电子显微镜技术1
物理实验技术中的电子显微镜操作技巧
物理实验技术中的电子显微镜操作技巧电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种采用电子束替代传统光线的显微镜，它能够以极高的分辨率观察到微观世界中的细微结构。
在物理实验中，电子显微镜常常被用于材料科学、生物学、纳米科学等领域的研究。
然而，由于其高精密的操作要求，正确的操作技巧对于获取准确的结果至关重要。
本文将介绍一些在电子显微镜操作过程中常用的技巧和注意事项。
首先，准备工作是使用电子显微镜前的关键一步。
在操作过程中，保持干净的工作环境对于避免灰尘和杂质的干扰非常重要。
因此，操作者应该戴上手套、实验服，并确保使用的样品、刀片和显微镜的各个部分都是干净的。
其次，样品的制备是电子显微镜操作中的重要环节。
样品的制备过程需要注意避免空气氧化和静电的产生。
在制备金属样品时，可以使用金属切片机将样品切片成薄片。
然后，使用溶液或整形仪将切片的样品清洗、整形，以确保样品表面的平整度。
接下来是装载样品进入显微镜的过程。
在装载之前，要确保样品本身是导电的，可以通过在样品表面蒸发一层导电薄膜来实现。
装载样品时，要小心操作，以避免样品受损或移位。
最好将样品放置在清洁的显微镜载物台上，并使用夹具或粘性胶带将其固定。
电子显微镜的对焦和聚焦是显微镜最关键的部分之一。
在进行聚焦之前，操作者需要确认样品是否与电子束足够接近。
对于低放大倍数下的样品，最好使用大范围扫描，以便找到样品的位置。
然后，逐渐调整焦距，直到在显微镜视野中能够清晰地看到样品。
在操作过程中，操作者还要注意电子显微镜的放大倍数。
不同的操作目的需要不同的放大倍数。
一般来说，低放大倍数适合观察样品的整体形貌，而高放大倍数适用于观察样品的细节结构。
操作者需要根据实验需求选择合适的放大倍数，同时要注意调整曝光时间和对比度，以获得清晰、饱满的图像。
此外，操作者还应当注意控制电子束的时间和强度。
过度暴露可能会导致样品受到辐射损伤，不足则会导致图像的亮度不足。
衍射花样分析-1电子显微镜
*
四方晶系
R2比值系列中常出现1:2的情况
六角晶系
R2比值系列中常出现1:3的情况
*
2.多晶衍射花样的分析方法
当样品为已知时： 测量衍射斑点到透射斑点之间的距离R1,R2,R3,…Rj …； 计算R2 以及Rj2/R12；利用R2比值递增规律确定点阵类型,以及各衍射环对应的晶面指数{HKL}; 利用电子衍射公式Rd=Lλ，计算各衍射环d值；确认各衍射环的{HKL}。
*
倒易矢量r *= ha*+ kb*+lc*的两个基本性质:
r *的方向与(HKL)晶面垂直; r *的大小等于晶面间距的倒数.
*
晶体结构
消光条件(F=0)
简单立方
无消光现象
面心立方
H,K,L奇偶混杂
体心立方
H+K+L=奇数
倒易阵点的权重---结构因子
*
三、电子衍射花样的形成
Hale Waihona Puke 2q2q2q入射束
16.26
19.14
N
3
4
8
11
12
16
19
{HKL}
111
200
220
311
222
400
331
d(Å)
2.355
2.039
1.442
1.230
1.177
1.020
0.9358
K=Rd(mmÅ)
14.79
14.82
14.83
14.82
14.79
14.91
14.85
金蒸发膜的多晶电子衍射花样
3. 仪器常数的标定
R和1/d存在简单的正比关系:
电子显微镜的使用方法
电子显微镜的使用方法引言：电子显微镜（electron microscope）是一种采用电子束来观察和研究微观结构的高分辨率仪器。
它能够提供比光学显微镜更高的放大倍数和更好的分辨率，因此广泛应用于生物学、物理学、材料科学等领域。
本文将介绍电子显微镜的使用方法，以帮助读者更好地掌握这一技术。
一、准备工作：在使用电子显微镜之前，我们需要进行一些准备工作。
首先，确保工作区域干净整洁，以防止灰尘等杂质进入到显微镜中影响观察效果。
其次，需要确保所有的相关设备和配件都完好无损，并进行必要的调试和校准。
二、样品处理：在观察样品之前，我们通常需要对样品进行一些处理，以便更好地展示其微观结构。
常见的处理方法包括固定、切片、染色等。
固定可以保持样品的形状和结构，切片可以将样品切成适当的大小和形状，染色可以增强样品的对比度，使其更易于观察。
三、样品加载：将处理后的样品装载到电子显微镜中是使用该仪器的关键步骤之一。
通常，我们将样品放置在一个称为样品台的平台上，并使用夹具或夹具将其固定在台上。
