透射电镜的原理与演示

去除空气分子对样品的污染。
真空系统的组成部件：
机械泵： 1 Pa 1.310-5~10-6Pa;
油扩散泵：1.310-6Pa 1.310-7 ~10-9Pa
真空系统 冷阱： 1.310-9Pa 1.310-10Pa
真空管道、阀门、储气罐等
一般电镜
离子泵 1.310-12Pa 超高压电镜
真空涡流泵
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电 电子照明系统的组成部件及其作用： 子
照 电子枪：产生高压电子束
明
两级聚光镜：会聚高压电子束，以得到极细而均匀的电子束流
系
统
第一聚光镜：将电子束的直径缩小20~60倍
第二聚光镜：将电子束的直径扩大1~2倍
高压(V)
第一聚光镜
第二聚光镜
高压 电子束
缩小
放大
灯丝 栅板
阳极
电子枪
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成
象
成象系统的组成部件及其作用：
系
统
➢吸附样品室中的少量空气分子
以提高真空度
➢降低温度可防止电子的热漂移
样品室
样品放置室
冷阱
液氮罐 金属导杆
铜网 样品
物镜
成像与放大装置 中间镜I
中间镜II 投影镜
放大50倍 放大3倍 放大15倍 放大200倍
500,000倍
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观 察
观察记录系统的组成部件及其作用：
记
录
透过样品的电子打到荧 光屏上可显示出反映样
演示实验 电子显微镜的原理与演示
1
一、电子显微镜出现的必然性
1. 分辨力
分辨力(resolution)：指显微镜能将近邻的两个质 点分辨清楚的能力, 通常是用相邻两点间 的距离(D)来表示。
光源的波长
0.612λ D
N.A. 镜口率(N.A.)
2
❖波长： 可见光波长为400~700nm (平均550nm)
分辨力
0.2~0.1m
0.1nm
放大倍数
1,000
1,000,000
6
电子显微镜与光学显微镜结构的对比图解
7
二、电镜的分类
根据电子束和样品之间作用方式的不同，可将 电镜分为4大类:
1) 物体透射电子 透射电镜 观察和分析样品的内部结构 2) 物体发射电子 扫描电镜 观察和分析样品的表面立体形貌 3) 物体反射电子 4) 物体吸收电子
❖镜口率(N.A.)的大小：
取决于镜口角和物镜与标本间介质的折射率
镜口角
N.A. nsin 2
物镜与标本之间介质的折射率
空气的折射率为1 水为1.33 香柏油为1.515 -溴萘为1.66
3
光镜分辨力的最小数值：≤0.2 m
紫外光显微镜：0.1 m 光学分辨率的极限！ 一般光镜设计的最大放大倍数为1,000~1,500
电磁透镜 次级电子信号
样品表面
探测器
接 受、 转变成光子
放 大、
光电倍增管 转换成电压信号
显象管/荧光屏
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电子枪灯丝
电磁 透镜
电磁 透镜
扫描线圈的 束偏转器
显象管
次级电子 样品
探测器
样品托
扫描电镜成像原理的简单图示36
扫描电镜在结构和工作原理上的特点：
(1) 扫描电镜所用样品的制备方法简便(固定、干燥和喷 金)，不需经过超薄切片；
(2) 扫描电镜采用的是次级电子成像； (3) 扫描电镜所观察到图像景深长，图像富有立体感； (4) 图像的放大倍率在很大范围内连续可变(101~105×)； (5) 样品的辐射损伤及污染程度小等。
37
扫描电镜的局限性：
(1) 分辨率还不够高(1~10nm)； (2) 只能显示样品的表面形貌，无法显示内部详细结构。
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电子枪 (1~10KV)
显示系统(显象管)
电磁透镜 真空系统
扫描线圈
信号的收集处理系统 样品室
供电 保护 系统
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电磁 透镜
电磁 透镜
电子枪灯丝
电子光学系统
扫描线圈的 束偏转器
显象管
样品 样品托
探测器 扫描电镜的结构简图 34
2. 扫描电镜的成像原理
电子枪
电子束 荧光点的亮度 扫描线圈
样品表面上相应点 所发出的次级电子数
④复膜显示出了标本蚀刻面的 形态，可置于透射电镜下观察。 电镜下的影像即代表标本中细 胞断裂面处的结构。
复膜
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冰 冻 蚀 刻 电 镜 照 片 演 示
细胞质膜的冰冻蚀刻电镜照片
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冰
冻
蚀
刻
电
镜
紧密连结的冰冻蚀刻电镜照片 微绒毛的冰冻蚀刻电镜照片
照
片
演
示
核膜
连结子
基膜
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电镜有关的讲解内容到此结束
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三、透射式电子显微镜
1、透射电镜的结构
真空系统 供电及保护系统 电子照明系统 成象系统 观察记录系统
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电子照明系统
透镜系统或 电子光学系统
成象系统
供电及 保护系统
观察记录系统
透射电镜的结构
真空系统
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真
空 抽真空的意义：
系 统
防止灯丝的氧化损伤； 确保电子束在运行过程中的运动轨迹不受空气分子干扰；
获得高分辨率的图像：数百万倍
❖使用电子枪发射出了波长极短的电子波 ❖利用电磁透镜可对电子束进行聚焦、放大和成像
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成像原理：
高压电子枪 高速电子束
电磁透镜
样品
电子束发生投射 荧光屏 电能转变成光能
浓淡不同的图像 图像各处浓淡的不同真实反映
了样品不同部位的物质结构 17
透射电镜照片演示
微管蛋白的免疫荧光照片
透
射
叶绿体的
电
透射电镜
镜
照片
照
片
演
示
线粒体的透射电镜照片
23
透
射
电
镜
照
片
演
