透射电镜的原理与演示[业界精制]
第十章透射电镜的结构与成像原理
第十章透射电镜的结构与成像原理
第十章透射电镜的结构与成像原理
透射电镜构造原理
透射电镜一般是电子光学系统、真空系统和电源与控制系统三大部分组成。电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它又可以分为照明系统、成像系统和观察记录系统。
下图是电镜电子光学系统的示意图，其中左边是电镜的剖面图，右边是电镜的示意图和光学显微镜的示意图对比。由图中可以看出，电镜中的电子光学系统主要包括电子枪、聚光镜、试样台、物镜、物镜光阑、选区光阑、中间镜、投影镜和观察记录系统等几部分组成，其成像的光路与光学显微镜基本相同。
电镜的电子光学系统中，一般将电子枪和聚光镜归为照明系统，将物镜、中间镜和投影镜归为成像系统，而观察记录系统则一般是荧光屏和照相机，现在的电镜往往还配有慢扫描CCD相机，主要用来记录高分辨像和一般的电子显微像。下图是电子光学系统的框架图。
第一节照明系统
照明系统由电子枪、聚光镜以及相应的平移、倾转和对中等调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、照明孔径半角小、平行度好、束流稳定的照明源。为了满足明场和暗场成像的需要，照明束可以在5度范围内倾转。
1.1电子枪
电子枪可分为热阴极电子枪和场发射电子枪。热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。
TEM的结构原理及其操作使用资料
（3）相位衬度
是由合成像的透射波和衍射波之间的相位差形成的。需要在物镜的后焦面上 插入大孔径的物镜光阑，使透射束和周围一个或多个衍射束通过，合成（干涉） 成像。 对于晶面间距小于1nm的微晶结构，相位衬度成像提供晶格条纹相，或者得 到与样品单胞结构相对应的晶体结构相，即称分子相或原子相。 高分辨成像就是在利用透射电镜高分辨率、高放大倍率的特性，通过相位衬 度成像，研究物质中原子尺度的细节，可以直接观察物质的原子排列。 高分辨成像技术不仅用于测定透射电镜分辨率，而且已广泛用在生物、有机 化合物、金属、超导材料、纳米材料和硅酸盐等领域，研究微晶结构、晶体缺 陷、界面结构等。
二、透射电镜的用途
透射电镜是研究固态物质显微形貌、晶体结构和测量微 小物体的尺寸和形状的仪器，广泛应用于高分子材料、纳 米材料、金属材料、陶瓷、冶金、生物、医学、地质、半 导体、仿生学等各个领域以及工农业生产中。通过透射电 镜可以方便的观察到物质的微观结构、晶体的生长规律， 检测各种材料的老化及其疲劳损害程度，分析各种材料中 各种成分的分布规律及其各种元素间的比例关系。
1）多晶电子衍射谱 圆心为透射斑000。每一个衍射环由同属于一个晶面族 {hkl} 而取向不同的晶面衍射束斑形成，这些晶面都具有相 同的面间距。
（1）质厚衬度
由于样品的质量和厚度不同，各部分对入射电子发生相互作用，产 生的吸收与散射程度不同，而使得透射电子束的强度分布不同，形成 反差，其中质量厚度大的区域对入射电子散射强、致使通过物镜光阑 孔参与成像的电子减少，相应在荧光屏、底片或CCD上形成较暗的区 域。
透射电镜的工作原理
透射电镜的工作原理
透射电镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）
是一种利用电子束来观察样品的微观结构的高分辨率显微镜。与光
学显微镜不同，透射电镜使用的是电子而不是可见光来照射样品，
因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。透射电镜的工作原理涉
及到电子的产生、聚焦、透射、成像和检测等多个方面，下面将详
细介绍透射电镜的工作原理。
1. 电子的产生。
透射电镜使用的是电子束来照射样品，因此首先需要产生电子。电子产生的常用方法是热发射和场发射。热发射是利用热能使金属
表面的电子逃逸而产生电子，而场发射则是利用电场使电子从金属
表面逃逸。在透射电镜中，通常使用的是热发射电子源，即利用钨
丝或钨钢合金丝受热后发射电子。
2. 电子的聚焦。
产生的电子束需要经过一系列的聚焦系统，使其成为一个细小
的束流，以便能够准确地照射到样品上。透射电镜的聚焦系统通常
包括电子透镜和磁透镜。电子透镜利用电场来聚焦电子束，而磁透镜则利用磁场来聚焦电子束。通过合理设计和调节，可以使电子束聚焦到非常小的尺寸，从而获得高分辨率的成像能力。
3. 电子的透射。
经过聚焦系统聚焦后的电子束将照射到样品上，这时的电子束被称为透射电子束。透射电子束穿过样品时，会与样品中的原子和分子发生相互作用，产生散射和吸收。透射电镜通过检测透射电子束的变化来获取样品的结构信息。
