透射电子显微镜(2)
透射电子显微镜的特点
透射电子显微镜的特点透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种高分辨率电子显微镜，在物理、化学、生物等领域都有广泛的应用。
透射电子显微镜利用电子的波动特性，利用电子束通过样品，在透射过程中记录样品的电子衍射和散射模式，得到高分辨率的样品图像。
其特点包括：1. 高分辨率透射电子显微镜可实现很高的空间分辨率，通常达到亚纳米级别。
这是由于电子波长比光波短，使得电子束可以穿透样品并记录样品内部结构信息。
因此，需要精密的光学和机械系统来保证样品的正确对准和定位，以及记录每个样品点的细节。
2. 高对比度透射电子显微镜能够提供高对比度的显微图像。
这是由于电子束与样品相互作用时所引起的散射和吸收现象。
正常的显微镜样品会因光线的穿透和散射使其显示模糊，而透射电子显微镜中的电子束经过样品后能够记录下有效的专门信息，使得样品结构更加突出且对比度更高。
3. 高灵敏性透射电子显微镜具有极高的灵敏性，可以检测到样品中非常小的差异，如晶体缺陷、异形和缩影。
这是由于电子束可以穿透材料，记录材料的微观结构和性质，使得其较其他类型的显微镜对于一些难以察看的样品有更好的观测效果。
4. 多样化的应用透射电子显微镜可以应用于多种不同的研究领域，如材料科学、纳米技术、生物学、化学和地学等。
例如，透射电子显微镜可以用于分析材料的晶体结构和组成、比较化学反应和动力学的过程、研究生物分子的结构和功能等等。
总的来说，透射电子显微镜具有高分辨率、高对比度、高灵敏性和多样化的应用特性，可以为科学研究、工业生产和人类健康等领域提供高质量的数据和知识价值。
第二章 透射电子显微镜 (TEM)
常见的衍射花样有以下几种类型：
① 非晶物质的花样：由数个弥散的同心圆环组成，环位 置和强度与原子周围的环境有关。
② 多晶物质的花样： 明锐的同心圆环组成，环半径及其 强度与晶体的结构有确定的关系。
③ 单晶花样：是平行四边形排列的二维点阵，斑点位置、 强度和排列的对称性与晶体结构有明确的定量关系。
θ
Fig6 Intracrystalline organic matrix
b a
c
Fig7.TEM image of cross-section column crystal in prismatic layer a. intracystal electron diffract stigma b.amorphous electron diffraction ring of intergranuler boundary
Fig3 decalciication organic framework of nacreous layer.
b a
c
Fig5.a. Non-decalcification zone b. Transition zone(Sub-structure of organic net) c. All- decalcification zoneห้องสมุดไป่ตู้
后焦平面 (衍射图)
A A1 A0 A2
物平面
B
B1 B0 B2
物镜
物镜光栏
像平面
B’
A’
图2-10 质厚衬度像成像原理
❖ 2>. 衍射衬度
入射电子同晶体 样品作用时，发 生布拉格散射,电 子只改变运动方 向，而不损失能 量，这种弹性散 射其强度与入射 电子方向和晶体 之间的相对取向 密切相关。
材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜
照明系统光路图 12
一、透射电子显微镜的结构
（1）照明系统
双聚光镜系统优点：
•聚光镜和物镜之间有足够的空间放置样 品和其他装置； •方便调节束斑尺寸，满足满屏要求和亮 度要求，电子束的平行性和相干性都较好；
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一、透射电子显微镜的结构
C、聚光镜光阑
一般称之为：第二聚光镜光阑，安装 在第二聚光镜下方的焦平面位置； 作用：限制照明孔径角，可以挡掉高 角度散射即远离光轴的电子，提高电 子束的平行性和空间相干性，控制照 射到样品上的光斑大小和光照强度。
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一、透射电子显微镜的结构
C、电子束倾斜与平移装置
通过电磁偏转器使入射电子束平移和倾斜。
中心暗场成像CDF：入射电子偏转2θ，衍射束平行于光轴，图像分辨率高；
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一、透射电子显微镜的结构
（1）照明系统
照明系统的作用：
提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度 好（相干性好）、束流稳定的电子束；