在放置样品之前，要确保样品台干净，避免灰尘和杂质对实验的干扰。
四、电子束调节：电子束的调节是使用电子显微镜的核心环节。
首先，我们需要调节电子束的亮度，确保其能够提供足够的亮度来观察样品。
然后，我们需要调节电子束的聚焦，使其能够聚焦在样品上。
调节亮度和聚焦可以通过控制显微镜上的按钮和旋钮来完成，需要一定的经验和技巧。
五、观察和记录：在电子束调节完成后，我们可以开始观察样品并记录所得的观察结果。
电子显微镜通常提供高倍和低倍观察模式，可以根据需求进行切换。
观察时，需要调整焦距和对比度，以获得清晰和具有对比度的图像。
同时，可以使用显微镜上的拍照功能将观察到的结果记录下来，便于后续的研究和分析。
六、数据分析和解释：在观察和记录完样品后，我们通常需要对所得的数据进行分析和解释。
电子显微镜所得的图像可以使用图像处理软件进行增强和修饰，以提取更多有关样品的信息。
使用电子显微镜进行生物细胞结构观察的技术要点
使用电子显微镜进行生物细胞结构观察的技术要点在研究生物学时，对于生物细胞结构的观察是至关重要的。
传统的光学显微镜虽然能够提供高分辨率的影像，但是其分辨率受到物理限制，无法观察到更微小尺度的细胞结构。
为了解决这个问题，电子显微镜应运而生，它能够以更高的分辨率观察到细胞内部的微小结构。
本文将介绍使用电子显微镜进行生物细胞结构观察的技术要点。
首先，为了能够在电子显微镜中观察到细胞结构，我们需要制备样本。
制备样本的过程十分关键，任何错误的操作都可能导致样本失真。
一般来说，常用的制备方法有化学固定、冷冻切片和金属表面涂覆等。
化学固定是最常用的方法，通过使用化学物质将细胞固定在原位并保持其形态稳定。
冷冻切片方法则是将细胞冷冻并切割成极薄的切片，以保持细胞的天然状态。
金属表面涂覆则是将细胞样本表面涂覆一层金属，形成金属薄膜保护样本并增强导电性。
其次，制备好的样本需要进一步处理以增加其对电子束的对比度。
由于细胞结构本身对电子束的吸收能力很弱，为了能够更好地观察细胞结构，我们需要对样本进行染色。
常见的染色方法有贵金属染色和阴影法染色。
贵金属染色是以金属性染料如铂、铂铑等，通过其与细胞结构发生反应使细胞结构呈现出对比较强烈的区域。
阴影法染色则是利用电子束穿过样本引起的亮暗差异来观察细胞结构。
接下来，我们需要将样本放入电子显微镜中进行观察。
在放置样本之前，我们需要对电子显微镜进行适当的校准和设置。
首先，我们需要调整电子束的聚焦和照射强度以获得清晰的影像。
然后，我们需要选择合适的放大倍数，以便观察到所需的细胞结构。
一般来说，较低的放大倍数适用于整体观察，而较高的放大倍数则适用于细节的观察。
此外，我们还需要选择适当的对比度和亮度设置，以获得更好的图像质量。
在观察过程中，我们需要注意一些细节以保证观察的准确性和可靠性。
首先，由于电子束会对样本产生热效应，因此我们需要控制电子束的照射时间，以避免样本的过度损伤。
其次，由于电子显微镜是在真空环境下进行观察的，所以我们需要确保样本的制备和放入过程都在无尘的情况下进行，以避免灰尘等杂质的影响。
电子显微镜的使用方法
电子显微镜的使用方法电子显微镜是一种高端的显微镜设备，它能够以高分辨率观察微观世界中的细微结构和微观形态。
在科研、医学、材料学等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍电子显微镜的使用方法，帮助您更好地掌握这一高端设备的操作技巧。
首先，使用电子显微镜前需要注意安全事项。
在操作电子显微镜时，应穿戴防护眼镜、手套等个人防护用具，避免发生意外伤害。
另外，还需注意设备的电源和电压情况，确保设备处于正常工作状态。
接下来，正确的样品处理是使用电子显微镜的关键。
首先，将样品切割成合适的尺寸，并使用适当的固定剂固定样品，以保持其原始形态。
接着，将样品放置在电子显微镜的样品台上，并调整好样品的位置和角度，保证样品能够被电子束充分照射。
在样品处理完成后，就可以进行电子显微镜的调试和操作了。
首先，打开电子显微镜的电源，待设备预热完成后，调节加速电压和电子束的对焦，使其能够清晰地照射在样品上。
然后，通过调节透射电镜的对焦和放大倍数，观察样品的微观结构和形态。
在观察过程中，可以通过调节对比度、亮度等参数，使样品的细节更加清晰。
除了观察样品的微观结构外，电子显微镜还可以进行成分分析和能谱分析。
通过调节仪器的参数，可以获取样品的成分信息和元素分布情况，为后续分析提供重要数据支持。
最后，使用完电子显微镜后，需要做好设备的清洁和维护工作。