4. 成像。
透射电镜的成像原理是利用透射电子束与样品相互作用后产生的信号来获取样品的结构信息。透射电镜通常采用透射电子显微镜来观察样品。透射电子显微镜通过探测透射电子束的强度和位置来获得样品的结构信息，然后将这些信息转换成图像显示出来。
透射电镜(TEM)讲义
仪器维护与保养
定期清洁
定期对透射电镜进行清 洁，保持仪器内部和外
部的清洁度。
检查部件
更换消耗品
定期检查透射电镜的部 件，如电子枪、镜筒等，
确保其正常工作。
根据需要，及时更换透射 电镜的消耗品，如真空泵
油、电子枪灯丝等。
保养计划
利用高倍率TEM观察表面形貌，可以获得更精细的表 面结构信息，如表面重构、吸附分子结构等。
电子衍射分析
电子衍射是TEM中常用的分析 方法，通过分析电子衍射花样 ，可以确定晶体的晶格结构、 晶体取向和晶体对称性。
电子衍射还可以用于研究非晶 体和准晶体的结构和性质，以 及确定晶体中的相变和相组成 。
通过比较不同温度、压力或掺 杂条件下样品的电子衍射花样 ，可以研究晶体结构和物理性 质的变化。
定量分析方法
颗粒统计
对图像中颗粒的数量、大 小和分布进行统计，计算 颗粒的平均尺寸和粒度分 布。
电子衍射分析
利用电子衍射技术分析晶 体结构和相组成，确定晶 格常数和晶面间距。
能Biblioteka Baidu分析
通过能谱仪测定图像中各 点的元素组成和相对含量， 进行定性和定量分析。
04
TEM图像解析实例
晶体结构分析
利用高分辨的TEM图像，可以观察到晶体内部的原 子排列和晶体结构，如面心立方、体心立方或六方 密排结构等。
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。
透射电镜的原理
透射电镜的原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜技术，用于观察和研究物质的微观结构。其原理基于电子的波粒二象性和物质对电子的散射效应。
透射电镜的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源：透射电镜使用的电子源一般为热阴极或冷阴极。电子发射后，通过加速电压和电子透镜系统，使电子获得足够的能量和聚焦程度。
2. 样品：待观察的样品被制备成非晶态或薄片状，并放置在样品台上。样品的厚度通常在纳米到亚微米级别，以保证电子的穿透性。
3. 散射：通过透射电镜的电子束，电子与样品内的原子或分子发生相互作用。根据样品的组成和结构，电子会被散射并改变方向。
4. 对比度增强：经过样品后，电子束进入投影镜筒。在此过程中，通过调节投影镜筒中的电子透镜，可以调整电子束的聚焦度和强度。
5. 形成显影：电子束通过样品后，穿过投影镜筒的屏幕或探测器。探测器接收到散射电子并转化为电子信号，经过放大和处理后，形成最终的图像。
透射电镜的原理是基于电子的波性和散射现象，利用电子的穿透性观察物质的微观结构。通过控制电子束的聚焦度和强度，结合样品的散射特性，透射电镜可以提供高分辨率和高对比度的图像，用于研究各种材料的微观结构和性质。
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：
透射电镜的原理
透射电镜的原理
透射电镜是一种高分辨率成像工具，通过平行束高速电子的透射
来形成对样品的影像，其原理主要有三个部分组成，包括电子源、透
射样品以及成像极板，下面将对其具体原理进行详细解析。
1.电子源
透射电镜的首要任务是生成高能电子。通常使用钨丝发射电子，
当加热到足够温度时就能从其表面发射出电子，并通过电子加速器使
其达到足够高的能量。激发电子后，通过磁透镜进行聚焦使其能量更
加聚焦。电子通过磁透镜到达透射样品区域，并与样品产生相互作用。
2.透射样品
透射电镜的样品非常小，通常被压制成薄片。这种样品能够被插
入到具有真空环境的电子显微镜中。透射样品必须非常薄，通常几十
nm或更薄。这样可以有效让电子束穿过样品，从而更好的观察材料的
微观结构特征。
透射样品需要满足几个要求。首先，它必须足够薄，以使透射电镜的电子穿过样品而不被散射，损失强度或产生干扰。其次，样品的成分和结构必须在非常高的分辨率下可见。因此，样品通常需要在比表面积上被采取，并被压成薄膜以便被穿越。
3.成像极板
成像极板是透射电镜的一个重要组成部分，主要是将电子穿过样品后产生的信息转化为可见的图像。通过成像极板，电子会形成亮度和对比度极高的图像，表现出样品的微观特征。成像极板通常包括荧光屏和相机，荧光屏会将电子转化为可见光，相机则用于捕捉照片将之转化为数字信号。
