精细化工品的分离与分析2

精细化工品的分离与分析
质谱（MS）
质谱法：以某种方式使有机化合物的分子电离、碎裂，然后按照离子的质荷比（m/z）大小把生成的各种离子分离，检测它们的强度，并将其排列成谱。

质谱图上提供的信息：样品元素组成；物质的相对分子质量；物质的结构信息---结构不同，分子的碎片不同(质荷比不同)；复杂混合物的定性定量分析---与色谱方法联用(GC-MS)；样品中原子的同位素比。

质谱仪是通过对样品电离后产生的具有不同的m/z 的离子来进行分离分析的。

质谱仪包括进样系统、电离系统、质量分析系统和检测系统（必须处于真空状态），质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高真空状态（离子源真空度应达 1.3×10-4～1.3×10-5Pa，质量分析器中应达1.3×10-6Pa）。

其作用是减少离子碰撞损失。

真空度过低，将会引起：大量氧会烧坏离子源灯丝；引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；用作加速离子的几千伏高压会引起放电。

质谱法分类：（按用途分：有机质谱、无机质谱、同位素质谱；按原理分：单聚焦质谱、双聚焦质谱、四极质谱、飞行时间质谱、回旋共振质谱；按联用方式分：气质联用、液质联用、质质联用）。

进样装置有：间歇式进样（适于气体、沸点低且易挥发的液体、中等蒸汽压固体）、直接探针进样（适于高沸点液体及固体，其优点：引入样品量小，样品蒸汽压可以很低；）、色谱进样系统（GC-MS、HPLC-MS）（利用气相和液相色谱的分离能力，与质谱仪联用，进行多组份复杂混合物分析）、高频感藕等离子体进样系（ICP-MS）。

电离源：电离源的功能是将进样系统引入的气态样品分子转化成离子。

通常称能给样品较大能量的电离方法为硬电离方法，而给样品较小能量的电离方法为软电离方法，后一种方法适用于易破裂或易电离的样品。

离子源：电子电离源(EI)、化学电离源(CI)、快原子轰击(FAB)、电喷雾源(ESI)、大气压化学电离（APCI)、基质辅助激光解吸电离（MALDI)
电子电离法(EI)是通用的电离法，是使用高能电子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子，其优点：高的灵敏度；有达10万个化合物的数据库可快速检索；可根据碎片方式鉴定未知物；从碎片离子判定结构。

缺点：质量范围小（只能用于远远小于生物有机分子的小分子(400Da以下)的检测）；有可能汽化前发生解离；碎片过多有时看不到分子离子。

化学电离法(CI)是通过离子 - 分子反应来进行（离子与试样分子按一定方式进行反应，转移一个质子给试样或由试样移去一电子，试样则变成带+1电荷的离子）化学电离源一般在1.3×102～1.3×103Pa （现已发展为大气压下化学电离技术）压强下工作，使用时，往离子源中送入反应气和气化的样品。

其特点：得到一系列准分子离子（M+1）+,（M-1）+，（M+29）+等等；CI源的的碎片离子峰少，图谱简单，易于解释；不适于难挥发成分的分析。

电喷雾电离(ESI)结构：喷嘴，雾化气，干燥气原理：喷雾蒸发高电压。

一般来说，极性溶剂（如甲醇、乙腈、丙酮等）更适合于电喷雾。

对于水溶液，由于液体表面张力较大，ESI 要求的阈电位也较高。

为了避免高压放电，可向喷雾区引入有效的电子清除剂或使离子源加热以降低表面张力。

通常小分子得到[M+H]+ ]+,[M+Na]+或[M-H]-单电荷离子，电喷雾电离是最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可直接测定混合物，并可测定热不稳定的极性化合物。