电子束的相干性：
弱激磁、长焦距、变倍（0～20倍）透镜； 进一步放大物镜所成的像。通过调节中间镜 的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。
中间镜可以对“像”或“衍射斑点”聚焦，这 也决定了荧光屏上显示的是“像”还是“衍射斑 点”： 放大镜——其物平面与物镜的像平面重合 衍射镜——其物平面与物镜后焦面重合
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一、透射电子显微镜的结构
侧插式倾斜装置
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一、透射电子显微镜的结构
样品室：样品平移与倾斜装置
Double Tilt Holder 3mm size limitation
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一、透射电子显微镜的结构
样品室：样品平移与倾斜装置
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一、透射电子显微镜的结构
透射电子显微镜步骤
透射电子显微镜步骤透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种非常重要的科学仪器，用于观察微观尺度下的物质结构。
与光学显微镜相比，透射电子显微镜使用的是电子束而不是光束，通过透射电子的原理来观察样本的巨细无遗的内部结构。
本文将介绍透射电子显微镜的工作原理和具体操作步骤。
一、透射电子显微镜的工作原理透射电子显微镜主要由电子源、电子光学系统（包括透镜和减速电势），样品台、显微镜筒和检测器等组成。
其工作原理基于透射电子的性质，通过像差补偿技术来获得清晰的图像。
首先，电子枪产生高能电子束，通过电子光学系统进行加速和聚焦。
然后，电子束通过样品台，与样品进行相互作用。
在样品内部，电子束受到不同区域的散射和吸收，产生干涉和衍射现象。
最后，通过检测器来记录电子束通过样品后的信号，形成图像。
二、透射电子显微镜的操作步骤1. 样品制备在使用透射电子显微镜之前，首先需要制备样品。
样品制备的过程包括选择合适的样品材料、切割样品成薄片或小块、样品抛光以去除表面粗糙度，并最终制备成适合透射电子显微镜观察的样本。
2. 样品放置将制备好的样品放置在透射电子显微镜的样品台上。
为保持样品的稳定性，通常会采用样品夹具或胶水等固定样品。
3. 外层真空打开透射电子显微镜的真空系统，将内部气体抽取，创造一个接近真空的环境。
这样可以防止电子束与空气中的分子发生散射。
4. 对准样品通过调整透射电子显微镜的调节杆，使电子束对准样品。
这个过程需要耐心和细致的调整，以确保电子束准确地通过样品。
5. 选择合适的倍数和放大率根据需要观察的样品特性，选择合适的倍数和放大率。
透射电子显微镜通常具有多个倍数和放大率可以选择，以满足不同的观察需求。
6. 调整对焦和亮度通过调整透射电子显微镜的对焦调节手轮，使得样品图像清晰可见。
同时，可以通过调节透射电子显微镜的亮度调节手轮，使图像亮度适宜。
7. 记录图像通过透射电子显微镜的检测器记录图像。
透射电子显微镜--原理
• • • • Brightness Lifetime Pressure (vacuum) = related to the price Maintenance
Zhengmin Li
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各种电子枪的比较
Brightness (Candela)
Life time 40hr >2000Hr >7000Hr
Zhengmin Li 30
物镜极靴
（OL Polepiece）
Zhengmin Li 31
真空系统
电子显微镜镜筒必须具有很高的真空度,这是因 为:若电子枪中存在气体,会产生气体电离和放 电,炽热的阴极灯丝受到氧化或腐蚀而烧断;高 速电子受到气体分子的随机散射而降低成像衬 度以及污染样品。一般电子显微镜镜筒的真空 要求在10-4~10-6 Torr。真空系统就是用来把镜 筒中的气体抽掉,它由二级真空泵组成,前级为 机械泵,将镜筒预抽至10-3 Torr,第二级为油扩散 泵,将镜筒抽空至10-4~10-6 Torr的真空度后,电镜 才可以开始工作。
Zhengmin Li 3
德国EM-902
Zhengmin Li 4
日本电子株式会社 (JEOL) JEM-1230
Zhengmin Li 5
Philips EM400T
Zhengmin Li 6
Philips TECNAI-20
Zhengmin Li 7
TEM 的基本工作原理
