电镜的分类及介绍

1 冷冻电镜发展背景人类基因组计划的完成，标志着科学已进入后基因组时代。

虽然大量的基因序列得到阐明，但是生物大分子如何从这些基因转录、翻译、加工、折叠、组装，形成有功能的结构单元，尚需进一步的研究。

后基因组时代人类面临的一个挑战是解析基因产物—蛋白质的空间结构，建立结构基因组学，并在原子水平上解释核酸—蛋白，蛋白—蛋白之间的相互作用，从而阐明由这些生物大分子和复合物所行使的生物学功能。

在此过程中，结构生物学在其中扮演着重要角色。

对生物大分子结构的解析，不仅具有深远的基础意义，而且具有广阔的应用前景。

通过对核酸、蛋白质及其复合物的结构解析，人们对它们的功能的理解更加透彻，就可以根据他们发挥功能的结构基础有针对性地进行药物设计，基因改造，疫苗研制开发，甚至人工构建蛋白质等工作，从而对制药、医疗、疾病防治、生物化工等诸多方面产生巨大的推动作用。

日前用于解析生物大分子空间结构的主要手段是X射线晶体学技术和核滋共振波谱学。

X射线晶体学可给出分子的高分辨结钩，核磁共振波谱学则可测定分子在溶液中的精确构像，并可研究构像的动态变化。

虽然X射线晶体学和核磁共振波谱学是解析生物大分子结构的强有力工具，但各有局限性。

X射线晶体学解析的结构常常是分子的基态结钩，而对解析分子的激发态和过渡态却往往无能为力：生物大分子在体内常常发生相互作用并形成复合物而发挥功能，这些复合物的结晶化非常困难。

核磁共振波谱学虽可获得分子在溶液中的结构并可研究结构的动态变化，但目前只能用于分子量较小的生物大分子（<10000道尔顿），而对分子量大的生物大分子尤其是超分子复合物却无能为力。

人类对生物体系的研究经历了由个体到器官，由器官到组织，由组织到细胞，由细胞到生物大分子这样一个层次由高到低的过程。

随着科学的发展，人们对生物体系的研究又转向由低层次到高层次，由简单体系到复杂体系。

在此过程中，细胞作为生命的基本单位起着承上启下的重要作用。

多少年来，科学家的一个梦想是能观察到生物大分子在细胞内的行为，几十年来，人们对大量的生物大分子及其复合物应用电子显微镜进行研究，发展出了强有力的电子显微学来研究生物大分子结构的方法学。

透射电镜的成像原理主要有三种类型，分别是吸收像、衍射像和相位像。

1. 吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。

样品上质量厚度大的地方对电
子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。

早期的透射电子显微镜都是基于这种原理成像。

2. 衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能
力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射波的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。

3. 相位像：当样品薄至100埃以下时，电子可以穿透样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变
化。

扫描电镜（SEM）超全知识汇总真空技术扫描电子显微镜，是自上世纪60年代作为商用电镜面世以来迅速发展起来的一种新型的电子光学仪器，被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。

如图1所示，是扫描电子显微镜的外观图。

▲图1. 扫描电子显微镜特点制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大、保真度高、有真实的三维效应等，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。

基本结构从结构上看，如图2所示，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、信号探测处理和显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。

电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。

通常会装配两组：汇聚透镜和物镜，汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关；物镜负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。

扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一扫描发生器控制的。

样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。

2、信号探测处理和显示系统电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。

所以需要不同的探测器譬如二次电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。

虽然X射线信号不能用于成象，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成象系统中。

有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时，可以使用二次电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除二次电子。

3、真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。

真空柱是一个密封的柱形容器。

真空泵用来在真空柱内产生真空。

有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨灯丝枪的扫描电镜的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧及六硼化铈枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。

TEM,SEM,冷冻，金相四大电镜制样方法有哪些？利用电子显微镜的高分辨本领、高放大倍率等特点来分析研究物体的组织形貌、结构特征的一种近代材料物理试验方法。

但是样品制作的好坏直接关系到结果的准确，因而制作出符合要求的样品成为整个实验的关键。

TEM,SEM,冷冻，金相四大电镜制样方法有哪些？接下来，就带你了解一下吧！透射电镜（TEM）TEM放大倍数可达近百万，可以看到在光学显微镜下无法看清的0.1～0.2nm的细微结构。

其样品制备工作量很大，占整个测试工作的一半以上，甚至超过90％，十分关键。

图透射电镜样品台常用样品台分为两种：顶入式样品台和侧插式样品台顶入式样品台要求样品室空间大，一次可放入多个（常见为6个）样品网，样品网盛载杯呈环状排列，使用时可以依靠机械手装置进行依次交换。