电喷雾电离(ESI)其优点：1、质量数可达70，000Da 2、灵敏度高达femtomole级3、软电离，可观察生物分子非共价反应。

4、易于和LC串联，直接分析流速为1ml/min的LC 洗脱液。

5、没有基质干扰。

6、适于联四极杆质量分析器、离子阱质量分析器做结构分析。

7、带多电荷，允许质量范围窄的设备检测高质量数的离子。

8、带多电荷，通过计算平均值给出更精确的质量数。

9、特别适于测多肽的修饰。

10、样品前处理简单可直接分析RP-HPLC 脱盐处理的溶液。

其缺点1、耐盐能力低。

2、对某些化合物特别敏感，污染难清洗。

3、带多电荷，在分析混合物时，产生混乱。

4、定量时需内校准。

大气压化学电离（APCI）喷出的液滴先汽化，随后空气中某些中性分子（H2O,N2,O2等）及溶剂分子被电离，发生化学电离的过程。

适用于弱极性的小分子化合物(M<1000)。

其特点：大气压化学电离也是软电离技术，只产生单电荷峰，适合测定质量数小于2000Da 的弱极性的小分子化合物；适应高流量的梯度洗脱/高低水溶液变化的流动相；通过调节离子源电压控制离子的碎裂。

其主要的碎片应由化学键的诱导断裂和重排反应来产生。

电喷雾与大气压化学电离的比较
电离机理：电喷雾采用离子蒸发，而APCI电离是高压放电发生了质子转移而生成[M ＋H]+或[M-H]-离子。

样品流速（LG-MS）：APCI源可从0.2到2 ml／min；而电喷雾源允许流量相对较小,一般为0.2-1 ml／min.。

断裂程度；APCI源的探头处于高温，对热不稳定的化合物就足以使其分解.
灵敏度：通常认为电喷雾有利于分析极性大的小分子和生物大分子及其它分子量大的化合物，而APCI更适合于分析极性较小的化合物。

多电荷：APCI源不能生成一系列多电荷离子。

电子轰击电离—硬电离。

CI化学电离—核心是质子转移。

FD场解吸—目前基本被FAB取代。

FAB:快原子轰击—或者铯离子(LSIMS,液体二次离子质谱) 。

ESI电喷雾电离—属最软的电离方式。

适宜极性分子的分析，能分析小分子及大分子(如蛋白质分子多肽等)
APCI大气压化学电离—同上，更适宜做弱极性小分子。

APPI:大气压光喷雾电离—同上，更适宜做非极性分子。

MALDI:基体辅助激光解吸电离。

通常用于飞行时间质谱和FT-MS，特别适合蛋白质，多肽等大分子．
单聚焦分析器m/z=B2r2/2U
离子的m/Z大，偏转半径也大，通过磁场可以把不同离子分开；
当r 为仪器设置不变时，改变加速电压或磁场强度，则不同m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质谱。

为什么要双聚焦：进入离子源的离子初始能量不为零，且能量各不相同，加速后的离子能量也不相同，运动半径差异，难以完全聚集。

单聚焦质量分析器使用扇型磁场，结构简单，操作方便，但是分辨率低。

双聚焦质量分析器使用扇型电场及扇型磁场，分辨率高，其缺点是价格贵，操作和调整比较困难。

四极质量分析器优点：1）结构简单、容易操作、价格便宜；2）仅用电场而不用磁场，无磁滞现象，扫描速度快，适合与色谱联机；3）操作时的真空度相对较低，特别适合与液相色谱联机。

缺点：1）分辨率不高（R=103-104）；2）对较高质量的离子有质量歧视效应。

离子阱质量分析器突出优点在于高灵敏度（低至10-18克分子）、快速扫描（5000道尔顿/秒）以及可在一个离子阱检测器内实现程序扫描多级串联质谱功能。

离子阱（ion trap）优点：1）单一的离子阱可实现多极“时间上”的串联质谱；2）结构简单、价格便宜，性能价格比高；3）灵敏度高，较四极质量分析器高达10-10000倍；
4）质量范围大，可达6000。

缺点：质谱与标准谱有差别。

飞行时间质量分析器（TOF ）优点：
1）检测离子的质荷比范围非常宽；2）特别适合于与脉冲产生离子的电离源（MALDI-TOF ）；
3）灵敏度高，适合于作串联质谱的第二级；4）扫描速度快，适合研究极快过程；
缺点：分辨率随质荷比的增加而降低。