电子枪产生的电子束经1~2级聚 光镜会聚后均匀照射到试样上的 某一待观察微小区域上,入射电 子与试样物质相互作用,由于试 样很薄,绝大部分电子穿透试样, 其强度分布与所观察试样区的形 貌、组织、结构一一对应。 在观察图形的荧光屏上,透射出 试样的放大投影像,荧光屏把电 子强度分布转变为人眼可见的光 强分布,于是在荧光屏上显出与 试样形貌、组织、结构相对应的 图像。
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种利用电子束来观察物质微观结构的工具。
相对于光学显微镜，TEM可以提供更高的分辨率和更大的放大倍数，因此在研究纳米尺度物体和物质的晶体结构等方面具有独特的优势。
下面将介绍TEM的原理以及工作过程。
TEM的主要组成部分包括电子源、电子光学系统、样品台以及探测器。
第一部分是电子源。
TEM使用的是热阴极电子源，通过加热材料产生的电子可以使它们跨越电子能障形成电子束。
电子束的形成需要经过一系列的加速器和准直透镜等装置，以确保电子束稳定的强度和方向。
第二部分是电子光学系统。
TEM的电子光学系统由一个或多个透镜组成，包括准直透镜、磁透镜和目标透镜。
准直透镜用于平行化电子束，磁透镜用于对电子束进行聚焦，目标透镜用于调整电子束的焦距。
这些透镜的组合可以将电子束聚焦到非常小的尺寸上，从而实现高分辨率的成像。
第三部分是样品台。
样品台是放置待观察样品的平台，可以通过控制样品的位置、倾斜角度等参数来调节观察角度和焦距。
第四部分是探测器。
探测器是接收和记录电子束穿过样品时所发生的相互作用的装置，常用的探测器包括像差探测器（Diffraction Contrast Detector）和投影光学探测器（Projection Optics Detector）。
像差探测器可以测量样品中的晶体缺陷和晶体结构，而投影光学探测器可以获得样品的原子分布图像。
TEM的工作过程如下：首先，样品被制成非常薄的切片，并被放置在样品台上。
然后，电子束由电子源发出，并通过光学系统的透镜进行聚焦。
接下来，聚焦的电子束穿过样品，并与样品中的原子和分子发生相互作用。
这种相互作用包括电子-电子相互作用、电子-晶格相互作用和电子-原子核相互作用。
然后，电子束到达探测器，根据不同的探测器可以得到不同的信息。
像差探测器可以根据电子束的衍射来获得样品中的晶体结构信息，而投影光学探测器则可以获得样品的原子分布图像。
TEM电子显微镜工作原理详解
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器，能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分，对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理，包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）工作原理：透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先，电子光源发射高能电子束，这些电子从阴极发射出来，经过加速器获得较高的能量。
然后，电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和密集。
接着，电子束通过物质样本，部分电子被样本吸收或散射，形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像，形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动，其波动性质使得它具备非常短的波长，远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外，透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本，因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片，通常厚度在几十纳米到几百纳米之间，以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品，可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外，在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）工作原理：扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种，它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像，同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜，但需要注意的是，STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域，然后扫描整个样本，因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
