透射电镜结构和功能

第十章透射电镜的结构与成像原理第十章透射电镜的结构与成像原理透射电镜构造原理透射电镜一般是电子光学系统、真空系统和电源与控制系统三大部分组成。

电子光学系统通常称为镜筒，是透射电子显微镜的核心，它又可以分为照明系统、成像系统和观察记录系统。

下图是电镜电子光学系统的示意图，其中左边是电镜的剖面图，右边是电镜的示意图和光学显微镜的示意图对比。

由图中可以看出，电镜中的电子光学系统主要包括电子枪、聚光镜、试样台、物镜、物镜光阑、选区光阑、中间镜、投影镜和观察记录系统等几部分组成，其成像的光路与光学显微镜基本相同。

电镜的电子光学系统中，一般将电子枪和聚光镜归为照明系统，将物镜、中间镜和投影镜归为成像系统，而观察记录系统则一般是荧光屏和照相机，现在的电镜往往还配有慢扫描CCD相机，主要用来记录高分辨像和一般的电子显微像。

下图是电子光学系统的框架图。

第一节照明系统照明系统由电子枪、聚光镜以及相应的平移、倾转和对中等调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、照明孔径半角小、平行度好、束流稳定的照明源。

为了满足明场和暗场成像的需要，照明束可以在5度范围内倾转。

1.1电子枪电子枪可分为热阴极电子枪和场发射电子枪。

热阴极电子枪的材料主要有钨丝(W)和六硼化镧(LaB6)而场发射电子枪又可以分为热场发射、冷场发射和Schottky场发射，Schottky场发射也归到热场发射。

场发射电子枪的材料必须是高强度材料，一般采用的是单晶钨，但现在有采用六硼化镧(LaB6)的趋势。

下一代场发射电子枪的材料极有可能是碳纳米管。

A、热阴级电子枪热电子枪由灯丝（阴极）、栅极帽、阳极组成。

常用灯丝为钨丝（如H-800)、LaB6(如JEM-3010)。

下图为热阴级电子枪的示意图。

其中左图是电子枪自偏压回路的示意图，右边是电子枪中等电压面的示意图。

下图是热阴级电子枪的实图，其中左边是钨灯丝电子枪，右边是六硼化镧电子枪。

钨灯丝电子枪的特点是价格便宜，对真空系统的要求不高，一般用比较老式的电镜中；而六硼化镧灯丝的性能要优于钨灯丝，在现在的电镜中，热阴级电子枪一般采用六硼化镧灯丝。

透射电镜的工作原理
透射电镜是一种高级显微镜，它利用电子束而不是光束来观察样品的微观结构。

透射电镜的工作原理主要包括电子源、电子透镜系统、样品台和检测系统。

首先，电子源产生高能电子束。

通常采用热阴极发射电子的方式，通过加热使
阴极发射出电子，然后经过一系列的加速器和聚焦器，将电子束聚焦到极小的直径，以便能够穿透样品并形成清晰的像。

其次，电子透镜系统起到聚焦和成像的作用。

透射电镜中的电子透镜系统通常
包括几个电磁透镜，通过调节透镜的电压和电流，可以控制电子束的聚焦和偏转，从而实现对样品的高分辨率成像。

然后，样品台是样品放置的地方。

在透射电镜中，样品通常需要制备成极薄的
切片，以便电子束可以穿透并形成像。

样品台通常可以在多个方向上进行微小的移动，以便对样品进行全方位的观察和分析。

最后，检测系统用于接收电子束穿过样品后的信号，并将其转换成图像。

检测
系统通常采用荧光屏或者数字传感器，将电子束的信号转换成可见的图像，并通过电子显微镜的显示器或者计算机进行观察和分析。

总的来说，透射电镜的工作原理是利用高能电子束穿透样品，通过电子透镜系
统的聚焦和成像，将样品的微观结构放大成可见的图像，从而实现对样品的高分辨率观察和分析。

透射电镜在生物学、材料科学、纳米技术等领域有着广泛的应用，对于研究微观结构和表征样品具有重要意义。

透射电镜tem的主要组成部分TEM主要包括三个组成部分，分别是电子光学、电源与控制、真空系统三个组成部。

TEM的总体工作原理是:电子束由电子枪发射出来，在真空通道中穿越聚光镜，通过聚光镜将电子束会聚成一束光斑，照射在样品上，电子束透过样品后便携带有样品内部的结构信息，由于电子束的穿透力很弱，因此样品内致密处透过的电子量少，而稀疏处透过的电子量多，电子束透过样品后就进入到成像系统，首先经过物镜，被初级放大，而后进入到中间镜，综合放大，最后投影镜将放大的电子像投射到观察记录系统中的荧光屏上，并转换成可以观察的可见光像，由照相系统存成图片的形式。

