《电子显微镜介绍》PPT课件.ppt

电子显微镜electronmicroscope CompanyLogo Contents CompanyLogo 电子显微镜的定义 电子显微镜 electronmicroscope EM 一般是指利用电磁场偏折 聚焦电子及电子与物质作用所产生散射之原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器 近年来 由于电子光学的理论及应用发展迅速 此项定义已嫌狭窄 故重新定义其为一项利用电子与物质作用所产生之讯号来监定微区域晶体结构 微细组织 化学成份 化学键结和电子分布情况的电子光学装置 用电子光学仪器研究物质组织 结构 成分的技术称为电子显微术 CompanyLogo 电子显微镜主要发展史 德国物理学家Knoll和Ruska研制成功第一台透射电子显微镜 德国西门子公司生产了第一台商品用的透射电子显微镜 英国剑桥科学仪器有限公司扫描电子显微镜作为商品问世 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功第一台透射电子显微镜 中国科学院北京科学仪器厂研制成功第一台扫描电子显微镜 瑞士科学家Binnig Rohrer Gerber和Weible发明扫描隧道显微镜 CompanyLogo 电子显微镜 MaxKnoll 1897 1969 ErnstRuska 1906 1988 1938年 德国工程师MaxKnoll和ErnstRuska制造出了世界上第一台透射电子显微镜 TEM 电子显微镜的分辨率可以达到纳米级 10 9nm 可以用来观察很多在可见光下看不见的物体 例如病毒 CharlesOatley 1952年 英国工程师CharlesOatley制造出了第一台扫描电子显微镜 SEM 世界上第一台电子显微镜 CompanyLogo 电子显微镜技术发展简史 CompanyLogo 电子显微镜的组成 电子显微镜由镜筒 真空装置和电源柜三部分组成 真空装置用以保障显微镜内的真空状态 这样电子在其路径上不会被吸收或偏向 由机械真空泵 扩散泵和真空阀门等构成 并通过抽气管道与镜筒相联接 电源柜由高压发生器 励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成 样品可以稳定地放在样品架上 此外往往还有可以用来改变样品 如移动 转动 加热 降温 拉长等 的装置 CompanyLogo 电子显微镜技术的应用 样品制备方法主要包括 超薄切片 负染色 金属投影 冷冻复型 快速冷冻深度蚀刻技术 免疫电子显微镜术 扫描电镜常规样品制备及扫描电镜冷冻断裂技术等 在生命科学领域可用于胚胎及组织发生学方面的研究和观察 在临床上可用于多种疾病亚细胞结构病变的观察和诊断 特别是肾小球疾病及肌病的诊断 以及一些疑难肿瘤的组织来源和细胞属性判定 如一些去分化 低分化或多向分化肿瘤的诊断和鉴别诊断 在农林科学方面 电镜技术对植物各种疾病病因诊断与防治的研究越来越重要 利用电镜技术观察高分子 表面活性剂 碳纳米管及纳米粒子等结构形态 为化学及材料科学研究提供了有力的技术手段 CompanyLogo 电子显微镜的分类 分类 电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜 扫描式电子显微镜 反射式电子显微镜 发射式电子显微镜等 用途 CompanyLogo 透射电子显微镜 透射电子显微镜TEM TransmissionElectronMicroscopy 亦称投射式电子显微镜 因电子束穿透样品后 再用电子透镜成像放大而得名 成像原理 透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像 投射到荧光屏上或照相底片上进行观察 透射电镜的分辨率为0 1 0 2nm 放大倍数为几万 几十万倍 由于电子易散射或被物体吸收 故穿透力低 必须制备更薄的超薄切片 通常为50 100nm 其制备过程与石蜡切片相似 但要求极严格 要在机体死亡后的数分钟钓取材 组织块要小 1立方毫米以内 常用戊二醛和饿酸进行双重固定树脂包埋 用特制的超薄切片机 ultramicrotome 切成超薄切片 再经醋酸铀和柠檬酸铅等进行电子染色 电子束投射到样品时 可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射 如电子束投射到质量大的结构时 电子被散射的多 因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像 电子照片上则呈黑色 称电子密度高构造 透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪 电子由钨丝热阴极发射出 通过第一 第二两个聚光镜使电子束聚焦 电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上 再通过中间镜和投影镜逐级放大 成像于荧光屏或照相干版上 