透射电子显微镜的结构与功能
化学成分分析
01 通过能谱仪（EDS）等附件，对样品进行化学成 分分析。
02 可以检测样品中的元素组成、元素分布和含量。 03 对材料科学、生物学等领域的研究具有重要价值
。
动态过程观察
01
透射电子显微镜可以观察样品的动态过程，例如相变、化学 反应等。
02
通过拍摄连续的显微图像，观察样品在时间尺度上的变化。
中间镜
用于进一步放大实像或改 变成像性质。
投影镜
将最终的放大实像投射到 荧光屏或成像设备上。
真空系统
真空泵
维持透射电子显微镜内部的高真空环境，以减少电子束在空气中散射和吸收。
真空阀
压电源
为电子枪提供加速电压，使电子束具有足够的能量穿 过样品。
高成本
透射电子显微镜的制造成本较高，维 护和运行成本也相对较高。
06
CATALOGUE
透射电子显微镜的发展趋势与展望
高分辨技术
原子像分辨率
01
通过提高电子枪的亮度和像差矫正技术，实现原子级别的分辨
率，观察更细微的结构细节。
动态范围
02
提高成像系统的动态范围，以适应不同样品厚度的观察，更好
地展示样品的层次结构。
样品
样品是透射电子显微镜中的观察对象，通常为薄片或薄膜 。样品需要足够薄，以便让电子束穿透并观察到内部的细 节。
为了保证观察结果的准确性和可靠性，样品需要经过精心 制备和处理，如脱水、染色、切片等。同时，样品的稳定 性也至关重要，以确保在观察过程中不会发生形变或损坏 。
物镜
物镜是透射电子显微镜中的重要元件之一，它对电子束进行放大并传递给下级透 镜。物镜的放大倍数决定了显微镜的总放大倍数。
透射电子显微镜的 结构与功能
纳米材料和纳米结构第十三讲-1-透射电子显微镜及其能谱 2
电
（2）若晶面组（hkl）满足Braga条件，则在入射方向成2θ方
子 衍
向上将得到（hkl）晶面组的衍射斑G （3）OO*为透射束，即透射斑O* （4）透射束与衍射束将与距离为L 的底片相交于O`和P`得
射
组成衍射花样
O`---中心（透射）斑象
－
P`---衍射斑象
（5）由图可见，衍射花样就是衍射束(电子束反射球）与Ewald球 相交的所有倒易点在底片上的投影放大
5
TEM
基 本 组 成 部 分
1）电子光学系统
（1）照明系统： a).电子枪 b).CL及光阑 （2）样品室
（3）成像放大：a).OL及OL光阑，FL光阑
b).I L c).P L
(4)显示记录（CRT及Camera）
2）真空系统
3）电气系统
*电子枪 作用（要求）
2 2
:
R
2 3
N1 : N 2
:N3
N 为整数
立方晶系电子衍射环状花样的特征是环半径的平方比为整数比，
立方晶系三种不同的点了 N 的可能值为：
简单立方为：1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16…没有 7, 15, 23…
体心立方为：2, 4, 6, 8, 10, 12…没有奇数，k+k+l=偶数
度
波
又因为(1/2)mov2=eu v=√2eu/m
λ=h/p=h/√2emou ∝1/√u
特
式中： u---电子加速电压
电子波波长：
性
u(kv) 10
20 50
100 200 500 1000
透射电子显微镜 原理
透射电子显微镜原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, 简称TEM）是一种利用电子束传递样品来获得细微结构的高分辨率显微镜。
它的原理是通过在真空中加速电子，将电子束通过光学透镜系统聚焦到样品上，并通过样品的透射情况来形成图像。
TEM的关键组件包括电子源、电子透镜系统、样品台、探测器和成像系统。
电子源产生的电子束经过一系列透镜系统（包括准直透镜、磁场透镜、投影透镜等），被聚焦到样品上。
样品位于一个特殊的样品台上，可以微调样品的位置和角度。
透射电子束通过样品后，部分电子被散射、散射和吸收。
散射电子和透射电子被探测器捕捉，并转化为电信号。
TEM的成像原理基于透射电子束与样品交互作用的差异。
样品内不同的区域对电子束有不同的散射、吸收和透射能力，导致不同的强度对比。
探测器会测量透射电子的能量和强度变化，并将其转换为光学图像。
最终，通过调节透射电子束的聚焦和探测参数，可以得到具有高分辨率的样品图像。
TEM具有极高的分辨率和能够观察样品内部结构的能力。
与光学显微镜相比，TEM利用电子束的波长远小于光的波长，可以克服光学显微镜的衍射极限。
