透射电子显微镜
透射电子显微镜介绍
对于材料研究用的TEM试样大致有三种类型： 经悬浮分散的超细粉末颗粒。 用一定方法减薄的材料薄膜。 用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜。
对支持膜的要求：
➢ 要有相当好的机械强度，耐高能电子轰击； ➢ 应在高倍下不显示自身组织，本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； ➢ 有较好的化学稳定性、导电性和导热性。
二、透射电子显微成像
使用透射电镜观察材料的组织、结构，需具备以下两个前提： 一是制备适合TEM观察的试样，厚度100-200nm，甚至更薄； 二是建立电子图像衬度理论 像衬度是指电子像图上不同区域间光强度的差别。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。可分为：
衍射衬度：晶体薄膜试样显微图像 质厚衬度 ：非晶态试样图像
形貌+结构 空心结构
四、透射电镜得到的信息
晶格条纹+电子衍射
（1）量取两个晶面晶面之间的距离 （2）与标准卡片去比对，选择合适的面
四、透射电镜得到的信息
线扫 Line Scan 面扫 Mapping
EDS元素分析
四、透射电镜得到的信息
总
一般成像 模式
明场像 （BF） 暗场像 （DF）
微观形貌，厚度差异，尺寸大小 取向，分布，结构缺陷
在明场像情况下，原子序数较高或样品较厚的 区域在荧光屏上显示较暗的区域。在暗场像情 况下，与明场像相反。
质量厚度衬度：对于无定形或非晶体试样，电子图像的衬度是由于试样各 部分的密度ρ和厚度t不同形成的，简称质厚衬度。
成像的影响因素
➢ 电子数目越多，散射越厉害，透射电子就越少，从而图像就越暗 ➢ 样品厚度、原子序数、密度对衬度也有影响，一般有下列关系：
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。
TEM(透射电子显微镜)
细胞结构解析
细胞膜结构
透射电镜图像可以清晰地展示细胞膜的精细结构，如细胞膜的厚度、 细胞器的分布等。
细胞器结构
透射电镜能够观察到细胞内的各种细胞器，如线粒体、内质网、高 尔基体等，有助于了解细胞器的形态和功能。
细胞骨架结构
透射电镜能够观察到细胞骨架的超微结构，如微管、微丝和中间纤维 等，有助于了解细胞骨架在细胞运动、分裂和分化中的作用。
TEM应用领域
01
02
03
04
生物学
研究细胞、组织和器官的超微 结构，如细胞器、细胞膜、染
色体等。
医学
用于诊断疾病，如癌症、传染 病等，以及药物研发和疫苗制
备过程中的结构分析。
地质学
观察岩石、矿物和矿物的微观 结构，研究地球科学中的各种
地质现象。
材料科学
研究金属、陶瓷、高分子等材 料的微观结构和性能，以及材
控制切片的厚度，通常在50~70纳米之间，以确 保电子束能够穿透并观察到样品的内部结构。
切片收集与处理
将切好的超薄切片收集到支持膜上，并进行染色、 染色脱水和空气干燥等处理。
染色
染色剂选择
选择适当的染色剂，如铅、铀或 铜盐，以增强样品的电子密度并
突出其结构特征。
染色时间与温度
控制染色时间和温度，以确保染色 剂与样品充分反应并达到最佳染色 效果。
清洁样品室
定期清洁样品室，保持清洁度 。
检查电子束系统
定期检查电子束系统，确保聚 焦和稳定性。
更新软件和驱动程序
及时更新TEM相关软件和驱动 程序，确保兼容性和稳定性。
定期校准
按照厂家建议，定期对TEM进 行校准，确保观察结果的准确
性。
06 TEM未来发展
(完整word版)TEM简介
透射电子显微镜技术简介透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope ，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”。
一、透射电镜的成像原理如图所示，电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。
透射电子显微镜的成像方式可表述为：1.由电子枪发射高能、高速电子束；2.经聚光镜聚焦后透射薄膜或粉末样品；3.透射电子经过成像透镜系统成像；4.激发荧光屏显示放大图像；5.专用底片/数字暗室记录带有内部结构信息的高分辨图像；二、透射电子显微镜的结构透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。