首先，关闭电子显微镜的电源，并将样品从样品台上取下。
然后，用干净的软布轻轻擦拭样品台和透射电镜的镜片，保持设备的清洁。
另外，定期对电子显微镜进行维护保养，如清洁真空室、检查电子束的稳定性等，以保证设备的正常使用。
总的来说，电子显微镜是一种高端的显微镜设备，使用方法相对复杂，但只要掌握了正确的操作技巧，就能够准确地观察样品的微观结构和形态。
希望本文介绍的电子显微镜使用方法能够对您有所帮助，让您能够更好地应用这一高端设备进行科研和实验工作。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜的工作原理电子显微镜是一种利用电子束来观察微观结构的仪器，其工作原理主要包括电子发射、电子透镜系统、样品与电子相互作用和信号检测等几个方面。
首先，电子显微镜的工作原理之一是电子发射。
电子显微镜中的电子是通过热发射或场发射的方式产生的。
在热发射中，通过加热钨丝或其他材料，使其表面的电子获得足够的能量，从而跃迁到空穴态，形成电子云，最终逸出金属表面。
而在场发射中，则是通过外加电场使金属表面的电子获得足够的能量，克服表面势垒而逸出金属表面。
其次，电子显微镜的工作原理还涉及到电子透镜系统。
电子透镜系统包括电子透镜和投影镜。
电子透镜通过调节电压和电流，控制电子束的聚焦和偏转，从而实现对样品的扫描和成像。
而投影镜则用于放大和观察样品的显微图像。
另外，电子显微镜的工作原理还包括样品与电子相互作用。
样品与电子相互作用是电子显微镜成像的基础。
当电子束照射到样品表面时，会发生多种相互作用，如散射、透射、吸收等。
不同的相互作用会产生不同的信号，从而形成样品的显微图像。
最后，电子显微镜的工作原理还涉及到信号检测。
在电子显微镜中，常用的信号检测方法包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
透射电子显微镜通过测量透射电子的强度和角度，来获取样品的内部结构信息。
而扫描电子显微镜则通过测量样品表面反射、散射和二次电子等信号，来获取样品的表面形貌和成分信息。
总的来说，电子显微镜的工作原理涉及电子发射、电子透镜系统、样品与电子相互作用和信号检测等几个方面。
通过这些原理的相互作用，电子显微镜能够实现对微观结构的高分辨率成像，为科学研究和工程应用提供了重要的技术手段。
电子显微技术(1)
电子显微技术(1)
总述：
• 电子显微镜有很多类型，主要有透射电子 显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显 微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透 射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则 兼有两者的性能。
电子显微技术(1)
总述：
The comparison picture of scanning electron microscope and transmission electron microscope
电子显微技术(1)
主要内容：
• TEM——透射扫描电镜 • SEM——扫描电子显微镜 • STM——扫描遂道显微镜 • AFM——原子力显微镜 • ESEM——环境扫描电镜 • STEM——扫描透射电镜 • FESEM——场发射扫描电镜 • SEAM——扫描电声显微镜
电子显微技术(1)
TEM——照明系统
• 照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。 • 电子枪是发射电子的照明光源。 • 聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而
成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。 • 照明系统的作用就是提供一束亮度高、照
明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明 源。
电子显微技术(1)
TEM——电子枪
电子显微技术(1)
TEM——透射电镜的结构
• 图5-11是透射电镜的 外观照片。
• 通常透射电镜由电子 光学系统、电源系统、 真空系统、循环冷却 系统和控制系统组成， 其中电子光学系统是 电镜的主要组成部分。
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。