优点：每观察完多个样品后，才在更换样品时破坏一次样品室的真空，比较方便、省时间。

缺点：但所需空间太大，致使样品距下面物镜的距离较远，不适于缩短物镜焦距，会影响电镜分辨力的提高。

侧插式样品台样品台制成杆状，样品网载放在前端，只能盛放1～2个铜网。

优点：样品台的体积小，所占空间也小，可以设置在物镜内部的上半端，有利于电镜分辨率的提高。

缺点：不能同时放入多个样品网，每次更换样品必须破坏一次样品室的真空，略嫌不便。

支撑网的选择：支撑网有多种材质如Cu、Ni、Be、尼龙等，选择时要与待分析样品的成分分开。

制备过程：制备支持膜：在铜网上覆盖一层有机膜后喷碳选择分散剂：根据样品性质选择，常用无水乙醇分散：使用超声波或搅拌将粉末分散成悬浮液液滴上支持膜（两种方法）：（a）滴样：用镊子夹持覆有支持膜的铜网，用滴管滴几滴悬浮液在支持膜上，保持夹持状态至干燥（推荐）（b）捞取：用镊子夹持载网浸入溶液捞取液滴（缺点：双面挂样制备关键和注意事项：样品粉末能否在支持膜上均匀分布确保实验过程中未带入污染物2.复型法基本原理：用对电子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化物薄膜）把材料表面或断口的形貌复制下来的一种间接样品制备方法。

电镜的原理电镜是一种利用电子束而不是光束来观察样品的显微镜。

其原理是利用电子的波动性和粒子性，通过电子束与样品相互作用，获得高分辨率的图像。

电子镜的应用范围广泛，包括材料科学、生物学、医学等领域。

电子镜的主要原理是利用电子的波动性和粒子性。

电子具有较小的波长，远远小于可见光的波长，因此电子束能够穿透物质，获得更高的分辨率。

与光学显微镜不同，电子镜使用的是电磁透镜而不是光学透镜，通过控制电磁透镜中的电场和磁场来对电子束进行聚焦。

电子镜主要分为传输电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)两种类型。

TEM主要用于观察样品内部的细节结构，如材料晶体的晶格结构、原子排列等。

它通过将电子束通过样品薄片，然后通过透射电子成像，获得样品的高分辨率图像。

TEM的分辨率可达到亚埃(0.1 nm)级别，能够观察到原子级别的细节。

SEM主要用于观察样品表面的形貌和组成。

它通过扫描电子束在样品表面的反射或散射，获得样品表面的形貌信息。

SEM的分辨率通常较TEM低，但仍可达到纳米级别。

SEM还可以通过探针技术，获得样品表面的成分分布和化学信息。

除了TEM和SEM，还有一些其他类型的电子显微镜，如透射电子能谱仪(TEM-EDS)和扫描透射电子显微镜(STEM)等。

这些电子显微镜结合了不同的技术，可以同时获得样品的成分和形貌信息。

电子镜的分辨率主要受到电子束的波长和仪器的性能限制。

为了提高分辨率，需要使用较高能量的电子束和优化仪器的设计。

此外，样品的制备也对电子镜的观察结果有重要影响。

样品需要制备成适当的形态和尺寸，以便电子束的穿透或反射。

电子镜的应用非常广泛。

在材料科学中，电子镜可以用于观察材料的微观结构，研究材料的物理和化学性质。

在生物学和医学领域，电子镜可以用于观察细胞、组织的超微结构，揭示生物体的内部组织和功能。

此外，电子镜还被广泛应用于纳米技术、半导体工艺、环境科学等领域。

电子镜是一种利用电子束而非光束来观察样品的显微镜。

1、电子束照射到样品上，电子与物质作用： 使电子改变运动方向，称为散射；电子只改变运动方向，不改变能量，称为弹性散射； 既改变运动方向，又改变能量，称为非弹性散射。

2、透射电子显微镜（TEM ）的磁透镜包括：长磁透镜、短磁透镜、极靴透镜长磁透镜：像的每一点都与磁力线平行，M=1，没有放大作用，焦距长；短磁透镜：a 、短磁透镜为会聚透镜；b 、透镜光焦度1/f 与(IN)2成正比；c 、焦距 f 与加速电压U （即电子速度）有关，电子速度越大，焦距越长。

3、理想成象的条件：a 、场分布严格轴对称；b 、满足傍轴条件； c 、电子初速度相等。

4、景深与焦深：景深(Df )：试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降的距离（2∆L ），即物的空间距离。

焦深(DL )象平面沿轴前后移动而不使成象分辨率降低的距离（2∆LM2），即象的空间距离，M5、电镜的象差中球差、畸变、像散称为几何像差，倍率色差和旋转色差称为色差。

球差系数Cs Cs 越小。

球差与分辨率的关系： Cs ——球差系数，α0——孔径角。

tga 0 <<1 畸变：当电子束不满足傍轴条件时，主要在中间镜和投影镜发生畸变。

像散：由于极靴加工精度的影响，使得磁场非对称，导致像在一个方向加长，另一个方向变短。

解决办法：加消像散器色差：由电子束能量宽度决定，包括倍率色差和旋转色差。

6、透射电镜成像的三个要素：分辨率（分辨能力）、衬度、放大倍数（1）分辨率（分辨能力）：能分清两个点的中心距离的最小尺寸。

a 、人眼分辨能力：约b 、光学显微镜的分辨率δ——分辨率；λ——可见光波长； n sin α——透镜孔径值c 、电子显微镜的分辨率：BCs B ——常数，一般在0.43 ~ 0.65之间。