图1. 透射电镜与普通光学显微镜结构对比1．电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。
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。
物理实验中透射电子显微镜的使用指南
物理实验中透射电子显微镜的使用指南透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，简称TEM）是现代物理实验中一种非常重要的工具，它能够提供高分辨率的观测和分析样品的微观结构和成分。
本文将为您介绍透射电子显微镜的使用指南。
一、透射电子显微镜的原理与构造透射电子显微镜利用电子束通过样品并形成细致的图像，它的原理是基于电子的波粒二象性以及电子与样品相互作用的特性。
透射电子显微镜通常由电子源、透镜系统、样品台和显像系统等组成。
电子源是透射电子显微镜的核心部件，常用的电子源包括热阴极和场发射阴极。
透镜系统负责控制和聚焦电子束，它由透镜、磁透镜和计数器等组成。
样品台用于固定和转动样品，使得电子束可以满足不同角度的入射条件。
显像系统则负责收集电子束通过样品后的信息，并将其转化成可见图像。
二、透射电子显微镜的样品制备透射电子显微镜对样品制备要求极高，首先需要将样品制备成薄片，以保证电子束能够穿透样品并形成可观测的图像。
常用的样品制备方法有机械切割、电子束刻蚀和离子薄化等。
在样品制备过程中，还需要注意避免样品表面的污染和氧化。
在制备过程中，可以采用真空环境、惰性气体保护或氮气氛等方法来防止样品受到污染。
同时，也要注意避免样品上的含水气泡，可以通过超声震荡或去离子水清洗等方法去除。
三、透射电子显微镜的操作指南在使用透射电子显微镜时，需要注意以下几点：1. 系统预热：在使用透射电子显微镜之前，需要进行系统预热以达到稳定的工作状态。
预热时间通常为数小时，具体时间取决于仪器和操作要求。
2. 加热和冷却样品：透射电子显微镜可以在不同温度下观察样品。
在进行加热或冷却样品之前，需要确保样品和样品台可以承受相应的温度，并根据需要选择正确的加热或冷却装置。
3. 对溶液样品的观察：如果需要观察溶液样品，可以将样品制备在薄碳膜或其他透明基底上，并在观察前进行干燥。
同时，还应注意避免样品在高真空下蒸发或结晶。
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
透射电子显微镜-TE
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17
（2）阳极
加速从阴极发射出的电子。 为了操作安全，一般是阳极接地，
阴极带有负高压。 -50~200kV
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18
（3）控制极
会聚电子束；控制电子束电流大小，调节 像的亮度。
阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数 目及其动能，习惯通称为“电子枪”。
电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮 度、图像稳定度和穿透样品的能力。
需要提及的一点是： 增加中间镜的数量，可以增加放大倍数；但当达到显微镜有效放大倍数 时，再增加中间镜的数量已是徒劳的；因为此时显微镜所能提供的分辨 率已经达到极限，纵使继续放大，也无法分辨出更紧密的两点。
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24
（3）投影镜
投影镜的功能是把中间镜形成的二次像及衍射 谱放大到荧光屏上，成为试样最终放大图像及 衍射谱。
照明系统
作用是提供光源 阴极 （控制其稳定度、 控制极 照明强度和照明 孔径角）；选择 阳极 照明方式（明场 电子束 或暗场成像）。
聚光镜
试样
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16
（1）阴极
电子源：
