扫描电镜原理及操作

小结
二次电子所形成的像（二次电子像）：
反映了样品表面的形貌。
1 cos
二次电子像每一点的相对亮度：
取决于样品对应点的二次电子发射率，
η为二次电子发射率；θ为电子束入射角。
当样品表面是凹凸不平时，入射角不断改变，二次电子的产生额 也随之而变化，二次电子像的亮度也随着样品的表面形貌而变化。
二次电子像能反映样品表面的形貌：实际像与日常照片中的负片相似。
4、电子与样品的相互作用
（一）电子：
1、二次电子
它是样品本身的原子中的外层电子，被入射电子激 发出来后，形成带有样品的形貌和成分等信息的电子束。 二次电子主要反映样品浅表层（约5-50nm）的信息。它 在扫描电镜成像过程中担任主角。
3、电子与样品的相互作用
2、背散射电子：
又称背反射电子，是被样品大角度反射回来的入射 电子，它主要反映样品内部较深层（约50—100nm）原子 的质量信息。 用背散电子获得的图像有两种情况： （1）反映样品表面的形貌，与二次电子像相似。 （2）反映样品的密度和原子序数。利用这种特性，可以 将生物组织中各种细胞用重金属染色，再把它检测 出来。
扫描电镜的镜简
为了完成聚散、消散以及放大率，视野和加速电压的选择以及反 差与亮度的调节，需要一系列的电路以及相应的调节旋钮。
显示单元
光电倍增管 两个显像管和照相机 一系列的电路以及相应的调节旋钮
场扫描电镜的技术指标
一、扫描电子显微镜的结构和原理
3、扫描电子显微镜的特点
3、扫描电子显微镜的特点
具有一些极有价值的特点：
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有强烈的立体视觉:
大鳞副泥鳅的受精过程
3、扫描电子显微镜的特点
示受精孔
精孔区
有强烈的立体视觉
卵膜孔
受精后5秒
有强烈的立体视觉:
大鳞副泥鳅的受精过程
3、扫描电子显微镜的特点
(4)样品制备较简单—— 甚至可以不作任何处理。并且样品可以很大，如直
受精后10秒
径可达10厘米以上。（图） (5)无损分析—— 在观察样品表面形貌的同时又可对样品进行微区成 分的无损分析。
像的大小 扫描区域的大小
2、电子枪亮度，样品的性质，相互作用的方式以及扫描 速度和像的线数。 目前商品扫描电镜分辨率一般达到50-60埃，使用场发 射电子枪可达约10埃。
显微镜成像原理
2、扫描电镜的结构
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2、扫描电镜的结构
扫描电镜的主要由三大部分组成： 1、电子光学系统 2、成像系统 3、真空系统
2、扫描电镜的结构
2、扫描电镜的结构
（三）成像系统：包括信号的收集、放大、处理、
显示与记录部分。
信号的收集器：用于把闪烁片产生的光信号送
真空系统安装部位
到它后面的光电倍增管。在光电倍增管的后面是前置
放大器和视频放大器，最后接到显像管的栅极。
2、扫描电镜的结构
2、扫描电镜的结构
显示和记录部分：
信号的收集器部分
物镜装备：有可动光栏；消散器、带有扫描电路的
偏转线圈；其中偏转线圈通以锯齿波的电流，产生的磁场 作用于电子束使它在样品上扫描。扫描的区域、扫描比率
磁透镜一般有三个：第一、二聚光镜和物镜，
作用与透射电镜的聚光镜相同:缩小电子束的直径，把来 自电子枪的约30微米大小的电子束经过第一、二聚光镜和 物镜的作用，缩小成直径约为几十埃的狭窄电子束。
二、扫描电子显微镜的操作
如果存在像散，在欠焦和过焦时，象被拉长，而且 欠焦与过焦时拉长方向是垂直的。
二、扫描电子显微镜的操作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
选择stigma align （x y）通过操 作面板上的x y旋钮调整至图像至心脏式
跳动而不是摇摆晃动，同样方法调整
stigma align y
二、扫描电子显微镜的操作
(3)反差和亮度的调整：
每点的二次电子发射率：
取决于电子束加速电压，束流，电子束的入射角（即 入射束与样品表面法线间的夹角）和样品原子序数。
小结
扫描电镜二次电子像的放大倍率：由屏上图像的大小 与电子束在样品上扫描区域的大小的比例决定：
