电子显微镜在地球微生物学的应用

扫描电子显微镜在地球微生物学方面的应用樊钰超河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003摘要：微区信息是现代物质信息研究的重要组成部分。传统的光学显微镜由于分辨率、放大倍数的限制，对于细微颗粒的定性分析不准确，定量分析存在一定的误差，对纳米一微米级矿物形貌及结构特征的观察束手无策。利用扫描电镜捕捉物质微区信息具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点,因而广泛应用于地球生物学。并对扫描电镜进行分析。关键词：扫描电镜应用综述地球生物学TheapplicationofscanningelectronmicroscopeinmicrobiologyoftheEarthAbstractMicro-areainformationisanimportantpartofmodernresearchonmaterialinformation.Traditionalopticalmicroscopebecauseofthelimitedresolutionandmagnification,forsmallparticlesqualitativeanalysisisnotacc-urate,quantitativeanalysishavesomeerrorsonthemorphologyandstructu-alcharacteristicsofmicro-mineralsobservedstranded.Capturematerialmicr-o-areainformationusingscanningelectronmicroscopewithhighresolution,highmagnification,depthoffield,theadvantagesofsimplegrills,samplepre-paration,whichiswidelyusedinEarthbiology.Andscanningelectronmicros-copeforanalysis.KeywordSEMSummaryofapplicationEarth'sbiological随着地球微生物学研究不断深入以及科技技术的日益进步，扫描电镜越来越广泛地应用于岩石矿物和微生物化石鉴定。扫描电镜(SEM)作为微区分析的主要手段之一，分辨率可达纳米级、放大倍数为数十万倍，可清晰地观察岩石中微生物化石的结构及微观构造特征。1.扫描电镜目前，光学显微镜作为结构观察的主要手段，主要观察岩石中的相关关系、赋存状态、空隙的形态及分布等特征。然而随着地球微生物学的不断发展，由于光学显微镜的分辨率及放大倍数的限制无法观察到微米／纳米级的形貌特征及孔隙的形态、分布规律。而扫描电镜分辨率达到l纳米、放大倍数达到数十万倍，通过二次电子图像可清晰地观察到纳米／微米微生物化石的表面形貌特征、微孔隙的形态及分布等，进而为微生物化石的成因提供依据。1．1扫描电镜的结构和原理如图1所示，扫描电镜的主要结构可分为四个部分：镜筒、电子信号的显示与记录系统、电子信号的收集与处理系统、真空系统及电源系统。以下是各部分的简介和工作原理。1．1．1镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜以及扫描系统，其作用就是产生很细的电子束(直径约几个纳米)，并且使该电子束在样本表面进行扫描，同时激发出各种信号。1．1．2电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、射线、吸收电子、俄歇电子等等。在上述信号中，最为主要的则是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几纳米至几十纳米的区域，它的产生率主要是因为样品的形状和成份。通常我们所说的扫描电镜图像就是指二次电子像，它是研究样品表面形状的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器（如图2所示）的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，将电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。1．1．3电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图像显示在阴极射线管（显像管）上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。1．1．4真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵和油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达10托的真空度。电源系统则供给各部件所需的特定电源。1．2扫描电镜的优点扫描电镜的优点是具有场深大、放大倍数范围大（一般为20~200000倍）、不必经常对焦等特点，对于相组成的非均匀材料方便低倍下普通和高倍下放大观察分析。扫描电镜还具有相当高的分辨率，可达到2~6纳米，所形成图像具有立体感、真实感、十分容易识别和解释。于此同时扫描电镜的自由度相当大，可对样品作三维移动，样品也制作简单，其表面不需要进行特别处理，十分方便制作。2.扫描电镜在地球微生物学的应用扫描电镜可以观察到光学显微所观察不到的微古生物的细微结构,尤其对超微化石的研究特别有效。微古生物则是指在地质历史时期的生物化石,超微化石是比一般的微生物个体更小、仅有1-5微米左右的生物化石。使用扫描电镜来研究古微生物化石的形状、排列方式,可以为确定地质年代、进行地层对比提供地层形成的古地理环境资料。常玉光利用扫描电镜研究了豫西寒武纪叠层石微生物化石及其钙化特征，在扫描电镜下找到非常清晰的碳酸盐岩叠层石中，丝状微生物化石分布有细管状和似破裂管状葛万菌，也见到实心管状或断裂开呈无规则矮圆柱体装，填充物为方解石颗粒；肾状微生物化石排列整齐匀称，其表面有突起的颗粒状。扫描电子显微镜是高精度、高分辨率显微镜，利用扫描电镜进行地球微生物学方面研究，可以更清晰、更全面、更直观、更方便解释的方法把微生物的排列和分布呈现在我们眼前，使我们可以更清楚的看到微生物的内部结构，更好的知道其形成的原因，分析出微生物成长的控制因素，更快捷、更准确的得出其沉积环境和沉积环境的特征。通过扫描电镜我们的看到微生物化石排列分布、微生物化石组合的排列以及微生物化石和微生物化石组合的状态和保存。更准确的知道在其形成过程中控制因素影响的强弱。使我们的得出的结论更加准确、更加完整。为今后地球微生物学研究提供准确的研究结果和结论，使我们的研究内容具有更高的参考价值。2.总结本文通过对扫描电镜的结构和工作原理的阐述和说明，可知扫描电镜是现代物质信息研究的重要组成部分，尤其是在微区信息中的应用十分重要。特别是在微生物地球方面的应用特别广泛。由于传统的研究相对更关心于宏观信息。随着人们研究的深入,微区信息已成为反映物质信息的重要组成部分。扫描电镜在反映物质微区信息方面具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点,因而广泛应用于地球微生物学方面的研究。通过利用扫面电镜，研究人员可以更清楚的得知叠层石中丝状体和肾状体的分布和排列，可以更清楚的知道叠层石中化石的特征。为后续研究打下坚实的基础，也为以后的研究成果的准确性提供了保障。参考文献：[1].王英姿，侯宪钦.2007.带能谱分析的扫描电子显微镜在材料分析中的应用.制造技术与机床[2].杜谷，王坤阳，冉敬，等.2014.红外光谱扫描电镜等现代大型仪器岩石矿物鉴定技术及其应用.矿岩测试[3].张新言，李荣玉.2010.扫描电镜的原理及TFT_LCD生产中的应用.现在显示[4].于丽芳，杨志军，周永章，等.2008.扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述.中山大学研究生学刊（自然科学、医学版）[5].常玉光，孙凤余，郑伟.2014.豫西寒武纪叠层石微生物化石及其钙化特征.现代地质[6].常玉光，白万备，齐永安，等.2014.豫西寒武纪叠层石微生物化石组合及其沉积环境.地球科学进展