第三章 扫描电子显微镜
第3章 细胞生物学的研究方法1(显微镜技术)
显微镜技术
显微镜的成像原理
无论是何种显微镜，镜像的形成都需要3个基本要素：照 明系统；被观察的样品；聚焦和成像的透镜系统。
光源 聚光镜 样品 物镜
光源 透镜
射线扫描器
聚 光 镜
样品
目镜
电视屏观 察图像
直接成像
荧光屏观察 图像
光学显微技术
在细胞生物学的领域中，光学显微镜作为研究细胞显微
结构的重要工具和手段是应用最早也是最广的一种。光学显 微镜是利用可见光作光源，通过一组玻璃透镜包括目镜、物 镜、聚光镜放大被观察物体，提高分辨率的仪器。分辨率指： 人眼在25厘米的明视距离处分辨物体结构最小间距的能力。
载物台的上方：
光源
长焦距聚光器 载物台的下方： 物镜 应用：直接对培养的 细胞进行观察
荧光显微镜
原理:
荧光分子在受到光照射后，可吸收特定波长的短波光线， 并发射出比原来吸收波长更长的光。
紫外光 可见光 红外光
λ short
long
基本构造：
A 光源 B 二向色镜：反射短波光线，透过长波光线 C 一组滤光片：得到纯的激发光和发射光
透射电镜生物标本制备过程 (自学）
(1)取材
(2)固定:防止产生结构改变。 戊二醛：在蛋白质分子之间形成共价键, 将它们交联在一起。 四氧化锇：除与蛋白共价结合外,还对脂类有良好的固定效果。 (3)脱水：标本必须置于高真空中进行电镜观察,所以电镜生物标本 不能含水。梯度乙醇。 (4)包埋:为使柔软生物组织制成超薄切片,并使切片耐受高真空、 电子轰击，应在切片前将标本进行包埋,常用环氧树脂。 (5)切片:电子穿透力很弱,需将样品制成50～100nm厚薄片。约为细 胞的1/200厚度。 (6)染色:生物分子由原子序数低的轻元素组成，它们散射电子能力 弱,在电镜下几乎不存在明暗反差,需加大生物样品反差,进行染 色。重金属浸染。
扫描电镜(SEM)精品课件-3
必须指出，这里所讲的透射电子是指由直径很 小（通常小于100Å）的高能入射电子束照射样品微 区时产生的，因此，这一信号的强度仅取决于样品 微区的厚度、成分、晶体结构和位向。
3.1.5 等离子激发
入射电子
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＋＋
－
入射电子引起价电子云集体振荡
3.1.5 等离子激发
入射电子导致晶体的等离子激发也会伴随能量的 损失。由于等离子体振荡的能量也是量子化的，并有 一定的特征能量值，因此，在等离子体激发过程中， 入射电子的能量损失也具有一定的特征值，并随元素 和成分的不同而异，如下表所示。
3.2.3 二次电子
由于价电子结合能很小，对于金属来说大致在 10eV左右。内层电子结合能则高得多（有的甚至高 达10keV以上），相对于价电子来说，内层电子电 离几率很小，越是内层越小。一个高能入射电子被 样品吸收时，可以在样品中产生许多自由电子，其 中价电子电离约占电离总数的90％。
所以，在样品表面上方检测到的二次电子绝大都 分是来自价电子电离。
3.1.3 非弹性散射
非弹性散射机制
单电子激发 等离子激发 声子激发 韧致辐射
3.1.4 单电子激发
样品内原子的核外电子在受到入射电子轰击时，有可能 被激发到较高的空能级甚至被电离。价电子与原子核的结合 能很小，被激发时只引起入射电子少量的能量损失和小角度 散射。芯电子的结合能较大，受到入射电子激发时需要消耗 它较多的能量，并发生大角度散射。
第三章扫描电子显微镜与电子探针显微分析
5. 可做综合分析。
6. SEM装上波长色散X射线谱仪（WDX）（简称 波谱仪）或能量色散X射线谱仪（EDX）（简称 能谱仪）后，在观察扫描形貌图像的同时，可 对试样微区进行元素分析。
7. 装上半导体样品座附件，可以直接观察晶体管 或集成电路的p-n结及器件失效部位的情况。
8. 装上不同类型的试样台和检测器可以直接观察 处于不同环境（加热、冷却、拉伸等）中的试 样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。
其它物理信号
除了上述六种信号外，固体样品中还会 产生例如阴极荧光、电子束感生效应和电 动势等信号。
这些信号经过调制后也可以用于专门的 分析。
小结
X射线
与物质相互 作用
1.散射(相干,非相干) 2.光电效应(俄歇,二次荧光,光电子) 3.透射 4.热
电子束
与物质相互 作用
1.背散射; 3.透射电子; 5.俄歇; 7.阴极荧光……
7. 非弹性背散射电子的能量分布范围很宽，从数十 电子伏到数千电子伏。
8. 从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性背散射 电子所占的份额多。
9. 背散射电子的产生范围在1000 Å到1 μm深。
由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增 加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能 分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定 性地进行成分分析。
LaB6 filament
W filament
(2)电磁透镜（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱlectromagnetic lens）
• 其作用是把电子枪的束斑逐渐聚焦缩小，使原来 直径约50μm的束斑缩小成一个只有数nm的细小 束斑。
