《電子顯微鏡介紹》PPT課件.ppt

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電子顯微鏡electronmicroscope,,CompanyLogo,,Contents,,CompanyLogo,,電子顯微鏡的定義,電子顯微鏡(electronmicroscope，EM)一般是指利用電磁場偏折、聚焦電子及電子與物質作用所產(chǎn)生散射之原理來研究物質構造及微細結構的精密儀器。近年來，由于電子光學的理論及應用發(fā)展迅速，此項定義已嫌狹窄，故重新定義其為一項利用電子與物質作用所產(chǎn)生之訊號來監(jiān)定微區(qū)域晶體結構、微細組織、化學成份、化學鍵結和電子分布情況的電子光學裝置。用電子光學儀器研究物質組織、結構、成分的技術稱為電子顯微術。,CompanyLogo,,電子顯微鏡主要發(fā)展史,德國物理學家Knoll和Ruska研制成功第一臺透射電子顯微鏡,德國西門子公司生產(chǎn)了第一臺商品用的透射電子顯微鏡,英國劍橋科學儀器有限公司掃描電子顯微鏡作為商品問世,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研制成功第一臺透射電子顯微鏡,中國科學院北京科學儀器廠研制成功第一臺掃描電子顯微鏡,瑞士科學家Binnig、Rohrer、Gerber和Weible發(fā)明掃描隧道顯微鏡,CompanyLogo,,電子顯微鏡,MaxKnoll(1897-1969)ErnstRuska(1906-1988),1938年，德國工程師MaxKnoll和ErnstRuska制造出了世界上第一臺透射電子顯微鏡(TEM)。電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級(10-9nm)?？梢杂脕碛^察很多在可見光下看不見的物體,例如病毒。,CharlesOatley,1952年，英國工程師CharlesOatley制造出了第一臺掃描電子顯微鏡(SEM)。,,世界上第一臺電子顯微鏡,CompanyLogo,,電子顯微鏡技術發(fā)展簡史,CompanyLogo,,電子顯微鏡的組成,電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。,,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，由機械真空泵、擴散泵和真空閥門等構成，并通過抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接。電源柜由高壓發(fā)生器、勵磁電流穩(wěn)流器和各種調節(jié)控制單元組成,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、轉動、加熱、降溫、拉長等）的裝置。,CompanyLogo,,電子顯微鏡技術的應用,樣品制備方法主要包括：超薄切片、負染色、金屬投影、冷凍復型、快速冷凍深度蝕刻技術、免疫電子顯微鏡術、掃描電鏡常規(guī)樣品制備及掃描電鏡冷凍斷裂技術等。在生命科學領域可用于胚胎及組織發(fā)生學方面的研究和觀察；在臨床上可用于多種疾病亞細胞結構病變的觀察和診斷，特別是腎小球疾病及肌病的診斷，以及一些疑難腫瘤的組織來源和細胞屬性判定，如一些去分化、低分化或多向分化腫瘤的診斷和鑒別診斷；在農(nóng)林科學方面，電鏡技術對植物各種疾病病因診斷與防治的研究越來越重要。利用電鏡技術觀察高分子、表面活性劑、碳納米管及納米粒子等結構形態(tài)，為化學及材料科學研究提供了有力的技術手段。,CompanyLogo,,電子顯微鏡的分類,,分類：電子顯微鏡按結構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、發(fā)射式電子顯微鏡等。,用途,,CompanyLogo,,透射電子顯微鏡,透射電子顯微鏡TEM（TransmissionElectronMicroscopy，亦稱投射式電子顯微鏡）因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。成像原理：透射電鏡是以電子束透過樣品經(jīng)過聚焦與放大后所產(chǎn)生的物像，投射到熒光屏上或照相底片上進行觀察。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）。其制備過程與石蠟切片相似，但要求極嚴格。要在機體死亡后的數(shù)分鐘釣取材，組織塊要小(1立方毫米以內(nèi)），常用戊二醛和餓酸進行雙重固定樹脂包埋，用特制的超薄切片機（ultramicrotome）切成超薄切片，再經(jīng)醋酸鈾和檸檬酸鉛等進行電子染色。電子束投射到樣品時，可隨組織構成成分的密度不同而發(fā)生相應的電子發(fā)射，如電子束投射到質量大的結構時，電子被散射的多，因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像，電子照片上則呈黑色，稱電子密度高構造：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磁電流的調節(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。