飞行时间质谱首先要考虑的问题是如何使离子在被注入漂移区后既无空间发散又无能量发散。

如果相同质量的离子在不同时间离开离子源或存在能量发散，分辨率将大为下降。

解决办法之一是采用离子反射技术。

TOF 对真空度的要求非常高10⁻⁷Torr
傅立叶回旋共振质量分析器 质量精度最高，达±0.001％
串联质谱是通过对选定m/z 离子反应产物的分析，对目标化合物进行结构鉴定或断裂机理等方面的研究。

此法不须预先色谱分离,适合复杂混合物体系分析。

质谱图上离子峰的类型：分子在离子源中可以产生各种电离，即同一种分子可以产生多种离子峰，主要的有分子离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰和同位素离子峰等。

分辨率R 是指质荷比相邻的两质谱峰的分辨能力。

其中m1、m2为质量数，且m1<m2，故在两峰质量数较小时，要求仪器分辨率越大。

指所能检测的M/Z 范围,取决质量分析器类型。

四极质谱 M/Z 小于或等于1000 磁式质谱 M/Z 可达到几千 飞行时间质谱 M/Z 可达到几十万
灵敏度 对于一定样品（如硬脂酸甲酯），在一定的分辨率情况下，产生一定信噪比（如S/N>50：1）的分子离子峰所需的样品量。

各种化合物分子离子峰的相对强度：
(1) 芳香化合物>共轭多烯>脂环化合物>低分子量直链烷烃>某些含硫化合物。

通常给出较强的分子离子峰。

(2) 直链的酮、酯、酸、醛、酰胺、卤化物等通常显示分子离子峰。

(3) 脂肪醇、胺、腈、硝酸酯、硝酸酯、缩醛和多支链的化合物通常没有分子离子峰。

强度较弱的分子离子峰的确认。

(1) 降低电子能量（通常为70eV ）。

(2) 采用软电离技术。

(3) 样品化合物衍生化。

Ｎ律
由Ｃ、Ｈ、Ｏ、X （卤素）组成的有机化合物，Ｍ一定是偶数。

由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ组成的有机化合物，Ｎ奇数，Ｍ奇数。

由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ组成的有机化合物，Ｎ偶数，Ｍ偶数。

氮规则 当化合物不含氮或含偶数个氮时，其分子量为偶数；
当化合物含奇数个氮时，其分子量为奇数。

就电离的容易程度而言，杂原子上孤对电子>共轭π电子>π电子>σ电子。

亚稳离子 若质量为m1的离子在离开离子源受电场加速后，在进入质量分析器之前，由于碰撞等原因很容易进一步分裂失去中性碎片而形成质量m2的离子
准分子离子：比分子多或少一个H 的离子
有些元素具有天然存在的稳定同位素，所以在质谱图上出现一些M+1，M+2，M+3的峰，由这些同位素形成的离子峰称为同位素离子峰。

单分子裂解反应 裂解反应只在活性反应中心的邻近发生。

分子离子（M+﹒）裂解的三种方式：均裂 自由基引发（α断裂）反应的动力来自自由基强烈的电子配对倾向。

异裂 电荷引发（诱导效应，i 断裂） 进行 i 断裂时，一对电子发生转移。

半异裂（σ断裂）当化合物不含O 、N 等杂原子，也没有π键时，只能发生σ断裂。

121m m m R -=
脱离掉的中性小分子及所产生的重排离子均符合氮规则。

重排离子质量数为偶数。

麦氏重排条件：含有C=O ， C=N ，C=S 及碳碳双键
与双键相连的链上有γ碳，并在γ碳有H 原子（γ氢）
六圆环过度，H γ转移到杂原子上，同时β键发生断裂，生成一个中性分子和一个奇电
子离子。

环状化合物的裂解 说明：该重排正好是Diels-Alder 反应的逆反应； 含原双键的部分带正电荷的可能性大些；
当环上有取代基时，正电荷也有可能在烯的碎片上
偶电子规律:
偶电子离子电离只能产生偶电子离子； 奇电子离子电离既能产生奇电子离子，也能产生偶电子离子。

