第三章 电子显微镜I..
细胞生物学第三章细胞生物学研究方法知识讲解
利用放射性标记技术研究生物大分子 在细胞内的合成动态
步骤
– 适宜的放射性前体分子标记机体或细胞 – 常规制片 – 暗室敷乳胶(核子乳胶3-10m) – 暗盒暴光或自显影 – 显影、定影、观察
与显微自显影区别
敷胶要单层晶体 暴光时间长
定量细胞化学分析技术
细胞显微分光光度术(Microspectrophotometry) 利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收， 测定这些物质(如核酸与蛋白质等)在细胞 内的含量 包括： 紫外光显微分光光度测定法 可见光显微分光光度测定法 BACK
0.2 m
电子显微镜技术(Electro microscopy)
0.2nm
扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope)
3nm, 0.7nm
扫描遂道显微镜 (scanning tunneling microscope)
（侧0.1-0.2，纵0.001nm）
BACK
光学显微镜技术
自发荧光(叶绿素)、诱发荧光(酸性品红、甲基 绿、吖啶橙)
优点：
– 多种成分定位 – 只有激发荧光可成像，敏感度高 – 染色简便 – 标本呈彩色图像 – 固定细胞和活细胞
数字成像显微技术
图像后期处理，提高信/噪比、放大信号 摄像机和计算机 原理：摄取同一区域多幅图像，信号经
计算机放大、假信号减弱或消除
BACK
扫描遂道显微镜原理
量子力学中的隧道效应，即在低电压下，二电 极之间具很大阻抗，阻止电流通过(势叠)
当二电极间近到一定距离时，电极间产生了电 流(隧道电流)，且Iexp(-2Kd)，d为针尖与样品 间距离，K为常数，d转化为I的函数而被测定
扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产 生彼此间相互作用力，并在计算机显示出来，从 而反映出样品表面形貌信息、电特性或磁特性等
电子显微镜 第三章 衍射花样分析
四、二次衍射花样
在较厚单晶体或两相合金中常产生二次衍射:
电子通过晶体时，产生的较强衍射线可以作 为新的入射线，在晶体中再次产生衍射。
d1晶体Ⅰ D1: 一次衍射斑点 D3: 二次衍射斑点
19
d2晶体Ⅱ
O D3 D2 D1
两相合金中的二次衍射
20
d2晶体Ⅱ
d1晶体Ⅰ
O D3 D2 D1
O
(a)
E （-200）
R1
O
B （200）
A （020）
C （220） D
OERS零阶劳厄带 测得R1＝10mm，R2＝ 35.7mm，R3＝38.1mm， R12：R22：R32=4：51：59； S属于{711}，R属于 {731}； 测得R1，R2间夹角为820； 由夹角关系可得S点为 （-1 -7 1）；由矢量关 系可得R点为（-3 7 1）， T点（1 -7 1）；晶带轴 [uvw]为[017]。
D1
O
D2
(b)
O (c)
D2 D1 (d) 两相合金二次衍射示意图
21
五、菊池花样
花样特点: 除规则斑点之外,还出现一些亮暗成对的 平行线条。
22
菊池线花样的产生及其几何特征
菊池线是由经过非弹性相干散射失 去较少能量的电子随后又受到弹性散射 所产生的。
23
入射束
入射束
试样
A B F C I
A
当晶体点阵常数较 大（即倒易面间距 较小），导致球可 同时与几层相互平 行的倒易面上的阵 点相交，产生几套 衍射斑。
5
当晶体试样较薄 时(即倒易点成杆 状) ，Ewald球可 能与几层相平行 的倒易面上的倒 易杆相交，产生 几套衍射斑。
《显微镜》ppt课件
暗 视 野 照 明 方 式
六、紫外光显微镜
使用紫外光源可以明显提高显微镜的分辨率，对于 生物样品使用紫外光照明还具有独特的效果。生物 细胞中的原生质对可见光几乎是不吸收的，而蛋白 质和核酸等生物大分子对紫外光具有特殊的吸收作 用。因此，可以使用紫外光显微镜（ultraviolet microscope）研究单个细胞的组成与变化情况。
相衬显微镜比普通光学显微镜多了2个部件：
在聚光器上增加一个环形光阑； 在物镜后焦面增加一个相板，相板上有一个环形区，通过
环形区的光比从其它区域透过的光超前或滞后1/4λ，这样 就使通过标本不同区域光波的相位差转变为振幅差。
相衬显微镜照明原理
光通过标本致密区时发生衍射，产生偏折光，相位 和未受影响的直射光相比被推迟了1/4λ。只有未发 生偏折的的直射光可通过相位板的环形区，其它的 偏折光在物镜的后焦面上产生了一个与通过相位板 的环形区的光不同的1/4λ的光程差。两组光在平面 上成像。
如果离光轴越远处放大率越大，则像的外部线段将比中间 线段长，结果形成了枕形畸变，这种畸变称为正畸变。
反之则形成边缘放大率小而近轴放大率大的桶形畸变，称 为负畸变 。
(二)、 色 差
色差(chromatic aberration )是一种由白光或复色光经透镜成像 时，会因各种色光存在着光程差而造成颜色不同、位置不重 合、大小不一致的不同成像效果，从而造成像和物的较大失 真。
