簡稱掃描電鏡，scanningelectronmicroscope,SEM)兩大類。>掃描透射電子顯微鏡(簡稱掃描透射電鏡，STEM)則兼有兩者的性能。為了進(jìn)一步表征儀器的特點(diǎn)，有以加速電壓區(qū)分的，如：超高壓(1MV)和屮等電壓(200~500kV)透射電鏡、低電壓(TkV)掃描電鏡；有以電子槍類型區(qū)分的，如鉤燈絲電鏡、場發(fā)射電鏡

5、；冇以用途區(qū)分的，如高分辨電鏡，分析電鏡、能量選擇電鏡、生物電鏡、環(huán)境電鏡、雙束掃描電鏡(FIB)等。有以激發(fā)的信息命名的，如電子探針X射線微區(qū)分析儀(簡稱電子探針，EPMA)等。二、透射電鏡的基本原理就最基木的原理來說，透射電鏡和光學(xué)顯微鏡是相同的，它們的顯微放大過稈基木相似,而且電鏡的光路和部件術(shù)語也同光鏡基木一樣。不同的是，電鏡的照明源不是可見光而是電了束；透鏡也不是玻璃而是軸對稱的電場或磁場，并且電了顯微鏡的總體結(jié)構(gòu)、成像原理、操作方式等與光學(xué)顯微鏡有著木質(zhì)上的區(qū)別。透射電鏡的基木原理如下：（一）分辨木領(lǐng)與放大倍數(shù)>分

6、辨本領(lǐng)是指能夠分辨物體上兩點(diǎn)Z間的最小距離。光學(xué)顯微鏡的分辨極限為0.2Pm,而電鏡的分辨木領(lǐng)可優(yōu)于2入，相差達(dá)1000倍，因為影響光鏡提高分辨本領(lǐng)的主要因素是由于光線的衍射作用。光學(xué)顯微鏡的分辨木領(lǐng)由阿貝公式?jīng)Q定：0.612Xnsina式屮d為分辨木領(lǐng)，入為照明波波長，n為物體與物鏡Z間介質(zhì)的折射率，a為物體上的點(diǎn)與物鏡所成夾角的一半。普通光學(xué)顯微鏡用油浸鏡頭時21.5,a<90.即sina

7、分辨木領(lǐng)，必須采用波長短的照明源。電子顯微鏡的照明源波長約為0.05A,目前最好的電鏡分辨木領(lǐng)已達(dá)1?4入，比光學(xué)顯微鏡提高了1000多倍。>放大倍數(shù)是指物體經(jīng)過儀器放大后的像與物的大小之比。放大了的像還可多次放大，但到一定限度后繼續(xù)放大時便不能增加細(xì)節(jié)，這是分辨本領(lǐng)的限制所致。不能增加圖像細(xì)節(jié)的放大倍數(shù)稱為空放大，而與分辨木領(lǐng)相應(yīng)的最高放大倍數(shù)稱為有效放大倍數(shù)，為眼的分辨木領(lǐng)與儀器的分辨木領(lǐng)Z比。目前商品電鏡的分辨木領(lǐng)可達(dá)到2A,其有效放大倍數(shù)為My=0.2mm2xl0_7mm=106（倍）即100萬倍。這個倍數(shù)可以從電鏡上

8、育接得到，也可在攝制20萬倍的底片后再以光學(xué)放大5倍來獲得。因此，標(biāo)示電鏡性能的主要指標(biāo)是分辨本領(lǐng)而不是放大倍數(shù)。（二）電子?xùn)c的產(chǎn)生電了束是電鏡的照明介質(zhì)。目前大多數(shù)電鏡的電了束是rti熱陰極、控制極和陽極構(gòu)成的三極式電了槍產(chǎn)生，其示意圖：控制極（柵極）亠燈絲（陰極〉?曹?r