物理实验技术中的电子显微镜样品制备与处理方法的金属附着与处理技巧
物理实验技术中的电子显微镜样品制备与处理方法的金属附着与处理技巧电子显微镜（electron microscope）是一种利用电子束取代光束观察样本的仪器，可提供比传统光学显微镜更高的放大倍数和更高的分辨率。
在物理实验中，电子显微镜被广泛用于研究微观结构，特别是金属的表面形貌和组织结构。
为了获得高质量的电子显微镜像，样品的制备与处理至关重要。
在本文中，我们将讨论一些关于金属附着与处理的技巧。
首先，要在电子显微镜中观察金属样品，样品必须具有足够的导电性。
金属的导电性通常较好，但在一些情况下，金属表面可能被氧化或污染，使导电性下降。
为了解决这个问题，我们可以使用一些金属附着技术来提高样品的导电性。
一种常用的金属附着技术是蒸镀（sputter coating）。
蒸镀是一种在样品表面沉积一层薄金属膜的方法，通常使用金属（如铂、银或金）作为附着材料。
蒸镀能够显著提高样品的导电性，使电子束更容易通过样品表面，提高图像的清晰度。
蒸镀的过程中，样品被放置在真空腔室中，并使用电子束或离子束轰击金属靶材，将金属粒子沉积在样品表面上。
然而，蒸镀也有一些局限性。
首先，蒸镀并不适用于所有材料，特别是不导电的材料。
其次，蒸镀制备的金属附着层可能会在高倍放大下显示出不均匀或颗粒状的结构。
为了解决这些问题，常常使用碳薄膜覆盖技术。
碳薄膜覆盖是一种将碳薄膜沉积在样品表面的方法，其使用广泛且适用于各种样品类型。
碳薄膜具有良好的导电性，并且其结构均匀。
它可通过碳蒸镀（carbon evaporation）或碳沉积（carbon deposition）等方法制备。
碳薄膜不仅可以提高样品的导电性，还可以降低金属附着层对显微镜图像的干扰，使图像更清晰。
除了金属附着技术，样品的处理也是实验中极为重要的一步。
对于金属样品而言，一些常见的处理技巧包括抛光和腐蚀。
抛光是一种使样品表面变得光滑和平坦的方法。
在电子显微镜观察中，样品表面的凹凸不平可能会影响图像的质量和分辨率。
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）是一种利用电子束照射样本表面，通过采集样本散射的次级电子、反射电子、透射电子等生成显微图像的设备。
其原理与传统光学显微镜不同，利用电子束的波粒二象性和电子与物质相互作用的性质来获得高分辨率的图像。
扫描电子显微镜由电子光源、电子光学系统、样本台以及信号检测和图像处理系统等组成。
首先，电子显微镜的电子光源发射出高能电子束，通常通过热丝发射电子的方式。
这些电子束会经过准直和聚焦装置，使其成为一束细且聚焦的电子束。
接下来，样本被放置在扫描电子显微镜的样本台上。
样本表面会与入射电子束相互作用，产生不同的信号。
其中，主要信号包括次级电子（Secondary Electron, SE）、反射电子（Backscattered Electron, BE）以及透射电子（Transmitted Electron, TE）。
次级电子主要由入射电子与样本表面原子的相互作用而产生，其被采集并转化为图像。
反射电子主要是在样本内部物质的相互作用下被散射回来的电子，同样被采集和转化为图像。
透射电子则是透过样本的电子，其传感元件可将其图像化。
这些信号被接收后，经过放大和转换为电子图像信号。
电子图像信号可以通过荧光屏或者光电二极管进行观测和记录。
最后，通过图像处理系统将电子信号转化为高分辨率的图像，该图像具有较高的对比度和分辨率，可以用来观察样本的细微特征。
扫描电子显微镜以其高分辨率和强大的观察能力被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术以及表面科学等领域。
电子显微镜原理
电子显微镜原理电子显微镜（Electron Microscope）是一种用电子束来观察样品的显微镜。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察更小、更细微的结构。
一、基本原理电子显微镜的基本原理是利用电子的波粒二象性。
与可见光不同，电子具有波长较短的特点，因此电子显微镜可以观察到更小的细节。
电子显微镜主要由电子枪、电磁透镜系统、样品台和检测器组成。
首先，电子枪通过加热阴极产生高速电子。
然后，这些电子被加速电场加速，形成电子束，通过电磁透镜系统聚焦到样品上。
样品与电子束相互作用后，产生一系列的相干和不相干散射电子。
最后，这些散射电子被检测器收集，转化为图像。
