《電子顯微技術(shù)》 (2)ppt課件

1、生物電子顯微技術(shù)生物電子顯微技術(shù)電子顯微鏡的根本知識(shí)電子顯微鏡的類型及特點(diǎn) 透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡 分析電子顯微鏡 雙束電子顯微鏡電鏡生物樣品制造技術(shù) 超薄切片制造技術(shù) 負(fù)染色技術(shù) 掃描電子顯微鏡樣品制備技術(shù) 冷凍制樣技術(shù)第一章第一章 電子顯微鏡的根本知識(shí)電子顯微鏡的根本知識(shí)11.電子顯微鏡的開展概略電子顯微鏡的開展概略12.電子顯微鏡的根本知識(shí)電子顯微鏡的根本知識(shí)11.電子顯微鏡的開展概略電子顯微鏡的開展概略一、電子顯微鏡的發(fā)明與開展：一、電子顯微鏡的發(fā)明與開展： 科學(xué)實(shí)際的開展：科學(xué)實(shí)際的開展： 1924年物理學(xué)家德布羅意證明了：年物理學(xué)家德布羅意證明了： 電子與光一樣，具有動(dòng)搖性

2、；電子與光一樣，具有動(dòng)搖性； 1926年物理學(xué)家布施發(fā)表了年物理學(xué)家布施發(fā)表了 “關(guān)于帶電粒子在軸對(duì)稱電場(chǎng)、磁場(chǎng)中有聚焦作用關(guān)于帶電粒子在軸對(duì)稱電場(chǎng)、磁場(chǎng)中有聚焦作用裸眼察看物體：器官、組織裸眼察看物體：器官、組織光學(xué)顯微鏡：器官、組織、細(xì)胞光學(xué)顯微鏡：器官、組織、細(xì)胞探求更微小的生命方式：病毒探求更微小的生命方式：病毒超顯微術(shù)超顯微術(shù)人類的夢(mèng)想與實(shí)際的支撐人類的夢(mèng)想與實(shí)際的支撐 導(dǎo)致了電子顯微鏡設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)生！導(dǎo)致了電子顯微鏡設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)生！能夠性能夠性必然性必然性1.電子顯微鏡發(fā)明的必然與可行性：電子顯微鏡發(fā)明的必然與可行性：2.電子顯微鏡的誕生：電子顯微鏡的誕生：電子顯微鏡于電子顯微鏡于

3、1931年，在德國(guó)柏林大學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)室由年，在德國(guó)柏林大學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)室由Knoll 和和RUska研制勝利，證明了由電子束為光源、電研制勝利，證明了由電子束為光源、電子透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，可以對(duì)物體放大成像。子透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，可以對(duì)物體放大成像。1932年向世界宣告了電子顯微鏡的誕生。年向世界宣告了電子顯微鏡的誕生。1939年年,Ruska在西門子公司研制消費(fèi)了世界上第一在西門子公司研制消費(fèi)了世界上第一 系列商品電鏡，分辨率系列商品電鏡，分辨率10nm，40臺(tái)；臺(tái)；1935年，年，Knoll首先提出了掃描電鏡的設(shè)計(jì)思想和工首先提出了掃描電鏡的設(shè)計(jì)思想和工 作原理；作原理；1942年，年

4、，M.Mullan在劍橋大學(xué)研制勝利第一臺(tái)在劍橋大學(xué)研制勝利第一臺(tái) 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室安裝；掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室安裝；1965年由劍橋大學(xué)儀器公司第一批商品掃描電鏡，年由劍橋大學(xué)儀器公司第一批商品掃描電鏡， 分辨率分辨率50100nm，1萬倍。萬倍。初級(jí)構(gòu)成階段：功能單一，電子管時(shí)代，操作復(fù)雜初級(jí)構(gòu)成階段：功能單一，電子管時(shí)代，操作復(fù)雜初期初期3.電子顯微鏡的開展、走向成熟電子顯微鏡的開展、走向成熟20世紀(jì)世紀(jì)6080年代，實(shí)際以及技術(shù)到達(dá)成熟的時(shí)期。年代，實(shí)際以及技術(shù)到達(dá)成熟的時(shí)期。成熟階段：功能多樣化，晶體管時(shí)代，操作復(fù)雜成熟階段：功能多樣化，晶體管時(shí)代，操作復(fù)雜4.現(xiàn)代電子顯微鏡現(xiàn)代電子顯微鏡高性