下面将简单介绍下各个组成部分的结构以及原理。

一、照明系统照明系统有两个主要部件:1、电子枪:发射高能电子束，提供光源。

电子枪由阴极、阳极及位于阴极和阳极间的栅极组成，阴极是产生自由电子的源头，一旦阴极受热，就会产生自由电子，下面的阳极与阴极形成电场，阳极能够吸引阴极发射出的自由电子，并改变其运动状态，使之从杂乱无章改变到有序定向，而阴极下的栅极，在受到偏压作用后，会对电子束产生汇聚作用，即向中心轴聚集，这样就使运动在轴心的电子束能够穿过阳极中心，射出电子枪，进而形成了照射样品所需的光源。

同时，栅极还具有调节改变自由电子发射量的作用。

电子枪的工作原理如下:接通电源后，就会产生一定的电流，电流首先通过阴极，致使灯丝发热程度超过25000C，这时阴极产生的自由电子就会从灯丝表面逸出。

接通电源同时会产生加速电压，阳极表面产生的正电荷形成了正电场，阴极表面的自由电子在受到电场的作用后就会逸出，从电子枪射出形成电源。

通过改变灯丝电源能够使灯丝运行时处于欠饱和状态，如果想要改变亮度，就要改变电子束流量，而电子束流量的改变可以通过改变栅极变压来获得。

电镜工作时分辨率也是可以调节的，要想增大分辨率，也就是增强电子的穿透力，这时只要增加加速电压即可获得穿透力的增强，因为电压的加速会缩小波长，波长越小穿透力越强，虽然这样做可以增大分辨率，但也同样带来了相应的弊端，即成像反差的降低。

