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電子顯微鏡與光學顯微鏡的優勢

更新時間：2015-12-11 點擊次數：3575次

電子顯微鏡光學顯微鏡成像原理異同點

電子顯微鏡是根據電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀(yi) 器。

　　電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩(liang) 點的小間距來表示。20世紀70年代，透射式電子顯微鏡的分辨率約為(wei) 0.3納米(人眼的分辨本領約為(wei) 0.1毫米)。現在電子顯微鏡大放大倍率超過300萬(wan) 倍，而光學顯微鏡的大放大倍率約為(wei) 2000倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體(ti) 中排列整齊的原子點陣。

　　1931年，德國的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個(ge) 電子透鏡改裝了一台高壓示波器，並獲得了放大十幾倍的圖象，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經過魯斯卡的改進，電子顯微鏡的分辨能力達到了50納米，約為(wei) 當時光學顯微鏡分辨本領的十倍，於(yu) 是電子顯微鏡開始受到人們(men) 的重視。

　　到了二十世紀40年代，的希爾用消像散器補償(chang) 電子透鏡的旋轉不對稱性，使電子顯微鏡的分辨本領有了新的突破，逐步達到了現代水平。在中國，1958年研製成功透射式電子顯微鏡，其分辨本領為(wei) 3納米，1979年又製成分辨本領為(wei) 0.3納米的大型電子顯微鏡。

　　電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝於(yu) 光學顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會(hui) 使生物樣品受到輻照損傷(shang) 。其他的問題，如電子槍亮度和電子透鏡質量的提高等問題也有待繼續研究。

　　分辨能力是電子顯微鏡的重要指標，它與(yu) 透過樣品的電子束入射錐角和波長有關(guan) 。可見光的波長約為(wei) 300～700納米，而電子束的波長與(yu) 加速電壓有關(guan) 。當加速電壓為(wei) 50～100千伏時，電子束波長約為(wei) 0.0053～0.0037納米。由於(yu) 電子束的波長遠遠小於(yu) 可見光的波長，所以即使電子束的錐角僅(jin) 為(wei) 光學顯微鏡的1％，電子顯微鏡的分辨本領仍遠遠優(you) 於(yu) 光學顯微鏡。

　　電子顯微鏡由鏡筒、真空係統和電源櫃三部分組成。鏡筒主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機構等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個(ge) 柱體(ti) ；真空係統由機械真空泵、擴散泵和真空閥門等構成，並通過抽氣管道與(yu) 鏡筒相聯接；電源櫃由高壓發生器、勵磁電流穩流器和各種調節控製單元組成。

　　電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中重要的部件，它用一個(ge) 對稱於(yu) 鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與(yu) 玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似，所以稱為(wei) 電子透鏡。現代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩定的直流勵磁電流通過帶極靴的線圈產(chan) 生的強磁場使電子聚焦。

　　電子槍是由鎢絲(si) 熱陰極、柵極和陰極構成的部件。它能發射並形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩定度要求不低於(yu) 萬(wan) 分之一。

　　電子顯微鏡按結構和用途可分為(wei) 透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發射式電子顯微鏡等。透射式電子顯微鏡常用於(yu) 觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細微物質結構；掃描式電子顯微鏡主要用於(yu) 觀察固體(ti) 表麵的形貌，也能與(yu) X射線衍射儀(yi) 或電子能譜儀(yi) 相結合，構成電子微探針，用於(yu) 物質成分分析；發射式電子顯微鏡用於(yu) 自發射電子表麵的研究。

　　投射式電子顯微鏡因電子束穿透樣品後，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與(yu) 光學顯微鏡相仿。在這種電子顯微鏡中，圖像細節的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與(yu) 成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會(hui) 惡化，甚至會(hui) 因吸收電子束的能量而被損傷(shang) 或破壞。
　　透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲(si) 熱陰極發射出、通過*，第二兩(liang) 個(ge) 聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過樣品後由物鏡成像於(yu) 中間鏡上，再通過中間鏡和投影鏡逐級放大，成像於(yu) 熒光屏或照相幹版上。

　　中間鏡主要通過對勵磁電流的調節，放大倍數可從(cong) 幾十倍連續地變化到幾十萬(wan) 倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。為(wei) 了能研究較厚的金屬切片樣品，法國杜洛斯電子光學實驗室研製出加速電壓為(wei) 3500千伏的超高壓電子顯微鏡。掃描式電子顯微鏡結構示意圖

　　掃描式電子顯微鏡的電子束不穿過樣品，僅(jin) 在樣品表麵掃描激發出次級電子。放在樣品旁的閃爍晶體(ti) 接收這些次級電子，通過放大後調製顯像管的電子束強度，從(cong) 而改變顯像管熒光屏上的亮度。顯像管的偏轉線圈與(yu) 樣品表麵上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表麵的形貌圖像，這與(yu) 工業(ye) 電視機的工作原理相類似。

　　掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決(jue) 定於(yu) 樣品表麵上電子束的直徑。放大倍數是顯像管上掃描幅度與(yu) 樣品上掃描幅度之比，可從(cong) 幾十倍連續地變化到幾十萬(wan) 倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強的立體(ti) 感；能利用電子束與(yu) 物質相互作用而產(chan) 生的次級電子、吸收電子和 X射線等信息分析物質成分。

　　掃描式電子顯微鏡的電子槍和聚光鏡與(yu) 透射式電子顯微鏡的大致相同，但是為(wei) 了使電子束更細，在聚光鏡下又增加了物鏡和消像散器，在物鏡內(nei) 部還裝有兩(liang) 組互相垂直的掃描線圈。物鏡下麵的樣品室內(nei) 裝有可以移動、轉動和傾(qing) 斜的樣品台。

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