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实验三透射电子显微镜的结构及样品观察
一、实验目的
1.结合透射电镜实物，熟悉透射电子显微镜的基本结构及工作原理。
2.通过明暗场成像的实际演示，了解明暗场成像原理。
3.通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对电子衍射原理的了解。
4.选用合适样品，利用双倾样品台取向的调整，使学生认识电子衍射花样的作用。
二、实验原理（自由写）
1. 透射电子显微镜的基本结构
2.明暗场成像的原理
3. 选区电子衍射的原理
三、成像与电子衍射操作（自由写）
结合具体样品进行明暗场成像及电子衍射的操作与观察。
四、实验报告要求
1.简述透射电镜的基本结构。
2.试述明场与暗场像及电子衍射的操作方法与步骤，绘图说明明暗场成像与选区电子衍射的原理。
3.明白成像操作与电子衍射操作的目的与作用。
实验报告利用电子显微镜观察细胞结构实验报告：利用电子显微镜观察细胞结构一、实验目的本实验旨在通过电子显微镜观察细胞的精细结构，深入了解细胞的组成、形态和功能，提高对细胞生物学的认知水平。
二、实验原理电子显微镜利用电子束替代可见光，通过电磁透镜对电子束进行聚焦和成像。
由于电子的波长极短，因此电子显微镜能够提供比光学显微镜更高的分辨率，可以清晰地显示细胞内的细胞器、膜结构等细微结构。
三、实验材料与设备1、实验材料培养的细胞样本（如肝细胞、神经细胞等）固定剂（如戊二醛、锇酸等）脱水剂（如乙醇、丙酮等）包埋剂（如环氧树脂）超薄切片机电子显微镜2、实验设备移液器离心机烤箱镀膜仪四、实验步骤1、细胞固定将培养的细胞用磷酸盐缓冲液（PBS）冲洗，去除培养基。
加入适量的戊二醛固定液，室温下固定 1 2 小时。
用 PBS 冲洗，去除多余的固定液。
2、脱水处理依次将细胞样本放入不同浓度的乙醇溶液（30%、50%、70%、90%、100%）中进行脱水，每次 10 15 分钟。
3、包埋将脱水后的细胞样本放入环氧树脂中，在烤箱中聚合包埋。
4、超薄切片制作使用超薄切片机将包埋好的样本切成厚度约 50 70 纳米的超薄切片。
5、切片染色将超薄切片放在铜网上，用铀盐和铅盐进行染色，增强对比度。
6、电子显微镜观察将染色后的切片放入电子显微镜中，调整参数进行观察和拍照。
五、实验结果与分析1、细胞膜电子显微镜下，细胞膜呈现为两层暗线夹着一层亮线的结构，厚度约为 7 10 纳米。
可以清晰地看到细胞膜上的蛋白质分子和糖链。
2、细胞质细胞质中可以观察到线粒体、内质网、高尔基体等细胞器。
线粒体呈现为椭圆形或棒状，具有双层膜结构，内膜向内折叠形成嵴，嵴上分布着大量的酶，是细胞进行有氧呼吸的主要场所。
内质网分为粗面内质网和滑面内质网。
粗面内质网上附着有核糖体，是蛋白质合成的场所；滑面内质网与脂质合成和解毒作用有关。
高尔基体由扁平膜囊、小泡和大泡组成，参与细胞的分泌活动。
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。
抽真空(真空度为10～10-1Pa)，经几小时或数天后，样品即达到干燥；5.装台镀膜先将冰冻干燥器的样品台加热至室温，然后将干燥器放气，取出样品迅速装台粘样，送入镀膜仪中镀膜。
1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。
2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。
清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。
3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm为宜。
四、表面形貌衬度实验与结论二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。
因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。
二次电子像的分辨率较高，一般约在3～6nm。
其分辨率的高低主要取决于束斑直径，而实际上真正达到的分辨率与样品本身的性质、制备方法，以及电镜的操作条件如高匝、扫描速度、光强度、工作距离、样品的倾斜角等因素有关，在最理想的状态下，目前可达的最佳分辩率为lnm。