5、能、多功能、構(gòu)造緊湊、微機(jī)化控制高性能、多功能、構(gòu)造緊湊、微機(jī)化控制/ /操作操作微機(jī)化操作系統(tǒng)微機(jī)化操作系統(tǒng)二、我國(guó)電鏡事業(yè)的開展概略二、我國(guó)電鏡事業(yè)的開展概略1.我國(guó)電鏡的研制概略：我國(guó)電鏡的研制概略：2.我省電鏡運(yùn)用概略：我省電鏡運(yùn)用概略：三、電子顯微運(yùn)用技術(shù)的概略：三、電子顯微運(yùn)用技術(shù)的概略：始于始于20世紀(jì)世紀(jì)50年代；年代；1959年中科院精細(xì)儀器研討所研制勝利第一臺(tái)透射電鏡年中科院精細(xì)儀器研討所研制勝利第一臺(tái)透射電鏡XD-100型；型；1965年中科院科儀廠研制勝利年中科院科儀廠研制勝利DX-3型透射電鏡，分辨率到達(dá)型透射電鏡，分辨率到達(dá)0.3nm；1977年上海新躍儀表廠研制出

6、年上海新躍儀表廠研制出DXB-12型透射電鏡，分辨率到達(dá)型透射電鏡，分辨率到達(dá)0.2nm;中科院科儀廠自中科院科儀廠自KYKY-1000B以后，以后，KYKY-2800型，型，KYKY-3800型掃描電鏡。型掃描電鏡。常規(guī)超薄切片技術(shù)常規(guī)超薄切片技術(shù)常規(guī)掃描制樣技術(shù)常規(guī)掃描制樣技術(shù)冷凍復(fù)型技術(shù)冷凍復(fù)型技術(shù)細(xì)胞化學(xué)技術(shù)：酶的細(xì)胞化學(xué)，細(xì)胞化學(xué)技術(shù)：酶的細(xì)胞化學(xué)，免疫電鏡技術(shù)免疫電鏡技術(shù)負(fù)染色技術(shù)負(fù)染色技術(shù)生物納迷察看與加工技術(shù)生物納迷察看與加工技術(shù)12.電子顯微鏡的根本知識(shí)一、電子顯微鏡的計(jì)量單位：一、電子顯微鏡的計(jì)量單位：1cm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm 0

7、.1nm電鏡察看電鏡察看nm)光鏡察看光鏡察看(m)裸眼察看裸眼察看(mm)原子和分子原子和分子核酸和核酸和蛋白分子蛋白分子病毒病毒細(xì)胞器細(xì)胞器細(xì)菌細(xì)菌細(xì)胞細(xì)胞動(dòng)、植物器官動(dòng)、植物器官1m=10-6m1nm=10=10-9m1mm=10-3m1mm=10-3m1m=10-6m二、電子顯微鏡的照明源二、電子顯微鏡的照明源電子束電子束1.電子槍的構(gòu)造：高壓高壓偏偏壓壓0V陽極陽極柵極柵極陰極陰極3V3A陰極：鎢燈絲，產(chǎn)生電子陰極：鎢燈絲，產(chǎn)生電子?xùn)艠O：控制電子束柵極：控制電子束陽極：加速電子運(yùn)動(dòng)陽極：加速電子運(yùn)動(dòng)2.電子束的產(chǎn)生燈絲加電壓，尖端溫度升高到燈絲加電壓，尖端溫度升高到2227時(shí)逸出電子

8、，當(dāng)溫度升高時(shí)逸出電子，當(dāng)溫度升高到到2480時(shí)逸出大量電子，這些時(shí)逸出大量電子，這些自在電子在高壓作用下，構(gòu)成高自在電子在高壓作用下，構(gòu)成高能電子束。能電子束。三、電子透鏡系統(tǒng)三、電子透鏡系統(tǒng)1.實(shí)際根據(jù)：實(shí)際根據(jù)：1926年，德國(guó)物理學(xué)家布施發(fā)現(xiàn)：一切帶年，德國(guó)物理學(xué)家布施發(fā)現(xiàn)：一切帶 電粒子在旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱磁場(chǎng)或電場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)軌跡可以被電粒子在旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱磁場(chǎng)或電場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)軌跡可以被 折射而會(huì)聚。處理了電子束聚焦的關(guān)鍵問題。折射而會(huì)聚。處理了電子束聚焦的關(guān)鍵問題。2.電子透鏡的類型電子透鏡電子透鏡靜電電子透鏡：靜電電子透鏡：磁電子磁電子透鏡透鏡恒磁透鏡：用恒磁體激磁的透鏡恒磁透鏡：用恒磁體激磁的