1. 钨灯丝—热发射
束流密度~10A/cm2 束斑大小~4nm
2. 场发射源
束流密度105A/cm2 束斑大小< 1nm 常用肖特基源
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3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
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4
为什么采用电子束而不用自然光？
✓ 显微镜的分辨率 ✓ 自然光与电子束的波长 ✓ 有效放大倍数
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显微镜的分辨率
透射电子显微镜(TEM)详解
（一）间接样品的制备（表面复型）
透射电镜所用的试样既要薄又要小，这就大大限 制了它的应用领域，采用复型制样技术可以弥补 这一缺陷。复型是用能耐电子束辐照并对电子束 透明的材料对试样的表面进行复制，通过对这种 复制品的透射电镜观察，间接了解高聚物材料的 表面形貌。
蚀刻剂：高锰酸钾-浓 硫酸 将无定形部分腐蚀掉
八、透射电镜在聚合物研究中的应用
（一）结晶性聚合物的TEM照片
PE单晶及其电子衍射谱
Keller提出的PE折叠链模型
尼龙6 折叠链 片晶
单斜晶系 的PP单晶
2、树枝晶: 从较浓溶液（0.01~0.1%)结晶时，流动力 场存在，可形成树枝晶等。
PE的树枝状结晶
（3）染色：通常的聚合物由轻元素组成，在用厚 度衬度成像时图像的反差很弱，通过染色处理后 可改善。
所谓染色处理实质上就是用一种含重金属的试剂 对试样中的某一组分进行选择性化学处理，使其 结合上重金属，从而导致其对电子的散射能力增 强，以增强图像的衬度。
（a）OsO4染色，可染-C=C-双键、-OH基、-NH2基。 其染色反应是：
（二）直接样品的制备
1.粉末样品制备 粉末样品制备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来，
各自独立而不团聚。
胶粉混合法：在干净玻璃片上滴火棉胶溶液，然后在玻 璃片胶液上放少许粉末并搅匀，再将另一玻璃片压上， 两玻璃片对研并突然抽开，稍候，膜干。用刀片划成小 方格，将玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片 逐渐脱落，用铜网将方形膜捞出，待观察。
常见的聚合物制样技术
（1）超薄切片:超薄切片机将大试样切成50nm 左右的薄试样。
聚甲基丙烯酸丁酯将 聚四氟乙烯包埋后切 片，白色部分表示颗 粒形貌， 切片时，有颗粒的部 分掉了
透射电子显微镜-TEM-医学课件
Transmission electron microscope
1
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
2
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的 证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年， 透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和 Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
21
成像系统
照明系统
成像系统
观察记录系统
22
（1）物镜 物镜是将试样形成一次放大像和衍射谱。 决定透射电镜的分辨本领，要求它有尽可 能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽 可能小的像差。通常采用强激磁，短焦距 的物镜。 放大倍数较高，一般为100～300倍。 目前高质量物镜分辨率可达0.1nm左右。
3
透射电子显微镜-TEM
TEM用聚焦电子束作照明源，使 用于对电子束透明的薄膜试样， 以透过试样的透射电子束或衍射 电子束所形成的图像来分析试样 内部的显微组织结构。
透射电子显微镜法
透射电子显微镜法透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种强大的工具，用于观察和研究各种材料的微观结构和组织。