如相板的环形区使直射光超前1/4λ，加上开始直射 光超前的1/4λ，直射光共超前1/2 λ，直射光和偏折 光叠加形成的合成波振幅减少，产生暗反差。
如相板的环形区使直射光滞后1/4λ，加上开始直射 光超前的1/4λ，两者相抵直射光不发生变化，直射 光和偏折光无相位变化，形成的合成波振幅增加， 产生明反差。
材料现代分析测试方法电子显微分析优秀课件
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
2、电磁透镜
1） 球 差
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。远轴的电子通过透镜后折射得比近轴电
子要厉害得多，以致两者不交在一点上，结果在象平面成了
一个半径为Rs漫散圆斑，折算到物平面上，得 定义
rs
Rs M
rs
1 4
Cs 3
－－球差
1. 电子抢
电子束
聚光镜
照 电子枪 明 系统（电聚磁光透镜镜）
试样
成 物镜 像 系 统 中间象
投影镜
记
试样
录 观察屏
照明部分示意图 系 照相底板
统
电子显微镜
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
一、电子抢及电磁透镜
2. 电磁透镜 (1) 原理
透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像 的装置。电磁透镜实质是一个通电的短线圈， 它能造成一种轴对称的分布磁场。正电荷在磁
Cs －－球差系数，一般～f（1~3mm）
－－孔径半角
物平面上两点距离小于 2r时s ，则该透镜不能分辨
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
2、电磁透镜 3）像散
磁场不对称时，就出现象差。可能是由于极靴被污染，或极靴的机械
不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起。有的方向电子束的折射比别
的方向强，如图所示，这样，圆形物点的象就变成了椭圆形的漫散圆斑，
2、电磁透镜 4)电磁透镜分辨率（分辨距离、分辨本领）
电子透镜中分辨本领基本上决定于球差和衍射。通过减小孔 径角的方法来减小球差，提高分辨本领，但能过小会由于衍射 使分辨本领变差。这就是说，光阑的最佳尺寸应该是球差和衍 射两者所限定的值。
透射电子显微镜--原理
• • • • Brightness Lifetime Pressure (vacuum) = related to the price Maintenance
Zhengmin Li
16
各种电子枪的比较
Brightness (Candela)
Life time 40hr >2000Hr >7000Hr
Zhengmin Li 30
物镜极靴
（OL Polepiece）
Zhengmin Li 31
真空系统
电子显微镜镜筒必须具有很高的真空度,这是因 为:若电子枪中存在气体,会产生气体电离和放 电,炽热的阴极灯丝受到氧化或腐蚀而烧断;高 速电子受到气体分子的随机散射而降低成像衬 度以及污染样品。一般电子显微镜镜筒的真空 要求在10-4~10-6 Torr。真空系统就是用来把镜 筒中的气体抽掉,它由二级真空泵组成,前级为 机械泵,将镜筒预抽至10-3 Torr,第二级为油扩散 泵,将镜筒抽空至10-4~10-6 Torr的真空度后,电镜 才可以开始工作。
Zhengmin Li 3
德国EM-902
Zhengmin Li 4
日本电子株式会社 (JEOL) JEM-1230
Zhengmin Li 5
Philips EM400T
Zhengmin Li 6
Philips TECNAI-20
Zhengmin Li 7
TEM 的基本工作原理
电子枪产生的电子束经1~2级聚 光镜会聚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样, 其强度分布与所观察试样区的形 貌、组织、结构一一对应。 在观察图形的荧光屏上,透射出 试样的放大投影像,荧光屏把电 子强度分布转变为人眼可见的光 强分布,于是在荧光屏上显出与 试样形貌、组织、结构相对应的 图像。
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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＋＋
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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。
第三章透射电子显微镜成象原理与图象解释