总体而言，透射电镜的原理是将均匀更高速的电子输送到透过样品中的电子，让电子与样品的原子或分子发生相互作用，这就造成了电子信号发生射线散射，电子在相应的方向整齐穿过样品，并最终在成像极板上被捕获和转换成可见的图像。这种原理可以提供一种新的方式来观察和研究材料学、物理学、生物学和化学学科。
3.3透射电镜的工作原理和特点
ΔZs
第十九页，共46页。
第二十页，共46页。
如果计算分辨本领的平面为最小截面圆 所在平面，则
Δr’s=1/4 Csα3
从以上两式可以得知Δr’s或Δrs与球差 系数Cs成正比，与孔径半角的立方成正比。也
就是说球差系数越大，由球差决定的分辨本领
越差，随着α的增大，分辨本领也急剧地下
降。
第二十一页，共46页。
像散：像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起。
如果电磁透镜在制造过程中已经存在固有的像散，则可以通过 引入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，这个能 产生矫正磁场的装置称为消像散器。
第二十二页，共46页。
色差
色差：是由于入射电子波长（或能量）的非单一性造成
。
第二十三页，共46页。
第三十页，共46页。
1. 照明系统
照明系统的作用： 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) 。
第三十一页，共46页。
(1) 电子枪
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。
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。高 性能透射电镜都采用双聚光镜系统。这种系统 由第一聚光镜(强激磁透镜)和第二聚光镜(弱 激磁透镜)组成。
1.tem 的原理
1.TEM（透射电子显微镜）是一种把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度等相关，因此可以形成明暗不同的图像，从而达到观察样品内部结构的目的。
透射电镜实验
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像之吉白夕凡
创作
一、实验内容及实验目的
1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理, 以加深对透射电镜结构的整体印象, 加深对透射电镜工作原理的了解.
2．选用合适的样品, 通过明暗场像把持的实际演示, 了解明暗场成像原理.
二、透射电镜的基本结构及工作原理
透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放年夜倍数的电子光学仪器, 被广泛应用于资料科学等研究领域.透射电镜以波长极短的电子束作为光源, 电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品, 再经成像系统的电磁透镜成像和放年夜, 然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像.在资料科学研究领域, 透射电镜主要可用于资料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定.
透射电子显微镜按加速电压分类, 通常可分为惯例电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上).提高加速电压, 可缩短入射电子的波长.一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力, 这不单可以放宽对试样减薄
的要求, 而且厚试样与近二维状态的薄试样相比, 更接近三维的实际情况.就以后各研究领域使用的透射电镜来看, 其主要三个性能指标年夜致如下：
加速电压：80～3000kV
最高放年夜倍数：30～100万倍
尽管近年来商品电镜的型号繁多, 高性能多用途的透射电镜不竭呈现, 但总体说来, 透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三年夜部份组成.另外, 还包括一些附加的仪器和部件、软件等.有关的透射电镜的工作原理可参照教材, 并结合本实验室的透射电镜, 根据具体情况进行介绍和讲解.以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍.