因此，TEM可以观察更小的结构和更高的放大倍数。
此外，TEM还可以通过选定区域电子衍射（Selected Area Electron Diffraction, SAED）技术来研究晶体的晶格结构和材料的晶体学性质。
综上所述，透射电子显微镜通过控制电子束的聚焦和探测参数，利用透射电子与样品相互作用的差异，获得高分辨率的样品图像。
它是研究材料科学和纳米技术的重要工具。
2-2 透射电子显微镜
(a) 物镜和第一中间镜关闭
(b, c) 物镜下的小透镜OM透镜关闭
不同模式下成像透镜系统的光路图
1. 物 镜 用来获得第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透 镜。电镜的分辨率主要取决于物镜，必须尽可能降低像差。 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3mm）,放大倍数 100—300倍，目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm。
3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4) software
电子光学系统：
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
常用附件： EDAX 能谱仪
FIGURE 1.9. A selection of different commercial TEMs:
(B) Zeiss HRTEM with a Cs corrector and an in-column energy (A) JEM 1.25 MeV HVEM filter and an in-column energy filter
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
透射电子显微镜的使用教程
透射电子显微镜的使用教程透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种高分辨率的显微镜，它能够通过电子束穿透样品，观察样品内部的结构和成分。
本文将介绍透射电子显微镜的使用教程，让读者了解如何正确操作这一仪器。
1. 仪器准备使用透射电子显微镜前，首先需要进行仪器的准备工作。
确保仪器处于良好的工作状态，例如检查电源、真空系统等。
同时，还应检查样品台、样品支架等配件是否完好。
此外，为了获得更好的成像效果，还需准备适当尺寸的透射电镜样品。
2. 样品制备将待观察的样品制备成符合要求的样品是使用透射电子显微镜的重要一步。
通常情况下，需要将样品制备成薄片，以保证电子束能够穿透样品。
这可以通过机械剥离、石墨化学剥离等方式实现。
制备好的样品应该放置在电镜网格上，并确保样品无尘、无气泡等。
同时，样品可以根据需要进行涂覆、染色等处理，以突出样品的特定结构。
3. 调试仪器参数在开始观察之前，需要根据样品的特点和使用需求调试透射电子显微镜的参数。
首先，根据样品的特性选择合适的加速电压和操作模式。
其次，通过调整透射电子显微镜的对焦系统和磁镜，确保电子束可以准确地聚焦在样品上。
此外，还需要适当调整透射电镜的亮度和对比度，以获得清晰的图像。
4. 开始观察调试好仪器参数后，就可以开始观察样品了。
将样品放置在样品台上，确保样品与电子束之间的距离适当。
随后，可以通过透射电子显微镜的视野调整系统选择感兴趣区域进行观察。
可以使用不同的放大倍数和透射电子干涉仪等设备来进一步细分样品，探寻内部结构和成分。
观察过程中，可以使用仪器自带的捕捉功能，记录感兴趣区域的图像和视频。
5. 数据处理和分析观察完成后，可以进行数据处理和分析。
透射电子显微镜通常配备了一些图像处理工具，可以进行图像的增强、滤波等操作。
此外，还可以使用电子衍射、原子能谱等技术，对样品进行更深入的分析。
通过数据处理和分析，可以得到关于样品结构、成分和性质的详细信息。
电子显微镜
分散聚四氟乙烯粉粒的超薄切片像
③ 蚀刻
蚀刻的目的是除去一部分结构，从而可以突出需 要的结构。蚀刻方法主要有三种：溶剂蚀刻、酸 蚀刻和等离子蚀刻。溶剂蚀刻是靠溶剂的溶解除 去易溶性分子；酸蚀刻是用强酸选择性氧化某一 相，使高分子断裂为碎片而被除去；等离子或离 子蚀刻是用等离子或离子带电体攻击聚合物表面， 除去表面的原子或分子，由于除去速度的差异而 产生相之间的反差。
（1）电子束与固体样品相互作用时产生的信号 具有高能量的入射电子束与固体样品表面的原子
核及核外电子发生作用，产生如下物理信号。
入射电子束轰击样品产生的信息
① 背散射电子（backscattering electron)— 背散射电子是指被固体样品中的原子核或 核外电子反弹回来的一部分入射电子。