最主要的是：
小结
扫描电镜像的分辨本领：取决于一些因素，其中
1、电子束斑的直径。
M（ 屏上图像的倍率 ）
二次电子的产生
二次电子的发射是由于入射电子碰撞样品的 核外电子，核外电子获得能量脱离原子而成为二 次电子。 二次电子只产生于入射电子的散射区域，这 个散射区域呈“泪滴”状。
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二次电子的产生
二次电子的产生额（产生数量）随入射角的变化 而变化。对于给定的电子束，二次电子发射率主要取 决于电子束的入射角：
正确操作的目的是为了获得高质量的照片。高质量 的照片应满足以下要求： (1)分辨率高。 (2)视野选择好。 (3)景深大，立体感强。 (4)图像层次丰富。即要求反差与亮度适当。
二、扫描电子显微镜的操作
操作步骤：
(1)启动电镜。包括接通电源，开动真空系统进行排气， 在真空度达到要求后，接通显示单元电源。 (2)放入样品，注意调节样品高度。
观察条件的设定
包括： 加速电压、 束电流、 光栏直径、 工作距离、 放大倍率以及倾斜角等
见图例
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二、扫描电子显微镜的操作
操作中几个带有普遍性问题：
二、扫描电子显微镜的操作
(2)聚焦和消散（消除像散）：
消散和聚焦是需要熟练掌握的操作，稍有不慎图像 质量明显下降，两者是交替同时进行的。
要获得高质量的照片就要求正确的操作和正 确选择观察条件。
二、扫描电子显微镜的操作
(3)设定观察条件。这些条件包括：加速电压、束电流、光 阑直径、工作距离、放大倍率以及倾斜角等。 (4)聚焦，消散。注意选择好视野。 (5)照相摄影。根据底片特性选择合适的反差，亮度及拍摄 时间。 (6)停机。关掉电源和冷却水。
和每厘米的扫描线数都可以选择。 带有扫描电路的偏转线圈同时输送锯齿波电流给显示 部分的显像管（CRT）的偏转线圈，镜筒的电子束与显像管 的电子束严格同步。
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2、扫描电镜的结构
2、扫描电镜的结构
（二）扫描电镜的真空系统由机械泵、扩散泵、
检测系统、管道及阀门等组成。样品室位于镜筒的底部， 样品放于样品台上，样品台带有使样品移动（前后，左 右，上下）、倾斜和旋转的控制杆。 与透射电镜同样的理由，镜筒也是被真空系统排气 至高真空，一般为10-5乇真空度。 与透射电镜一样，扫描电镜的镜简也有一套合轴调 整装置，相对比较简单。
样品上被扫描的区域与显像管的屏是点点对应的。 在样品上任何一点上的二次电子发射的强度的任何变 化将表现为在屏上对应点的亮度的变化。用这种方法 就如电视机屏上的像一样，一点一点，一线一线地组 成了像。这个像可以在观察显像管的屏上观察，也可 以把照相显像管屏上的像拍摄记录下来。
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2、扫描电镜的结构
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扫描电子显微镜基本原理及使用技术
一、扫描电子显微镜的原理和结构
扫描电子显微镜基本原理及使用技术
赵 岩 上海海洋大学水产与生命学院
1、成像原理 2、扫描电镜的结构 3、扫描电镜的特点 4、电子与样品的相互作用
二、扫描电子显微镜的实践
1、扫描电子显微镜的一般操作 2、扫描电子显微镜图像的缺陷 3、观察条件的确定
充，缺一不可。
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4、电子与样品的相互作用
4、电子与样品的相互作用
电子与样品的相互作用会产生多种的信息，基本上 分成两大类：一是电子，二是射线。 （一）：电子： 1、二次电子 2、背散射电子（反射电子） 3、俄歇电子 4、透射电子 5、吸收电子 用二次电子形成的二次电子像反映了样品表面 的形貌，它的高分辨率，是扫描电镜主要的用途。 （二）射线 1、X射线、 2、阴极荧光