• 扫描电子显微镜一般由三个聚光镜，前两个聚光 镜是强透镜，用来缩小电子束光斑尺寸。
第三章 SEM电镜图象解释
20 Å左右的截向，则形成很多很多柱体。
计算每个柱体下表面的衍射强度，汇合
一起就组成一幅由各柱体衍射强度组成
的衍衬象，这样处理问题的方法，称为
柱体近似。
苏 玉 长
第四节完整晶体衍射运动学解释
根据上述假设,将晶体分成许多晶粒,晶粒平 行于Z方向,每个晶粒内部含有一列单胞,每个单 胞的结构振幅为F,相当于一个散射波源,各散射 波源相对原点的位置矢量为： R n = x n a+ y n b+ z n c a, b , c 单胞基矢,分别平行于x,y,z轴; x n ,y n ,z n 为各散射波源坐标. 对所考虑的晶格来说 x n = y n=0. 各散射波的位相差 α=Δk· n . R 因此,P0处的合成振幅为: R (Z Φg=F ∑n e-2πi Δk· n = F ∑n e-2πi Δk· n c)
苏 玉 长
苏 玉 长
晶面反射并受到物镜光栏挡住，因此，在荧光 屏上就成为暗区，而OB晶粒则为亮区，从而 形成明暗反差。由于这种衬度是由于存在布拉 格衍射造成的，因此，称为衍射衬度。 设入射电子强度为IO，(hkl)衍射强度为Ihkl，则 A晶粒的强度为IA= IO- Ihkl，B晶粒的为IB= IO， 其反差为IA/ IB= (IO- Ihkl)/ IO。 明场像——上述采用物镜光栏将衍射束挡掉， 只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明 场成像，所得的图象称为明场像。
苏 玉 长
① 质厚衬度
由于试样的质量和厚度不同，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， 称为质-厚衬度。
② 衍射衬度
衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图 象反差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体 试样是不存在的。
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一
种利用电子束与样品相互作用，通过控制电子束扫描样品来获得高分辨率图像的仪器。
其工作原理可以概括如下：
1. 电子枪和聚焦系统：SEM中的电子枪产生高能量的电子束，通常使用热阴极或冷阴极发射电子。
聚焦系统根据需要将电子束聚焦成细束。
2. 射线系统：聚焦后的电子束进入射线系统，经过一系列的电磁透镜和偏转磁铁来控制和定位电子束的位置。
3. 样品台和扫描系统：待观察的样品放置于样品台上，样品台可以进行高精度的位置调整。
电子束从顶部进入，并通过电磁透镜附近的扫描线圈来控制水平和垂直方向的束斑位置，从而实现对样品表面的扫描。
4. 信号检测和图像重建：当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。
最常用的信号有二次电子（SE）和背散射
电子（BSE）。
二次电子是由被电子束激发的表面原子或分子
所发射的电子。
背散射电子是由高能电子与样品原子核的相互作用而散射产生的电子。
这些信号被探测器捕捉，并转换为电信号传输到图像处理系统。
通过组合并处理这些信号，最终形成高分辨率的样品图像。
5. 系统控制和图像显示：扫描电子显微镜通常配备有相应的系统控制软件，可以实时调整电子束的参数、样品扫描范围和扫
描速度等。
图像可以通过电子束的扫描和控制以及信号检测系统的输出，转化为显示在显示器上的图像。
总结起来，扫描电子显微镜通过利用电子束与样品相互作用并检测所产生的信号，通过电子束的扫描和控制，最终生成高分辨率的样品图像。
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种利用电子束来观察样品表面微观形貌和成分的高分辨率显微镜。
与光学显微镜相比，扫描电子显微镜具有更高的放大倍数和更高的分辨率，可以观察到更小尺度的细微结构。
其原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。
首先，电子源产生的电子束是扫描电子显微镜的核心。
电子源通常采用热阴极或冷阴极发射电子，产生的电子束经过加速器加速后，形成高速、高能的电子束。
这些电子束的能量通常在几千至几十万电子伏特之间，高能的电子束可以穿透样品表面，形成高分辨率的显微图像。
其次，电子透镜系统是控制和聚焦电子束的关键部分。
电子束经过电子透镜系统的聚焦和控制后，可以形成非常细小的探针，可以在样品表面进行扫描。
电子透镜系统通常包括几个磁场和电场透镜，通过调节透镜的参数可以实现对电子束的聚焦和控制，从而获得高分辨率的显微图像。
样品台是扫描电子显微镜中支撑样品的部分，样品通常需要制备成非常薄的样品片或者表面导电涂层，以便电子束可以穿透或者散射到样品表面。
样品台通常可以实现样品的旋转、倾斜和移动，以便观察样品的不同部位和角度。
探针是电子束在样品表面扫描时的实际作用部分，电子束在样品表面扫描时，会与样品表面发生相互作用，产生不同的信号。
这些信号包括二次电子、反射电子、X射线等，通过探针和样品表面的相互作用，可以获取样品表面的形貌和成分信息。
最后，检测器是扫描电子显微镜中用于接收和检测样品表面信号的部分，不同的检测器可以接收和检测不同类型的信号。