实验二细胞的超微结构—透射电镜下的细胞器实验目的：通过使用透射电子显微镜观察和研究细胞的超微结构，了解细胞器的形态和组织，以及其在细胞功能中的作用。

实验原理：透射电子显微镜是一种利用电子束通过样品的原理进行显微观察的仪器。

相比传统光学显微镜，透射电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数。

实验步骤：1.准备样品：使用透射电子显微镜需要制备薄片样品。

将细胞或组织固定、切片和上染色剂等。

2.调整放大倍数：根据需要观察的细胞器，调整透射电子显微镜的放大倍数。

3.开始观察：将样品放入透射电子显微镜中，调整焦距和对比度，开始观察细胞超微结构。

4.记录结果：使用电子显微镜拍摄或记录所见到的细胞器的图像和形态。

根据观察结果，对细胞器的结构和功能进行分析和讨论。

实验结果：观察细胞的超微结构可以看到许多细胞器，如细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。

细胞核是细胞的控制中心，一般位于细胞的中央。

在透射电镜下观察，可以看到核膜（由内核膜和外核膜组成）、核孔、核仁等结构。

核膜通过核孔与细胞质相连，核仁是RNA合成的地方。

线粒体是细胞的能量中心，通过细胞呼吸产生ATP。

在透射电镜下观察，线粒体呈棒状或梭形，内部含有许多内膜，并形成一系列被称为嵴（cristae）的褶层。

嵴上含有许多氧化酶，参与细胞呼吸。

内质网是细胞的重要细胞器之一，两个片层之间的空腔称为内质网腔。

内质网膜上覆盖着许多小颗粒，称为核糖体。

内质网分为粗面内质网和平滑内质网，前者存在核糖体，用于蛋白质合成，后者没有核糖体，参与脂质代谢和钙离子存储。

高尔基体是细胞的分泌细胞器，具有分泌蛋白质、糖蛋白质和磷脂等功能。

高尔基体由多个平面被膜囊构成，形成一系列被称为囊泡的结构。

在透射电镜下可以看到高尔基体具有一层由囊泡组成的堆叠结构。

溶酶体是细胞的消化系统，其内部含有多种水解酶。

溶酶体呈球状或椭圆形，在透射电镜下可以看到其内部含有酶泡。

溶酶体参与细胞内的废物降解和吞噬体的形成。

透射电镜的基本功能透射电镜是一种非常重要的电子显微镜，广泛应用于材料科学、生物学和化学等领域。

它可以通过控制电子束的路径和能量，产生高分辨率的影像，从而帮助我们研究物质的微观结构和性质。

本文将介绍透射电镜的基本功能，包括成像、衍射和能谱分析等方面。

一、透射电镜的成像功能透射电镜的主要功能是成像，它可以产生高分辨率的样品图像，从而帮助我们观察和研究样品的微观结构和形态。

透射电镜的成像原理是利用电子束与样品相互作用的效应，通过收集和处理电子束的散射和透射信号，生成图像。

透射电镜的成像原理可以用透射电子显微镜的简化模型来说明。

透射电子显微镜由电子枪、透射样品和投影屏三部分组成。

电子枪产生高能的电子束，经过准直器和聚焦器的调节，使电子束聚焦到样品表面。

样品对电子束的散射和透射会产生不同的信号，这些信号通过投影屏被收集和记录。

透射电镜的成像分为两种模式：直接成像和倒置成像。

在直接成像模式下，样品图像与样品本身的方向一致。

在倒置成像模式下，样品图像与样品本身的方向相反。

这是因为在透射电镜中，电子束与样品的相互作用是非常复杂的，包括电子的散射、透射和吸收等过程，从而导致图像的倒置。

透射电镜的成像分辨率取决于电子束的能量和样品的性质。

一般来说，电子束的能量越高，成像分辨率越高。

但是，高能电子束也会引起样品的损伤和辐射损伤，因此需要适当调节电子束的能量和强度。

此外，样品的结构和厚度也会影响成像分辨率，因为电子束在样品中的传播和散射会受到样品的影响。

二、透射电镜的衍射功能透射电镜的衍射功能是指利用电子束与样品相互作用的效应，产生衍射信号，从而研究样品的晶体结构和晶格参数。

透射电镜的衍射原理与X射线衍射类似，都是利用波粒二象性和布拉格定律来解释。

透射电镜的衍射模式包括电子衍射和选区电子衍射两种。

其中，电子衍射是指在整个样品上均匀照射电子束，观察电子衍射的强度和位置，从而确定样品的晶体结构和晶格参数。

选区电子衍射是指在样品上选定一个小区域，只在该区域内照射电子束，观察电子衍射的强度和位置，从而确定该区域的晶体结构和晶格参数。

透射电子显微镜部分结构及功能在光学显微镜下无法看清小于0.2µm的细微结构，这些结构称为亚显微结构（s ubmicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructu res）。

要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。

1 932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron mi croscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。

目前TEM的分辨力可达0.2nm。

电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。

另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。

这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。

电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成，如果细分的话：主体部分是电子透镜和显像记录系统，由置于真空中的电子枪、聚光镜、物样室、物镜、衍射镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机。

电子显微镜是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。

高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），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（约0.1纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。

透射式显微镜的结构与原理透射式电子显微镜(TEM)与投射式光学显微镜的原理很相近，它们的光源、透镜虽不相同，但照放大和成像的方式却完全一致。

在实际情况下无论是光镜还是电镜，其内部结构都要比图示复杂得多，图中的聚光镜（condonser lens）、物镜（object lens）和投影镜（projection lens）为光路中的主要透镜，实际制作中它们往往各是一组（多块透镜构成），在设计电镜时为达到所需的放大率、减少畸变和降低像差，又常在投影镜之上增加一至两级中间镜（i ntemediate lens）。

透射电镜（TEM）原理及应用介绍
透射电镜（TEM）原理及应用介绍
人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。

光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。

光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。

但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。

如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。

一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。

阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。

在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的
TEM简介
透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。

散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。

通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称亚显微结构。