9、透鏡電磁電磁透鏡透鏡螺線管線圈：磁場(chǎng)非常弱螺線管線圈：磁場(chǎng)非常弱包殼透鏡：磁性資料封鎖線圈，聚光鏡包殼透鏡：磁性資料封鎖線圈，聚光鏡極靴透鏡：高導(dǎo)磁性資料極靴，使磁場(chǎng)極靴透鏡：高導(dǎo)磁性資料極靴，使磁場(chǎng) 高度集中。物鏡、投影鏡等強(qiáng)透鏡。高度集中。物鏡、投影鏡等強(qiáng)透鏡。由靜電場(chǎng)組成的三級(jí)電子槍由靜電場(chǎng)組成的三級(jí)電子槍四、電子透鏡的相差：四、電子透鏡的相差：像差的主要類型像差的主要類型電子光學(xué)系統(tǒng)與理想光學(xué)系統(tǒng)成像的差別，稱為像差。電子光學(xué)系統(tǒng)與理想光學(xué)系統(tǒng)成像的差別，稱為像差。1.球差：透鏡缺陷使近軸磁場(chǎng)與邊緣磁場(chǎng)對(duì)電子束偏球差：透鏡缺陷使近軸磁場(chǎng)與邊緣磁場(chǎng)對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)才干不同，一質(zhì)轉(zhuǎn)才干不同，一

10、質(zhì) 點(diǎn)成像為一個(gè)彌散球。點(diǎn)成像為一個(gè)彌散球。2.像散：由資料性質(zhì)和加工精度不良引起的磁場(chǎng)分布呈像散：由資料性質(zhì)和加工精度不良引起的磁場(chǎng)分布呈 非對(duì)稱性，呵斥在非對(duì)稱性，呵斥在X,Y方向的放大率不同使圖像變形。方向的放大率不同使圖像變形。3.色差：電源動(dòng)搖引起加速電壓動(dòng)搖，呵斥電子束波長(zhǎng)色差：電源動(dòng)搖引起加速電壓動(dòng)搖，呵斥電子束波長(zhǎng) 的變化，使圖象分辨率下降。的變化，使圖象分辨率下降。4.畸變：磁場(chǎng)軸上聚焦才干畸變：磁場(chǎng)軸上聚焦才干 弱于軸外聚集才干而使圖弱于軸外聚集才干而使圖 象變形。象變形。五、分辨率：五、分辨率：(分辨力、分辨身手或解像力分辨力、分辨身手或解像力=0.61/00為最正確孔徑

11、角，為最正確孔徑角，為電子束波長(zhǎng)為電子束波長(zhǎng)指電子顯微鏡可以清楚分辨出兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)圓心間指電子顯微鏡可以清楚分辨出兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)圓心間最小間隔的才干。最小間隔的才干。1.概念：概念：2.理想分辨率：理想分辨率：電子顯微鏡分辨率：電子顯微鏡分辨率：電子束的波長(zhǎng)約：電子束的波長(zhǎng)約：0.005nm,那么：那么：理想理想=0.0025nm鏡筒組件加工精度、組裝調(diào)試程度、資料性質(zhì)鏡筒組件加工精度、組裝調(diào)試程度、資料性質(zhì)電鏡任務(wù)形狀：加速電壓、合軸形狀、真空及電源穩(wěn)定性電鏡任務(wù)形狀：加速電壓、合軸形狀、真空及電源穩(wěn)定性樣品要素：樣品性質(zhì)、厚度、本身細(xì)節(jié)、導(dǎo)電性樣品要素：樣品性質(zhì)、厚度、本身細(xì)節(jié)、導(dǎo)電性3.影響分辨率

12、的要素：影響分辨率的要素：當(dāng)加速電壓為當(dāng)加速電壓為100時(shí)，時(shí)，=0.037，要求要求0=1.1x10-2rad那么：那么：=2.05=0.2nm4.實(shí)踐分辨率實(shí)踐分辨率:=0.61/0 前提條件：前提條件：1儀器在最正確形狀；儀器在最正確形狀；2樣品最正確；樣品最正確；3操作最正確。操作最正確。六、放大率放大倍數(shù)六、放大率放大倍數(shù)1.放大倍數(shù)：指線性放大，即在顯微鏡下察看到的物體放大倍數(shù)：指線性放大，即在顯微鏡下察看到的物體 的長(zhǎng)度與其實(shí)踐長(zhǎng)度的比值。的長(zhǎng)度與其實(shí)踐長(zhǎng)度的比值。2.有效放大倍數(shù)：指裸眼分辨率與顯微鏡分辨率的比值。有效放大倍數(shù)：指裸眼分辨率與顯微鏡分辨率的比值。即：即：M有效有