③ 吸收电子(absorption electron)—入射电子进入 样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽，最后 被样品吸收。
④ 透射电子(transmission electron)—如样品足够薄， 则会有一部分入射电子穿过样品而成透射电子。
⑤ 俄歇电子(Auger electron)—如果原子内层电子 在能级跃迁过程中释放出来的能量ΔE并不以X射线 的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层的另 一个电子发射出去（或空位层的外层电子发射出 去），这一个被电离的电子称为俄歇电子。 每种原子都有自己的特定壳层能量，所以它们 的俄歇电子能量也各有特征值。
② 二次电子(secondary electron)—在入射电 子作用下被轰击出来并离开样品表面的样 品原子的核外电子。它是一种真空自由电 子 。 由于原子核和外层价电子间的结合能 很小，因此，外层的电子较容易和原子脱 离，使原子电离。
介绍透射电子显微镜的基本操作步骤
介绍透射电子显微镜的基本操作步骤透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种重要的科学仪器，它能够通过透射电子来观察物质的微观结构。
下面将介绍透射电子显微镜的基本操作步骤。
首先，在进行透射电子显微镜观察前，需要将要观察的样品制备成超薄切片。
制备过程涉及样品的固定、切割和薄化等步骤。
然后将切片安置在透射电子显微镜的样品台上。
接下来，调节透射电子显微镜的光学系统。
首先是对光源进行调节，确保其亮度适宜，以获得足够的透射电子束。
然后，调节透射电子束的聚焦，使其成为尖锐的平面波束。
这样能够提高图像的分辨率。
此外，还要选择适当的对比度和缺陷减弱方法，以获得清晰明亮的图像。
在样品观察过程中，需要控制透射电子显微镜的透射电子束。
通常可以通过调节"电子透镜"来控制透射电子束的聚焦、去散和照射位置等参数。
在对样品进行观察时，可以通过调节透射电子束的投射角度来得到不同的观察效果。
同时，透射电子显微镜还具备能量色散谱仪等附加设备，能够获取样品的化学成分信息。
在观察过程中，要注意对透射电子显微镜的环境进行有效控制。
因为透射电子显微镜的操作需要在真空环境下进行，以避免电子与气体分子的碰撞，从而影响透射电子束的传输。
此外，还需要对样品进行冷却或加热处理，以研究材料在不同温度下的性质变化。
最后，在观察结束后，需要对透射电子显微镜进行适当的维护和清洁工作。
对于显微镜的光学系统，需要保持清洁，以确保透射电子束的传输和成像质量。
对于样品台和样品抓取工具等部件，也需要保持干净和平稳。
总之，透射电子显微镜作为一种重要的科研工具，具有较高的分辨率和观察深度，可以用于观察材料的晶体结构、纳米颗粒、生物组织等。
了解透射电子显微镜的基本操作步骤，对于科学研究人员正确运用该仪器进行实验和观察具有重要意义。
通过合理操作透射电子显微镜，可以获得更加准确的样品信息，推动材料科学、纳米技术等领域的发展。
透射显微镜的工作原理
透射显微镜的工作原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是
一种利用电子束传递来对样品进行观察和分析的仪器。
它在细胞生物学、材料科学等领域发挥着重要作用。
透射电子显微镜的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 电子源产生电子束：透射电子显微镜使用一个电子枪产生高速的电子束。
电子束首先通过专门设计的系统进行聚焦和收束，以保证电子束的直径足够小。
2. 束缚电子（束缚脱电子）：电子束通过束流进样品。
所谓束缚电子指的是样品原子中的电子在电子束的作用下被激发到较高能级，这样使得它们遵循一定的路径发射出来，形成散射电子和被束囚电子。
这些束缚电子会以不同的角度散射出电子束。
3. 透射电子的形成：束囚电子的路径会受到样品物质的阻碍而改变方向，其中一部分束囚电子将经过样品而形成透射电子。
透射电子在通过样品时会和样品的原子、分子以及晶体结构发生相互作用。
4. 透射电子的收集和分析：透射电子进入显微镜的透射电子探测器，探测器会将透射电子转化为电荷信号，并将信号传递给显示屏或电子学器件。
然后根据散射模式和信号的强度，可以确定样品的结构、形态和成分。
通过透射电子显微镜，我们可以观察到极小的事物，像原子和分子，因为电子的波长比光的波长小得多。
在透射电子显微镜
中，细致的样品制备、高真空环境以及精密的光学系统都是保证获得高分辨率和清晰图像的关键。
第二章透射电子显微镜ppt课件
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
扫描透射电子显微镜