碎片离子的稳定性 当离子中的同一个原子上连接几个烷基，失去较大烷基概率高。

产生电中性小分子的断裂优先 H 2O CO 、CO 2、HCN 、CH 3CN 等小分子。

有机化合物分子离子峰的稳定性顺序：
芳香化合物＞共轭链烯＞烯烃＞脂环化合物＞直链烷烃＞酮＞醚＞酯＞胺＞酸 ＞醇＞多支链烷烃．
正构烷烃的裂解规律：质谱特征是具有质量相差14（CH 2）单位的CnH 2n+1系列； 碎片离子C3以上强度递减，
各峰簇的顶端形成一平滑曲线，最高点在C3或C4。

异构烷烃（支链烷烃） 在支链处易断裂，优先失去大基团，正电荷留在多支链的碳上 在支链处的断裂，伴随有失去单个氢的倾向，产生较强的CnH2n 离子，有时可强于相应的CnH 2n+1离子。

支链烷烃的分子离子峰明显下降，支化程度高的烷烃检测不到分子离子峰。

支链烷烃的裂解规律：支链烷烃的分子离子峰较直链烷烃降低。

在支链处易断裂，优先失去大基团，正电荷留在多支链的碳上，产生CnH 2n+1离子。

在支链处的断裂，伴随有失去单个氢的倾向，产生较强的CnH 2n 离子，有时可强于相应的CnH 2n+1离子。

炔烃裂解规律 分子离子峰较强。

类似烯烃的炔丙基分裂，炔的a-断裂产生m/z39的偶电子离子。

端位炔易脱去H ·，形成很强的M-1峰。

烷基取代苯 （a ）分子离子峰较强（b ）简单断裂生成苄基离子C7H7+，m/z 91的峰一般都较强。

（c ）当相对苯环存在γ氢时，易发生McLafferty 重排，m/z 92的峰有相当强度。

苯环碎片离子依此失去C2H2，化合物含苯环时，一般可见 m/z 39、51、65、77等峰。

醇类 分子离子峰很弱或不出现。

杂原子存在，形成M/Z 31的离子和M —1的离子；易发生a-断裂，优先失去较大的R 基团，生成m/z(31+14n)峰。

小分子醇也出现M-1峰。

酚类的分子离子峰很强，往往是基峰。

酚易失去CO 和CHO 形成M －28和M －29的离子峰。

邻位效应
醚类化合物特点：
（1）脂肪醚分子离子峰很弱。

（2）易发生a-断裂，优先失去较大的R 基团，生成m/z(31+14n) 31，45，59，···，偶电子离子峰。

（3）也发生i-断裂，生成一系列m/z 29, 43, 57, ···碎片离子。

（4） a-断裂生成的EE+可发生四元环氢重排裂解或i-断裂。

（5）芳香醚的分子离子峰很强，裂解行为和脂肪醚相似，同时具有芳环碎裂的特征。

.++.+.- e +m /z 54ααPhCH 2 > CH 2=CH CH 2 > (CH 3)3C > (CH 3)2CH > CH 3CH 2 > CH 3
胺类化合物特点：（1）脂肪胺分子离子峰很弱，芳香胺的分子离子峰相对较强。

