- 中文名
- 电子显微镜
- 外文名
- electron microscope
- 简 称
- 电镜
- 组 成
- 镜筒、真空装置和电源柜
组成
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电子显微镜由镜、真空装置和电源柜三部分组成。
电子透镜用来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中最重要的部件。一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与光学显微镜中的光学透镜（凸透镜）使光束聚焦的作用是一样的，所以称为电子透镜。光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不像光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。电子源是一个释放自由电子的阴极、栅极、一个环状加速电子的阳极构成的。阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到3百万伏特之间。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
电子显微镜探测器用来收集电子的信号或次级信号。
种类
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透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。
透射电子显微镜
电子显微镜透射式电子显微镜镜筒顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。 [2]
扫描电子显微镜
电子显微镜图3扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比，可从几十倍连续地变化到几十万倍。扫描式电子显微镜不需要很薄的样品；图像有很强的立体感；能利用电子束与物质相互作用而产生的次级电子、吸收电子和X射线等信息分析物质成分。 [3]
扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子–空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。 [3]
发展历史
1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。
电子显微镜观察区间1980年代 人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。
参数
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分辨率
分辨能力是电子显微镜的重要指标，电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示，即称为该仪器的最高点分辨率：d=δ。显然，分辨率越高，即d的数值（为长度单位）愈小，则仪器所能分清被观察物体的细节也就愈多愈丰富，也就是说这台仪器的分辨能力或分辨本领越强。 [1]
分辨率与透过样品的电子束入射锥角和波长有关。可见光的波长约为300～700纳米，而电子束的波长与加速电压有关。依据波粒二象性原理，高速的电子的波长比可见光的波长短，而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（200纳米）。当加速电压为50～100千伏时，电子束波长约为0.0053～0.0037纳米。由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以即使电子束的锥角仅为光学显微镜的1%，电子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜。光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，而现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。
放大率
单就放大率（magnification）而言，是指被观察物体经电子显微镜放大后，在同一方向上像的长度与物体实际长度的比值。这是两条直线的比值，有人将放大率理解为像与物的面积比，这是一种误解，势必引起概念上的混淆和计算方法与结果上的混乱。
样本处理
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垫入：样本被垫入后可以分割。
分割：将样本使用金刚石刃切成薄片。
电子显微镜下的病毒使用透视电子显微镜观察金属前样本要被切成非常薄的薄片（约0.1毫米），然后使用电解擦亮继续使得金属变薄，最后在样本中心往往形成一个洞，电子可以在这个洞附近穿过那里非常薄的金属。无法使用电解擦亮的金属或不导电或导电性能不好的物质如硅等一般首先被用机械方式磨薄后使用离子打击的方法继续加工。为防止不导电的样品在扫描电子显微镜中积累静电它们的表面必须覆盖一层导电层。
缺点
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2.在处理样本时可能会产生样本本来没有的结构，这加剧了此后分析图像的难度；
4.由于为三维物体的二维平面投影像，有时像不唯 一；
5.由于透射电子显微镜只能观察非常薄的样本，而有可能物质表面的结构与物质内部的结构不同；
6.超薄样品（100纳米以下），制样过程复杂、困难，制样有损伤；
7.电子束可能通过碰撞和加热破坏样本；
8.此外电子显微镜购买和维护的价格都比较高。
应用
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以下列举电镜常见的应用（截至1984年），其在对外贸易和军事等其他领域也有其用武之地 [5]。
物理学
化学
生物学
医药卫生
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜技术在肿瘤鉴别诊断中的应用
透射电子显微镜观察的是组织细胞、生物大分子、病毒、细菌等结构，能够观察到不同病的病理结构，也可以鉴别一些肿瘤疾病，有研究报道电子显微镜技术通过超微结构观察可以区分癌、黑色素瘤和肉瘤以及腺癌和间皮瘤；可区别胸腺瘤、胸腺类癌、恶性淋巴瘤和生殖细胞瘤；可区别神经母细胞瘤、胚胎性横纹肌瘤、Ewing氏肉瘤、恶性淋巴瘤和小细胞癌；可区别纤维肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、平滑肌肉瘤和恶性神经鞘瘤以及区别梭形细胞癌和癌肉瘤。
地质与考古
冶金
电子元件
机械工业
石油化工
纺织、轻工业
硅酸盐及无机材料
原子能
航空和空间技术
航空和宇航特材的研究：高空生理和太空生理的研究；宇宙物质的研究分析等。 [5]
农林、畜牧
法学
环境保护
大气或水中的固体粉尘、微粒的分析研究和粒度测定等。 [5]