虽然扫描透射电子显微镜的分辨率 已经非常高，但仍受到电子束穿透 深度的限制。对于较厚的样品，可 能无法获得清晰的图像。因此，需 要进一步优化电子束的聚焦和扫描
扫描透射电子显微镜
缺点
(1) 成本高：扫描透射电子显微镜的价格较 高，需要投入大量的资金 (2) 技术难度大：相对于其他电子显微镜， 扫描透射电子显微镜的技术难度较大，需要 专业的技术人员操作和维护 (3) 对样品的要求较高：扫描透射电子显微 镜对样品的厚度和均匀性要求较高，需要选 择合适的样品进行观察
扫描透射电子显微镜
扫描透射电子显微镜的优缺点
优点
扫描透射电子显微镜
1
扫描透射 电子显微 2
镜
3
(1) 高分辨率：扫描透射电子显微镜具有原子尺度的 分辨率，可以观察到样品的微观结构和细节
(2) 样品制备简单：相对于其他电子显微镜，扫描透 射电子显微镜的样品制备相对简单，不需要特殊的样 品制备技术
(3) 多种分析功能：扫描透射电子显微镜可以配备多 种分析功能，如能量散射谱(EDS)、X射线能谱(XEDS) 等，可以对样品进行多方面的分析
技术，以提高穿透深度和分辨率
扫描透射电子显微镜
分辨率 与穿透 深度
数据分 析与处
理
设备成 本与维
护
扫描透射电子显微镜产生的数据量 巨大，需要高效的数据处理和分析 技术。目前，尽管有许多算法和软 件可用于数据处理，但仍需要进一 步优化以提高效率和准确性
扫描透射电子显微镜的价格较高， 且需要专业的技术人员进行操作和 维护。这限制了其在一些科研机构 和学校的普及。因此，需要降低设 备成本，并简化操作和维护流程， 以扩大其应用范围
透射电镜原理 (2)
透射电镜原理1. 简介透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种高分辨率的电子显微镜，利用经过样品的电子束的透射来观察样品的内部结构。
相比于光学显微镜，透射电镜具有更高的分辨率，可以观察更小尺寸的样品细节。
2. 透射电镜组成一个典型的透射电镜主要由电子源、透镜系统、样品台、探测装置和图像展示装置等组成。
2.1 电子源电子源是透射电镜中产生电子束的关键部分，常用的电子源有热阴极和场发射阴极两种。
热阴极是通过加热金属材料产生热电子，而场发射阴极则是利用高电场下的电子发射效应产生电子束。
热阴极常用于低分辨率的透射电镜，而场发射阴极适用于高分辨率的透射电镜。
2.2 透镜系统透镜系统主要包括透镜和磁透镜。
透镜用于聚焦电子束，帮助提高分辨率；磁透镜则通过调节磁场来控制电子束的聚焦和偏转。
2.3 样品台样品台是放置样品的平台，用于固定和调节样品。
在透射电镜中，样品需要制备成非常薄的切片，常常需要使用特殊的技术来制备样品。
2.4 探测装置探测装置用于检测透射电镜中经过样品的电子束，常用的探测装置有荧光屏、摄像机和数码相机等。
这些装置能够将透射电镜中观察到的显微图像转化成可视化的图像。
2.5 图像展示装置图像展示装置常用于将透射电镜中观察到的图像显示在屏幕上，以便研究人员进行实时观察和分析。
3. 透射电镜工作原理透射电镜的工作原理可以简述为：电子源产生的电子束经过透镜系统聚焦后，通过样品，然后被探测装置检测。
在透射过程中，电子束与样品中的原子与分子相互作用，产生透射电子和散射电子。
通过探测透射电子的信号，可以获取样品的显微图像。
在透射过程中，电子束与样品间的相互作用是多种多样的，包括弹性散射、非弹性散射、透射、倒散射等。
其中，透射是电子束穿过样品而没有发生散射的过程。
通过控制透镜系统的参数，可以实现对电子束的聚焦以及对样品的深度扫描，从而获得样品的显微结构信息。
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包埋 浸透好的样品块放入灌满包埋剂的胶 囊或适当的模具中经过紫外线照射或 加温聚合，即可制成包埋块
包埋剂 环氧树脂618 、 Epon812 Lowiscryl K4M低温树酯包埋剂
五、半薄切片
（半薄切片的意义： 1、选取超薄切片的部位 超薄切片的面积一般要小于0.5mm2，要经过半 薄切片选取有意义的部位（对肾脏、胰腺、脑、肌 组织等更重要）
（三）脱水 指将样品内所含的游离水分完全清除的过程 (常用的脱水剂为乙醇和丙酮)
50%乙醇 10～15分钟 4℃
70%乙醇 10～15分钟 4℃
80%乙醇 10～15分钟 4℃
90%乙醇 10～15分钟 4℃
100%乙醇 3次，每次10分钟，室温
（四）浸透与包埋
经脱水处理的样品，即可用包埋剂进行浸透
⑷ 甲醛（formaldehyde） 对酶活性的保存却优于戊二醛 在电镜细胞化学中常采用
3 固定方式
⑴ 组织块浸泡固定 取数块1mm³的组织块迅速浸泡于固定液中
⑵ 体内原位固定 适用于动物实验，将动物麻醉解剖，暴露所 需的组织或器官，立即用预冷的戊二醛滴到 上面直到组织适度变硬，再取数块组织固定
