透射电子显微镜

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：