常见的检测器包括二次电子检测器、反射电子检测器和X射线能谱仪等，通过这些检测器可以获取样品表面的形貌和成分信息。
综上所述，扫描电子显微镜的原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台、探针和检测器等几个部分。
通过这些部分的协同作用，可以实现对样品表面微观形貌和成分的高分辨率观察和分析，为材料科学、生物科学和纳米科学等领域的研究提供了重要的工具和手段。
扫描电子显微镜SEM
• 其中涉及弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 • 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来旳散射角不
小于90旳那些入射电子，其能量基本上没有变化。 • 弹性背散射电子旳能量为数千到数万电子伏。 • 非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹
三、吸收电子 （absorption electron）
• 入射电子进入样品后，经屡次非弹性散射，能量 损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子 产生），最终被样品吸收。
• 若在样品和地之间接入一种高敏捷度旳电流表， 就能够测得样品对地旳信号，这个信号是由吸收 电子提供旳。
• 入射电子束与样品发生作用，若逸出表面旳背散 射电子或二次电子数量任一项增长，将会引起吸 收电子相应降低，若把吸收电子信号作为调制图 像旳信号，则其衬度与二次电子像和背散射电子 像旳反差是互补旳。
第三章 扫描电子显微镜
Light vs Electron Microscope
概述
• 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是继透射电镜之后发 展起来旳一种电子显微镜
• 扫描电子显微镜旳成像原理和光学显微镜或透 射电子显微镜不同，它是以类似电视摄影旳方 式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发 出来旳多种物理信号来调制成像旳。
3.2扫描电镜成像旳物理信号
• 扫描电镜成像所用旳 物理信号是电子束轰 击固体样品而激发产 生旳。具有一定能量 旳电子，当其入射固 体样品时，将与样品 内原子核和核外电子 发生弹性和非弹性散 射过程,激发固体样品 产生多种物理信号。
入射电子轰击样品产生旳物理信号
一、背散射电子 （backscattering electron）
扫描电子显微镜成像原理及基本操作
扫描电子显微镜成像原理及基本操作一、基本结构组成：1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。
2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。
3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。
4.图象显示和记录系统：SEM采用电脑系统进行图象显示和记录。
5.真空系统：常用机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵等使真空度高于10 -4 Torr 。
6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。
二、扫描电子显微镜成像原理扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。
试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。
其中二次电子是最主要的成像信号。
由电子枪发射的能量为 5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。
聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。
二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
三、扫描电镜具有以下的特点(1) 制样方法简单，对试样的尺寸、形态等无严格要求，可以观察直径为的大块试样以及粉末等。
(2) 场深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。
(3) 放大倍数变化范围大，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。
(4) 具有相当高的分辨率，可达到为3.5 ～6nm。
(5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。
(6) 可进行多种功能的分析。
与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析。
(7) 可使用，观察在不同环境条件下（加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验）的相变及形态变化等。
扫描电子显微镜 原理
扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）利用