② 它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与 晶体试样之间相互作用后的反映。 为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系 起来，从而能够根据衍衬像来分析晶体内部的 结构，探测晶体内部的缺陷，必须建立一套理 论，这就是衍衬运动学理论和动力学理论（超 出范围不讲）。
苏玉长
第三节 衍衬象运动理论的基本假设
如果晶体保持确定的位向,则衍射晶面的偏离 矢量保持恒定,此时上式变为:
I g = sin2(πs t)/(s ζg )2
苏玉长
苏玉长
苏玉长
将I g 随晶体厚度t的变化画成如右图所示。 显然，当S =常数时，随着样品厚度t的变化
衍射强度将发生周期性的振荡。 振荡的深度周期：t g = 1/s 这就是说，当t=n/s
从上节已知，衍衬衬度与布拉格衍射有关， 衍射衬度的反差，实际上就是衍射强度的反映。 因此，计算衬度实质就是计算衍射强度。它是 非常复杂的。为了简化，需做必要的假定。由 于这些假设，运动学所得的结果在应用上受到 一定的限制。但由于假设比较接近于实际，所 建立的运动学理论基本上能够说明衍衬像所反 映的晶体内部结构实质，有很大的实用价值。
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·R n . 因此,P0处的合成振幅为:
Φg=F ∑n e-2πi Δk·R n = F ∑n e-2πi Δk·(Z n c)
第三章 透射电子显微镜成象原理与图象解释
苏玉长
苏玉长
苏玉长
1.相位衬度 如果透射束与衍射束可以重新组合，从而保持它们的 振幅和位相，则可直接得到产生衍射的 那些晶面的晶格象，或者一个个原子的晶体结构象。 仅适于很薄的晶体试样(≈100Å)。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜是一种利用电子束来取代光束的显微镜，它可以在更高的分辨率下观察样本。
电子显微镜原理主要基于电子的波粒二象性和电子与物质相互作用的原理。
在电子显微镜中，电子束通过样本时会发生散射、透射等现象，这些现象被用来生成样本的影像。
本文将介绍电子显微镜的基本原理及其工作过程。
首先，电子显微镜的工作原理基于电子的波粒二象性。
根据德布罗意波长公式，电子的波长与其动量成反比，因此高速电子的波长非常短。
相比之下，光的波长在可见光范围内，远大于电子的波长。
这就意味着，电子具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的结构。
其次，电子与物质的相互作用也是电子显微镜原理的关键。
当电子束穿过样本时，会与样本中的原子核和电子发生相互作用，包括散射、透射、吸收等现象。
这些相互作用会导致电子束的能量损失和偏转，从而产生散射电子、透射电子等。
通过探测这些与电子-样本相互作用相关的信号，可以获得样本的结构和成分信息。
在电子显微镜中，有两种常用的成像模式，即透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
在TEM中，电子束穿过样本后形成透射电子，通过透射电子成像得到样本的内部结构信息。
而在SEM中，电子束在样本表面产生散射电子，通过探测这些散射电子来获取样本表面的形貌和成分信息。
两种成像模式各有优势，可以用来观察不同尺度和性质的样本。
除了成像模式，电子显微镜还可以进行能谱分析和衍射分析。
能谱分析是通过探测样本散射电子的能量来确定样本的成分和化学状态，从而获得元素分布和化学信息。
而衍射分析则利用电子束与晶体结构相互作用的衍射现象，可以确定样本的晶体结构和晶面间距。
总的来说，电子显微镜利用电子的波粒二象性和电子与物质的相互作用原理，可以实现对样本更高分辨率的观察和分析。
它在材料科学、生物学、纳米技术等领域发挥着重要作用，为人们深入理解微观世界提供了有力的工具。
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）
电子显微分析第三章 电子衍射(TEM)
电子衍射简介1
• 金属和其它晶体物质是由原子，离子或原子集团在三维空间内周 期性地有规则排列的质点对具有适当波长的辐射波（如X射线、电 子或中子）的弹性相干散射，将产生衍射现象，在某些确定的方向 上；散射波因位相相同而彼此加强，而在其它方向上散射波的强度 很弱或等于零。电子显微镜的照明系统提供了一束波长恒定的单色 平面波，因而自然地具备着用它对晶体样品进行电子衍射分析的条 件。 电子衍射与x射线衍射的基本原理是完全一样的，两种技术所得 到的晶体衍射花样在几何特征上也大致相似。 多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环。 单晶花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成，分别如图a）和b） 所示。 单晶体的电子衍射花样比X射线劳厄法所得的花样，更能直观地反 映晶体的点阵结构和位向； 特别是当采用倒易点阵和爱瓦尔德球作图法时，这种联系将是十分 明显的，并常常可以使单晶电子衍射花样的分析方法变得相当简 单．
