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什麽是電子顯微鏡?工作原理及結構是什麽?

2013-10-16  發布者:admin 

一、電子顯微鏡的結構

電鏡的主要結構有:電子光學係統、真空係統、供電係統。

1.電子光學係統

1)照明部分

(1)陰極:又稱燈絲,一般是由0.03~0.1毫米的鎢絲作成V或Y形狀。

(2)陽極:加速從陰極發射出的電子。為了安全,一般都是陽極接地,陰極帶有負高壓。

(3)控製極:會聚電子束;控製電子束電流大小,調節象的亮度。

陰極、陽極和控製極決定著電子發射的數目及其動能,因此,人們習慣上把它們通稱為“電子槍”。

(4)聚光鏡:由於電子之間的斥力和陽極小孔的發散作用,電子束穿過陽極小孔後,又逐漸變粗,射到試樣上仍然過大。聚光鏡就是為克服這種缺陷加入的,它有增強電子束密度和再一次將發散的電子會聚起來的作用。

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2)成像放大部分

(1)試樣室:位於照明部分和物鏡之間,它的主要作用是通過試樣台承載試樣,移動試樣。

(2)物鏡:電鏡的最關鍵的部分,投射電鏡的好壞,很大程度上取決於物鏡的好壞。物鏡的最短焦距可達1毫米,放大倍數約為300倍,最佳分辨本領可達1埃,目前,實際的分辨本領為2埃。

(3)中間鏡

(4)投影鏡

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3)顯像部分

這部分由觀察室和照相機構組成。在分析電鏡中,還有探測器和電子能量分析附件。

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2.真空係統

為了保證真在整個通道中隻與試樣發生相互作用,而不與空氣分子發生碰撞,因此,整個電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置於真空係統之內,一般真空度為10-4~10-7毫米汞柱。

3.供電係統

透射電鏡需要兩部分電源:一是供給電子槍的高壓部分,二是供給電磁透鏡的低壓穩流部分。電源的穩定性是電鏡性能好壞的一個極為重要的標誌。所以,對供電係統的主要要求是產生高穩定的加速電壓和各透鏡的激磁電流。近代儀器除了上述電源部分外,尚有自動操作程序控製係統和數據處理的計算機係統。

目前,風行於世界的大型電鏡,分辨本領為2~3埃,電壓為100~500kV,放大倍數50~1200000倍。由於材料研究強調綜合分析,電鏡逐漸增加了一些其它專門儀器附件,如掃描電鏡、掃描透射電鏡、X射線能譜儀、電子能損分析等有關附件,使其成為微觀形貌觀察、晶體結構分析和成分分析的綜合性儀器,即分析電鏡。它們能同時提供試樣的有關附加信息。

二、電子顯微鏡的成像原理

目前,電子顯微鏡技術(electron microscopy)已成為研究機體微細結構的重要手段。常用的有透射電鏡(transmission electron microscope,TEM)和掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)。與光鏡相比,電鏡用電子束代替了可見光,用電磁透鏡代替了光學透鏡,並使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。

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1、透射電子顯微鏡(Transmission electron microscope,TEM)

在真空條件下,電子束經高壓加速後,穿透樣品時形成散射電子和透射電子,它們在電磁透鏡的作用下在熒光屏上成像。

電子束投射到樣品時,可隨組織構成成分的密度不同而發生相應的電子發射,如電子束投射到質量大的結構時,電子被散射的多,因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像,電子照片上則呈黑色。稱電子密度高(electron dense)。反之,則稱為電子密度低(electron lucent)。

2、掃描電鏡(Scanning Electron microscope)

掃描電鏡是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表麵形態。用極細的電子束在樣品表麵掃描,激發樣品表麵放出二次電子,將產生的二次電子用特製的探測器收集,形成電信號運送到顯像管,在熒光屏上顯示物體。(細胞、組織)表麵的立體構像,可攝製成照片。

掃描電鏡能觀察較大的組織表麵結構,1mm左右的凹凸不平麵能清所成像,故放樣品圖像富有立體感。

三、樣本的製備

由於電子易散射或被物體吸收,故穿透力低,必須製備更薄的超薄切片(通常為50~100nm)。

其製備過程要求極嚴格。要在機體死亡後的數分鍾釣取材,組織塊要小(1立方毫米以內),常用戊二醛和餓酸進行雙重固定,樹脂包埋,用特製的超薄切片機(ultramicrotome)切成超薄切片,再經醋酸鈾和檸檬酸鉛等進行電子染色。

四、電鏡技術的應用

在生命科學領域可用於胚胎及組織發生學方麵的研究和觀察;在臨床上可用於多種疾病亞細胞結構病變的觀察和診斷,特別是腎小球疾病及肌病的診斷,以及一些疑難腫瘤的組織來源和細胞屬性判定,如一些去分化、低分化或多向分化腫瘤的診斷和鑒別診斷;最早關於細胞凋亡的形態學描述也是源於電鏡的觀察。

隨著電鏡技術的不斷發展,以及與其他方法的綜合使用,還出現了免疫電鏡、電鏡細胞化學技術、電鏡圖像分析技術及全息顯微術等。

電鏡技術也有其局限性:如電鏡設備昂貴、樣本製備較複雜、實驗費用較高;另外,由於樣本取材少,觀察範圍有限,有時還可能會遺漏信息;當用於輔助腫瘤外檢診斷時,隻能判定組織或細胞的來源,不能確定腫瘤的良惡性。



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