电子束与样品交互作用来获取样品表面形貌和成分信息。
其工作原理涉及电子束的发射、聚焦、扫描以及信号的检测和放大。
首先，SEM内部的电子枪会通过电子发射材料（如钨丝）发
射出电子束。
然后，用来加速电子束的电场将其加速至高能，通常为几千至几十万电子伏。
电子束通过一系列电磁透镜进行聚焦，以减小电子束的直径。
接下来，样品被放置在一个可移动的样品台上。
样品通常需要被涂覆上导电性物质，以允许电子束在其表面上散射并与样品相互作用。
一旦样品准备完毕，样品台会移动，将其表面逐点扫描，使电子束与样品表面不断交互。
当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子与样品原子之间的散射、逸出二次电子的产生以及不同能量的电子的反射。
这些过程产生的不同信号可用于分析样品的特征。
SEM内部的倍增器可以检测到被散射的电子或逸出二次电子。
这些信号会被转化为电信号并放大。
然后，电子信号会根据扫描的位置被编码并通过计算机或图像处理器进行处理。
最终，这些处理后的信号将被转化为图像，在显微镜显示器上呈现给操作者。
通过调整SEM的操作参数，如电子束的能量、聚焦以及扫描
参数，可以得到不同分辨率和深度的样品图像。
SEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
3.扫描电子显微镜
样品 L1´ L1
（L2为荧光屏上图像长度， 为荧光屏上图像长度， L1为样品上被扫描的长度） 为样品上被扫描的长度）
5.反差的形成 5.反差的形成
二次电子的产额决定图像的反差。 二次电子的产额决定图像的反差。而二次 电子的产额由样品表面形态和成分决定的
1)二次电子产额与样品表面的形貌有关，倾斜、边缘和尖端处 二次电子产额与样品表面的形貌有关，倾斜、 二次电子产额与样品表面的形貌有关 产生的二次电子较多，图像明亮； 产生的二次电子较多，图像明亮； 2)二次电子产额与样品成分有关，原子序数高的元素 二次电子产额与样品成分有关 二次电子产额与样品成分有关， 被激发出较多的二次电子，反之则少。 被激发出较多的二次电子，反之则少。
3、主要特征： 主要特征：
两点技术革新
（1）真空室和样品台的革新： ）真空室和样品台的革新： 采用多级压差光阑技术，镜筒内形成梯度真空 压差光阑技术 梯度真空。 采用多级压差光阑技术，镜筒内形成梯度真空。 即电子枪保持高真空的同时， 即电子枪保持高真空的同时，样品室可以维持高达 2600Pa的压强；并且样品室的相对湿度、压强和温 的压强； 相对湿度、 的压强 并且样品室的相对湿度 可根据样品的需要而调节。 度可根据样品的需要而调节。 （2）检测器的革新： ）检测器的革新： 采用气体二次电子探测器， 采用气体二次电子探测器， 气体二次电子探测器 通过二次电子对气体分子的 电离作用， 电离作用，一方面使生物样 品微弱的电子信号放大， 品微弱的电子信号放大，另 一方面所产生的离子可消除 生物样品表面的电荷积累， 生物样品表面的电荷积累， 使含水的、 使含水的、导电性差的生物样 品能直接获得清晰的图象。 品能直接获得清晰的图象
一.扫描电镜的技术特点
1.分辨率：钨灯丝（高真空3.0nm，低真空、低电压 分辨率：钨灯丝（高真空 分辨率 ，低真空、低电压15nm）； ）； 场发射电子枪（ 场发射电子枪（0.5nm）。 ）。 2.放大倍率：十几倍～40,000连续可调 放大倍率：十几倍～ 连续可调。 放大倍率 连续可调 3.图像特点：样品表面的三维灰度图像。立体感强，景深大。 3.图像特点：样品表面的三维灰度图像。立体感强，景深大。 图像特点 三维灰度图像 4.样品制备：实体观察，适应面广，制作较容易。 样品制备：实体观察，适应面广，制作较容易 样品制备 5.电子枪真空度：钨灯丝（ 5.电子枪真空度：钨灯丝（10-5~10-6乇） 电子枪真空度 场发射电子枪（ 场发射电子枪（ 10-8~10-9乇） 6.应用范围 任何固态物体（高真空模式）， 6.应用范围：任何固态物体（高真空模式），或者 应用范围： ），或者 生物活体样品（环境真空） 生物活体样品（环境真空）
电子显微镜第三章衍射花样分析(1)
cos
h1h2 k1k2 l1l2
h12 k12 l12 h22 k22 l22
得f≠820，不符；若选斑点2 (-3 3 1) ， f＝820，相符；
R3= R2-R1，斑点3为(-420)； 同理，推出其它点指数。
20
也可假定斑点1为
花样指数标定的结果
确定晶带轴指数 [uvw]
u=k1l2-k2l1
16
➢ 确定物相
已知K＝14.1mmÅ, d=K/R,
dA=1.986Å, dB=1.410Å, dC=1.146Å, dD=0.656Å
A
与-Fe标准d值符合的很
CD
好
BE
➢ 确定晶带轴方向：
求选得取BrB[=1(1000]2), rA=(1-10),
17
例2 Al单晶(fcc)衍射花样，K＝15.21mmÅ ， 标定电子衍射谱
r2*
r1*
(uvw)0*
3
偏离矢量与倒易点阵扩展 球 盘 针状
4
2
s
s0 G
y
r*
G’
O* 厄瓦尔德球
s-s0=r*+y
✓薄晶的倒易点拉长为倒易杆产生衍射 5
2.单晶电子衍射花样的分析
斑点花样标定可以得到如下结果：可 确定斑点的晶面指数（hkl) ；晶带轴方 向[uvw]；样品的结构类型；晶面间距； 物相；位向；等等
➢ 测得R1＝6.5mm，R2＝16.4 ➢ m由mRd，=LRλ3＝计1算6.出8m相m应，f的＝d81=220；.
