阳极（加速极） 电子束
聚光镜
试样
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透射电镜的基本原理

阴极又称为灯丝 (包括钨丝、六铍化镧等)，通常 用钨丝制成，通电加热后灯丝内的自由电子热运 动增加并逸出表面，在加速电压作用下，阳极相 对阴极形成正电场，逸出阴极的电子在正电场力 作用下高速飞向阳极，中心部分的电子因惯性而 穿过阳极孔成为照明电子束。
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透射电镜的使用
5 ．选择样品上颗粒密集的地方，在高倍数 下改变物镜激励电流，若图像出现方向性 的结构，说明物镜有残存象散。 上述五步的检查，基本上可以判断电镜合 轴是否合格。

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透射电镜的基本原理
入射电子 散射 样品 电子
透镜极靴
活动光栅
成像电子
物镜光栅在成像中的作用
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透射电镜的基本原理
生物组织样品主要由原子序数很低的碳、氢、 氧、氮等元素组成，在电镜中不能直接 形成反差，因而不能成像。 为了获得生物样品的反差，必须对样品进行电 子染色，即在样品制备过程中使组织块或超薄 切片与重金属盐类(如锇、铀、铅)相作用，使 组织中的某些结构结合(化合、吸附)重金属元 素，从而增加这些结构对电子的散射能力以获 得反差，使样品显示出清晰的结构来。
心。
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O
O’
z
带铁壳的带极靴的透镜
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B（z） 有极靴
没有极靴 无铁壳
磁感应强度分布图
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z
透射电镜的基本原理

电磁透镜的焦距决定于磁场强度，磁场强度决定
于通过线圈的电流强度。因此，可以调节激励电
流来改变磁场强度，从而达到改变放大倍数和进 行图像调焦的目的。由于电磁透镜像差小，调节 容易，因此为现代电镜所普遍采用。但有些电子 透镜不必改变焦距，可采用磁钢制造形成永久磁
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一、电子显微镜的发展简史
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电子显微镜的发展简史
20世纪30年代，卢斯卡（E.ruska）发明了世
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透射电镜的基本原理

目前商品电镜的分辨本领可达到2 Å ，其有效放 大倍数为 （倍）
即100万倍。 这个倍数可以从电镜上直接得到，也可在摄制20 万倍的底片后再以光学放大5倍来获得。因此，标 示电镜性能的主要指标是分辨本领而不是放大倍 数。

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电子显微镜种类
电子显微镜种类：
由于电子与物质相互作用会产生透射电子、弹性 散射电子、能量损失电子、二次电子、背反射电 子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和 电动力等等。电镜就是利用这些信息来对试样进 行形貌观察、成分分析和结构测定的。 主要分为透射式电子显微镜(简称透射电镜， transmission electron microscope，TEM)和扫描 电子显微镜(简称扫描电镜，scanning electron microscope,SEM)两大类。
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透射电镜的基本原理

一束电子的螺旋形轨迹是相似的。为便于理解， 可设想将其外周包络起来而不考虑其有否旋转，
则包络线的形状基本上和光学玻璃会聚透镜的光
路相似。

现代的电磁透镜是在线圈外面套上铁壳作磁路， 并在铁壳中心置有极靴(pole piece)，使线圈通电 后产生的磁场高度集中而又均匀地分布在极靴中
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透射电镜的基本原理
第三章
生物医学超微结构分析
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透射电镜的基本原理

