第三章扫描电子显微分析技术

第三章细胞生物学的研究方法归纳起来大体上可划分为四大类：形态观察、生化分析、生理检测、实验性操作技术。

第一节细胞形态结构的观察方法光学显微镜（light microscope ）电子显微镜（electron microscope）扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope）（一）普通显微镜0.2um由聚光器、物镜和目镜三部分组成。

普通显微镜最大放大倍数1000－1500倍，因为它的分辨率有限，再放大也是空放大分辨率（resolution）：能将物体相近两点分辨清楚的距离极限D代表分辨力：D= 0.61λ / N.A.λ代表光波波长；N. A. 为镜口率，也称数值孔径（Numerical aperture)。

N. A. =n·Sin α/2N:物镜与标本间介质的折射率；（1或1.515）α:镜口角（聚光焦点对物镜镜口的张角，<180º）通过公式可知光学显微镜最大分辨率0.2um，减小分辨率需减小λ显微镜的几个光学特点：介质折射率越接近镜头玻璃的（ 1. 7 ）越好。

sinα/2的最大值小于1；普通光线的波长为400~700nm，光镜分辨力约为0.2μm，人眼的分辨力为0.2mm，因此显微镜的最大有效倍数为1000X。

（二）紫外线显微镜（ultraviolet microscope）0.1um根据光学原理，光源光波越短，显微镜的分辨本领越大。

紫外线显微镜以紫外线为光源，分辨率可提高一倍。

可看到在普通光学显微镜下看不到的胶体颗粒。

可用来测定细胞中的核酸含量。

透镜：石英、萤石（CaF2)、碳酸锂等制作。

价格昂贵，使用受限。

（三）荧光显微镜（fluorescent microscope）20世纪40年代在紫外线显微镜基础上发明。

原理：细胞中有些物质，如叶绿素等，受紫外线照射后可发荧光；另有一些物质本身虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射也可发荧光。

电子显微学技术电子显微学技术是一种利用电子束代替光束进行成像的方法，从而能显现出超乎普通光学显微镜的高精度结构细节。

这种技术在科学研究和工业生产中都有重要应用。

以下分别对其原理、种类及应用进行具体介绍。

一、电子显微学技术原理电子显微镜工作的主要原理是：利用电子枪出射的高能电子束射向样品，通过电子与样品原子之间的相互作用，使电子产生各种散射现象，然后利用电子透镜系统收集这些散射电子，形成显微图像。

由于电子的波长远小于可见光，所以电子镜的分辨率比光学镜要高得多。

二、电子显微学技术种类电子显微学技术主要有两种类型，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。

1、扫描电子显微镜（SEM）SEM中的电子束以点状扫描样品表面，依据其反射、透射等情况，将逐点信息转化为电信号，然后经电子显微镜信号转换器转化为图像信号。

2、透射电子显微镜（TEM）TEM的工作原理是让一束电子束穿透薄膜样品，对穿透后的电子束进行成像，由此获取样品内部的结构信息。

其图像反映样品中的电子密度分布差异，能获得比SEM更高的分辨率。

三、电子显微学技术应用电子显微学技术广泛应用于许多科研领域和工业生产过程。

在科研领域中，电子显微学技术常用于生物学、医学、材料学等方向。

比如在研究生物样本时，可以通过电子显微学技术研究细胞内部的超微结构；在医学中，可以对疾病细胞进行观察，对病原体进行定位；在材料科学中，可以对材料微观结构、晶格缺陷等进行检测和分析。

在工业生产中，电子显微技术广泛应用于半导体工业、纳米科技、新材料研发等领域。

比如在半导体芯片的生产过程中，可以通过电子显微镜观察芯片的微观结构，保证生产质量；在纳米科技中，可以用于观察纳米材料的形态和结构，推动材料性能的提升。

综上，电子显微学技术利用电子束替代光束，达到超乎光学显微镜的高精度观察，应用广泛，为科研和工业生产提供了强大的工具。

尽管这项技术仍面临一些挑战，例如样品制备的困难，设备成本的高昂，但随着科研进步和技术发展，其性能及应用将进一步得到提升。

扫描电子显微镜工作原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一
种利用电子束与样品相互作用，通过控制电子束扫描样品来获得高分辨率图像的仪器。