• 傅立叶变换： • F(x)=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+.… +
第一节 倒易阵点基本知识
• 所谓倒易点阵，指的是在 量纲[L]-1的倒易空间内的 另外一个点阵，它与正空 间内某一特定的点阵相对 应。如果正点阵晶胞的基 矢为a,b,c;则相应的倒易 点阵基矢为：
a b
选区衍射操作步骤
为了尽可能减小选区误差，应遵循如下操作 步骤： • 1. 插入选区光栏，套住欲分析的物相，调整 中间镜电流使选区光栏边缘清晰，此时选区 光栏平面与中间镜物平面生重合； • 2. 调整物镜电流，使选区内物象清晰，此时 样品的一次象正好落在选区光栏平面上，即 物镜象平面，中间镜物面，光栏面三面重合；
面心立方正倒点阵关系
电子显微镜原理：电子束与样本相互作用
电子显微镜原理：电子束与样本相互作用电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种使用电子束来观察微观结构的显微镜。
与光学显微镜不同，电子显微镜使用电子而不是可见光，能够获得更高的空间分辨率。
以下是电子显微镜的基本原理，主要集中在电子束与样本相互作用的方面：1. 电子束的产生：电子显微镜使用电子枪产生高速电子束。
电子枪中的热阴极或场发射阴极产生电子，然后通过电场和磁场聚焦成一束电子。
2. 电子束的聚焦：通过磁透镜和电透镜，电子束被聚焦成一个细小的束流。
这种聚焦作用使得电子显微镜具有极高的空间分辨率，可以观察到微观尺度的细节。
3. 电子束与样本的相互作用：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）：电子束穿透样本，样本中的不同区域对电子的散射程度不同。
根据电子的透射情况，形成投影图像。
通过调整电子束的透射程度，可以获得不同深度的截面图像，实现对样本内部结构的高分辨率观察。
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）：电子束扫描样本表面，与样本表面的原子产生相互作用。
样本表面的原子会发射出不同的信号，包括二次电子、反射电子、和吸收电子等。
这些信号被检测并用于形成样本表面的图像，从而实现对样本表面形貌的高分辨率观察。
4. 图像的形成：检测器捕捉样本与电子束相互作用产生的信号，并将其转化为电子显微镜图像。
这些图像展示了样本的微观结构，提供了高分辨率的表面或截面信息。
电子显微镜的优势在于其极高的空间分辨率，使其能够观察到微观世界中更小尺度的结构。
由于电子具有较短的波长，因此电子显微镜能够克服光学显微镜在分辨率上的限制。
这使得电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域中得到广泛应用。
电子显微镜(simple)
分子筛介孔材料 （孔径3nm）
两种条件制备的不同粒径 的TS-1沸石TEM像 平均粒径：2.8，0.17um 44
催化剂A
铂粒子=5nm
催化剂B 铂粒子=20nm
两种工业重整催化剂在管状炉中,700 ℃、H2气流中 热处理8h高温热处理后铂的存在状态
45
7.生物样品的研究
病毒样品
46
8、电子束照射对试样的损伤：
PPO/SEBS
PP/SBS（OsO4染 ）
以上左图和中图为用RuO4染色的聚合物合金，其 中黑色为AAS和SEBS，白色为PA和PPO。 37
(3)其它应用：
1、动态观察：研究高聚物的断裂机理。
HIPS原位拉伸过程中银纹的引发和中止
38
拉伸中
断裂后
层状结构的SBS拉伸
39
原位拉伸HIPS中橡胶相的断裂破坏
59
3、电场和磁场： 电压衬度：正电位——黑区，负电位——亮区。 不同的磁场强度分布，也可以形成衬度。 4、样品充电（荷电效应） ：
导体——不产生电荷积累， 可直接观察。
非导体——局部充电产 生过强衬度，应在表面镀导 电膜。 5、边缘效应： 样品表面充电引起的过强衬度 60
分辨率的影响因素：
18
三、放大倍数：
光学显微镜的放大倍数 = （显微镜、仪器） 光学显微镜的放大倍数为2000；
M总 M1 M 2 M n 电子显微镜的放大倍数：
（人眼）
可达10 6 ~107数量级。
19
第三节 电子衍射
一、电子衍射的形成：
借用光学透镜的方法描述电子衍射：
非晶——漫散射环
结晶——锋锐衍射束（斑）
3、试样固定方法：
仪器本科复习题