13、效=人人/儀儀人人=0.2mm：當(dāng)當(dāng)=0.2nm時(shí)，時(shí)，M有效有效=0.2mm/0.2nm=100萬倍萬倍當(dāng)當(dāng)=0.5nm時(shí)時(shí) M有效有效=0.2mm/0.5nm=40萬倍萬倍當(dāng)當(dāng)=5nm時(shí)，時(shí)， M有效有效=0.2mm/5nm=4萬倍萬倍 !超出有效放大范圍的放大稱為空放大，或無效放大！超出有效放大范圍的放大稱為空放大，或無效放大！裸眼的分辨率為：裸眼的分辨率為：0.2mm光鏡分辨率：光鏡分辨率：=0.621/nsin=200nm=0.2m七、電子束與樣品的相互作用關(guān)系七、電子束與樣品的相互作用關(guān)系二次電子二次電子背散射電子背散射電子彈散彈散X射線射線掃描電鏡掃描電鏡掃描透射掃描透射透射電鏡

14、透射電鏡吸收吸收彈性散射電子彈性散射電子非彈性散射電子非彈性散射電子透射電鏡信號(hào)主要由透射電子、部分散射電子構(gòu)成。透射電鏡信號(hào)主要由透射電子、部分散射電子構(gòu)成。掃描電鏡信號(hào)主要由二次電子構(gòu)成。掃描電鏡信號(hào)主要由二次電子構(gòu)成。入射入射電子電子能量分析能量分析2.透射電子：當(dāng)樣品足夠薄小于透射電子：當(dāng)樣品足夠薄小于50nm時(shí)，部分入射時(shí)，部分入射電子可以穿透樣品而到達(dá)熒光屏成像，被叫做透射電子。電子可以穿透樣品而到達(dá)熒光屏成像，被叫做透射電子。3.彈性散射電子：入射電子束與樣品物質(zhì)的原子核或彈性散射電子：入射電子束與樣品物質(zhì)的原子核或 電電 子碰撞后，使運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改動(dòng)，叫做彈性散射電子。子碰撞后

15、，使運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改動(dòng)，叫做彈性散射電子。4.非彈性散射電子：入射電子束進(jìn)入樣品后，未發(fā)生碰撞，非彈性散射電子：入射電子束進(jìn)入樣品后，未發(fā)生碰撞，而是遭到樣品物質(zhì)庫侖場(chǎng)的作用，有部分能量損失而使運(yùn)動(dòng)而是遭到樣品物質(zhì)庫侖場(chǎng)的作用，有部分能量損失而使運(yùn)動(dòng)速度變慢，運(yùn)動(dòng)方向不變。速度變慢，運(yùn)動(dòng)方向不變。1.入射電子：由電子槍產(chǎn)生的高能電子，又叫一次電子入射電子：由電子槍產(chǎn)生的高能電子，又叫一次電子 。電子顯微鏡中的電子信號(hào)電子顯微鏡中的電子信號(hào)5.二次電子：樣品物質(zhì)原子的核外電子受入射電子激發(fā)二次電子：樣品物質(zhì)原子的核外電子受入射電子激發(fā), 獲得一定能量而逸出樣品外表，就稱為二次電子。獲得一定能量而逸

16、出樣品外表，就稱為二次電子。 樣品樣品10nm表層的二次電子可以逸出樣品外表，所以表層的二次電子可以逸出樣品外表，所以 它可以反映出樣品的外表形狀構(gòu)造。它可以反映出樣品的外表形狀構(gòu)造。6.背散射電子：在樣品外表背散射電子：在樣品外表501000nm深度，入射電子深度，入射電子 與樣品成分發(fā)生彈性碰撞后，被反射會(huì)的電子，與樣品成分發(fā)生彈性碰撞后，被反射會(huì)的電子， 也叫反射電子。也叫反射電子。7.陰極陰極X射線：樣品原子被入射電子電離后，可發(fā)出特征射線：樣品原子被入射電子電離后，可發(fā)出特征X 射線，射線， X射線的強(qiáng)度與激發(fā)區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的元素的含量有關(guān)。射線的強(qiáng)度與激發(fā)區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的元素的含量有關(guān)。背散射電子產(chǎn)生的數(shù)量與入射電子的能量、樣品成分背散射電子產(chǎn)生的數(shù)量與入射電子的能量、樣品成分等有關(guān)，這一信號(hào)可以察看樣品外表形狀和成分差別等有關(guān)，這一信號(hào)可以察看樣品外表形狀和成分差別的圖像。的圖像。八、場(chǎng)深、焦深：八、場(chǎng)深、焦深：D0Df場(chǎng)深與焦深場(chǎng)深與焦