电镜技术与细胞超微结构 复习题

电镜技术与细胞超微结构复习题

1.电子显微镜是一种什么仪器呢?

从本质上讲，电镜是一种助视仪器。人类认识自然界大部分信息来自眼睛。但是正常人眼在明视距离25cm 时，只能将相距0.2mm的两个物体分辨，小于0.2mm的物体结构细节人眼分辨不清。为了能看到生物结构更小的细节，科学家发明了各种助视仪器，不断提高人眼的分辨率，这些助视仪器有放大镜、望远镜、各种显微镜等。

2.电子显微镜科学主要包括三个方面的内容:

1.各种电子显微镜的设计与制造；

2.电子显微镜样品制备以及有关的各种设备；

3.电子显微镜图像的处理、分析和解释。

在生物电子显微技术中，同样是研究和解决电子显微镜应用于生物学时这三方面的内容。

1932年他们把上述研究成果写成报告井公布于世，人们多把1932年定为“电镜诞生年”。

1939年Ruska等在德国Siemens公司，研制并生产了第一系列商品电镜，其分辨力为10nm，共生产了 40台。1942年，M.Mullan在剑桥大学研制成功第一台扫描电镜实验室装置；

电子显微镜的定义：它以电子束作为“光源”（电子束的波长比可见光的波长短得多，使电镜的分辨率大幅度提高），利用电磁透镜成象，并与一定的机械装置、电子和高真空技术相结合，所构成的现代化、综合性精密电子光学仪器。

一、透射式电子显微镜是一种电子束透过样品而直接成像的电镜，其电子束的加速电压一般为 50～

l00kV，样品厚度1～100nm(一般为50nm左右)。

透射电子显微镜特点：

1．分辨率极高点分辨率0.2～0.3nm，晶格分辨率0.1～0.2nm。

2.放大倍数高、变化范围广：几百倍至到几十万可调。

3．制样技术以超薄切片法为主，此外还有负染法、复型法等，样品制备比较复杂。

4．图象特点视场范围小，为二维结构平面图像。

5．应用范围广泛用于研究生物样品局部切面的超微结构，生物大分子结构以及冷冻蚀刻复型膜上的生物膜超微结构，非生物样品的纳米结构观察等。

二、扫描式电子显微镜

概念电子束照射在样品上，产生二次电子等信息，而后再将二次电子等信息收集起来放大成像。扫描电镜图像实为间接成像，其加速电压在1～30kV之间。

扫描电子显微镜特点：

1．分辨率较高一般为3～6nm，场发射式扫描电镜可达1～2nm；放大倍数一般为 20万倍，场发射式可达40万倍；放大倍率连续可调。

2．制样技术以样品表面观察法为主，此外还有冷冻割断内部结构观察法、高分辨样品制备法及管道铸型法等；可观察大而厚的样品，制备方法较为简单，样品的适应性较强。

3.图像特点景深长，图像层次丰富，立体感强，为三维结构图像。

4.应用范围广泛应用于生物样品表面及其断面立体形貌的观察，并具有多种分析功能。

三、分析型电镜

(一)概念为装有扫描附件、能谱仪(EDX)和波谱仪(WDX)的透射电镜。

(二)特点除具有透射电镜和扫描电镜性能以外，还可对样品微区内(几个um3)的元素，进行定性、定量

综合分析。

四、超高压电镜(HVEM)

(一)概念为加速电压在500kV以上的透射电镜。目前世界上超高压电镜的最高加速电压为3000kV；世界

此类电镜数量较少。

(二)特点

1．分辨率高电镜加速电压高，穿透力强，分辨率高，对样品损伤小。

2．制样技术该电镜可观察厚样品 (＞100nm)和含水的样品，如利用特殊“压力样品室”，研究生活细菌和培养细胞等。

3．图像特点可观察细胞表面、内部及细胞骨架结构，还可通过“叠加法”对图像进行立体化处理。 4．应用范围可广泛应用于医学生物学研究中厚样品、含水样品超微结构的观察，还可用于观察活体样品，为细菌、细胞培养中的动力学观察开辟了新途径。

缺点：此类电镜造价很高，难于普及。

电镜的分辨力还受以下因素影响：

(1)电镜本身的真正分辨力(部件的加工精度，出厂前的调整情况等)

(2)电镜的工作状态，如电镜加速电压的大小、电镜机械与电气合轴情况、真空及高压稳定度，电镜污染

情况等

(3)样品方面的问题，如样品的性质、样品的厚度、被观察细节的形态及位置、样品的反差条件等。

放大倍率（放大倍数）

显微镜的放大倍率与其分辨力密切相关，

放大倍率(M有效)＝人眼分辨力／显微镜分辨力人眼的分辨力为0.2mm

球差：透镜缺陷使近轴磁场与边缘磁场对电子束偏转能力不同，使一质点成像为一个弥散球。

像散：电子透镜实际上不可能制作得完全对称，使得透镜在不同子午面上的焦距有差别，即

出现像散。

色差：电镜的光源是电子束，其波长随加速电压而变动。当加速电压不稳定时，造成电子束波长变异，因而发生类似的像差，使图象分辨率下降，称为色差。

畸变：主要是由各透镜的缺陷综合形成的。

七、电子束与样品的相互作用关系

(一)透射电子（TE）：

当样品做得比较薄时(小于100nm)，一部分入射电子便可以穿透样品，将这部分电子叫作透射电子；

将没有穿透样品而停留在样品内部的电子叫作吸收电子。

(二)二次电子（SE）

一般将电子枪发射的电子叫一次电子，在一次电子的轰击下，在样品的表面层5～50nm深度激发出来的电子叫做二次电子。二次电子是扫描电镜的主要信号，其特点是可反映样品的表面形态；其产生量取决于样品的外貌和成分，并与加速电压、照射电流与光斑直径的大小等因素有关。

(三)背散射电子（BE）

它是从样品表面向下50～1000nm深度内，入射电子与样品成分发生弹性碰撞被反射出来的电子，又称反射电子．

(四)特征X射线

样品化学成分中的原于被入射电子电离后，可发出特征x射线，它产生于500— 5000nm的样品深部区域。不同元素可以发出不同的特征x射线，与原子序数有关。其相对强度与激发区内相应元素的含量有关。特征x射线可用x射线显微分析技术检测，该技术主要利用波谱仪(WDX)和能谱仪(EDX)对微小区域内的元素成分，进行定性和定量分析。

二、透射电子显微镜的结构

透射电镜的主体是电子光学系统（镜筒）。由于电磁透镜较重，还要考虑机械的稳定性，一般制成直立式。镜筒从上到下依次为：电子枪、聚光镜为照明系统，样品室、物镜、中间镜和投影镜为成像系统，荧光板和照相机构是观察记录系统。此外，电镜的整体还须包括真空系统和电路系统。

目前大型电镜采用由物镜、两个中间镜和一个投影镜组成的成像放大系统。成像系统的总放大倍数是4个透镜放大倍数的乘积：

M总＝M物×M第一中×M第二中×M投

电镜要求高真空工作的必要性（主要原因）：