临床检验仪器学第一章绪论一、名词解释1．分辨率2．线性范围3．灵敏度4.误差5.精密度6.标准差7.线性范围8.偏倚二、问答题1.简述临床检验仪器的特点？2.对临床检验仪器进行维护主要包括哪几方面内容？三、单选题1.检验仪器的特点不包括下列哪一项：A.结够复杂B.技术先进C.准确度高D.对使用环境要求严格2.在检验仪器主要部件中，将样品各个组份加以机械分离或物理区分的装置是：A.取样装置B.预处理系统C.分离装置D.检测器3.误差按性质分类不包括哪一项：A.系统误差B.相对误差C.随机误差D.过失误差4.规定条件下进行多次检测时，所得检测结果间彼此接近的程度是指：A.精密度B.精度C.正确度D.准确度5.精密度是对仪器随机误差大小的评价，常以什么来表示：A.标准差B.平均值C.方差D.偏倚6.噪音的表现形式不包括哪一项：A.抖动B.起伏C.漂移D.震动7.要提高检验仪器检测的精密度，必须相应地提高：A.正确度B.分辨率C.噪音D.响应时间8.下列不属于系统误差特点的是：A.单向性B.可检测性C.重复性D.增加平行测定次数可消除9.医学检验仪器的核心部件是：A.取样装置B.分离装置C.检测器D.显示装置10.下列哪项是指输入与输出成正比例的范围：A.测量范围B.示值范围C.线性范围D.可报告范围11.关于误差，叙述错误的是：A.只要检测中严格按照规范操作，误差是完全可以避免的。
B.误差是指测得值与真值之间的差异。
C.误差有两种表示方法：绝对误差与相对误差。
D.误差按照性质可分为：系统误差、随机误差与过失误差。
12. 在允许误差极限内，仪器能检出的被检测值的范围称为：A．测量范围B．示值范围C．线性范围D．分辨率13. 检测仪器的核心部分是：A．取样装置B．检测器C．分离装置D．信号处理系统14. 实验室自动化的发展趋势是：A．单个仪器自动化B．系统自动化C．模块自动化D．全实验室自动化判断题1．检验仪器灵敏度越高，最小检测量越小。
高中生物电子备课教案
高中生物电子备课教案【备课日期】：XXXX年XX月XX日
【备课科目】：生物
【备课课题】：电子显微镜
【备课目标】：
1. 了解电子显微镜是什么，其原理和优点；
2. 掌握电子显微镜与光学显微镜的区别和联系；
3. 能够描述电子显微镜在生物科研和医学领域的应用。
【备课内容】：
1. 什么是电子显微镜
2. 电子显微镜的原理和优点
3. 电子显微镜与光学显微镜的区别和联系
4. 电子显微镜在生物科研和医学领域的应用
【备课重点】：
1. 电子显微镜的原理和优点；
2. 电子显微镜与光学显微镜的区别和联系；
3. 电子显微镜在生物科研和医学领域的应用。
【备课难点】：
1. 理解电子显微镜的原理；
2. 掌握电子显微镜与光学显微镜的区别和联系。
【备课方法】：
讲授、实验演示、讨论、分组讨论。
【备课准备】：
1. 电子显微镜相关资料和图片；
2. 与学生互动的问题和讨论内容。
【备课步骤】：
1. 介绍电子显微镜是什么，其原理和优点；
2. 讲解电子显微镜与光学显微镜的区别和联系；
3. 分组讨论电子显微镜在生物科研和医学领域的应用。
【备课反思】：
本节课内容难度适中，学生容易理解，但需要引导学生思考电子显微镜在生物领域的应用。
可以增加实验演示环节，加强学生的实践能力。
【备课延伸】：
1. 可以让学生在实验室进行电子显微镜的操作体验；
2. 可以让学生进行电子显微镜观察，分析结果并写实验报告。
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为数值孔径，可用 N.A. 来表示； M －放大倍数。
2018/10/14
13
0.81I
I
图5（a）两个Airy斑 明显可分辨出
图5（b）两个Airy斑 图5（c）两个Airy斑 刚好可分辨出 分辨不出
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3. 分辨率Δrd Δrd＝Rd∕M
0.61l rd n sin a
图14有极靴的电磁透镜剖面示意图
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
为了进一步缩小磁场的广延度，使大量磁力线 集中于缝隙附近的狭小区域内，接出一对顶端成圆 锥状的极靴。 带有极靴的电磁透镜可使有效磁场集中到沿透 镜轴向几毫米的范围之内。
固定光阑
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图15
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无中生有
道家认为，天下万物生于有，有生于无。把没有的说成有。比 喻毫无事实，凭空捏造。 ？ 【出自】：《老子》：“天下万物生于有，有生于无。”
批判地思维
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七上八下
最初出处来自于《周易》，《周易》云：“易生太极，是生两仪， 两仪生四象，四象生八卦，八卦定乾坤”其中四象就是老阴、老阳、少 阴、少阳。在周易象数中，老阴数为六，老阳数为九，少阴数为八，少 阳数为七，而老阴和老阳都是变卦，少阴和少阳性质稳定，阳气主升， 意味着向前和向上发展；阴气主降，意味着向后和向内发展。所以代表 少阳的七主上，代表少阴的八主下。合起来就是“七上八下”，单纯的