,CompanyLogo,,透射電子顯微鏡,透射電鏡,,CompanyLogo,,掃描電子顯微鏡,掃描電子顯微鏡SEMScanningElectronMicroscopes掃描電鏡是繼透射電鏡之后發(fā)展起來的一種電鏡。與之不同的是，SEM是聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像，試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號為二次電子、背散射電子或吸收電子成像原理：二次電子成像：由電子槍發(fā)射的能量為5~35keV的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)聚焦縮小后形成具有一定能量、強度和直徑的微細電子束，在掃描線圈驅動下在試樣表面做柵網(wǎng)式掃描。電子束與試樣作用產(chǎn)生的二次電子的量隨試樣表面形貌而變，二次電子信號被探測器收集轉換成電訊號，經(jīng)處理后得到反應試樣表面形貌的二次電子像掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強的立體感；能利用電子束與物質相互作用而產(chǎn)生的次級電子、吸收電子和X射線等信息分析物質成分掃描式電子顯微鏡的電子槍和聚光鏡與透射式電子顯微鏡的大致相同，但是為了使電子束更細，在聚光鏡下又增加了物鏡和消像散器，在物鏡內(nèi)部還裝有兩組互相垂直的掃描線圈。物鏡下面的樣品室內(nèi)裝有可以移動、轉動和傾斜的樣品臺。,CompanyLogo,,掃描電子顯微鏡基本原理,掃描電鏡(SEM),SEM的基本原理,CompanyLogo,,掃描電子顯微鏡的工作內(nèi)容,,,,CompanyLogo,,掃描電鏡的最大特點,焦深大，圖像富有立體感，特別適合于表面形貌的研究放大倍數(shù)范圍廣，從十幾倍到2萬倍，幾乎覆蓋了光學顯微鏡和透射電子顯微鏡的范圍制樣簡單，樣品的電子損傷小這些方面優(yōu)于透射電子顯微鏡，所以掃描電鏡成為高分子材料常用的重要剖析手段,CompanyLogo,,掃描電子顯微鏡的應用實例,一種PVC粉料的形貌觀測,ABS脆件斷裂后微觀形態(tài)的觀測,CompanyLogo,,用電鏡觀察的圖片,瘧疾破壞的兩個紅細胞,CompanyLogo,,用電鏡觀察的圖片,CompanyLogo,,用電鏡觀察的圖片,CompanyLogo,,近年發(fā)展情況,,,,,高電壓,高分辨率,分析裝置,場發(fā)射電子光源,增加電子穿透試樣的能力，可觀察較厚、較具代表性的試樣現(xiàn)場觀察輻射損傷;減少波長散怖像差增加分辨率等,已增進到廠家保證最佳解像能為點與點間0.18nm、線與線間0.14nm。美國於1983年成立國家電子顯微鏡中心，其中l(wèi)000keV之原子分辨電子顯微鏡其點與點間之分辨率達0.17nm，可直接觀察晶體中的原子,如附加電子能量分析可監(jiān)定微區(qū)域的化學組成,具高亮度及契合性，電子束可小至1nm。除適用於微區(qū)域成份分析外，更有潛力發(fā)展三度空間全像術,,透射電子顯微鏡,CompanyLogo,,近年發(fā)展情況,在SEM方面，一方面增高分辨率，同時加上各種如X光探測微分析儀等之分析儀器，以辨別物質表面的結構及化學成分等。近年來將TEM與SEM結合為一，取二者之長所制成的掃描穿透式電子顯微鏡(scanningtransmissionelectronmicroscope，簡稱STEM)亦漸普及。,CompanyLogo,,電鏡使用注意事項,使用電子顯微鏡的一般要求由于電子顯微鏡鏡體內(nèi)為真空系統(tǒng)，所以要求被分析物質應為干燥的，不含有水分或揮發(fā)性溶劑的樣品。對于透射電鏡還要求被分析樣品要做的很薄，最好在100納米以下，以有利于電子束的穿透成像。當加速電壓較高時，電子束的穿透力會更強，所以樣品可以做得厚一些。,CompanyLogo,,電鏡使用注意事項,放大倍數(shù)不是越大越好,要搞清做電鏡分析的目的,不是任何樣品都能達到分辨率的指標,要獲得高質量的電鏡照片，樣品制備是一個重要的因素,適當?shù)臉悠诽幚砗途牡牟僮?CompanyLogo,,電子顯微鏡生產(chǎn)簡況,,國外電子顯微鏡生產(chǎn)簡況1932年德國物理學家Knoll和Ruska研制成功第一臺透射電子顯微鏡。20世紀80年代末，商品透射電子顯微鏡普遍進入市場。主要電鏡廠家：日本日立（Hitachi）公司日本電子光學實驗室（JEOL)荷蘭菲利浦公司（Philips）（即美國FEI公司）德國蔡司（Zeiss）公司捷克英國劍橋,CompanyLogo,,電子顯微鏡生產(chǎn)簡況,國內(nèi)電子顯微鏡生產(chǎn)簡況1959中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研制成功第一臺透射電子顯微鏡10萬倍100kv重大科學技術成1975中國科學院北京科學儀器廠研制成功第一臺掃描電子顯微鏡電鏡廠家：中國科學院北京科學儀器廠研制中心上海電子光學技術研究所南京光學儀器廠,CompanyLogo,,總結,隨著電鏡技術的不斷發(fā)展，以及與其他方法的綜合使用，還出現(xiàn)了免疫電鏡、電鏡細胞化學技術、電鏡圖像分析技術及全息顯微術等。電鏡技術也有其局限性：如電鏡設備昂貴、樣本制備較復雜、實驗費用較高；另外，由于樣本取材少，觀察范圍有限，有時還可能會遺漏信息；當用于輔助腫瘤外檢診斷時，只能判定組織或細胞的來源，不能確定腫瘤的良惡性。,ThankYou!,,