TEM

透射电子显微镜TransmissionElectronMicroscope（TEM）2透射电镜构造3透射电镜原理及工作模式4透射电镜主要性能参数5透射电镜主要部件6透射电镜生物样品的制备技术7透射电镜应用实例1透射电镜简介1透射电镜简介1.1TEM概念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率、高放大倍数的电子光学仪器。1.2TEM发展简史1932～1933年，鲁卡斯（Ruska）等在研究高压阴极射线示波管的基础上研制成了一台透射电子显微镜（TEM）。1940年第一批商品电子显微镜问世，使用电子显微镜进入使用阶段。目前，世界上主流大型电子显微镜，分辨本领为2～3Å，电压为100～500kV,放大倍数为50～1.2×106倍。1.2.1H-700透射电子显微镜日立公司H-700透射电子显微镜是20世纪70年代的产品，其分辨率为0.34nm，加速电压为75～200kV，放大倍数是25万倍。1.2.2PhilipsCM12透射电子显微镜PhilipsCM12透射电子显微镜是20世纪80年代荷兰飞利浦公司推出的产品，它的晶格分辨率为2.04，点分辨率为3.4nm,由微机控制。1.2.3PhilipsCM200-FEG场发射枪透射电子显微镜PhilipsCM200-FEG场发射枪透射电子显微镜是20世纪90年代的产品，晶格分辨率为0.14nm,点分辨率为0.24nm,加速电压约200kV，可以连续设置加速电压。1.2.4TecnaiF20-twin场发射枪透射电子显微镜荷兰FEI公司在2002年推出的TecnaiF20-twin场发射枪透射电子显微镜比PhilipsCM200-FEG在信号处理上更胜一筹，也是一种性能优异的产品。2透射电镜构造2透射电镜构造3透射电镜原理及工作模式•在目前的透射电子显微镜中，常用的加速电压50～200kV，这时电子的速度与光速相近，其波长为10-3nm。•由综合考虑球差和衍射误差所得的分辨本领称为理论分辨本领，经计算为0.2nm。事实上,现代电子显微镜的分辨本领已经可达0.1nm。3透射电镜原理及工作模式3.2工作原理由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上。透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多。经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像。最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上。荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。3透射电镜原理及工作模式3.3透射电镜工作模式现在TEM最常见的工作模式有两种,即成像模式和衍射模式(如图中所示)。•在成像模式下,可以得到样品的形貌、结构等信息；•在衍射模式下,我们可以对样品进行物相分析。4透射电镜主要性能参数主要性能参数：分辨率；放大倍数；加速电压4.1分辨率4.1.1点分辨率定义：透射电镜刚能分清的两个独立颗粒的间隙或中心距离。测定方法：Pt或贵金属蒸发法。Pt或贵金属真空加热蒸发在支持膜（火棉胶、碳膜）上，可得到粒径0.5-1nm、间距0.2-1nm的粒子高倍拍摄粒子像，再5倍光学放大在照片上找粒子间最小间距，除以总放大倍数控制好工艺4.1.2晶格分辨率•定义：当电子束射入样品后，通过样品的透射束和衍射束间存在位相差。实际是晶面间距的比例图像。•测定方法：利用外延生长方法制得的定向单晶薄膜做标样，拍摄晶格像。测定晶格分辨率常用的晶体见表。根据仪器分辨率的高低选择晶面间距不同的样品做标样。4.2放大倍数透射电镜的放大倍数随样品平面高度、加速电压、透镜电流而变化。TEM在使用过程中，各元件的电磁参数会发生少量变化，从而影响放大倍数的精度。因此，必须定期标定。标定方法：（1）用衍射光栅复型为标样。见图，衍射光栅2000条/mm，条纹间距0.0005mm.（2）利用光栅复型上喷镀碳微粒法。适用于5000-50000倍的情况。（3）晶格条纹像法。适用于高倍，如10万倍以上的情况。