（2）易发生a-断裂，生成m/z(30+14n) 30，44，58，72，···，偶电子离子峰。

（3） a-断裂生成的EE+可发生四元环氢重排裂解或i-断裂。

（4）长链的一级胺可发生取代重排反应，生成m/z58，72，86，100系列峰。

而长链醇则不发生取代重排反应。

氯代和溴代烷烃特点：（1）发生a-断裂的难易次序是F>Cl>Br>I ，CH 2=F +的峰较强，CH 2=I +的峰较弱。

（2）可发生i-断裂，C-F(Cl)断裂时，正电荷留在烃基上；C-Br(I)断裂时，正电荷留在Br +或I +上。

（3） 消除HX ，氟（氯）代烃易消除HX 。

（4）长链的卤代烃可发生取代重排反应，生成五元环或六元环偶电子离子。

羰基化合物特点：（1）分子离子峰一般可见。

（2）主要发生a-断裂，继而发生诱导断裂。

（3）常发生McLafferty 重排反应。

醛（a ）M-1和M-29是常见碎片。

（b ）发生g-H 重排时，生产m/z(44+14n)峰。

（c ）M-43和M-44是常见峰。

（d ）与酮区别是能发生脱水反应，生成M-18峰。

酮（a ）分子离子峰一般较强。

（b ）主要发生a-断裂，优先丢失大基团。

（c ）常发生g-H 的McLafferty 重排。

羧酸和酯（a ）脂肪羧酸，弱 M+., 芳香羧酸，强 M+.。

（b ）常发生g-H 的McLafferty 重排。

一元羧酸产生强的m/z60峰，芳香羧酸: M - 17, M - 45, M – 18.
酯 甲酯产生m/z74峰，乙酯产生m/z88峰。

含氮化合物
分子离子 碎片离子
酰胺： 弱 M+ m/z = 44, 59
氰：很弱 M+ m/z = 41, 强 (M – 1)+
硝基：弱 M+ R+, NO+, NO2+
腈类特点：1）分子离子峰很弱，M-1峰明显。

2）常发生McLafferty 重排反应， m/z41峰很强。

3）发生a-断裂或取代重排生成m/z40, 54, 68, 82等离子峰, m/z 110的峰较强。

4）长链腈六元环重排产生很强的m/z97离子峰。

质谱图解析的方法和步骤
1）分子离子峰的确定2）分子式的确定3）质谱图的总体判断
芳环的判断（ m/e 39、51、65、77 ，91） 脂肪基团的系列峰（m/e 29 、43、57、71） 含氮化合物（m/e 30 、44、58、72） 醇和醚（m/e 31、45、59、73）
4）研究重要离子
高质量端的离 重排离子 亚稳离子重要的特征性离子（强峰）
5）推测结构单元和分子结构 根据分子式计算不饱和度 6）对质谱的核对、指认
MS 的应用
一分子式的确定
1、利用同位素的丰度推导分子式
分子中氯、溴元素的识别 氯、溴均有A+2的同位素，因而出现M+2峰。

如果分子中只有一个卤素原子，则M 与M+2的峰强度比为3：1和1：1。

2、利用Beynon 表查阅可能的分子式
二、分子结构的推测
三、质谱的定量分析 质谱检出的离子强度与离子数目成正比，通过离子强度可进行定量分析。

21134n n n -++=Ω
核磁共振氢谱
核磁共振的基本原理
1原子核的自旋
核象电子一样，也有自旋现象，其效果相当于产生了旋转电流。

旋转电流将会产生感应磁场。

因此原子核的自旋运动使之沿自旋轴方向产生感应磁场，从而显示磁性。

低能态的核吸收能量自低能态向高能态跃迁，仅仅多百万分之几的低能态核很快全部都跃迁到高能态，能量不再吸收，与此相应，核磁共振的信号将逐渐减退，直至完全消失此种状态称为饱和状态。

高能态的原子核经非辐射形式释放能量返回低能态的过程称为弛豫。

在外加静磁场中，核从低能级向高能级跃迁时需吸收一定能量。

对于进动中的核，只有当照射用电磁辐射的频率与自旋核的进动频率相等，能量才能有效的从电磁辐射向核转移，使核由低能级跃迁至高能级，实现核磁共振。

屏蔽效应越强，σ越大，共振信号越在高场出现
屏蔽效应越弱，σ越小，共振信号越在低场出现
不同类型氢核因所处化学环境不同，共振峰将分别出现在磁场的不同区域。

实际工作中多将待测氢核共振峰所在位置与某基准物氢和共振峰所在位置进行比较，求其相对距离，称之为化学位移。

国际理论与应用化学协会(IUPAC) 规定: 以TMS 1H核共振吸收峰的峰位为零, 即δTMS = 0, 将待测1H核共振吸收峰按左正右负的原则分别以+δ及–δ表示。