电镜的基本原理(1)透射电镜
M＝Ｍ0×Mi×Mp
a
16
在电镜中，物镜产生的一次放大像还要经
过中间镜和投影镜的放大作用而在荧光屏上得 到三次放大像．中间镜的物面与物镜的像面相 重，而投影镜的物面又与中间镑的像面相 重．这样，中间镜把物镜产生的放大像投影到 投影镜的物面上，再由投影镜把它投射到荧光
a
14
a
15
物镜(M0)用来获得被检物的一次放大像和衍 射谱，它决定显微镜的分辨率，是电镜的心 脏用．是中 把间 物镜 镜形(M成i)是酌个一可次变中倍间率像的或弱衍透射镜谱，射它到的投作影 镜及的衍物 射面 谱上 放．大投到影荧镜光屏(M上p)，把一中般间具镜有形2成—的3二个次聚像光 镜和4—6个物镜加投影镜。
录系统组成．照明系统是由电子枪和聚光镜组成，成像 系统由物镜、中间镜和投影镜组成。观察和记录系统包 括观察室、荧光屏和计算机等。
电子枪是由阴极、阳极和栅极组成．一般用钨丝作阴 极，当在阴极和阳极之间加上高压．再加上灯丝电流以后， 即可从钨丝发出电子束，通过阳极孔，照射到样品上．一 般透射电镜的加速电压为50～200kv。电压越高，电子束 对物质的穿透能力越强，可以观察较厚的样品，并且电子 束对物质的辐照损伤越小。电镜中用来使电子束聚焦的是 电磁透镜．电镜中的聚光镜是用来聚拢电子束和调节电子 束强度的．一股采用双聚光镜系统，第一聚光镜为短焦距 强透镜，它将电子束斑直径缩小儿十倍，而第二聚光镜采 用长焦距透镜，将电子束斑成像到样品上，从而使聚光镜 和样品之间有足够的工作距离，以便放置试样和各种附 件．
简述透射电镜的工作原理
简述透射电镜的工作原理
透射电镜，或称透射电子显微镜，是一种高分辨率、高放大倍数的电子显微镜。它利用电子枪发射的电子束穿透样品，通过电磁透镜聚焦和放大，最后投射到荧光屏幕上，形成样品的放大图像。以下是透射电镜的工作原理简述：
1. 电子源：透射电镜的核心部分是电子枪，它由阴极（通常是一个金属丝或针尖）和阳极组成。阴极在热或强电场的作用下发射出电子，这些电子在阳极的加速下形成高速电子束。
2. 聚光镜：电子束离开电子枪后，通过聚光镜进一步缩小直径，并通过电磁透镜聚焦到样品上。聚光镜的作用是将电子束缩小并集中，以获得更高的成像分辨率。
3. 样品：被观察的样品放置在透镜的样品台上，通常需要进行薄化处理以允许电子穿过。样品可以是固体、液体或气体，但需要满足一定的厚度和透明度要求。
4. 信息传递：当电子束穿透样品时，与样品的原子相互作用，产生散射和衍射。这些散射和衍射的电子携带了有关样品内部结构的信息。透射电镜通过电磁透镜对这些电子进行收集和放大，形成样品的放大图像。
5. 成像：经过电磁透镜的放大和会聚，携带样品信息的电子束最后投射到荧光屏幕上，形成样品的放大图像。这一步将电子信号转化为可见光信号，方便观察和记录。
总的来说，透射电镜通过利用高速电子束穿透样品并利用电磁透镜进
行放大和会聚，实现了高分辨率和高放大倍数的样品成像。这种成像方式对于研究微观结构和材料特性具有重要意义。
透射电镜(TEM)原理详解(课堂PPT)
度为ρ和厚度为t的样品上，若入射电子数为n，通过
厚度为dt后不参与成象的电子数为dn，则入射电子散
射率为
单个原子的散射截面
dn N dt A 0
每单位体积样品的散射面积
n
M
单位体积样品中包含的原子个数
厚度为dt的晶体总散射截面
将上式积分，得：
N
N
0
exp
N A 0t
M
式中N0为入射电子总数(即t=0时的n值)，N为最后参
v 2eU m
式中e为电子所带电荷，e=1.6×10-19C。
将两式整理得：
h 1.226
单位是nm
2emU
U
单位是V
4
不同加速电压下的电子波波长
• 加速电压U/KV 电子波波长λ/nm 加速电压U/KV 电子波波长λ/nm
20
0.00859 120
0.00334
40
0.00601 160
G
N1 N2 N1
wk.baidu.com
1
exp
N
A
02 2t2
M2
011t1
M1
将上式展成级数，并略去二级及其以后的
各项，得：
G
N
A
02 2t2
M2
011t1
M1
将 t 称为质量厚度。
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像
一、实验内容及实验目的
1．结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。
2．选用合适的样品，通过明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
二、透射电镜的基本结构及工作原理
透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料科学等研究领域。透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经由聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成像和放大，然后电子束投射到主镜简最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