中间镜主要通过对励磁电流的调节 放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍 改变中间镜的焦距 即可在同一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像 CompanyLogo 透射电子显微镜 透射电镜 CompanyLogo 扫描电子显微镜 扫描电子显微镜SEMScanningElectronMicroscopes扫描电镜是继透射电镜之后发展起来的一种电镜 与之不同的是 SEM是聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像 试样为块状或粉末颗粒 成像信号为二次电子 背散射电子或吸收电子成像原理 二次电子成像 由电子枪发射的能量为5 35keV的电子 以其交叉斑作为电子源 经聚焦缩小后形成具有一定能量 强度和直径的微细电子束 在扫描线圈驱动下在试样表面做栅网式扫描 电子束与试样作用产生的二次电子的量随试样表面形貌而变 二次电子信号被探测器收集转换成电讯号 经处理后得到反应试样表面形貌的二次电子像扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径 放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比 可从几十倍连续地变化到几十万倍 扫描式电子显微镜不需要很薄的样品 图像有很强的立体感 能利用电子束与物质相互作用而产生的次级电子 吸收电子和X射线等信息分析物质成分扫描式电子显微镜的电子枪和聚光镜与透射式电子显微镜的大致相同 但是为了使电子束更细 在聚光镜下又增加了物镜和消像散器 在物镜内部还装有两组互相垂直的扫描线圈 物镜下面的样品室内装有可以移动 转动和倾斜的样品台 CompanyLogo 扫描电子显微镜基本原理 扫描电镜 SEM SEM的基本原理 CompanyLogo 扫描电子显微镜的工作内容 CompanyLogo 扫描电镜的最大特点 焦深大 图像富有立体感 特别适合于表面形貌的研究放大倍数范围广 从十几倍到2万倍 几乎覆盖了光学显微镜和透射电子显微镜的范围制样简单 样品的电子损伤小这些方面优于透射电子显微镜 所以扫描电镜成为高分子材料常用的重要剖析手段 CompanyLogo 扫描电子显微镜的应用实例 一种PVC粉料的形貌观测 ABS脆件断裂后微观形态的观测 CompanyLogo 用电镜观察的图片 疟疾破坏的两个红细胞 CompanyLogo 用电镜观察的图片 CompanyLogo 用电镜观察的图片 CompanyLogo 近年发展情况 高电压 高分辨率 分析装置 场发射电子光源 增加电子穿透试样的能力 可观察较厚 较具代表性的试样现场观察辐射损伤 减少波长散怖像差增加分辨率等 已增进到厂家保证最佳解像能为点与点间0 18nm 线与线间0 14nm 美国於1983年成立国家电子显微镜中心 其中l000keV之原子分辨电子显微镜其点与点间之分辨率达0 17nm 可直接观察晶体中的原子 如附加电子能量分析可监定微区域的化学组成 具高亮度及契合性 电子束可小至1nm 除适用於微区域成份分析外 更有潜力发展三度空间全像术 透射电子显微镜 CompanyLogo 近年发展情况 在SEM方面 一方面增高分辨率 同时加上各种如X光探测微分析仪等之分析仪器 以辨别物质表面的结构及化学成分等 近年来将TEM与SEM结合为一 取二者之长所制成的扫描穿透式电子显微镜 scanningtransmissionelectronmicroscope 简称STEM 亦渐普及 CompanyLogo 电镜使用注意事项 使用电子显微镜的一般要求由于电子显微镜镜体内为真空系统 所以要求被分析物质应为干燥的 不含有水分或挥发性溶剂的样品 对于透射电镜还要求被分析样品要做的很薄 最好在100纳米以下 以有利于电子束的穿透成像 当加速电压较高时 电子束的穿透力会更强 所以样品可以做得厚一些 CompanyLogo 电镜使用注意事项 放大倍数不是越大越好 要搞清做电镜分析的目的 不是任何样品都能达到分辨率的指标 要获得高质量的电镜照片 样品制备是一个重要的因素 适当的样品处理和精心的操作 CompanyLogo 电子显微镜生产简况 国外电子显微镜生产简况1932年德国物理学家Knoll和Ruska研制成功第一台透射电子显微镜 20世纪80年代末 商品透射电子显微镜普遍进入市场 主要电镜厂家 日本日立 Hitachi 公司日本电子光学实验室 JEOL 荷兰菲利浦公司 Philips 即美国FEI公司 德国蔡司 Zeiss 公司捷克英国剑桥 CompanyLogo 电子显微镜生产简况 国内电子显微镜生产简况1959中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功第一台透射电子显微镜10万倍100kv重大科学技术成1975中国科学院北京科学仪器厂研制成功第一台扫描电子显微镜电镜厂家 中国科学院北京科学仪器厂研制中心上海