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透射電子顯微鏡（顯微鏡的一種）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-23

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透射電子顯微鏡

顯微鏡的一種

透射電子顯微鏡是使用電子束為光源的，成像原理與光學(xué)顯微鏡基本一樣的電子顯微鏡。

基本信息

中文名	透射電子顯微鏡
外文名	Transmission Electron Microscope
發(fā)明人物	E.Ruska
簡(jiǎn)稱(chēng)	TEM

正文

電子顯微術(shù)的主要電子光學(xué)儀器。主體部分是電子透鏡和顯像記錄系統，由置于真空中的電子槍、聚光鏡、物樣室、物鏡、衍射鏡、中間鏡、投影鏡、熒光屏和照相機等組成。與光學(xué)顯微鏡的結構完全類(lèi)似（見(jiàn)圖）。

透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡的工作原理是一單色、單向、均勻而高速的微電子束，用薄試樣相互作用時(shí)，束中的部分電子激發(fā)出與試樣相關(guān)的二次電子、背散射電子、特征X射線(xiàn)和俄歇電子等信息。穿過(guò)試樣的電子束，被散射偏離原有方向的叫散射電子束，未被散射的叫透射電子束。這兩類(lèi)電子束皆可用于成像。能獲得襯度完全相反的兩種像──取透射電子束經(jīng)過(guò)物鏡聚焦的像叫明場(chǎng)像；取散射電子束經(jīng)過(guò)物鏡聚焦的像叫暗場(chǎng)像。再經(jīng)過(guò)中間鏡和投影鏡的多級放大，最終將欲觀(guān)測的圖像呈現在熒光屏上。

現代的高分辨率透射電鏡，能分辨0.1納米以下的微細物質(zhì)結構，放大倍數可達100萬(wàn)余倍。這種電鏡適用于晶體結構和缺陷的直接成像，即能觀(guān)測原子或原團的排列，又能確定其所處的空間位置。另一類(lèi)配有X射線(xiàn)能譜儀、電子能量損失譜儀、俄歇電子譜儀和掃描附件等的分析型電鏡，可用于小至直徑 4納米范圍內的晶體形態(tài)、成分和結構的分析。地質(zhì)學(xué)中用于微細礦物，如粘土礦物的形態(tài)觀(guān)察與鑒定；微細礦物的顯微雙晶、出溶、相變和位錯研究等。

基本原理

在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看清小于0.2μm的細微結構，這些結構稱(chēng)為亞顯微結構（submicroscopicstructures）或超微結構（ultramicroscopicstructures；ultrastructures）。要想看清這些結構，就必須選擇波長(cháng)更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡（transmissionelectronmicroscope，TEM），電子束的波長(cháng)要比可見(jiàn)光和紫外光短得多，并且電子束的波長(cháng)與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說(shuō)電壓越高波長(cháng)越短。目前TEM的分辨力可達0.2nm。

電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場(chǎng)作透鏡。另外，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標本須制成厚度約50nm左右的超薄切片。這種切片需要用超薄切片機（ultramicrotome）制作。電子顯微鏡的放大倍數最高可達近百萬(wàn)倍、由電子照明系統、電磁透鏡成像系統、真空系統、記錄系統、電源系統等5部分構成。

分類(lèi)

大型透射電鏡

大型透射電鏡（conventionalTEM）一般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號對應不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓相關(guān)，可達0.2-0.1nm，高端機型可實(shí)現原子級分辨。

低壓透射電鏡

低壓小型透射電鏡（Low-Voltageelectronmicroscope,LVEM）采用的電子束加速電壓（5kV）遠低于大型透射電鏡。較低的加速電壓會(huì )增強電子束與樣品的作用強度，從而使圖像襯度、對比度提升，尤其適合高分子、生物等樣品；同時(shí)，低壓透射電鏡對樣品的損壞較小。

分辨率較大型電鏡低，1-2nm。由于采用低電壓，可以在一臺設備上整合透射電鏡、掃描電鏡與掃描透射電鏡

冷凍電鏡

冷凍電鏡（Cryo-microscopy）通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設備，將樣品冷卻到液氮溫度（77K），用于觀(guān)測蛋白、生物切片等對溫度敏感的樣品。通過(guò)對樣品的冷凍，可以降低電子束對樣品的損傷，減小樣品的形變，從而得到更加真實(shí)的樣品形貌。

參考資料

[1]

細胞生物學(xué)教程[引用日期2011-01-15]

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