元素的电负性↑，通过诱导效应，使H核的核外电子云密度↓，屏蔽效应↓，共振信号→低场。

氢键缔合的氢核与不呈氢键缔合时比较，其电子屏蔽效应减小，吸收峰将移向低场，δ值增大。

一个化合物究竟有几组吸收峰，取决于分子中H核的化学环境。

耦合常数（J）：用来衡量偶合作用的大小。

相邻的磁不等性H核自旋相互作用（即干扰）的结果。

这种原子核之间的相互作用，叫做自旋偶合。

由自旋偶合引起的谱线增多的现象，叫做自旋裂分。

偶合表示核的相互作用，裂分表示谱线增多的现象。

一级谱图必须同时满足以下两个条件：1）∆ν/ J 大，至少要大于62）同一核组（化学等价）的核均为磁等价的，不能同时满足上述两个条件的谱称为二级谱图。

低级偶合系统的特征：①分裂的小峰数符合n+1规律②小峰面积比大体可用二项式展开各项系数比③δ以峰中心④J=峰间距
高级偶合系统的特征：①分裂的小峰数不符合n+1规律②峰强变化不规则，裂分间隔各不相等③Δ及J多不能由图上直接读取，需计算
核磁共振氢谱的解析步骤：1.识别干扰峰及活泼氢峰 2.计算不饱和度3.确定谱图中各峰组对应的氢原子的数目，对氢进行分配 4.对分子对称性的考虑 5.对每个峰组的δ、J 都进行分析6.组合可能的结构式7.对推出的结构进行指认
一张谱图可以向我们提供关于有机分子结构的如下信息：1. 由吸收峰的组数，可以判断有几种不同类型的H核； 2. 由峰的强度（峰面积或积分曲线高度），可以判断各类H 的相对数目； 3.由峰的裂分数目，可以判断相邻H核的数目； 4. 由峰的化学位移（δ值），可以判断各类型H所处的化学环境； 5. 由裂分峰的外形或偶合常数，可以判断哪种类型H是相邻的。

透射电镜（TEM）
分辨本领指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。

以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。

像差分为几何像差和色差两类。

几何像差：由于透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的像差。

色差：是由于入射电子波长（或能量）的非单一性造成。

光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的影响;
球差是限制电子透镜分辨本领最主要的因素。

球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。

像散：像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起。

景深：透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深。

焦长：透镜像平面允许的轴向偏差定义为焦长。

透射电镜：是以波长极短的电子束作为照明源，用电子透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。

四部分：电子光学系统、电源系统、真空系统、操作控制系统
透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。

背散射电子它是被固体样品中原子反射回来的一部分入射电子。

又分弹性背散射电子和非弹性背散射电子，前者是指只受到原子核单次或很少几次大角度弹性散射后即被反射回来的入射电子，能量没有发生变化；后者主要是指受样品原子核外电子多次非弹性散射而反射回来的电子。

二次电子(S) 它是被入射电子轰击出来的样品核外电子，又称为次级电子。

吸收电子(a) 被吸收电子是随着与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力不断降低以致最后被样品所吸收的入射电子。

透射电子(t) 它是入射束的电子透过样品而得到的电子。

它仅仅取决于样品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。

样品质量厚度越大，则透射系数越小，而吸收系数越大；样品背散射系数和二次电子发射系数的和也越大，但达一定值时保持定值。

一般由电子枪、聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等电子透镜、样品室和荧光屏组成透射电镜的电子光学系统。

通常将镜筒分为照明系统（电子枪、聚光镜）成像系统（样品室、物镜、中间镜和投影镜）图像观察和记录系统（荧光屏和照相装置）三个系统。

照明系统作用：①提供光源，控制其稳定度、照明强度和照明孔径角；
②选择照明方式(明场或暗场成像)。

电子枪是透射电镜的电子源。

因为电子枪决定了像的亮度、图像稳定度和穿透样品能力，所以相应地要求其亮度、发射稳定度和加速电压都要高。

最常用的加速电压为50~100kV，近来超高电压电镜的加速电压已达数千kV。

目前常用的电子枪是热阴极三极电子枪。

聚光镜作用是将来自电子枪的电子束会聚到被观察的样品上，并通过它来控制照明强度、照明孔径角和束斑大小。

成像系统物镜、中间镜和投影镜现也都采用磁透镜。

它们和样品室构成成像系统，作用是安置样品、放大成像。

样品室位于照明系统和物镜之间，其作用是安装各种形式的样品台，提供样品在观察过程中的各种运动。

中间镜和投影镜的构造和物镜是一样的，但它们的焦距比较长。

其作用是将物镜形成的一次像再进行放大，最后显示到荧光屏上，从而得到高放大倍数的电子像。

这样的过程称为三级放大成像。

真空系统维持镜筒(凡是电子运行的空间)的真空度在10-4 Torr以上，以确保电子枪电极间绝缘，防止成像电子在镜筒内受气体分子碰撞而改变运动轨迹，减小样品污染等。