本文将详细介绍透射电子显微镜法及其在科学研究和工业领域中的应用。
一、透射电子显微镜的原理与构成透射电子显微镜使用电子束而非光线，其原理基于电子的波粒二象性。
电子束通过针尖或者热丝发射出来，并通过电磁透镜系统进行聚焦。
经过样品之后的电子束被投射到荧光屏上，形成样品的投影图像。
透射电子显微镜主要由电子光源、透镜系统、样品台和检测系统等组成。
二、透射电子显微镜法的优势与应用透射电子显微镜法相对于光学显微镜和扫描电子显微镜具有以下优势：1. 高分辨率：透射电子显微镜可以实现亚纳米级的分辨率，使得研究者可以观察到更细微的结构和细节。
2. 高穿透性：透射电子显微镜可以穿透厚度达数百纳米的样品，揭示样品的内部结构和组成。
3. 高细节对比度：透射电子显微镜采用了染色技术，能够增加样品中相对的原子对比度，使得更多细节能够被观察到。
4. 全息电子显微镜：全息透射电子显微镜可以获得样品的三维信息，提供更全面的结构分析。
透射电子显微镜法广泛应用于材料科学、化学和生物学等领域。
以下是它的几个主要应用：1. 纳米材料研究：透射电子显微镜可以观察和分析纳米材料的形貌、晶体结构和缺陷等特征，对材料的性能研究具有重要意义。
2. 生物样品研究：透射电子显微镜可用于生物样品的观察和分析，例如观察细胞的内部结构和细节，研究生物分子的组装和功能等。
3. 界面和界面研究：透射电子显微镜可以揭示材料界面和界面的形貌、晶体结构以及化学成分等，对材料性能和反应机制的理解至关重要。
4. 材料缺陷和晶体缺陷研究：透射电子显微镜可以观察和分析材料和晶体的缺陷，例如位错、孪晶、晶格畸变等，从而提供改善材料性能的指导。
总结：透射电子显微镜法是一种重要的研究工具，它具有高分辨率、高穿透性、高细节对比度等优势。
透射电子显微镜
其中，h表示普朗克常数，m0表示电子的静质量，E是加速后电子的能量。电子显微镜中的电子通常通过电子 热发射过程从钨灯丝上射出，或者采用场电子发射方式得到。随后电子通过电势差进行加速，并通过静电场与电 磁透镜聚焦在样品上。透射出的电子束包含有电子强度、相位、以及周期性的信息，这些信息将被用于成像。
基本的TEM光学元件布局图。从上至下，TEM包含有一个可能由钨丝制成也可能由六硼化镧制成的电子发射源。 对于钨丝，灯丝的形状可能是别针形也可能是小的钉形。而六硼化镧使用了很小的一块单晶。通过将电子枪与高 达10万伏-30万伏的高电压源相连，在电流足够大的时候，电子枪将会通过热电子发射或者场电子发射机制将电 子发射入真空。该过程通常会使用栅极来加速电子产生。一旦产生电子，TEM上边的透镜要求电子束形成需要的 大小射在需要的位置，以和样品发生作用。
电子能量损失光谱仪通常在光谱模式和图像模式上操作，这样就可以隔离或者排除特定的散射电子束。由于 在许多图像中，非弹性散射电子束包含了许多操作者不关心的信息，从而降低了有用信息的可观测性。这样，电 子能量损失光谱学技术可以通过排除不需要的电子束有效提高亮场观测图像与暗场观测图像的对比度。
晶体结构可以通过高分辨率透射电子显微镜来研究，这种技术也被称为相衬显微技术。当使用场发射电子源 的时候，观测图像通过由电子与样品相互作用导致的电子波相位的差别重构得出。然而由于图像还依赖于射在屏 幕上的电子的数量，对相衬图像的识别更加复杂。然而，这种成像方法的优势在于可以提供有关样品的更多信息。
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
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
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透射电子显微镜Ⅰ. 实验目的（1）掌握透射电镜的基本构成（2）掌握透射电镜的成像原理（3）了解透射电镜的操作过程（4）了解生物样品的制备过程（5）利用透射电镜观察纳米材料和生物样品Ⅱ. 仪器及技术指标（1）型号：Hitachi（日立）-7650型透射电镜（2）加速电压：40kV ~ 120kV（3）放大倍数：200 ~ 60万倍图1Hitachi-7650型透射电镜Ⅲ. 透射电镜的基本构成透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM），简称透射电镜，是以波长很短的电子束做照明源，用电磁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。