扫描电镜图像表面形貌衬度几乎可以用于显示任何样品表面的超微信息，其应用已渗透到许多科学研究领域，在失效分析、刑事案件侦破、病理诊断等技术部门也得到广泛应用。
在材料科学研究领域，表面形貌衬度在断口分析等方面显示有突出的优越性。
下面就以断口分析等方面的研究为例说明表面形貌衬度的应用。
利用试样或构件断口的二次电子像所显示的表面形貌特征，可以获得有关裂纹的起源、裂纹扩展的途径以及断裂方式等信息，根据断口的微观形貌特征可以分析裂纹萌生的原因、裂纹的扩展途径以及断裂机制。
图实5-1是比较常见的金属断口形貌二次电子像。
较典型的解理断口形貌如图实5-1a 所示，在解理断口上存在有许多台阶。
在解理裂纹扩展过程中，台阶相互汇合形成河流花样，这是解理断裂的重要特征。
准解理断口的形貌特征见图实5—1b，准解理断口与解理断口有所不同，其断口中有许多弯曲的撕裂棱，河流花样由点状裂纹源向四周放射。
透射电镜实验报告透射电镜是一种能够观察样品内部结构的高级显微镜，它利用电子束的透射来形成样品的显微图像。
透射电镜实验是现代生物学、材料科学和纳米技术等领域中常用的实验手段，可以帮助研究人员观察和分析样品的微观结构。
本实验旨在通过透射电镜对样品进行观察，了解透射电镜的工作原理和操作方法，以及掌握透射电镜实验的基本技能。
实验步骤：1. 样品制备，首先，我们需要准备样品。
样品制备的关键是要将样品切割成极薄的切片，以便电子束能够透射样品并形成清晰的显微图像。
2. 透射电镜的准备，接下来，我们需要对透射电镜进行准备。
首先打开透射电镜的主电源，等待其预热。
然后安装样品架，并调整透射电镜的对焦和放大倍数，以确保能够获得清晰的显微图像。
3. 样品观察，将制备好的样品放置到透射电镜的样品架上，调整透射电镜的参数，如加速电压和聚焦，然后通过电子束对样品进行观察。
观察过程中需要注意调整对比度和亮度，以获得清晰的显微图像。
4. 数据分析，观察完样品后，我们需要对获得的显微图像进行分析。
通过观察样品的微观结构，我们可以了解样品的成分、晶体结构、表面形貌等信息，并对样品进行进一步的研究和分析。
实验结果：通过透射电镜观察，我们成功获得了样品的显微图像，并对样品的微观结构进行了初步分析。
我们观察到样品中的颗粒分布情况，以及颗粒的形状和大小。
通过对比不同样品的显微图像，我们还可以比较不同样品之间的微观结构差异，为进一步研究提供了重要参考。
实验总结：透射电镜实验是一项重要的实验手段，可以帮助研究人员观察和分析样品的微观结构。
通过本次实验，我们掌握了透射电镜的操作方法和样品制备技巧，并成功获得了样品的显微图像。
透射电镜实验为我们提供了一种全新的观察样品的方式，为我们的研究工作提供了重要的帮助。
透射电镜实验报告到此结束。
透射电镜送样须知1、观察对象和检测周期：（一）通过超薄切片方法观察细胞的细胞壁,细胞膜以及细胞器等细胞内部超微结构，分辨率1nm左右。
通常固定好的样品任选周四之前任意一个工作日的早上9点半开始制样，到下6点左右结束当天制样工作，我实验室技术人员负责后期的包埋、切片、染色的环节。
从样品制备到观察需要两周的时间。
（二）病毒、蛋白、细菌或者细胞器等亚细胞结构通过滴染到铜网上的方法直接进行观察，分辨率1nm左右。
通常情况送检当天取得观察结果。
2、送检样品状态：（一）切片类样品用化学固定这一常规方法制样时，初固定是保证样品结构最大程度接近初始状态的最关键的一步。
初固定液的组分：与细胞环境相适应的缓冲液以及醛类物质。
通常样品缓冲液为0.1M，PH=7.2~7.4的PB缓冲液（对缓冲液有特殊要求的生物样品请酌情调配，如高盐，嗜酸，嗜碱，胚胎等富水组织等）。
用此缓冲液将固定剂母液稀释到使用的浓度，其固定剂成分是终浓度为2.5%的戊二醛和2%的多聚甲醛的混合物。
1）微生物类单细胞样品的取样和固定A、细胞量：低速离心细胞沉淀约20微升（尚未固定的细胞尽可能低速离心）。
B、固定：加入1ml体积固定液，将沉淀吹吸混匀，室温固定（保证每个细胞均被第一时间充分固定）2小时后放置4℃冰箱保存；特殊需求可低温固定。
C、针对对条件变化敏感的样品如厌氧菌等，可先固定后离心收集。