透射电子显微镜按加速电压分类，通常可分为常规电镜(100kV)、高压电镜(300kV)和超高压电镜(500kV以上)。提高加速电压，可缩短入射电子的波长。一方面有利于提高电镜的分辨率；同时又可以提高对试样的穿透能力，这不仅可以放宽对试样减薄的要求，而且厚试样与近二维状态的薄试样相比，更接近三维的实际情况。就当前各研究领域使用的透射电镜来看，其主要三个性能指标大致如下：
加速电压：80～3000kV
分辨率：点分辨率为0.2～0.35nm、线分辨率为0.1～0.2nm
最高放大倍数：30～100万倍
尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。有关的透射电镜的工作原理可参照教材，并结合本实验室的透射电镜，根据具体情况进行介绍和讲解。以下仅对透射电镜的基本结构作简单介绍。1．电子光学系统
透射电镜（TEM）原理及应用介绍
透射电镜（TEM）原理及应用介绍
透射电镜（TEM）原理及应用介绍
人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的
TEM简介
透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称亚显微结构。
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介质
空气
真空
透镜
光学透镜
电磁透镜
聚焦方式
机械聚焦
电聚焦
分辨力
0.2~0.1m
0.1nm
放大倍数
1,000
1,000,000
谷风书苑
6
电子显微镜与光学显谷风微书镜苑结构的对比图解
7
二、电镜的分类
根据电子束和样品之间作用方式的不同，可将 电镜分为4大类:
1) 物体透射电子 透射电镜 观察和分析样品的内部结构 2) 物体发射电子 扫描电镜 观察和分析样品的表面立体形貌 3) 物体反射电子 4) 物体吸收电子
多核糖体的透射电镜照片
谷风书苑
21
透 射 电 镜 照 片 演 示
玉米分散高尔谷基风体书苑的透射电镜照片
22
透
射
叶绿体的
电
透射电镜
镜
照片
照
片
演
示
线粒体的谷透风射书苑电镜照片
23
透
射
电
镜
照
片
演
细胞核的透射电镜照片 有丝分裂器的透射电镜照片
示
凋 亡 细 胞
谷风书苑
正 在 杀 肿 瘤 细 胞 的 T 细 24 胞
演示实验 电子显微镜的原理与演示
谷风书苑
1
一、电子显微镜出现的必然性
1. 分辨力
分辨力(resolution)：指显微镜能将近邻的两个质 点分辨清楚的能力, 通常是用相邻两点间 的距离(D)来表示。
光源的波长
0.612λ D
N.A. 镜口率(N.A.)
谷风书苑
2
❖波长： 可见光波长为400~700nm (平均550nm)
☺有效放大： 指本来用肉眼看不清楚的物体经显微
镜放大成像后可以分辨清楚的放大
无效放大： 指本来用肉眼能看清楚的物体经放大
镜、幻灯机或投影仪等放大成像后可 以分辨得更清楚的放大。
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各种光与电子束的波长比较
名称 可见光 紫外光 X-射线 -射线 电子束 100V 10,000V 100,000V
记
录
透过样品的电子打到荧 光屏上可显示出反映样
系
观察室 荧光屏
品真实结构的图像
统
铅玻璃窗
保护眼睛
放大镜 用于放大投到荧光屏上的图像
照相装置 电子形成的荧光图像衰减速度很快，一旦
观察到理想的结构图像就需要尽快照相
注意：电镜照相与普通照相不同，图像的反衬度最低时 才是正聚焦；且底片还必须要经过预干燥处理
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了样品不同部位的物质结构 17
透射电镜照片演示
微管蛋白的谷风免书疫苑 荧光照片
18
透 图像各处浓淡的不同真实反映了样品中不同部位的物质结构 射 电 镜 照 片 演 示
一个植物细胞谷风的书苑透射电镜照片
19
透 射 电 镜 照 片 演 示
糙面内质网谷的风透书苑射电镜照片
20
透 射 电 镜 照 片 演 示
Βιβλιοθήκη Baidu
透
笼形蛋白
射
电
镜
照
热休克蛋白Hsp60
片
演
示
-辅肌动蛋白
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25
透 射 电 镜 照 片 演 示
金的原子布阵的透射电镜照片
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26
透 射 图像各处浓淡的不同与样品中不同部位的物质结构相反 电 镜 照 片 演 示
T4噬菌体负染色的透射电镜照片