二、扫描电子显微镜（SEM）原理扫描电子显微镜是电子显微镜的一种类型，它通过扫描电子束并检测反射电子来生成高分辨率的表面形貌图像。
在扫描电子显微镜中，电子束被聚焦到非常细小的尺寸，并沿预定的方式在样品表面扫描。
当电子束照射到样品表面时，样品会产生一系列的反射电子。
这些反射电子被检测器捕捉，经过信号处理后形成图像。
三、透射电子显微镜（TEM）原理透射电子显微镜是另一种常见的电子显微镜类型，它通过透射电子来观察样品的内部结构。
在透射电子显微镜中，电子束经过极细的样品切片后射向检测器。
透射过程中，电子束会被样品内部的原子和晶格结构散射，形成干涉和衍射效应。
通过收集和处理经过样品透射的电子，最终形成高分辨率的内部结构图像。
四、电子显微镜的应用电子显微镜在科学研究、医学诊断、材料分析等领域有广泛的应用。
在材料科学中，电子显微镜可以观察材料的晶体结构、表面形貌和化学成分，帮助科学家研究材料性质和改进材料性能。
在生物学中，电子显微镜可以观察细胞和病毒的内部结构，揭示生物体的微观细节，对疾病的诊断和治疗提供重要依据。
在纳米科技领域，电子显微镜可以帮助科学家观察纳米材料的形貌和性质，探索纳米尺度下的奇特现象和新领域。
总结起来，电子显微镜利用电子的波粒二象性，通过聚焦、扫描和检测等技术，实现对样品的高分辨率观测。
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。
电子显微镜第一章电子光学基础与电子透镜
L2
D1
P1 屏
象平
2MX
面
场深示意图
2d最小M
焦深示意图 42
场深关系式
Df
2X
tan
2X
2d最小
焦深关系式
D1
2d最小M
tan 1
L1
tan
L2
tan 1
tan 1
L1 L2
tan
M
D1
2d最小M 2
Df M 2
43
h 2em0U （1-3）
11
把 h=6.6210-34 J.s, e=1.6010-19 C, m0=9.1110-31
kg数值代入，式（1-3）可以简化为：
150
λ
或者
U
12.25
U
(1-4)
推导上述式子的前提条件是：υ<<c，所以 它仅仅适用于加速电压比较低的情况下。
12
在电子显微镜中，一般电子的加速电压为几 十千伏，因此电子波长的计算，必须引入相 对论校正。考虑电子运动的相对论效应，运 动电子的质量为：
100
0.0370
200
0.0251
500
0.0142
1000
0.00687
15
电子在静电场中的运动
vt1
v1 θ vt2
U1
γ
U2
v2
电场中等电位面与光学系统中两介质界面起 着相同的作用。
16
电子在磁场中的运动
17
第二节 电子透镜
S
I
电子在轴对称磁场中的运动轨迹
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS
扫描电子显微镜SEM和能谱分析技术EDS 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能谱分析技术（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）是一种常用于材料科学和生物科学领域的先进工具，它们相互结合可以提供高分辨率的图像、元素成分分析以及相关属性的定量信息。
SEM是一种利用电子束扫描样品表面并形成二维或三维显微图像的技术。
与传统光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到微米级的细节。
SEM的工作原理是在真空或高真空环境中，通过加速电子束轰击样品表面，激发出一系列相互作用过程产生的信号。
这些信号包括次级电子（SE）和反射电子（BSE）等，它们与样品的形貌和组成有关。
SEM采用特殊的电子透镜和探测器系统，可以将这些信号转化为电子显微图像。
与SEM相结合的EDS能谱分析技术可以提供关于样品元素组成的定性和定量信息。
EDS是一种通过分析样品中X射线的能量和强度，来确定其元素成分的方法。
在SEM中，当电子束与样品相互作用时，会激发样品中的原子内层电子跃迁，产生特定能量的特征X射线。
EDS探测器可以测量这些X射线的能量，通过能量的定量分析，可以确定样品中的元素种类和相对含量。
EDS技术的定量分析需要校正和标定，校正是指校正探测器的能量响应，以准确测量X射线的能量；标定是指使用已知组成和浓度的实验样品进行这些校正和定量分析。
EDS技术对元素的检测范围和限量有一定的限制，对于轻元素的检测灵敏度较低，同时在多元素样品和复杂衬底的情况下，定量分析的精度也会受到影响。