图2透射电镜剖面结构示意图1. 电子光学系统：又称镜筒，是TEM的核心。
发射并使电子加速的电子枪（1）照明部分：会聚电子束的聚光镜电子束平移、倾斜调节装置作用：提供亮度好、相干性好、束流稳定的照明电子束。
物镜中间镜（2）成像部分：投影镜物镜光阑选区光阑穿过试样的透射电子束在物镜后焦面上成衍射花样，在物镜像平面上成放大的组织像，并经过中间镜、投影镜的接力放大，获得最终的图像。
荧光屏（3）观察记录部分照相机试样图像经过透镜多次放大后，在荧光屏上显示出高倍放大的像。
2. 真空系统：电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进行，这是因为在充气的条件下会发生以下情况：栅极与阳极间的空气分子电离，导致高电位差的两极之间放电炽热灯丝迅速氧化，无法正常工作电子与空气分子碰撞，影响成像质量试样易于氧化，产生失真目前，一般TEM的真空度为10-5 Torr（1Torr＝133.32Pa）左右。
真空泵组经常由机械泵和扩散泵两级串联成。
为了进一步提高真空度，可采用分子泵、离子泵，真空度可达10-8 Torr或更高。
3. 电源与控制系统：电子枪加速电子用的小电流高压电源用于提供两部分电源透射激磁用的大电流低压电源Ⅳ. 透射电镜的成像原理：1. TEM是依照阿贝成像原理工作的平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。
2. 具体过程：电子枪产生的电子束经1～2级聚光镜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图3阿贝成像原理图样，其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、结构一一对应。
透射出试样的电子经过物镜、中间镜、投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转变为人眼可见的光强分布，于是在荧光屏上显示与试样形貌、组织、结构相对应的图像。
根据阿贝成像原理，穿过试样的透射电子束：在物镜像平面成放大的组织像，故TEM可做形貌分析在物镜后焦面成衍射花样，故TEM可做物相分析并经过中间镜、投影镜的接力放大，获得最终的图像。
Ⅴ. 透射电镜的操作过程1. 开机（1）打开循环水装置开关至“ON”。
（2）主机启动：顺时针旋转主机开关钥匙至“EVAC ON”，待机械泵启动后，再将钥匙顺时针转至“COL ON”启动计算机。
（3）等主机启动后约30分钟，“EVAC”指示灯由闪烁变绿后（说明真空已抽好），开始进行电镜观察。
2. 电镜观察（1）装样品：①将样品杆水平向外拉出，碰到第一次阻止时稍向顺时针方向（15°）旋转，碰到第二次阻止，接着水平向外拉，直到碰到第三次阻止，再逆时针（45°）旋转，碰到第四次阻止时，样品外室控制开关指示灯亮，变红色，按下开关至“OFF”，待指示灯灭后，水平拔出样品杆。
②将样品杆头部样品安装槽上的垫片取下，用尖头镊子夹取一个装有切片的铜网放入安装槽内，装上垫片，固定好，仔细检查有无松动现象。
③将样品杆水平插入样品室，待样品外室控制开关指示灯亮时，将开关转向“ON”的位置，待指示灯变绿色时，将样品杆沿着上述反方向送入样品室。
（2）加高压：点击电脑屏幕对话框中“HV ON”按钮，加高压至80 kV。
待高压稳定后，打开灯丝运行对话框，按“ON”加灯丝电压，接通灯丝电流。
（3）调光：荧光屏出现亮斑后进行电子束对中调整，并使亮斑均匀发散为止。
①按下“LENS”键，将光路恢复到初始状态。
②转动“BRIGHT”旋钮，将亮斑调小。
按下“BH”键，同时配合使用左右两边的万能调节旋钮，将亮斑调至荧光屏中央（使亮斑以荧光屏中央的十字叉“+”为圆心）。
按下“CS”键，同时配合使用左右两边的万能调节旋钮，将亮斑调成圆形。
（上述过程中，“BH”键和“CS”键可反复交替使用，直至将亮斑调至荧光屏中央，并成圆形）③转动“BRIGHT”旋钮，使亮斑均匀散开。
再通过调节聚光镜光阑旁边的两个小旋钮，使得到的亮圆与荧光屏形成同心圆。
