电子显微镜的类型

http://www.microimage.com.cnCatty(2011-05-17 18:44:33)

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1. 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM

透射电镜是应用最广泛的一种电子显微镜,占使用电镜的80%,其分辨率,放大倍率及各项性能比其它类型电镜高,透射电镜是用电子束照射标本,用电磁透镜收集穿透标本的电子,并放大成像,用以显示物体内部超微结构的装置.透射电镜所产生的图像是平面的.它的分辨率可达0.2 nm.放大倍数可达40100万倍. 它要求样品极薄,因此样品必须制备成50——70nm的超薄切片。

 

2. 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)    

扫描电子显微镜是利用细电子束在样品上逐点逐行进行扫描,收集样品产生的某种信号,对样品表面的形态进行观察的装置.由光镜或TEM所产生的图像是平面的,而扫描电镜能观察样品表面凸凹不平的结构,得到立体的.富有真实感的图像.:细胞表面的微绒毛.纤毛.伪足等.还可以观察冷冻断裂的组织内部结构. 扫描电子显微镜的分辨率可达0.3 nm,放大倍数可达20万倍.它主要是利用二次电子成像。扫描电镜的特点和应用如下

扫描电镜之所以能够在许多领域内得到广泛的应用,主要是扫描电镜有许多突出的优点:

1)扫描电镜能直接观察较大体积样品表面的三维立体结构,具有明显的真实感,这弥补了透射电镜的不足,因为透射电镜分辨率虽高,但样品必须是薄切片,因而只能观察物体的二维平面结构。 正因为如此,所以扫描电镜在工业上应用非常广泛。

2)放大范围很宽,可以从10倍到20万倍之间连续变化。即使在高倍观察时,也能获得足够清晰的图象。

3)样品制备非常方便,如果是金属导电样品,直接就可以观察,如是非导电材料,只要镀上一层导电金属碳膜,就可以观察。因此,样品处理比透射电镜要简单得多。

4)当透射电镜的放大倍数增加时,透镜的焦深和景深随之减少,而扫描电镜在放大倍数变化时焦距不变,景深也基本不变。因此,观察和照相都很方便。

5)便于对样品进行综合分析,如果同EDXAnger电子谱及电子衍射等仪器结合,即构成分析电镜,可在观察形态结构的同时进行化学元素的成份分析。

6)由于扫描电镜的图象不是透镜形成的几何光学图象,而是按照信号顺序依次记录的,因此,不仅可以避免透镜成像的缺陷,而且有利于图象分析与处理,把图象信号记录在磁带或磁盘上,便于以后需要时再现或用计算机进行图象处理,进一步提高图象质量。

 

3. 高分辨率的扫描透射电镜(STEM

高分辨率的扫描透射电镜是20世纪70年代初期由美国芝加哥大学首先研制出来的一种新型电镜。

其工作原理居于扫描电镜和透射电镜之间,既有扫描电镜和透射电镜的优点,又弥补了它们各自的缺陷,目前广泛使用的STEM主要分两类。

1)超高真空的场发射式电镜 利用场发射电子枪可以获得很高的亮度,可获得的分辨率为0.20.3nm,已接近透射电镜的分辨率。但这种场发射电子枪必须处于超高真空,真空度达13.33×10-9 pa 10-10mmHg以上),灯丝是单晶钨针尖,这是一种最具发展前途的电镜。但造价也极高。

2)附加在透射电镜或扫描电镜上的STEM

这种STEM为附件型,一般附加在SEMTEM上,其分辨率较低。如是透射电镜附件型, 分辨率可达11.5nm, 如是扫描电镜附件型分辨率一般只有4--6nm.这种附件型STEM主要用于X射线能谱、波谱分析或电子损失谱分析,用以观察元素的分布图。

 

4. 高压电子显微镜

高压电子显微镜通常是指加速电压为200kv以上的透射电子显微镜。首先是由法国建成的,。加速电压为1MV。高压电镜的基本原理与常规投射电镜相似,但体积却要大的多,一般相当于两三层楼房那样高,结构也很复杂。高压电镜的优点很多,其一,因为应用了超高压,所以可以获得高能电子束。常规100kv 电镜中的样品厚度一般不超过100 nm,而1000kv高压电镜中的样品厚度可接近10um..因此,对样品制备非常有利,特别是观察难以制成超薄切片的金属样品极为方便。其二,因为高压电镜的景深很长,所以用高压电镜观察时,厚样品中不同平面的细节均可清楚地成像在同一平面上,有利于立体像的拍摄,便于获得更丰富的三维结构信息。其三,高压电镜的样品室一般为环境样品室,因而有可能观察活体生物样品,这对生物医学研究有着广阔的前景 。目前已取得了一些成果,如培养细胞、血细胞方面的研究。但高压电镜价格很高,维护困难,一般只在国家级的研究中心应用。

 

5. 低压电子显微镜

高压电镜的电子束具有很强的穿透力,因而能使样品减少辐射损伤并能提高分辨率,但高压电镜使样品的反差明显减弱,这对生物样品大为不利。因而人们提出了使样品辐射损伤降低而反差增强的低压电镜。目前可在加速电压为3kv时获 1nm的分辨率。透射型低压电镜目前很少应用,主要是在SEM 上配置低压装置,称高分辨率低压扫描电镜。

 

6. 环境扫描电子显微镜

在环境扫描电镜出现以前,电镜研究用的生物样品均要经过脱水、树脂包埋等处理,以使电镜光源——电子束在高真空中穿透样品而成像。这种研究方法观察到的生物样品结构是死的、非实时的。因而,限制了电镜在生物医学中的应用。1995年国外推出了样品室压力在666.67——1333.33Pa(510mmHg)常压下的环境扫描电镜,可在几乎接近常压下观察生物样品,可以观察活体生物成长发育时的超微结构变化。因而,环境扫描电镜的出现,将使电镜在生物医学研究中产生惊人的飞跃。  

 

7. 新型的电子显微镜 

扫描隧道显微镜、原子力显微镜,这两种显微镜是开展纳米科学研究的新型的纳米级显微镜。

 

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