SEM和EDS技术的结合可以提供更为全面和细致的样品分析。
SEM提供了样品的形貌和组织信息，可以观察到样品的微观结构和表面特征。
通过SEM观察到的微观特征，可以帮助解释材料的性能和行为。
而EDS的能谱分析可以提供关于样品成分的定性和定量信息，对材料的组成和标识也具有重要的作用。
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。
电子显微镜原理
主要特点
具有高分辨率和高景深，适用于 观察粗糙表面和不规则形状的样
品。
应用领域
表面科学、环境科学、考古学等。
扫描透射电子显微镜（STEM）
01
工作原理
扫描透射电子显微镜结合了透射和扫描的特点，通过聚焦的电子束穿透
样品，并利用探测器收集透过样品的电子束，形成样品的透射图像。
02
主要特点
具有高分辨率和高穿透深度，适用于观察厚样品和难以制备薄片的样品。
样品台
样品台是放置样品的平台，用于在电子显微镜中进行观察和 成像。
样品台通常由金属框架、载物片、微调机构和附件组成，载 物片用于放置样品，微调机构用于调节样品的倾斜角度和位 置。
物镜
物镜是电子显微镜中的主要透镜，用于将汇聚的电子束聚 焦在样品上，形成实像。
物镜通常由透镜、光栏、消像散器和物镜补偿器组成，透 镜用于汇聚电子束，光栏用于限制光束的大小，消像散器 和物镜补偿器用于消除像散和畸变。
素对电子的吸收和散射程度不同，形成明暗不同的影像。
主要特点
02
具有高分辨率和高放大倍数，适用于观察薄样品，如生物样品、
薄膜材料等。
应用领域
03
生物学、医学、材料科学等。
扫描电子显微镜（SEM）
工作原理
扫描电子显微镜通过聚焦电子束 扫描样品表面，激发样品表面的 电子并收集这些电子，形成样品
的表面形貌图像。
特点
高分辨率、高放大倍数、高对比 度、高穿透力和高样品适应性。
电子显微镜的历史与发展
01
02
03
04
1925年，德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发明了第
一台电子显微镜。
1931年，第一台商用电子显 微镜问世。
电子显微镜的原理和技术
电子显微镜的原理和技术电子显微镜（Electron Microscope）是一种利用电子束代替光线来观察样品表面或内部构造的显微镜。
它能够提供比光学显微镜更高的放大倍数和更高的分辨率，使得科学家们能够探究更小的特征和微观世界的奥秘。
在本文中，我们将探讨电子显微镜的原理和技术。
一、电子显微镜的原理电子显微镜的原理可以追溯到20世纪30年代，当时的物理学家们开始探索比光线更小的粒子（即电子）发生散射的现象。
通过精密的真空加工和电学控制，他们最终开发出了电子显微镜。
电子显微镜原理的核心在于电子束的使用。
电子显微镜的探测器是放置在物样与电子束之间，接受探测样品反射的探测器发射电流并转化为电子信号；这些信号被传输给一个电子注入控制器，它制造一个图像通过控制探测的电子束；这个图像可以被记录下来，或立即传输到互联网上。
通常，电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率。
这是因为电子波的波长比可见光波长更短，可以更精确地探测样品。
二、电子显微镜的技术电子显微镜技术的利用可以分为两个主要步骤。
首先需要准备适当的样品，其次需要建立适当的电子束和探测系统。
样品制备是电子显微镜技术中一个非常重要的步骤。
样品必须足够薄或透明来通过电子束，同时具有足够的结构以生产可变形的电子反射。
许多样品需要特殊处理，如薄片切割，金属净化，表面涂层或化学处理，以使它们能够提供清晰的图像。
这个过程可以使用各种技术来完成。
切片技术、离子制备技术、溅射、电子束热蒸、电动机械制备等技术。
除了样品制备外，正确的电子束和探测系统也是获得高质量图像的关键。
电子用于束扫描的装置或设备（例如电子枪，光栅等）必须被严格地控制和调整，以便产生最佳图像结果。
加速电压、聚焦、共焦、扫描线等参数对影响图像结果起着重要作用。
在电子显微镜技术的发展中，还出现了一些增强技术，比如能谱分析和高分辨成像技术。
这些技术使得电子显微镜在材料科学、化学、生物学和医学等领域有更广泛的应用。
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直接透射电子 弹性散射电子 非弹性散射电子 二次电子 X射线 反射电子
电子信号
直接透射电子 弹性散射电子 非弹性散射电子 二次电子 X－射线 反射电子