（4）调样品：将样品杆完全推入样品室，此时在荧光屏上看到铜网的像。
找到铜网支持膜上有样品的位置，转动“MAG”旋钮，将放大倍数调至20 K倍（即2万倍）。
①按下“WOB”键，样品开始振动（样品高度引起）。
按下“SPOT”键，1个小的放大镜出现在荧光屏的中央（用于观察样品振动细节）。
此时借助放大镜，调节样品高度，直到样品不发生振动为止。
②按下“MODU”键，样品又开始振动（光引起）。
此时仍借助放大镜，并使用左右两边的万能调节旋钮，将样品调至不发生振动。
最后，按下“SPOT”键，将放大镜退出。
（5）增加样品反差：①找到铜网支持膜上有样品的位置，按下“DIFF”键（此时由图像模式变换至衍射模式），旋转物镜光阑旋钮，选择合适的物镜光阑孔，同时调节物镜光阑旁边的两个小旋钮，用物镜光阑孔将中心最亮的衍射斑点套住（使最亮衍射斑点成为物镜光阑孔的圆心）。
②按下“ZOOM1”键，此时又由衍射模式变换到图像模式。
（6）拍照：★①选定所要拍照的区域，转动“BRIGHT”旋钮，将光调暗。
用盖子盖上观察室，在电脑屏幕上进行操作，用CCD相机进行观察。
②在电脑屏幕上观察样品的形貌，通过转动“FOCUS”旋钮，观察样品在正焦、过焦和欠焦时所得图像的清晰度情况。
③经过精确调焦后（在稍欠焦的状态下拍得的图像最好），拍照并保存记录。
在拍照过程中要注意左右手的配合，同时将放大倍数、亮度、样品台移动、调焦等一系列动作密切协调，以达到最佳的观察效果。
（7）关机：①将灯丝电流关闭，再将高压关闭，放大倍数复位（3K倍左右），然后退出物镜光阑，将样品从样品杆中取出。
②将主机电源钥匙向逆时针转一格，先关闭计算机。
等计算机关闭后，继续逆时针转一格，关闭主机电源。
③约等30分钟后，机械泵完全停止工作（“EVAC”和“AIR”指示灯都熄灭），此时关闭循环水装置，切断总电源。
3. 紧急处理：（1）在观察过程中遇到意外情况时，必须停止操作，并通知电镜室负责人，待意外情况排除后，得到电镜室负责人同意方能继续观察。
（2）遇到突然停电，首先将主机电源开关关闭，约等30分钟后关闭循环水。
Ⅵ. 透射电镜的应用1. 利用透射电镜观察纳米材料图4纳米Au棒（左）和纳米三角Ag颗粒（右）的TEM照片2 利用透射电镜观察生物样品生物样品的制备过程：图5生物样品的制备过程（1）取材：﹤1 mm3将取出的组织放在洁净的蜡版上，滴一滴预冷的固定液，用两片新的、锋利的刀片成“拉锯式”将组织切下并修小，然后用牙签或镊子将组织块移至盛有冷的固定液的小瓶中。
此过程中要做到“快、小、准、冷”（2）固定：目的是尽可能使细胞中的各种细胞器以及大分子结构保持生活状态，并且牢固地固定在它们原来所在的位置上。
物理化学：化学试剂四氧化锇戊二醛（3）脱水：保证包埋介质完全渗入组织内部。
脱水剂乙醇丙酮为了避免急骤脱水引起细胞的收缩，脱水应梯度进行。
如：70％丙酮15分钟，80％丙酮15分钟，90％丙酮15分钟，100％丙酮10分钟（二次）。
（4）包埋：常用的包埋剂：环氧树脂利用包埋剂渗入到组织内部取代脱水剂，这种包埋剂在聚合前为液体，能够渗入组织内，当加入某些催化剂，并经加温后，能聚合成固体，以便进行超薄切片。
常规方法是将组织块包埋在多孔橡胶包埋模板中，然后置烘箱烘干，在45℃（12小时）、60℃（36小时）烘箱内加温，即可聚合硬化，形成包埋块。
图6包埋模版（5）超薄切片：采用超薄切片机将包埋块进行切片，得到50～70nm的超薄切片。
图7 Leica超薄切片机（6）染色：目的是为了增强样品的反差。
一般用重金属盐与组织细胞中某些成分结合或被组织吸附来达到染色的目的。
染色剂醋酸铀柠檬酸铅（7）电镜观察、拍片、记录等。
图8花粉细胞的TEM照片Ⅶ. 参考书目：（1）黄孝瑛《透射电子显微学》上海科学技术出版社，1987年（2）叶恒强、王元明《透射电子显微学进展》科学出版社，2003年（3）章晓中《电子显微分析》清华大学出版社，2006年（4）付洪兰《实用电子显微镜技术》高等教育出版社，2004年（5）凌诒萍《细胞超微结构与电镜技术》复旦大学出版社，2007年（6）徐柏森、杨静《实用电镜技术》东南大学出版社，2008年Ⅷ. 思考题:（1）简述TEM电子光学系统的组成及各部分的作用。
（2）TEM的成像原理是什么？具体的成像过程是什么？（3）简述TEM的操作过程。
（4）简述生物样品的制备过程。