34Å，d2=0.927Å， d3=0.90 5Å；
➢ 查相应的d值表，查找与d1, d2 ， d3 对 应 的 {h1k1l1},{h2k2l 2},{h3k3l3}
扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来成像样品表面微观结构的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，SEM具有更高的放大倍数和更好的分辨率，能够观察到更小尺度的样品细节。
SEM的工作原理主要包括电子束的发射、样品的准备、电子-样品相互作用和信号检测等过程。
首先，SEM通过热阴极或场发射阴极发射出能量较高的电子束。
这些电子经过加速器的加速作用后，形成高速电子束并聚焦到样品表面，从而激发样品表面原子和分子的电子。
样品的准备非常重要，通常需要将样品表面涂覆一层导电性物质，以便在SEM中观察到清晰的图像。
样品表面的电子被激发后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、X射线和荧光等。
其次，电子束与样品表面的相互作用是SEM成像的关键。
当电子束照射到样品表面时，会激发出二次电子和反射电子。
二次电子是由样品表面的原子和分子吸收电子能量后发射出来的，它们能够提供样品表面形貌和结构信息。
而反射电子是由样品内部的原子和分子反射出来的，能够提供有关样品成分和晶体结构的信息。
此外，样品表面还会发出X射线和荧光信号，它们可以提供样品的化学成分分布和元素分析信息。
最后，SEM通过探测器检测样品表面产生的二次电子、反射电子、X射线和荧光信号，并将这些信号转换成电子图像。
这样就可以在显示屏上观察到样品的微观形貌、结构和成分信息。
SEM的成像分辨率通常在纳米级别，能够观察到非常小的微观结构，因此在材料科学、生物学、医学和纳米技术等领域有着广泛的应用。
总之，扫描电子显微镜通过发射、相互作用和信号检测等过程实现对样品微观结构的成像。
它具有高分辨率、高放大倍数和丰富的信息获取能力，是一种非常重要的微观表征工具。
通过深入理解SEM的工作原理，可以更好地应用它来研究和分析各种样品的微观特征，推动科学研究和技术发展的进步。
人教版生物 七年级上册 细菌
第二节 细菌
肉汤放久了，就会变质，这是细菌的大量 繁殖造成的，肉汤里的细菌是从哪里来的呢？
细菌的大小
扫描 电子显微镜
下的钉子
放大33倍
放大200倍
放大500倍
放大30 000倍
放大70 000倍
2 000-4 000个 细菌并排能穿 过绣花针上的 小孔Βιβλιοθήκη 电镜下头发上看到的细菌 针头上的细菌
100×28 = 25600
芽孢：不是细菌的生殖细胞，是细菌的休眠体 个体缩小、细胞壁增厚形成的 对不良环境有较强抵抗的能力
细菌个体微小，极易被各种媒介携带；分裂生殖， 繁殖速度快；有些细菌在一定条件下会形成芽孢。 芽孢对不良环境有较强的抵抗能力；芽孢小而轻， 可以随风四处飘散，落在适当环境中，就能萌发为 细菌。这些特点都有利于细菌的广泛分布。
❖ 细菌、真菌与食品的制作 曲霉：淀粉→葡萄糖 酵母菌：葡萄糖→酒精和二氧化碳 (馒头、面包) 乳酸菌：葡萄糖→乳酸(酸奶、泡菜) 醋：醋酸菌 酱：多种霉菌
利用转基因技术， 让大肠杆菌生产胰岛素
个体微小
单细胞
球形、杆形、 螺旋形
分 裂 生 殖
生 殖 方 式
多数是朋友
形态 结构
具有细胞壁、细胞膜、细 胞质
荚3 膜
细胞5膜 细胞4 壁
保护
• 1.单细胞 • 2.细菌都有细胞壁、细胞膜、细胞质 • 3.有DNA集中的区域，没有成形的细胞核，属于
原核生物 • 4.特殊结构：有的有荚膜、鞭毛等
细菌与动植物细胞结构的比较：
细胞壁 细胞膜
叶绿体 细胞核 液泡 细胞质
D6NA 1鞭
毛
细胞膜5
细胞4壁
荚3
第三章-扫描电子显微镜
5.1 二次电子像
入射 电 子束
产率
提供表面形貌衬度。二次电子来自试样表面层，发射率受表面
形貌影响大。二次电子产额（发射率）δ与入射电子束与试样表面
法向夹角有关，δ∝1/cos 。因此，试样表面凹凸不平的部位产生
的二次电子信号强度比在其他平坦部分产生的信号强度大，从而形
成表面形貌衬度。
24
28
成分像
形貌像
背散射电子像
(a)
(b)
背散射电子探头采集的成分像（a）和形貌像（b）
29
6. 扫描电子显微镜的主要性能 ❖ 分辨率 ❖ 放大倍数 ❖ 景深
30
6.1 分辨率
对形貌观察而言，指能分辨两点之间的最小距离；对微 区成分分析而言，它是指能分析的最小区域。
❖ 扫描电镜分辨率的极限：入射电子束束斑直径；
多孔硅：可见光发光材料。 6
多孔硅的扫描 电镜图像
2. 电子束与固体样品作用时产生的信号 （重点）
2.1 弹性散射和非弹性散射 2.2 电子显微镜常用的信号 2.3 各种信号的深度和区域大小
7
2.1 弹性散射和非弹性散射
一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于晶格 位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发生改变的现象称 为散射。
8.2 纳米材料形貌分析
多孔氧化铝模板制备的金纳米线的形貌
低倍像
39
高倍像
8.2 纳米材料形貌分析
ZnO纳米线的二次电子图像 40
8.2 纳米材料形貌分析
有机低分子凝胶因子在不同溶剂中的自组装形貌
水中
三氯甲41烷中
甲苯中