2）植物类样品的取样和固定A、取材：先将含目标组织在内的大块组织粗略剪裁到固定液中，快速切割下1mm3或者1*1mm2大小的目标组织块（尽可能取靠近边缘位置最先被固定液固定的样品）放入1毫升的固定液中，对切片方向有要求的样品请在取材时通过切取组织块的一个小角或者取材时通过样品块的长宽不同来作以区分。
以一个火柴为例，我们切片的方向是从火柴头切向火柴杆。
B、叶片等含有气孔的组织需要真空抽气,让样品快速下沉，促进固定液的渗透。
取材后放置在室温固定2小时后4℃冰箱保存，特殊需求的样品可低温固定。
透射电镜TEM的应⽤第三节透射电镜的应⽤⼀、复型在⾦相分析中的应⽤（⼀）钢中典型组织的观察1．珠光体奥⽒体在C曲线“⿐⼦”上部分区域分解的产物为珠光体型组织，包括珠光体、索⽒体和屈⽒体，都是铁素体与渗碳体的机械混合物，区别只是层⽚间距不同⽽已。
珠光体组织内层⽚的粗细和冷却速度、转变温度有关，冷速愈快，转变温度愈低，所形成的珠光体则越细。
由于珠光体在晶界形核，然后向晶内长⼤直⾄相遇，所以图5—21 T8，退⽕，5000×组织：珠光体在⼀个奥⽒体晶粒内有若⼲不同位向的珠光体领域。
见图5—212．贝⽒体奥⽒体在中间温度（低于珠光体转变温度，⾼于马⽒体转变温度）的转变产物为贝⽒体，贝⽒体也是铁素体和渗碳体的两相组织，但其相变机制和组织形态与珠光体不同。
随着钢的成分及转变温度的不同，贝⽒体形态有很⼤差别，⼤致可分为三类：上贝⽒体、下贝⽒体和粒状贝⽒体。
上贝⽒体是在贝⽒体转变区的较⾼温度范围内形成的。
在光镜观察时可看到⽻⽑状或单⽻⽑状特征，⼀般是沿奥⽒体晶界长出。
其中渗碳体粒⼦很难辨别。
复型图象可清晰地显⽰上贝⽒体由⼤体平⾏的铁素体条和分布于其间的断续杆状渗碳体所组成。
见图5—22。
下贝⽒体在低温范围形成，光镜下呈⿊⾊针叶状，并相互成⾓度。
复型电镜观察表明，在铁素体⽚内沉淀的细⼩碳化物有⼀定的取向，与铁素体⽚长轴成55o~60o⾓。
见图5—23 。
图5—22 GCr15，900℃奥⽒体化图5—23 GCr15，970℃奥⽒体化400℃等温7秒，7000×，组织：上贝⽒体300℃等温30秒，7000×，组织：下贝⽒体3. 马⽒体通常，奥⽒体快速冷却时得到马⽒体，其形态根据含碳量不同可分为两类：低碳马⽒体和⾼碳马⽒体，含碳量在0.2~1%时为两者的混合组织。
低碳马⽒体呈条束状排列。
同⼀领域内的马⽒体条⼤致平⾏，领域之间位向不同。
交⾓60o、90o等，因为其亚结构为⼤量位错线缠结，⼜称它为位错马⽒体，见图5—24。
扫描电镜组织观察及电子探针的应用一、实验目的1. 了解扫描电镜的结构及工作原理。
2．通过实际分析, 明确扫描电镜和电子探针仪的用途。
二、结构与工作原理简介1.扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)扫描电子显微镜(是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段, 扫描电镜的优点是, ①有较高的放大倍数, 20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深, 视野大, 成像富有立体感, 可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。
目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置, 这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析, 因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。
扫描电子显微镜是由电子光学系统, 信号收集处理、图象显示和记录系统, 真空系统三个基本部分组成。
其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用, 而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。
一般有三个聚光镜, 前两个是强磁透镜, 可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜, 具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间, 装入各种信号接收器。
扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小, 就相当于成相单元的尺寸越小, 相应的放大倍数就越高。
扫描线圈的作用是使电子束偏转, 并在样品表面做有规则的扫动。
电子束在样品上的扫描动作和显相管上的扫描动作保持严格同步, 因为它们是由同一个扫描发生器控制的。
电子束在样品表面有两种扫描方式, 进行形貌分析时都采用光栅扫描方式, 当电子束进入上偏转线圈时, 方向发生转折, 随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。
发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。
在电子束偏转的同时还带用逐行扫描的动作, 电子束在上下偏转线圈的作用下, 在样品表面扫描出方形区域, 相应地在样品上也画出一帧比例图像。
透射电镜组织处理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种强大的显微镜技术，可以对材料的内部结构和组织进行高分辨率的观察。
为了进行透射电镜观察，材料通常需要经过一系列处理步骤以准备样品。
下面是一般的透射电镜组织处理步骤：
1.采样和切片：从原始材料中采集要观察的样品，并使用显
微切割机或离心切片机将样品切片成适当的厚度（通常是
几十到几百纳米）。
2.修剪和固定：根据需要，选择感兴趣的样品区域，修剪并
将其固定在载玻片或网状膜上，以便在电镜中进行观察。
3.固定剂处理：为了保持样品的原始结构和形态，通常使用
特定的固定剂处理样品。
例如，常用的固定剂有冷冻醇、
蛋白质交联剂（如缩醛或戊二醛）等。
4.重金属染色：为增加样品的对比度，某些样品可能需要进
行染色处理。
重金属染色剂（如铀酸或铋酸）通常用于染
色，以增强电子束与样品的相互作用。
5.脱水和浸透：为了进一步固化样品并保持其结构，通常使
用乙醇或丙酮等有机溶剂进行脱水处理，并使用一些合适
的浸透剂（如酮树脂或环氧树脂）浸透样品。
6.切片和显影：将浸透好的样品切成适当的薄片（通常是50
至100纳米），并使用硝酸铋等显影剂处理样品，以增强
对比度。
7.观察：将处理好的样品放入透射电镜中，利用电子束穿过
样品观察样品的内部结构和组织。
需要注意的是，透射电镜组织处理的具体步骤和条件可能会根据不同的样品类型和目的而有所不同。
实验一透射电镜的结构与组织观察实验一透射电镜的结构与组织观察一、实验目的1.了解透射电子显微镜(TEM:tranmiionelectronmicrocope)的成像原理，观察基本结构；2.掌握典型组织的TEM像的基本特征和分析方法。
二、透射电镜的基本结构和成像原理透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。
它由电子光学系统(镜筒)、电源和控制系统、真空系统三部分组成。
显微镜原理对比图a)透射电子显微镜b)透射光学显微镜工作原理：与光学显微镜类似光学显微镜照明束可见光(390~760nm)透射电子显微镜电子(200kV的电子束的波长为0.00251nm)聚焦装置放大倍数分辨本领玻璃透镜小，不能连续可调低电磁透镜大，连续可调高结构分析不能能电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。
因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。
由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。
然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。
成像系统各部件1)物镜：强激磁短焦透镜,放大倍数100—300倍。
作用：形成第一幅放大像，决定了透射电镜分辨率的高低。
2)物镜光栏：装在物镜背焦面，直径20—120um。
作用：a.提高像衬度(像衬光栏)。
b.减小孔径角，从而减小像差。
c.进行暗场成像。
3)选区光栏：装在物镜像平面上，直径20-400um。
作用：对样品进行选区衍射分析。
4)中间镜：长焦距弱激磁透镜，放大倍数可调节0—20倍。