细胞核的透射电镜照片 有丝分裂器的透射电镜照片
示
凋 亡 细 胞
正 在 杀 肿 瘤 细 胞 的 T 细 24 胞
透
笼形蛋白
射
电
镜
照
热休克蛋白Hsp60
片
演
示
-辅肌动蛋白
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透 射 电 镜 照 片 演 示
金的原子布阵的透射电镜照片
26
透 射 图像各处浓淡的不同与样品中不同部位的物质结构相反 电 镜 照 片 演 示
T4噬菌体负染色的透射电镜照片
27
螺原体
28
驱动蛋白
胞质动力蛋白
纤毛动力蛋白
核纤层蛋白
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在透射电镜中，被观察粒子的 大小一定要大于电子束的波长才能 被分辨出来；否则，电子束就会发 生绕射，无法看到粒子 ！
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电 镜 室 参 观 安 排：
？？本周三 14:00 Group 12：测试中心一楼透射电镜室 Group 21：测试中心一楼扫描电镜室
？？本周五 14:00 Group 3：测试中心一楼透射电镜室 Group 4：测试中心一楼扫描电镜室
注意：请务必服从命令听指挥！ 48
冰冻断裂技术也是研究细胞内部各种细胞器结构 的有用手段。
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(2) 冰冻蚀刻技术的操作步骤:
①将标本于-100℃干冰中或-196℃液氮中，超低温冰冻。 ②然后用冰刀骤然将标本冲断开，升温后冰在真空条件下
迅即升华，暴露出了断裂面结构——蚀刻(etching)。
断裂
蚀刻
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③蚀刻后，再向断裂上喷涂一 层蒸汽碳和铂。然后将组织溶 掉，把碳和铂的膜剥下，此膜 即为复膜(replica)。
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供
电 供电及保护系统的组成部件及其作用：
及
保
护
一般电镜均拥有两个电源：
系
高电压低电流的高压电源：产生高速电子
统
低电压高电流的透镜电源：控制高速电子束的运动轨迹
稳压和稳流装置：保证电压和电流的高度稳定 保护与控制系统：一旦电镜的某一部分发生故障, 电镜的保护系
统会让其自动紧急关机和断电, 以免损伤电镜！
冰冻蚀刻技术(freeze etching)：
利用“复膜(replica)”在透射电镜下观察： ❖可观察到样品的内部结构； ❖可观察到富有立体感的图像； ❖提高了分辨率。
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扫描电镜照片演示
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扫 描 电 镜 照 片 演 示
人耳听毛细胞的扫描电镜照片
40
扫
描
电
镜
照
片
演
人RBC的扫描电镜照片
有被小泡的扫描电镜照片
系
观察室 荧光屏
品真实结构的图像
统
铅玻璃窗
保护眼睛
放大镜 用于放大投到荧光屏上的图像
照相装置 电子形成的荧光图像衰减速度很快，一旦
观察到理想的结构图像就需要尽快照相
注意：电镜照相与普通照相不同，图像的反衬度最低时 才是正聚焦；且底片还必须要经过预干燥处理
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2、透射电镜的成像原理
高速电子束
透射样品
示
转 化 细 胞
41
扫
描
电
镜
照
片
演
细胞褶皱的扫描电镜照片
分裂沟的扫描电镜照片
示
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冰冻蚀刻技术
(freeze-etching techniques)
亦 称 冰 冻 断 裂 (freeze-fracture) ， 是 研 究 生 物 膜 内部结构的一种有用的技术，关于膜结构的许多资料 即是利用这种方法取得的。
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透 图像各处浓淡的不同真实反映了样品中不同部位的物质结构 射 电 镜 照 片 演 示
一个植物细胞的透射电镜照片
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透 射 电 镜 照 片 演 示
糙面内质网的透射电镜照片 20
透 射 电 镜 照 片 演 示
多核糖体的透射电镜照片
21
透 射 电 镜 照 片 演 示
玉米分散高尔基体的透射电镜照片 22
☺有效放大： 指本来用肉眼看不清楚的物体经显微
镜放大成像后可以分辨清楚的放大
无效放大： 指本来用肉眼能看清楚的物体经放大
镜、幻灯机或投影仪等放大成像后可 以分辨得更清楚的放大。
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各种光与电子束的波长比较
名称 可见光 紫外光 X-射线 -射线 电子束 100V 10,000V 100,000V
波长(nm) 760~390 390~13 13~0.05 1~0.005
0.123 0.0122 0.00387
电子束的波长与发射电子 束的电压平方根成反比：
1 V
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2. 电镜与光镜的对比
电子显微镜与光学显微镜的异同点
光学显微镜
电子显微镜
照射光
光束
电子束
波长(nm) 长：200~750 短：0.003~0.008
介质
空气
真空
透镜
光学透镜
电磁透镜
聚焦方式
机械聚焦
电聚焦
光源 (卤灯或汞灯)
高压电子枪
玻璃透镜 (聚光镜) 样品 玻璃透镜 (物镜)
玻璃透镜 投影镜 (目镜)
肉眼
电磁 透镜 样品
荧光屏
束偏转器
图像投到 视屏上
光镜
透射电镜
扫描电镜
光镜、透射电镜及扫描电镜的成像光路图解
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四、扫描电镜的结构与成像原理
1. 扫描电镜的基本结构
电子枪 电磁透镜 电子光学系统 扫描线圈 扫描电镜 样品室 信号的收集处理及显示系统 真空系统 供电保护系统等