光学显微镜的分辨本领由阿贝公式决定

式中d为分辨本领，λ为照明波波长，n为物体与物 镜之间介质的折射率，α为物体上的点与物镜所成 夹角的一半。 普通光学显微镜用油浸镜头时n≈1．5，α<90 。即sinα<1，用可见光作照明源时，其平均波长 约为5 000 Å，那么，它的分辨本领约为2 000 Å 。这说明光学显微镜只能分辨大于2 000 Å的结构 。
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电子显微镜的发展简史
80年代--电子显微镜已发展成为一种综合分
析仪器。例如，安装配有计算机系统的能量 分析谱仪，对样品进行元素的成分分析。
样品室内亦可装配加热、冷却、大角度倾斜、
拉伸样品台等附件。
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电子显微镜的发展简史
扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)是显微镜世家中的一位后起 之秀。自第一台定型的透射式电子显微镜产生 后，法国卡诺尔就提出了扫描电子显微镜的设 计思想和工作原理。 到1942 年剑桥大学首次制成世界上第一台扫描 电子显微镜。由于扫描电子显微镜使用范围广， 并具备分辨率高、图像立体感强、放大倍率选 择范围广、样品适应性大、制样方便等优点。 所以后期发展速度比透射式电子显微镜快的多。 70年代已发展成为性能完善，自动化程度高， 功能齐全的一种电子光学仪器。
运行中的电子束只有在通过电场或磁场时
才能改变其运动轨迹。轴对称的电场或磁 场可以使电子束聚焦，故称为电子透镜， 前者叫静电透镜，后者叫磁透镜。
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透射电镜的基本原理
A
B
线圈磁场对电子射线的作用
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磁透镜使电子会聚的原理
A
C
O
O’
z
电子在磁透镜中的运动轨迹

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电子显微镜种类

扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则兼有两 者的性能。
为了进一步表征仪器的特点，有以加速电压区分的，如： 超高压(1MV)和中等电压(200~500kV)透射电镜、低电压 (~1kV)扫描电镜；
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透射电镜的基本原理
要提高分辨本领，必须采用波长短的照明
源。电子显微镜的照明源波长约为0.05 Å ， 目前最好的电镜分辨本领已达1．4 Å ，比 光学显微镜提高了 1 000多倍。 ---放大倍数是指物体经过仪器放大后的像 与物的大小之比。 不能增加图像细节的放大倍数称为空放大， 而与分辨本领相应的最高放大倍数称为有 效放大倍数，为眼的分辨本领与仪器的分 辨本领之比。
第一章 透射电子显微镜 的原理与操作
主讲: 吴金浪
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透射电镜的使用
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透射电镜的使用
灯丝电流逐步增大时光斑图像变化
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消像散时光斑图像变化
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透射电镜的使用
3．调物镜激励电流从最大到最小 (允许使用 者观察电镜时调焦用的最大 钮)，反复调整， 观察光斑中心是否偏离荧光屏中心。如有 偏离说明照明系统与成像系统合轴不佳。 4 ．放入样品聚好焦，找一标记移置荧光屏 中心，然后向欠焦的方向 ( 减小物镜激励电 流的方向)调中聚焦钮 6～8档，观察标记是 否偏离荧光屏中心，如有偏离说明电流中 心合轴不好。
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光源 聚光镜
电子枪 聚光镜
试样 物镜
试样 物镜
中间像 目镜
中间像 投影镜
毛玻璃 2018/1/5 照相底板
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观察屏 照相底板
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透射电镜的基本原理
透射电镜的基本原理如下： (一)分辨本领与放大倍数 ---分辨本领是指能够分辨物体上两点之 间的最小距离。 光学显微镜的分辨极限为O.2μm，而电 镜的分辨本领可优于2 Å ，相差达l 000 倍，因为影响光镜提高分辨本领的主要 因素是由于光线的衍射作用。
场，即为永磁透镜。
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透射电镜的基本原理


电子透镜的缺陷
球差---球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电 子的会聚能力不同而造成的。结果在象平面成了一个满散 圆斑。 象散---磁场不对称时，就出现象差。有的方向电子束的 折射比别的方向强，这样，圆形物点的象就变成了椭圆形 的漫散圆斑。 色差---电子的能量不同，从而波长不一造成的，电子透镜 的焦距随着电子能量而改变，因此，能量不同的电子束将 沿不同的轨迹运动。产生的漫散圆斑还原到物平面。