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透射電子顯微鏡（顯微鏡的一種）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-23

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透射電子顯微鏡

顯微鏡的一種

透射電子顯微鏡是使用電子束為光源的，成像原理與光學(xué)顯微鏡基本一樣的電子顯微鏡。

基本信息

中文名	透射電子顯微鏡
外文名	Transmission Electron Microscope
發(fā)明人物	E.Ruska
簡(jiǎn)稱	TEM

正文

電子顯微術(shù)的主要電子光學(xué)儀器。主體部分是電子透鏡和顯像記錄系統(tǒng)，由置于真空中的電子槍、聚光鏡、物樣室、物鏡、衍射鏡、中間鏡、投影鏡、熒光屏和照相機(jī)等組成。與光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)完全類似（見(jiàn)圖）。

透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡的工作原理是一單色、單向、均勻而高速的微電子束，用薄試樣相互作用時(shí)，束中的部分電子激發(fā)出與試樣相關(guān)的二次電子、背散射電子、特征X射線和俄歇電子等信息。穿過(guò)試樣的電子束，被散射偏離原有方向的叫散射電子束，未被散射的叫透射電子束。這兩類電子束皆可用于成像。能獲得襯度完全相反的兩種像──取透射電子束經(jīng)過(guò)物鏡聚焦的像叫明場(chǎng)像；取散射電子束經(jīng)過(guò)物鏡聚焦的像叫暗場(chǎng)像。再經(jīng)過(guò)中間鏡和投影鏡的多級(jí)放大，最終將欲觀測(cè)的圖像呈現(xiàn)在熒光屏上。

現(xiàn)代的高分辨率透射電鏡，能分辨0.1納米以下的微細(xì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)可達(dá)100萬(wàn)余倍。這種電鏡適用于晶體結(jié)構(gòu)和缺陷的直接成像，即能觀測(cè)原子或原團(tuán)的排列，又能確定其所處的空間位置。另一類配有X射線能譜儀、電子能量損失譜儀、俄歇電子譜儀和掃描附件等的分析型電鏡，可用于小至直徑 4納米范圍內(nèi)的晶體形態(tài)、成分和結(jié)構(gòu)的分析。地質(zhì)學(xué)中用于微細(xì)礦物，如粘土礦物的形態(tài)觀察與鑒定；微細(xì)礦物的顯微雙晶、出溶、相變和位錯(cuò)研究等。

基本原理

在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看清小于0.2μm的細(xì)微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)（submicroscopicstructures）或超微結(jié)構(gòu)（ultramicroscopicstructures；ultrastructures）。要想看清這些結(jié)構(gòu)，就必須選擇波長(zhǎng)更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡（transmissionelectronmicroscope，TEM），電子束的波長(zhǎng)要比可見(jiàn)光和紫外光短得多，并且電子束的波長(zhǎng)與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說(shuō)電壓越高波長(zhǎng)越短。目前TEM的分辨力可達(dá)0.2nm。

電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場(chǎng)作透鏡。另外，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標(biāo)本須制成厚度約50nm左右的超薄切片。這種切片需要用超薄切片機(jī)（ultramicrotome）制作。電子顯微鏡的放大倍數(shù)最高可達(dá)近百萬(wàn)倍、由電子照明系統(tǒng)、電磁透鏡成像系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等5部分構(gòu)成。

分類

大型透射電鏡

大型透射電鏡（conventionalTEM）一般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓相關(guān)，可達(dá)0.2-0.1nm，高端機(jī)型可實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨。

低壓透射電鏡

低壓小型透射電鏡（Low-Voltageelectronmicroscope,LVEM）采用的電子束加速電壓（5kV）遠(yuǎn)低于大型透射電鏡。較低的加速電壓會(huì)增強(qiáng)電子束與樣品的作用強(qiáng)度，從而使圖像襯度、對(duì)比度提升，尤其適合高分子、生物等樣品；同時(shí)，低壓透射電鏡對(duì)樣品的損壞較小。

分辨率較大型電鏡低，1-2nm。由于采用低電壓，可以在一臺(tái)設(shè)備上整合透射電鏡、掃描電鏡與掃描透射電鏡

冷凍電鏡

冷凍電鏡（Cryo-microscopy）通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設(shè)備，將樣品冷卻到液氮溫度（77K），用于觀測(cè)蛋白、生物切片等對(duì)溫度敏感的樣品。通過(guò)對(duì)樣品的冷凍，可以降低電子束對(duì)樣品的損傷，減小樣品的形變，從而得到更加真實(shí)的樣品形貌。

參考資料

[1]

細(xì)胞生物學(xué)教程[引用日期2011-01-15]

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