1托（Torr）=133.322帕（Pa）1毫米汞柱（mmHg）=133.322帕（Pa）
高的分辨率，适宜的放大倍数和衬度是电镜图像的三大要素。

TEM的样品制备方法: 支持膜法复型法超薄切片法
对于高分子材料必要时还要: 染色刻蚀
支持膜法粉末试样和胶凝物质水化浆体多采用此法。

一般做法是将试样载在一层支持膜上或包在薄膜中，该薄膜再用铜网承载。

支持膜材料必须具备下列条件：①本身没有结构，对电子束的吸收不大；②本身颗粒度要小，以提高样品分辨率；③本身有一定的力学强度和刚度，能忍受电子束的照射而不致畸变或破裂。

常用的支持膜材料有：火棉胶（硝化纤维素）、聚醋酸甲基乙烯酯、碳、氧化铝，Formvar（聚乙烯醇缩甲醛）等。

支持膜上的粉末试样要求高度分散，可根据不同情况选用如下分散方法：
包藏法：将适量微粒试样加入制造支持膜的有机溶液中，使之分散，再制成支持膜。

撒布法：干燥分散的微粒试样可以直接撒在支持膜表面，然后用手轻轻叩击或用超声波仪进行处理，去掉多余的微粒，剩下的就分散在支持膜上。

悬浮法：以蒸馏水或有机剂作为悬浮剂，样品制成悬浮液后滴在支持膜上，干后即成。

不能使用对试样或支持膜有溶解性的溶剂。

糊状法用少量的悬浮剂和分散剂与微粒试样调成糊状，涂在金属网的支持膜上，然后浸入悬浮液中或用悬浮液冲洗，则残留在支持膜上的试样就达到均匀分散的目的。

喷雾法凡用悬浮法在干燥过程中易产生凝聚的粉粒试样，也可用特制的喷雾器将悬浮液喷成极细的雾粒，粘附在支持膜上。

复型是利用一种薄膜(如碳、塑料、氧化物薄膜)将固体试样表面的浮雕复制下来的一种间接样品。

在材料研究中，复型法常用以下三种：(1) 塑料一级复型、(2) 碳一级复型(3) 塑料-碳二级复型
萃取复型是在上述三种复型的基础上发展起来的唯一能提供试样本身信息的复型。

超薄切片法高分子材料用超薄切片机可获得50nm左右的薄样品。

如果要用透射电镜研究大块聚合物样品的内部结构，可采用此法制样。

用此法制备聚合物试样时的缺点是将切好的超薄小片从刀刃上取下时会发生变形或弯曲。

为克服这一困难，可以先将样品在液氮或液态空气中冷冻；或将样品包埋在一种可以固化的介质中。

染色用一种含重金属的试剂对试样中的某一相或某一组分进行选择性的化学处理，使其结合或吸附上重金属，从而导致其对电子的散射能力有明显的变化。

蚀刻：目的在于通过选择性的化学、物理作用，加大上述聚合物试样表面的起伏程度。

常用的蚀刻方法有化学试剂蚀刻和离子蚀刻。

用作蚀刻的化学试剂有氧化剂和溶剂两类。

所用的氧化剂有发烟硝酸和高锰酸盐试剂等。

它们的蚀刻作用是使试样表面某一类微区容易发生氧化降解作用，使反应生成的小分子物更容易被清洗掉，从而显露出聚合物体系的多相结构来。

离子蚀刻是利用半晶聚合物中晶区和非晶区或利用聚合物多相体系中不同相之间耐离子轰击的程度上的差异。

电子衍射运动学理论
基本假设双光束条件除直射束外只激发产生一个衍射束的成像条件；足够薄，避免二次衍射；柱体近似：计算下表面衍射强度时，假设将样品分割为贯穿上下表面的一个个小柱体（直径2微米），而且相邻柱体的电子波互不干涉。