其工作原理可以概括如下：
1. 电子枪和聚焦系统：SEM中的电子枪产生高能量的电子束，通常使用热阴极或冷阴极发射电子。

聚焦系统根据需要将电子束聚焦成细束。

2. 射线系统：聚焦后的电子束进入射线系统，经过一系列的电磁透镜和偏转磁铁来控制和定位电子束的位置。

3. 样品台和扫描系统：待观察的样品放置于样品台上，样品台可以进行高精度的位置调整。

电子束从顶部进入，并通过电磁透镜附近的扫描线圈来控制水平和垂直方向的束斑位置，从而实现对样品表面的扫描。

4. 信号检测和图像重建：当电子束与样品相互作用时，会产生多种不同的信号。

最常用的信号有二次电子（SE）和背散射
电子（BSE）。

二次电子是由被电子束激发的表面原子或分子
所发射的电子。

背散射电子是由高能电子与样品原子核的相互作用而散射产生的电子。

这些信号被探测器捕捉，并转换为电信号传输到图像处理系统。

通过组合并处理这些信号，最终形成高分辨率的样品图像。

5. 系统控制和图像显示：扫描电子显微镜通常配备有相应的系统控制软件，可以实时调整电子束的参数、样品扫描范围和扫
描速度等。

图像可以通过电子束的扫描和控制以及信号检测系统的输出，转化为显示在显示器上的图像。

总结起来，扫描电子显微镜通过利用电子束与样品相互作用并检测所产生的信号，通过电子束的扫描和控制，最终生成高分辨率的样品图像。

扫描电子显微镜工作原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来成像样品表面微观结构的高分辨率显微镜。

相比传统光学显微镜，SEM具有更高的放大倍数和更好的分辨率，能够观察到更小尺度的样品细节。

SEM的工作原理主要包括电子束的发射、样品的准备、电子-样品相互作用和信号检测等过程。

首先，SEM通过热阴极或场发射阴极发射出能量较高的电子束。

这些电子经过加速器的加速作用后，形成高速电子束并聚焦到样品表面，从而激发样品表面原子和分子的电子。

样品的准备非常重要，通常需要将样品表面涂覆一层导电性物质，以便在SEM中观察到清晰的图像。

样品表面的电子被激发后，会产生多种信号，包括二次电子、反射电子、X射线和荧光等。

其次，电子束与样品表面的相互作用是SEM成像的关键。

当电子束照射到样品表面时，会激发出二次电子和反射电子。

二次电子是由样品表面的原子和分子吸收电子能量后发射出来的，它们能够提供样品表面形貌和结构信息。

而反射电子是由样品内部的原子和分子反射出来的，能够提供有关样品成分和晶体结构的信息。

此外，样品表面还会发出X射线和荧光信号，它们可以提供样品的化学成分分布和元素分析信息。

最后，SEM通过探测器检测样品表面产生的二次电子、反射电子、X射线和荧光信号，并将这些信号转换成电子图像。

这样就可以在显示屏上观察到样品的微观形貌、结构和成分信息。

SEM的成像分辨率通常在纳米级别，能够观察到非常小的微观结构，因此在材料科学、生物学、医学和纳米技术等领域有着广泛的应用。

总之，扫描电子显微镜通过发射、相互作用和信号检测等过程实现对样品微观结构的成像。

它具有高分辨率、高放大倍数和丰富的信息获取能力，是一种非常重要的微观表征工具。

通过深入理解SEM的工作原理，可以更好地应用它来研究和分析各种样品的微观特征，推动科学研究和技术发展的进步。

中药显微鉴定实验与指导内容简介本书分为3章，第一章介绍了中药显微鉴定实验技术；第二章为中药显微鉴定实验操作和鉴别要点简介，全部实验除用中、英文双语描述外，对各类中药的组织构造以及粉末特征均附有原色显微图像或墨线图；第三章介绍了扫描电子显微镜技术在中药鉴定中的应用。