J. Cui et al., J. Colloid Interface Sci. 326, 267274 (2008)
中药显微鉴定实验与指导
中药显微鉴定实验与指导内容简介本书分为3章，第一章介绍了中药显微鉴定实验技术；第二章为中药显微鉴定实验操作和鉴别要点简介，全部实验除用中、英文双语描述外，对各类中药的组织构造以及粉末特征均附有原色显微图像或墨线图；第三章介绍了扫描电子显微镜技术在中药鉴定中的应用。
目录第一章中药显微鉴定基本技术第一节中药材显微标本片的制作一、徒手制片法二、离析制片法三、滑走切片法四、石蜡切片法五、磨片制作法六、载玻片和盖玻片的选择及清洁第二节显微测量和显微描绘一、显微测量二、显微描绘第三节显微镜数码照相技术系统一、数字视频信息获取卡二、数字显微图像的获取第四节显微常数的测定一、栅表比（栅表细胞比）二、气孔数三、气孔指数四、脉岛数第五节显微化学鉴定法一、显微化学反应二、显微化学定位法第六节显微特征的描述一、植物类药材组织、粉末特征的描述二、动物类药材粉末特征的描述三、矿物类药材粉末特征的描述第七节中药材显微鉴别要点一、根类药材的鉴别要点二、根茎类药材的鉴别要点三、皮类药材的鉴别要点四、木类药材的鉴别要点五、叶类药材的鉴别要点六、花类药材的鉴别要点七、果实类药材的鉴别要点八、种子类药材的鉴别要点九、全草类药材的鉴别要点十、动物类药材的鉴别要点十一、中成药显微鉴定要点第八节商品药材显微鉴定方法及步骤一、熟悉文献、资料二、标准药材及标准粉末的收集及制备三、性状鉴定四、组织、粉末鉴定五、留样复查六、结论第二章中药显微鉴定实验Chapter 2 Experiments of Microscopical Identification of CMM 实验一显微测量和显微描绘Experiment 1 Microscopical Measure and Microscopical Drawing实验二根类药材（一）――粉防己与广防己的鉴定Experiment 2 Roots(Ⅰ)――Identification of Radix Sterphaniae Tetrandrae and Radix Aristolochiae Fangchi实验三根类药材（二）――麦冬类的鉴定Experiment 3 Roots(Ⅱ)――Identification of Radix Ophiopogonis and Radix Liriopes实验四根茎类药材（一）――黄连类的鉴定Experiment 4 Rhizomes(Ⅰ)――Identification of Rhizoma Coptidis实验五根茎类药材（二）――川贝母与浙贝母的鉴定Experiment 5 Rhizomes(Ⅱ)――Identification of Bulbus Fritillariae Cirrhosae and Bulbus Fritillariae Thunbergii实验六皮类药材（一）――杜仲类的鉴定Experiment 6 Barks(Ⅰ)――Identification of Cortex Eucommiae实验七皮类药材（二）――厚朴类的鉴定Experiment 7 Barks(Ⅱ)――Identification of Cortex Magnoliae Officinalis实验八木类药材――降香的鉴定Experiment 8 Woods――Identification of Lignum Dalbergiae 实验九叶类药材――番泻叶的鉴定Experiment 9 Leaves――Identification of Folium Sennae实验十花类药材――红花与西红花的鉴定Experiment 10 Flowers――Identification of Flos Carthami and Stigma Croci实验十一果实类药材――枸杞子、陈皮的鉴定Experiment 11 Fruits――Identification of Fructus Lycii and Pericarpium Citri Reticulate实验十二种子类药材――砂仁类的鉴定Experiment 12 Seeds――Identification of Fructus Amomi实验十三全草类药材（一）――穿心莲的鉴定Experiment 13 Herbs(Ⅰ)――Identification of Herba Andrographis实验十四全草类药材（二）――商品藿香药材的鉴定Experiment 14 Herbs(Ⅱ)――Identification of Commercial Huoxiang实验十五动物类药材（一）Experiment 15 Animals（Ⅰ）实验十六动物类药材（二）Experiment 16 Animals(Ⅱ)实验十七动物类药材（三）Experiment 17 Animals(Ⅲ)实验十八中成药（一）――六味地黄丸的显微鉴定Experiment 18 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅰ)――Identification of Liuwei Dihuang Wan实验十九中成药（二）――小儿惊风散的显微鉴定Experiment 19 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅱ)――Identification of Xiao'er Jingfeng San实验二十中成药（三）――散风活络丸的显微鉴定Experiment 20 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅲ)――Microscopical Identification of Sanfeng Huoluo Wan第三章扫描电子显微镜技术在中药鉴定中的应用第一节扫描电子显微镜简介一、扫描电子显微镜的发展简史二、扫描电子显微镜的特点、基本结构和工作原理第二节扫描电子显微镜在中药显微鉴定中的应用一、亚显微特征在中药鉴定中的应用意义二、扫描电子显微镜生物样品制备技术三、扫描电子显微镜在中药鉴定中的应用参考文献。