⑶ 灌流固定 多用于脑、肾赃、视网膜和睾丸等组织 将固定液经血液循环灌流到动物体内,把 活细胞在原位及时固定
2、常用固定剂 ⑴ 戊二醛（ glutaraldehyde ）
对糖原、糖蛋白、尤其是微管、内质网
⑵ 四氧化锇( osmium tetroxide,OSO4 ) 对含蛋白质、脂肪性物质有良好的固定作用 特别对磷脂蛋白膜的结构有良好的保存作用
⑶ 高锰酸钾 ( potassium permangauate ) 对磷脂蛋白类有特别良好的固定作用 尤其对神经髓脂质的保护更为显著
第二节 透射电镜样品制备技术
一、超薄切片技术★ 二、特殊组织样品制备
第一节 透射电镜的结构和工作原理
一、透射电镜的基本结构
照明系统：电子枪、会聚透镜 镜筒{成像系统：样品室、物镜、中间镜、投影镜
观察记录系统：观察室、底片室
真空系统：机械泵、油扩散泵、真空管等 辅助{电源系统：高压电源、透镜电源、调压器等
(一) 骨组织样品制备方法
1. 将新鲜骨组织锯成2—3mm厚的骨片，立即 投
入固定液中24小时（4℃）。
2. 漂洗后投入脱钙液中在室温或4℃下进行脱 钙（正常密质骨脱钙时间一般为3-4周，松 质骨为7-10天，4℃脱钙时间应适当延长）
2、对同一部位进行光、电镜对比观察 通过半薄切片可以在较大范围内了解组织结构、 病变部位和病理性质，有利于更确切的认识超薄切 片中的结构及其相互关系。
六、超薄切片 超薄切片机( Ultrotome ) 热膨胀推进式切片机 利用金属杆加热产生的
微小长度变化提供进给
机械推进式切片机 用微动螺旋和微动杠杆 来提供微小进给
散射电子能力弱的地方透过电子数目多 打在荧光屏上所发出的光强 显现为亮区 样品结构不同散射电子的能力不同，结果？
第二节 透射电镜样品制备技术
一、常规样品制备技术
超薄切片技术 ※ 负染技术
二、特殊样品制备技术
电镜酶细胞化学技术 免疫电镜技术 电镜原位杂交技术等
一 、超薄切片制备技术
普通光镜切片厚度约5µm左右 — 石蜡切片 透射电镜切片厚度在50nm左右 — 超薄切片
水冷系统：循环水泵等
二 、透射电镜的工作原理
（一）电子束与电磁透镜
＆电子束在真空中运动的速度与加速电压有关（ 阳极）加速电压越高，电子束的波长越短(根据光学
阿贝公式原理，一台仪器的成像最高分辨率，约为它使用 信息传递媒介波长的一半。电镜之所以能获得很高的成像 分辨率，是由于它的电子束波长远较可见光的波长为短）
（100nm以下）
目前有关生物体的各种组织、细胞的形态结 构知识大部分是超薄切片技术所提供
超薄切片技术的基本操作程序
取材 脱水 修块
预固定 浸透 切片
后固定 包埋 染色
（一）取材
快 尽量保持其生活状态，在1分钟内固定 小 1mm³的小块 轻 不要牵拉、锯、挤压组织 冷 4℃保存
（二）固定
1、固定目的 把在活体状态时的结构尽可能 完整保存下来
＆ 电磁透镜的焦距与磁场（线圈组成，当电流通过 时产生磁场）强度有关,磁场越强，焦距越短，放大 倍率越高
（二）电镜图像形成
任何物质都是由原子组成的， 当均匀的电子束穿过样品时会受到 样品上信息的处理多数电子可从原 子和原子之间的空隙穿过，极少部 分电子与原子核和轨道电子发生碰 撞而形成散射电子
散射电子能力强的地方透过电子数目少 打在荧光屏上所发出的光弱，显现为暗区
◆ 醋酸铀（Uranyl acetate） 能与细胞内多种成分结合，尤其对核酸 核蛋白等有较强的结合能力
◆ 枸橼酸铅(lead citrate) 能提高细胞膜系统及其脂类的反差
二 、几种特殊组织的样品制备方法 (一) 骨组织样品制备方法 （二）培养细胞样品制备方法 （三）血细胞样品制备方法 （四）石蜡包埋样品转制方法
灰色
40-50nm
银灰色
50-70nm
金黄色
70-90nm
紫色
90nm以上
七、电子染色
电镜图像反差是由于电子束经过样品时电子散 射程度不同产生的
散射的电子数越多，图像越？ 散射的电子数越少，图像越？
◆ 重金属化合物有较强的电子散射能力,所以 经过重金属染色的样品呈现较强反差
常用的染色剂有醋酸铀和枸橼酸铅
切片操作
◆ 安装包埋块、安装玻璃刀、调整包埋块和刀的距 离、调节水槽高度与灯光的位置、调节水槽液面、 选择切片速度及进给厚度、片子切出后，漂浮在水 槽的液面上，经展片后捞到载网上
◆ 判切片厚度：一般利用切片表面反射的光和从
切片下面反射光发生干涉所产生的干涉色为依据不
同厚度的切片在显微镜下呈现不同的干涉色
透射电子显微镜
（Transmission Electron Microscope TEM）
TEM具有和光镜相似的结构系统,由电子枪 产生的电子射线作为光源 ,由电磁透镜代替光镜 中用玻璃制成的聚光镜、物镜和目镜
TEM 镜体结构相当复杂，镜筒内部要求高真 空状态
第一节 透射电镜结构和工作原理
一、透射电镜结构 二、透射电镜工作原理★