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27
螺原体
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驱动蛋白
胞质动力蛋白
11
供
电 供电及保护系统的组成部件及其作用：
及
保
护
一般电镜均拥有两个电源：
系
高电压低电流的高压电源：产生高速电子
统
低电压高电流的透镜电源：控制高速电子束的运动轨迹
稳压和稳流装置：保证电压和电流的高度稳定
保护与控制系统：一旦电镜的某一部分发生故障, 电镜的保护系统 会让其自动紧急关机和断电, 以免损伤电镜！
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2、透射电镜的成像原理
高速电子束
透射样品
获得高分辨率的图像：数百万倍
❖使用电子枪发射出了波长极短的电子波 ❖利用电磁透镜可对电子束进行聚焦、放大和成像
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成像原理：
高压电子枪 高速电子束
电磁透镜
样品
电子束发生投射
荧光屏 电能转变成光能
浓淡不同的图像 图像各处浓淡的不同真实反映
去除空气分子对样品的污染。
真空系统的组成部件：
机械泵： 1 Pa 1.310-5~10-6Pa;
油扩散泵：1.310-6Pa 1.310-7 ~10-9Pa
真空系统 冷阱： 1.310-9Pa 1.310-10Pa
真空管道、阀门、储气罐等
一般电镜
离子泵 1.310-12Pa 超高压电镜
真空涡流泵 谷风书苑
波长(nm) 760~390 390~13 13~0.05 1~0.005
0.123 0.0122 0.00387
电子束的波长与发射电子 束的电压平方根成反比：
1 V
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5
2. 电镜与光镜的对比
电子显微镜与光学显微镜的异同点
光学显微镜
电子显微镜
照射光
光束
电子束
波长(nm) 长：200~750 短：0.003~0.008
纤毛动力蛋白
核纤层蛋白
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在透射电镜中，被观察粒子的 大小一定要大于电子束的波长才能 被分辨出来；否则，电子束就会发 生绕射，无法看到粒子 ！
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光源 (卤灯或汞灯)
高压电子枪
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电 子
电子照明系统的组成部件及其作用：
照 电子枪：产生高压电子束
明
两级聚光镜：会聚高压电子束，以得到极细而均匀的电子束流
系
统
第一聚光镜：将电子束的直径缩小20~60倍
第二聚光镜：将电子束的直径扩大1~2倍
高压(V)
第一聚光镜
第二聚光镜
高压 电子束
缩小
放大
灯丝 栅板
阳极
电子枪
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❖镜口率(N.A.)的大小：
取决于镜口角和物镜与标本间介质的折射率
N.A. n sin 2
镜口角
物镜与标本之间介质的折射率
空气的折射率为1 水为1.33 香柏油为1.515 -溴萘为1谷.6风6 书苑
3
光镜分辨力的最小数值：≤0.2 m
紫外光显微镜：0.1 m 光学分辨率的极限！ 一般光镜设计的最大放大倍数为1,000~1,500
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三、透射式电子显微镜
1、透射电镜的结构
真空系统 供电及保护系统 电子照明系统 成象系统 观察记录系统
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电子照明系统
透镜系统或 电子光学系统
成象系统
供电及 保护系统
观察记录系统
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透射电镜的结构
真空系统
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真
空 抽真空的意义：
系 统
防止灯丝的氧化损伤； 确保电子束在运行过程中的运动轨迹不受空气分子干扰；
成
象
成象系统的组成部件及其作用：
系
统
➢吸附样品室中的少量空气分子
以提高真空度
➢降低温度可防止电子的热漂移
样品室
样品放置室
冷阱
液氮罐 金属导杆
铜网 样品
物镜
成像与放大装置 中间镜I
中间镜II 投影镜
放大50倍 放大3倍 放大15倍 放大200倍
500,000倍
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观 察
观察记录系统的组成部件及其作用：