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电子显微镜对电子枪的要求是：能够提供 足够数目的电子，发射电子越多，成象越 亮；发射电子的区域要小，电子束越细， 象差越小，分辩本领越好；电子速度要大， 动能越大，成像越亮。 普通热阴极电子枪主要由发夹式钨丝组成， 当加热到高温时，钨丝发射出电子。六硼 化镧灯丝以及场发射灯丝。
三级热阴极电子枪 F：灯丝 负高压 发射电子 A：阳极 接地 F、A间形成对电子的加速场 W：栅极 负偏压 (相对于阴极) △ 让电子只通过栅孔 △ 聚焦透镜作用：在阳极附近形成交叉点
SEM中的主要信号
i0=ib+is+ia+it i0—— 入射电子强度； ib—— 背散射电子强度； is—— 二次电子强度； ia—— 吸收电子强度； it—— 透射电子强度。 将上式两边同除以i0，得 η+δ+a+T=1
SEM中的主要信号
i0=ib+is+ia+it 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。不同材料的曲 线形状大体相似。
2）电磁透镜
功能：聚焦电子束，束斑，使50um→数nm 斑点。一般三级透镜来完成。前二者是强透 镜，可把电子束光斑缩小，第三个是弱透镜， 具有较长的焦距，习惯于叫物镜，其目的在 于使样品和透镜之间留有一定空间以装入各 种信号探测器。 SEM中束斑越小，即成像系元越小，相应 的分辨率就愈高。 热阴极电子枪 束径可达6nm 六硼化镧和场发射电子枪，束斑更小。
3）扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫描发生器和扫描线 圈组成。 它的作用是：1)使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射 线显像管电子束在荧光屏上作同步扫描，2)改变入射束在样 品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍数。
电子束在样品上的扫描动作 和显像管上的扫描动作严格 同步，因为它们是由同一扫 描发生器控制的。
式中， En-主量子数为n的壳层上电子的能量； n-主量子数； m-电子质量； 其它符号同前。
当冲向阳极靶的电子 具有足够能量将内层 电子击出成为自由电 子(二次电子)，这时 原子就处于高能的不 稳定状态，必然自发 的向稳态过渡。 当K层出现空位，原 子处于K激发态，若L 层电子跃迁到K层， 原子转变到L激发态， 其能量差以X射线光 量子的形式辐射出来， 这就是特征X射线。
核外电子反弹回来，累积散射角超过90 的一部分入射电子。
用 Ib表示背散射电子流。 弹性背散射电子：一般样品表面原子核反弹回来可达 数千至数万ev。 非弹性背散射电子：电子在固体中经过一系列散射后 最终由原子核反弹的或由核外电子产生的，不仅方向 改变，能量也有不同程度的损失。其能量分布范围很 宽，数十ev至数千ev。
SEM中的主要信号
5. 特征X射线： (EPMA、EDS)指原子的内层电子受到激发后， 在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和特征波长的一种 电磁波辐射。 特征X射线的波长和原子序数间的关系服从莫塞莱定律。
1
C(Z )
Z—原子序数，C、σ—常数 可见原子序数和特征X射线波长之间有对应关系，据此可进行 成分分析。 特 征：用其进行成分分析，来自样品较深的区域。
在扫描电镜中， 由电子激发产生的主要信号的信息深度： • 俄歇电子 1 nm (0.5-2 nm) • 二次电子 5-50 nm • 背散射电子 50-500 nm • X射线 0.1-1μm
△ 信息深度：信号电子所携带的信息来自多厚的表面层？
通常用出射电子的逃逸深度来估计。
3.扫描电镜的工作原理与构造
Ac SEM的放大倍数 M As
Ac为荧光屏长度（固定） As为电子束在样品上的扫描长度 M由扫描线圈的电流调节控制。 M放大倍数10万~50万倍，连续可调。
4）样品室
2.3 各种信号的深度和区域大小
可以产生信号的区域称为有效作 用区，有效作用区的最深处为电子有 效作用深度。 但在有效作用区内的信号并不一定 都能逸出材料表面、成为有效的可供 采集的信号。这是因为各种信号的能 量不同，样品对不同信号的吸收和散 射也不同。 随着信号的有效作用深度增加， 作用区的范围增加，信号产生的空间 范围也增加，这对于信号的空间分辨 率是不利的。
所辐射的特征谱频率由下式计算：
式中：表示电子从主量子数为n2的壳层 跃入主量子数为n1壳层所释放的X射线 光量子频率； h为普朗克常数；R为里德堡常数；C为 光速；Z为原子序数；σ为屏蔽常数。