2018/10/14Fra bibliotek102、放大原理
1 1 1 L1 L2 f
（1）
L1恒＞0，L2＞0时，在另一侧得倒立的实像；L2＜0时，在 同侧得正立的虚像。 3、放大倍数：为像与物的长度比＝像距∕物距
A' B ' L2 AB L1
当 2f＞L1＞f，L2＞2f，M＞1
（2）
L1＜2f，2f＞L2＞f，M＜1
出磁场后又是直线运动。
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
图12
短线圈磁场中的电子运动示意图
说明：电磁透镜具有与光学玻璃透镜相似的光学原理
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
上述讨论了最简单的电磁透镜－短线圈磁场的聚焦成 像原理。其缺点是：①部分磁力线在线圈外，对电子束聚
光轴 光轴
图8(a)双圆筒静电透镜
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图8(b) 静电单透镜
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
静电透镜主轴上一物点散射的电子沿直线轨迹向电场
运动，当电子射入电场作用范围时，将受到折射，最终被 聚焦到透镜光轴上的一点，与类似的光学玻璃透镜如图 8c所示。
图8c 光学玻璃透镜光路
图7 电场对电子的折射示意图
电场中等电位面是对电子折射率相同的表面，与光学系统中 两介质界面起着相同的作用。
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
只要获得与玻璃透镜类似形状的旋转对称等电位曲面 簇，则这些曲面簇也可能使电子波聚焦成像。
通常将能产生旋转对称等电位曲面簇的电极装置叫做 静电透镜。
非均匀磁场的磁极装置叫做电磁透镜。
电磁透镜比恒磁 透镜使用方便，应用 更广泛。
图10(a)透镜磁场中磁感应强度的分解
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
沿透镜主轴方向射入的电子束，其中精确地沿轴线运 动的电子不受磁磁力，不改变运动方向； 其它与主轴平行的入射电子，将受到径向磁感应强度 Br的限制，产生切向力Ft,使电子获得切向速度vt。
电子波可做为显微镜的照明光源，这种显微镜即为电子显微镜。
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德科学家突破光学显微镜分辨率极限
黑尔等科学家却巧妙地借助脉冲激光的作用，突破 了“阿贝极限”。他们发明的新型的光学显微镜能够观
察２０纳米左右的微小生物。
激光共焦显微镜
不三不四
释 义 不像这也不像那，不像样子，指不正派，也指不象样子, 在形容人时多指人的品行不正派。 最早起源于中国古代的易经思想，易经的每个卦都分6个 爻，俗称6爻卦， 意思为事物发展的6个阶段，第三爻与第四 爻处在6爻的中间位置，在易经中象征正道和大道，不三不四 说明一个人或一件事物不是在正道或大道上，有不务正业之意。
极靴组件分解
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
B（z） 有极靴 没有极靴 无铁壳
有 极 靴 的 聚 集 能 力 最 强
图16 有短线圈、有极靴和无极靴三 种电磁透镜轴向磁感应强度分布
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z
(3)磁透镜和静电透镜性能对比
表1 磁透镜
1. 改变线圈中的电流强度可很方
便的控制焦距和放大率； 2. 无击穿，供给磁透镜线圈的电
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光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分对提
高分辨率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。所以光学 显微镜的放大倍数一般最高在1000-1500之间。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要的工具。随着
科学技术的发展，光学显微镜因其有限的分辨本领而难以满足许多微 观分析的需求。
磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成像 的目的。用静电场构成的透镜称之“静电透镜”。
把电磁线圈产生的磁场所构成的透镜称之“电磁透镜”。
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
等电位面
v t1 v t2
图6 平行板电场示意图
材料近代分析方法
刘胜新