3、电子与样品的相互作用
3、俄歇电子
是一种具有特征能量值的电子，这种电子
3、电子与样品的相互作用
（二）射线 1、X射线：
又称伦琴射线；波长约0.001-10nm。电子探针轰击
1925年发现，用它可以进行样品轻元素的分析，
样品时，可产生特征X射线和连续X射线。其中特征X射线 的波长和能量随样品中各种元素的不同而各异，根据这 一性质可以对样品中的某些元素进行定性和定量分析。 X射线主要反映样品深层（约50—500nm）的某些信 息。X射线适合于重元素的成分分析。
受精后3分钟
受精后10分钟
3、扫描电子显微镜的特点
有超大的样品区
3、扫描电子显微镜的特点
获得高分辨率的代价是仪器复杂，样品制备复杂，要 获得三维信息较困难等，而扫描电镜对研究样品表面的形 貌是理想的，但却不易获得内部结构的信息。它的分辨率 虽然对不少工作是足够的，但却比不上透射电镜。
透射和扫描电镜在性能上有许多方面是相互补
昆虫学研究中的应用
1、扫描电子显微镜的结构和原理 扫描电镜的基本原理：
利用极狭窄的电子束去扫描样品，即电子束在样品
不同倍率的果蝇SEM像
上作光栅运动。电子束与样品作用将会产生各种效应， 主要是样品的二次电子发射。。 二次电子会产生样品表面放大的形貌像，这个像是 在样品被扫描时建立起来的。即：使用逐点成像的方法 获得放大的像。
如果图像的反差与亮度调整不当，层次少，会使图 像中细节掉失。 反差调整：依靠改变光电倍增管的电压（300-600V）来 进行。 亮度调整：改变信号的直流成分来调节。
二、扫描电子显微镜的操作
调整注意点：
一般来说，增加反差也增加了直流成分，因 而亮度水平也会增高，所以调节反差要和调节亮 度水平须同时进行。 振幅的强度显示图像反差，直流成分(高低) 显示图象的亮度，过高或过低的反差或亮度，图 像细节会损失。
(1)合轴：
与透射电镜一样扫描电镜也应良好地合轴。合轴不良 将引起像差使分辨率下降，而且会使讯号减弱，降低信噪 比使图像质量变差。物镜光栏不合轴使像散无法消除，从 而降低分辨率。在操作中如发现聚焦过程图像移动，有可 能是物镜光栏不对中，此时像散无法彻底消除。
方法如下：
首先放大倍数放在10000倍以上，先调粗聚焦，然 后在焦点附近反复做稍欠焦、正焦、过焦的操作。
2、扫描电镜的结构
（一）电子光学系统:
可称为镜筒，它的外观与透射电镜的镜筒相似，实际上 相当于透射电镜的照明系统(它不需要成像系统)， 它是由：电子枪、几个磁透镜、扫描线圈
以及样品室组成。
2、扫描电镜的结构
扫描电镜的电子枪与透射电镜的电子枪基本相同， 加速电压较低，一般在40kV以下。
2、扫描电镜的结构
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二、扫描电子显微镜的操作
在拍摄时应根据底片的型号和特性来调整
反差和亮度，而图像的反差大小与亮度水平，由 曲线的振幅和高低来确定。
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(1)能在很大的放大倍数范围工作—— 从几倍到几十万倍，相当于从放大镜到透射电镜的放 大范围。以致使用者可以首先概观整个样品，如昆虫、植 物种子等，然后迅速转换到观察某些选择的结构的细节， 给观察带来很大的方便。
3、扫描电子显微镜的特点
(2)扫描电镜具有很大的焦深—— 300倍于光学显微镜。在放大倍数是500倍时， 焦深可达1000微米。对于复杂而粗糙的样品表面， 仍然可得清晰聚焦的图像。并且图像立体感强，易 于分析。（图） (3)扫描电镜的操作十分简单—— 样品与终像之间没有透镜。
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3、电子与样品的相互作用
2、阴极荧光：
入射电子与样品相互作用而发射出可见光或红外光、 紫外光的现象。 阴极荧光具有一种电子束激发的光谱，和原子里面层 状结构有关。 若将荧光光谱进行分光分析，可用来鉴别主体物质和 分析杂质含量。
第四部分:扫描电镜
二、扫描电子显微镜的操作
二、扫描电子显微镜的操作