5透射电镜主要构件5.1样品平移与倾斜装置（样品台SpecimenHolders）样品台的作用：是承载样品，并使样品在物镜极靴孔内平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析。目前，双倾台是最常用的，沿X和Y轴倾转450。样品支撑网格电镜样品小而薄，通常用外径3mm的样品铜网支持，网孔或方或圆，约0.075mm，见图。图示为不同大小和形状的样品支撑网格。支撑网格材料通常为铜，也可以是镍、金等。5.2电子束倾斜与平移装置新式电镜都带有电磁偏转器，使入射电子束平移和倾转，其原理见图，上、下两线圈是联动的。利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作。2.2.2电子束倾斜与平移装置新式电镜都带有电磁偏转器，使入射电子束平移和倾转，其原理见图，上、下两线圈联动的。利用电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操作。电子束平移和倾斜的原理图（a）平移（b）倾斜5.3消像散器（Stigmators）用来消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。消像散器分为两类•机械式：电磁透镜的磁场周围放置几块位置可以调节的导磁体来吸引部分磁场。•电磁式：通过电磁极间的吸引和排斥来校正磁场，如图所示，两组四对电磁体排列在透镜磁场外围，每对电磁体同极相对安置。通过改变两组电磁体的励磁强度和磁场的方向实现校正磁场。5.4光阑（Diaphragmholdersandchoiceofdiaphragms）透射电镜有三种主要光阑（Typesofdiaphragms）为限制电子束的散射，更有效地利用近轴光线，消除球差、提高成像质量和反差，电镜光学通道上多处加有光阑，以遮挡旁轴光线及散射光。•聚光镜光阑（Condenserlensholder）：限制照明孔径角•物镜光阑（Objectivelensholders）进行暗场成像减小孔径角，减小像差提高像衬度•选区光阑（Diffractionlensholders）：由光阑架和光阑孔组成。在样品上限定微区5.5电子枪作用：是发射并加速电子，并会聚成交叉点。目前电子显微镜使用的电子源有两类：热阴极电子源电子枪的结构如图所示，形成自偏压回路，栅极和阴极之间存在数百伏的电位差。电子束在栅极和阳极间会聚为尺寸为d0的交叉点，通常为几十μm。栅极的作用：限制和稳定电流。热电子源——加热时产生电子，如W丝，LaB6（六硼化镧）场发射源——在强电场作用下产生电子6透射电镜生物样品制备技术生物大分子制样技术电镜放射自显影技术电镜细胞化学技术冷冻断裂蚀刻复型技术冷冻超薄切片技术金属投影技术负染色技术超薄切片技术样品制备技术7透射电镜应用实例7.1自组装FeOOH纳米膜的透射电镜分析不同时间SHPSiO2基底表面铁氢氧化物薄膜透射电镜照片。a:3h,Bar=500nm;b:6h,Bar=200nmSHPSiO2基底表面沉积9h的铁氢氧化物薄膜平面透射电镜照片。a:低倍照片,Bar=200nm;b:单个SiO2微球照片,Bar=50nm;c,d:SiO2微球表面不同区域的高分辨照片,Bar=5nm7.2纳米结构稀土元素氢氧化物的微结构分析样品低倍率显微镜照片。a:Tb(OH)3,Bar=250nm;b:Sm(OH)3,Bar=100nm样品Tb(OH)3的a:低倍形貌像(Bar=40nm);b:沿[010]方向的选区电子衍射花样;c:(a)中方块区域的高分辨显微像(Bar=5nm)。7.3瓣膜内有髓神经纤维×30001.有髓神经纤维medullatednervefibers2.心肌细胞(横断面)cardiacmusclecell(transversesection)7.4左心室肌(透射电子显微镜照片)，×40001.心肌细胞myocardialcell2.细胞核nucleus3.Z带Zband4.线粒体mitochondria7.5心肌袖(心房肌)传导组织内的P细胞×50001.致密电子颗粒denseelectronicgranules2.P细胞核nucleusofPcell3.心房肌细胞atrialmyocardialcell4.Z带ZbandTHEEND