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第三章 电子显微镜I
光学和电子光学基础
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学习本章的目的和意义
扫描电子显微镜（SEM） 透射电子显微镜（TEM）
工作基础
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为什么需要电子显微学？
了解微观结构与材料性能的关系 正确使用电子显微技术
充分发挥电子微区分析功能
磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 静电透镜
1. 需改变很高的加速电压才可改
变焦距和放大率； 2. 静电透镜需数万伏电压，常会
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三、光学显微镜分辨本领的理论极限
1.Airy斑
由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上的像点及
其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍射效应。
物面
由物平面内的点S1 、 S2 在
物镜
像平面形成一 S1’ 、 S2’ 圆斑， 这种圆斑是由一定大小的中央 亮斑和一系列同心环组成，称
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
(a)当v⊥B时电子在与B垂直
(b)当电子v与B不垂直时电子
的平面内作圆周运动
将作螺旋运动
图 9 电子在磁场中的运动轨迹
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
在电子光学系统中用于使电子波聚焦成像的磁场是一 种非均匀的磁场，其等磁位面形状与静电透镜的等电位面 或光学玻璃透镜的界面相似。通常将能产生旋转对称
（4）
对于光学透镜，最大a＝70～75°，若物方介质为油，n＝ 1.25～1.35，则：Δrd≈0.5 l。 对于光学显微镜， N.A. 的值均小于 1 ，油浸透镜也只有 1.5— 1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能 再次提高。
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光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半波长是
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
focus
图10(d、e) 平行于主轴的入射电子束经过磁透镜后聚焦于主轴上一点
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
vr
A O Br
v
Bz vz B C
b
O’
图11 图10a中A点位置的B 和v的分解情况 圆周运动 电子在磁场中要受到磁场作用力： 切向运动 向轴运动
图10(b)非精确地与主轴平行的入射电子瞬 间受力与运动方向
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
一旦获得切向速度，则电子开始作圆周运动。在电子开 始作圆周运动的瞬间，由于 BZ 的作用，电子受到径向作用 力Fr ，从而使电子向轴偏转；导致电子做圆锥螺旋运动。
图10(c) 平行于主轴的入射电子的运动轨迹
像面
为 Airy 斑 。它是由于衍射作用
所致。
Airy斑
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图4 Airy斑形成示意图
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2. Airy斑半径
0.61l Rd M n sin a
Rd l
（3）
其中， l －光波长； n－物方介质折射率； a － 透镜的孔径半角，即透镜所能容纳的来自物上 某点的最大光锥半顶角； nsina －习惯上被称
表征技术的进步
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Progress in Characterization Technology 表征技术的进步
代表科学的发展水平 开拓新兴学科领域
TEM的发明(1934)； STM的发明（1981） 诺贝尔物理奖(1986）
细胞的微观结构(1945) 病毒的微观结构（1963）
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1、基本概念
⑴光轴：过透镜中心的各条直线叫光轴，光线都不发生折射。 ⑵聚焦：平行于主轴的平行光束通过凸透镜后会聚在主轴上的一