K系特征X射线：对于从L、M、N…壳层中的电 子跃入K壳层空位时所释放的X射线，分别称之 为Kα、Kβ、Kγ…谱线，共同构成K系标识X射 线。 L壳层、M壳层…电子被激发时，就会产生L系、 M系…标识X射线，而K系、L系、M系…标识X 射线共同构成了原子的特征X射线。由于一般L 系，M系标识X射线波长较长，强度很弱，因此 在衍射分析工作中，主要使用K系特征X射线。
SEM中的主要信号
2. 二次电子(SEM)：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。 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。用IS表示二次电子流。
特 征： 1. 对样品表面状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌； 因为= Is/I0二次电子产额与入射对于样品表面的入射角之间有如 下关系： 2. 分辨率较高，5~10nm。（与照射面积相同）；来自表层5~10nm 深度范围；（二次电子能量较低。一般不超过50 ev，大部分几ev） 3.其产额与原子序数间没有明显的依赖关系。因此，不能进行成分 分析。
SEM中的主要信号
3．吸收电子 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。用IA示吸收电子流。 若样品足够厚，透射电子流IT=0，则有 IA = I0 -（I b + IS） (I0—入射电子流) 特 征： 1. 吸收电子信号调制成图像，其衬度与背散射电子的衬度互补。入 射电子束射入一个多元素样品中时，因Se产额与原子序数无关，则 背散射电子较多的部位（Z较大）其吸收电子的数量就减少，反之 亦然； 2. 吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分 析。
表3-1 X射线分析常用阳极材料K系特征谱线
SEM中的主要信号
6. 俄歇电子(AES) 在SEM中用的不多。 如果原子内层电子在能级跃过程中释放出来的 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。 特 征： 1. 各元素的俄歇电子能量值很低，50~1500ev； 2. 来自样品表面1nm左右深度范围。较深区域产生 的俄歇电子向表面运动时必然会因碰撞损失能量而 失去特征值的特点。因此，只有在距表面1nm左右 范围内逸出的俄歇电子才具有特征能量。因此它适 合做表面薄层分析。
SEM中的主要信号
4. 透射电子 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。用IT表示透射电子流。 特 征： 1. 透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结 构决定； 2. 可利用特征电子能量损失ΔE配合电子能量分 析器进行微区成分分析。即电子能量损失谱 （EELS）。
3.扫描电镜的工作原理与构造
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
电子光学系统 信号收集及显示系统 真空系统和电源系统 工作原理 SEM的主要性能
3.1 电子光学系统
由电子枪， 电磁透镜， 扫描线圈 样品室 等部件组成。
其作用是用来获得扫描电子束， 作为信号的激发源。为了获得较 高的信号强度和图像分辨率，扫 描电子束应具有较高的亮度和尽 可能小的束斑直径。
第三章 扫描电子显微镜
第三章 扫描电子显微镜
1. 扫描电镜的优点 2. 电子束与固体样品作用时产生的信号 3. 扫描电镜的工作原理与构造 4.扫描电镜衬度像 二次电子像 背散射电子像 5. 样品制备 6. 应用举例
1. 扫描电镜的优点
高的分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子 枪的应用得到普及，现代先进的扫描电镜的分辨率已 经达到1纳米左右。 有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调； 有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观 察各种试样凹凸不平表面的细微结构 试样制备简单。 配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织 性貌的观察和微区成分分析。 配有EBSD，可以进行晶体取向、物相分析。
1）电子枪
作用：利用阴极与阳极灯丝间的高压产生 高能量的电子束。 与TEM的电子枪相似，但电压完全不同：
TEM的分辨率与电子波长有关，短，电压高： 100~300KV，甚至400KV，1000KV。 SEM分辨率与电子在试样上的电子束斑有关，斑小， 且电子束有足够的强度： 1~30KV
上述推导，可得如下 结论： λkα>λkβ,但kα谱线的 强度约为Kβ的5倍。 因为在K激发状态下， K层与L层为相邻能级， L层电子向K层跃迁的 几率远大于M层跃迁 的5率。
由于L层内尚有能量差别很小的亚 能级，不同亚能级上电子的跃迁所 辐射的能量小有差别而形成波长较 短的Kα1谱线和波长稍长的Kα2谱 线。在一般情况下，它们是分不开 的，这时，Kα线的波长取双线的 波长的加权平均值.
Optical Microscope VS SEM