产生方式
成像作用
入射电子不与核、核外电 TEM 子发生碰撞 TEM 入射电子与原子核碰撞 入射电子与核外电子碰撞 TEM 样品表面电子受激发产生 SEM 样品原子跃迁产生 入射电子反射而产生 X－射线分 析仪 SEM
（2）阿贝公式 δ=0.61λ/n*sinα=0.61λ/NA 其中， δ：分辨本领 λ：入射光波长 n ：透镜所在介质的折射率 α：入射孔径角的一半 NA：数值孔径 当NA=1.2时, δ= 0.5λ λ为决定分辨本领的因素,分辨本领约为入射光波长的1/2 提高显微镜分辨本领的方法：电镜的波长<光镜的波长
（2）常用固定液特点：
1）戊二醛固定液： 优点：渗透力强，渗透速度快； 能良好地保存糖元、核酸、核蛋白、细胞 基质； 较好保存抗原，适合于细胞化学的研究； 可长期保存样品； 使用条件较宽容，适用范围广； 用缓冲液配制成 2%－3％的戊二醛固定 液。 缺点：不能保存脂肪，对膜的固定效果差； 无电子染色作用；对缓冲液的要求较高。
微生物学中 的各种细菌
T4噬菌体
生化、生理学：蛋白质、核酸、酶的结构
医 学 应 用：
HIV
SARS
H5N1 Infection
农 林 应 用：
柞蚕卵背纹气孔 粟蚕卵精孔
拟南芥上表皮毛
拟南芥茎上的气孔
植物的寄生线虫
小白鼠的毛
花粉粒
材料学：微结构、生物陶瓷、生物矿物等 刑侦科学：
2.电镜技术的发展
（二）真空的获得 1、电镜的真空系统包括真空泵、阀门、真空管 道和检测装置 检测装置 旋转泵
大气 10万P 760Torr 低真空 0.1P 10-3Torr
扩散泵
镜筒
高真空 10-3-10-5P 10-5-10-7Torr
TEM有真空检测装置，当镜筒中的真空度下降时， 高压电路自动中断，同时开启真空泵。
2.电子透镜的种类
静电电子透镜(electrostatic lens) 电子透镜 恒磁透镜 磁电子透镜 (magnetic lens) 电磁透镜 (electro-static lens)
电磁透镜的发展（分类）: 螺线管线圈 包壳透镜 极靴透镜(lens w生磁场 极靴透镜
3、增加反差的方法 降低加速电压 适当增加样品的厚度 用重金属盐溶液如锇、钨、锰、铅等为 染色剂对样品染色 利用物镜光阑
第三节 TEM的使用和调整
五.工作条件的选择
加速电压和物镜光阑的选择
第三章 TEM的样品制备技术
第一节 TEM对样品的要求和处理措施
原因 要求 脱水 措施 高真空（灯丝、电子穿透力） 所以要求样品在真空 中无挥发物 电子束穿透力弱 电子束打击力强样品易变形 浸没式的脱水、固定
2、机械泵及工作原理
2、扩散泵及工作原理
扩散泵工作的条件：低真空背景压 冷却循环水
三、电气系统 小电流高电压：加速电子和加热灯丝 大电流低电压：各级电磁透镜成像
要求这两种电源必须非常稳定，要经过二级稳压， 这是因为任何极微小的波动，都会改变电子束的波长， 从而影响成像质量和降低分辨率。
第二节
(1)电镜仪器的发展:分辨本领的提高和功能的改进
(2)样品制备技术的发展:
复杂
简单
3.电镜技术的未来
第二章 透射电子显微镜
第一节 透射电镜的结构
(Transmission Electron Microscope)
电子光学部分
透 射 电 镜
真空部分
供电部分
照明系统
电 子 光 学 系 统
样品室
成像系统
Ruska的电镜
三、其它显微技术 1.扫描探针显微镜(SPM):
扫描隧道显微镜(STM) 原子力显微镜(AFM)
2.激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)
3.显微技术:采用一系列技术手段，通过特定仪器装备， 显示、观察、研究微小肉眼看不见的微观世界结构、 功能的技术总称。
四、课程体系
电镜的结构、使用
5.常用固定方法：戊二醛- 锇酸双重固定法
6.常用缓冲液
缓冲液的作用：用来配制固定液，防止样品变形 两次过程之间需要用缓冲液漂洗 (1)磷酸钠缓冲液
(2)巴比妥——醋酸等渗缓冲液
(3)二甲砷酸盐缓冲液
三、脱水：用脱水剂置换样品中的水份的过程 1、目的：
（1）含水的样品在真空中蒸发时，一方面降低了电 镜的真空度，另一方面，样品是水份蒸发时易变形。 （2）利于包埋剂的渗透
透射电镜 （TEM）
扫描电镜 （SEM）
电镜技术
电镜的生物样品 制备技术
TEM： 超薄切片 负染色 冷冻制样技术 免疫电镜技术 生物大分子电镜技术 SEM： 干燥技术 金属镀膜技术
LSCM技术
离心技术
五、电镜技术的应用与未来