目录第一章中药显微鉴定基本技术第一节中药材显微标本片的制作一、徒手制片法二、离析制片法三、滑走切片法四、石蜡切片法五、磨片制作法六、载玻片和盖玻片的选择及清洁第二节显微测量和显微描绘一、显微测量二、显微描绘第三节显微镜数码照相技术系统一、数字视频信息获取卡二、数字显微图像的获取第四节显微常数的测定一、栅表比（栅表细胞比）二、气孔数三、气孔指数四、脉岛数第五节显微化学鉴定法一、显微化学反应二、显微化学定位法第六节显微特征的描述一、植物类药材组织、粉末特征的描述二、动物类药材粉末特征的描述三、矿物类药材粉末特征的描述第七节中药材显微鉴别要点一、根类药材的鉴别要点二、根茎类药材的鉴别要点三、皮类药材的鉴别要点四、木类药材的鉴别要点五、叶类药材的鉴别要点六、花类药材的鉴别要点七、果实类药材的鉴别要点八、种子类药材的鉴别要点九、全草类药材的鉴别要点十、动物类药材的鉴别要点十一、中成药显微鉴定要点第八节商品药材显微鉴定方法及步骤一、熟悉文献、资料二、标准药材及标准粉末的收集及制备三、性状鉴定四、组织、粉末鉴定五、留样复查六、结论第二章中药显微鉴定实验Chapter 2 Experiments of Microscopical Identification of CMM 实验一显微测量和显微描绘Experiment 1 Microscopical Measure and Microscopical Drawing实验二根类药材（一）――粉防己与广防己的鉴定Experiment 2 Roots(Ⅰ)――Identification of Radix Sterphaniae Tetrandrae and Radix Aristolochiae Fangchi实验三根类药材（二）――麦冬类的鉴定Experiment 3 Roots(Ⅱ)――Identification of Radix Ophiopogonis and Radix Liriopes实验四根茎类药材（一）――黄连类的鉴定Experiment 4 Rhizomes(Ⅰ)――Identification of Rhizoma Coptidis实验五根茎类药材（二）――川贝母与浙贝母的鉴定Experiment 5 Rhizomes(Ⅱ)――Identification of Bulbus Fritillariae Cirrhosae and Bulbus Fritillariae Thunbergii实验六皮类药材（一）――杜仲类的鉴定Experiment 6 Barks(Ⅰ)――Identification of Cortex Eucommiae实验七皮类药材（二）――厚朴类的鉴定Experiment 7 Barks(Ⅱ)――Identification of Cortex Magnoliae Officinalis实验八木类药材――降香的鉴定Experiment 8 Woods――Identification of Lignum Dalbergiae 实验九叶类药材――番泻叶的鉴定Experiment 9 Leaves――Identification of Folium Sennae实验十花类药材――红花与西红花的鉴定Experiment 10 Flowers――Identification of Flos Carthami and Stigma Croci实验十一果实类药材――枸杞子、陈皮的鉴定Experiment 11 Fruits――Identification of Fructus Lycii and Pericarpium Citri Reticulate实验十二种子类药材――砂仁类的鉴定Experiment 12 Seeds――Identification of Fructus Amomi实验十三全草类药材（一）――穿心莲的鉴定Experiment 13 Herbs(Ⅰ)――Identification of Herba Andrographis实验十四全草类药材（二）――商品藿香药材的鉴定Experiment 14 Herbs(Ⅱ)――Identification of Commercial Huoxiang实验十五动物类药材（一）Experiment 15 Animals（Ⅰ）实验十六动物类药材（二）Experiment 16 Animals(Ⅱ)实验十七动物类药材（三）Experiment 17 Animals(Ⅲ)实验十八中成药（一）――六味地黄丸的显微鉴定Experiment 18 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅰ)――Identification of Liuwei Dihuang Wan实验十九中成药（二）――小儿惊风散的显微鉴定Experiment 19 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅱ)――Identification of Xiao'er Jingfeng San实验二十中成药（三）――散风活络丸的显微鉴定Experiment 20 Traditional Chinese Patent Medicines(Ⅲ)――Microscopical Identification of Sanfeng Huoluo Wan第三章扫描电子显微镜技术在中药鉴定中的应用第一节扫描电子显微镜简介一、扫描电子显微镜的发展简史二、扫描电子显微镜的特点、基本结构和工作原理第二节扫描电子显微镜在中药显微鉴定中的应用一、亚显微特征在中药鉴定中的应用意义二、扫描电子显微镜生物样品制备技术三、扫描电子显微镜在中药鉴定中的应用参考文献。

扫描电子显微镜原理
扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）利用
电子束与样品交互作用来获取样品表面形貌和成分信息。

其工作原理涉及电子束的发射、聚焦、扫描以及信号的检测和放大。

首先，SEM内部的电子枪会通过电子发射材料（如钨丝）发
射出电子束。

然后，用来加速电子束的电场将其加速至高能，通常为几千至几十万电子伏。

电子束通过一系列电磁透镜进行聚焦，以减小电子束的直径。

接下来，样品被放置在一个可移动的样品台上。

样品通常需要被涂覆上导电性物质，以允许电子束在其表面上散射并与样品相互作用。

一旦样品准备完毕，样品台会移动，将其表面逐点扫描，使电子束与样品表面不断交互。

当电子束与样品表面相互作用时，会发生多种物理过程，如电子与样品原子之间的散射、逸出二次电子的产生以及不同能量的电子的反射。

这些过程产生的不同信号可用于分析样品的特征。

SEM内部的倍增器可以检测到被散射的电子或逸出二次电子。

这些信号会被转化为电信号并放大。

然后，电子信号会根据扫描的位置被编码并通过计算机或图像处理器进行处理。

最终，这些处理后的信号将被转化为图像，在显微镜显示器上呈现给操作者。

通过调整SEM的操作参数，如电子束的能量、聚焦以及扫描
参数，可以得到不同分辨率和深度的样品图像。

SEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。