A 、TEM 分辨率的影响因素：δ=BCs ¼λ¾B ——常数，Cs ——球差系数球差、光波波长决定了TEM 的分辨率，提高电子束的加速电压，减小电子束的波长，降低球差、色差对分辨率的影响；同时影响其分辨率的因素还有：灯丝的形状：双聚光镜的第一聚光镜要求为强透镜，而第二聚光镜为弱透镜。

冷冻电镜的原理及分类冷冻电镜（Cryo-EM）是一种用于生物样品的高分辨率电子显微镜技术。

它允许研究人员在生物冷冻状态下研究细胞和蛋白质的结构，而无需对样品进行固定、染色或晶化。

冷冻电镜的原理是将样品冷冻在液氮温度下（约-196），以减少辐射损伤和质子晃动，然后使用电子束照射样品，最后通过记录电子束传导，获得样品的二维或三维影像。

冷冻电镜的分类可以基于使用的技术和设备。

以下是几种常见的冷冻电镜分类：1. 传统冷冻电镜：传统冷冻电镜采用冷冻固化和真空干燥技术对样品进行制备。

样品通常需要固定、切片、冷冻，并通过真空干燥以降低样品的温度和压力，最后使用电子束对样品进行成像。

由于使用了真空干燥技术，这种冷冻电镜不能适应水性样品。

2. 高压冷冻电镜：高压冷冻电镜通过在高压下以固态冷却样品，然后通过电子束成像样品。

这种技术可以更好地保持样品的原始结构和水性环境，避免固定和干燥过程中可能引起的伪像。

3. Cryo-FIB（冷冻聚焦离子束）电镜：Cryo-FIB电镜通过将样品的冷冻微切片与聚焦离子束成像技术相结合，实现冷冻样品的切片和成像。

这种技术可以用于获得冷冻样品的三维结构信息。

4. Cryo-ET（冷冻电子断层术）电镜：Cryo-ET电镜将冷冻样品的序列二维图像重建成三维图像。

这种技术通过拍摄样品的序列图像，然后利用计算机算法将这些二维图像组合成三维模型。

冷冻电镜作为一种高分辨率的电子显微镜技术，具有很多应用领域。

它可以被广泛应用于生物学、生物医学、药物研发等领域，用于研究和理解蛋白质的结构和功能。

冷冻电镜可以帮助科学家揭示生物分子及其复合物的大量结构信息，为药物设计和疾病研究提供重要的参考和依据。

电镜知识点电镜是一种具有高分辨率的显微镜，能够观察到微观尺度下的物质结构和特征。

它在科学研究、医学诊断和工业生产等领域起着重要作用。

本文将逐步介绍电镜的原理、类型和应用。

1.原理电镜利用电子束取代了光线束，以实现更高的分辨率。

电子束具有较短的波长，使得电镜能够观察到更小的物体和更细微的结构。

电子束通过透镜系统进行聚焦和放大，然后与物体相互作用，形成显微图像。

2.类型电镜主要分为两种类型：透射电镜和扫描电镜。

2.1 透射电镜透射电镜通过物体的透明部分传递电子束，形成投影图像。

它能够观察到物体的内部结构和成分。

透射电镜常用于研究生物样品、材料和纳米颗粒等。

2.2 扫描电镜扫描电镜通过扫描物体表面的电子反射，形成显微图像。

它能够观察到物体的表面形貌和微观结构。

扫描电镜常用于研究材料表面、昆虫结构和微电子器件等。

3.应用电镜在多个领域有广泛的应用。

3.1 生物科学电镜被广泛应用于生物科学领域，用于观察细胞结构、病毒、蛋白质和细菌等微生物。

它可以帮助科学家研究生物体的组织结构、功能和相互作用。

3.2 材料科学电镜在材料科学研究中发挥着重要作用。

它可以观察到材料的晶体结构、界面、缺陷和纳米颗粒等。

这对于改进材料的性能和开发新材料具有重要意义。

3.3 医学诊断电镜在医学诊断中也有应用。

它可以帮助医生观察和诊断病理标本中的细胞结构和病变情况，从而提供准确的诊断和治疗方案。

3.4 工业生产电镜在工业生产中被广泛使用。

它可以用于质量控制、产品检测和故障分析等方面。

通过观察材料的微观结构和表面形貌，可以提高产品质量和生产效率。

总结：电镜是一种重要的科学工具，能够观察到微观尺度下的物质结构和特征。

透射电镜和扫描电镜是常用的电镜类型。

电镜在生物科学、材料科学、医学诊断和工业生产等领域有广泛的应用。

通过电镜的使用，我们可以深入了解微观世界，推动科学研究和技术发展的进步。