1.电镜技术的应用 生命科学: 组织学、细胞学
Human’s Egg and Sperm
2）四氧化锇：俗称锇酸。
优点：对脂类、蛋白质和磷脂蛋白的固定较好； 增加样品的反差。 缺点：渗透速率较醛类慢，所以常用于后固定； 不固定糖原和核酸； 其水溶液在室温下易挥发，有毒性； 使用浓度为1%水溶液； 固定时间不易过长，否则易使样品变脆。 3）高锰酸钾：对脂蛋白的固定较好，如神经髓鞘、叶绿体 和各种膜结构。3%工作浓度，4℃固定2小时。
观察记录系统
（一）照明系统：电子枪（electron gun)和聚光镜
（condenser len,CL)
阴极（Filament,Cathode)：加热后，提供热电子 1.电子枪 栅极(Wehnelt,Grid)：控制电子束的形状 阳极(Anode)：提供加速电压
2.聚光镜: 聚光镜、光阑、偏转线圈、消像散器 聚光镜的结构：极靴透镜 聚光镜的作用：将电子束无能量损失的汇聚在 样品上
软铁：包围导线，屏蔽作用，集中磁场
小孔极靴：进一步集中磁场，
增加会聚作用，
形成短焦距高倍透镜
4.场深和焦深 场深(depth of space site,Ds):也称景深,是一种 轴向距离,在给出清晰的像的前提下,允许 样品的位置可变动的最大距离。 焦深(depth of focus,Df):也是一种轴向距离， 在保持样品不变的位置，给出清晰的像的 前提下，允许像的位置可变动的最大距离 范围。
2、常用脱水剂
（1）选择 （2）常用脱水剂：乙醇或丙酮
3、方法：浓度梯度逐级置换的方法，每级大约15分钟
四、包埋：包括浸透、包埋和聚合三步。 1.方法
（1）浸透 目的： 用包埋剂逐步替代样品中的脱水剂，使包埋剂填充 样品结构中的空间，硬化后可支撑样品保持其原有形态。 （2）包埋 目的：电镜的样品块约1mm见方，体积太小不便于夹持切片， 将其包裹于较大物体中，形成一整体便于切片操作。 模具：常用药用胶囊、 包埋模板
散射 角度小
透过光阑的 电子少
透过光阑的 电子多
暗区 明区
振幅反差主要对厚样品的成像起作用， 同时物镜光阑在反差成像中起重要作用
位相反差（phase contrast) 对薄的样品成像起作用
成像信号 作用范围 物镜光阑
振幅反差 散射电子 厚的样品 小孔径
位相反差 透射和散 薄的样品 大孔径 射电子
（3）显微镜的放大倍数
有效放大倍数(useful magnification,Mu)：显微镜的 分辨本领或图像的极限分辨率放大到人眼的分辨本领所 需要的最小放大倍数。 MU=放大后的距离/放大前的距离 =人眼睛的分辨本领/显微镜的分辨本领 M光镜=0.2mm/0.2um=1000倍 M电镜=0.2mm/0.2nm=106倍
生物学电子显微镜技术
Biology electron microscope technology
课程性质：应用技术 授课方式： 理论：基本原理 基本概念 实验：基本操作 关键技术 考试形式：开卷考试
第一章
1.认识世界的方法 形态学:宏观(眼睛观察) 微观(显微技术) 化学组成:分析化学
绪
论
一、光镜的产生及发展
取材 固定
（渗透） 脱水 包埋 （聚合）
切片
染色
一、取材 1、取材的原则
准确 迅速 防损伤 低温 体积小
２、取材的方法
（1）动物材料：边固定边取样 （2）植物材料：先取样、后固定 （3）体外培养细胞及其它单体材料 离心法；琼脂预包埋法；琼脂铸膜法 (4) 骨组织的取材 取材 预固定 漂洗 脱钙 后固定
光学显微镜 电子显微镜
2.形态学的观测方法:
工具 分辨本领 肉眼 0.2mm 研究对象 动植物器官 大小 >100 µm 相应学科
解剖学 分类学 组织学 细胞学 微生物学
动植物组织器官 10~100 µm 光镜 0.2 µm 细胞、细菌 大细胞器 细胞器微观结构 及其分子结构 电镜 0.2nm 生物大分子 原子、原子晶格 ~1nm 0.1nm 0.2~10 µm
无效放大：超过有效放大倍数的放大称为无效放大， 又称为空放大。
二、电子显微镜的产生
1.电子显微镜产生的理论基础
1924 德布罗利 电子波 1926 布什 电磁透镜 1931 Ruska 电子显微镜
2.电子显微镜的分类（电子显微信号）
根据电子束和样品互相作用的方式 : TEM和SEM TEM SEM AEM TSEM 高分辨的TEM、SEM HVEM ESEM
样品切片厚度<0.1µm 超薄切片 样品结实 脱水、固定时易浸透 固定、包埋 取材小 重金属染色
样品组成元素原子系数小---- 增加反差 -样品反差小
第二节 超薄切片样品制备技术