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    掃描電子顯微鏡工作原理

    發布時間:2014-10-31      點擊次數:2901

    掃描電子顯微鏡透射電鏡原理

      目前,主流的透射電鏡鏡筒是電子槍室和由6~8 級成像透鏡以及觀察室等組成。陰極燈絲在燈絲加熱電流作用下發射電子束,該電子束在陽極加速高壓的加速下向下高速運動,經過*聚光鏡和第二聚光鏡的會聚作用使電子束聚焦在樣品上,透過樣品的電子束再經過物鏡、*中間鏡、第二中間鏡和投影鏡四級放大后在熒光屏上成像。電鏡總的放大倍數是這四級放大透鏡的放大倍數的乘積,因此透射電鏡有著更高的放大范圍(200×~1500000×)。

      掃描電鏡原理

      掃描電子顯微鏡的設計思想和工作原理,早在1935年便已被提出來了。1942年,英國首先制成一臺實驗室用的掃描電鏡,但由于成像的分辨率很差,照相時間太長,所以實用價值不大。經過各國科學工作者的努力,尤其是隨著電子工業技術水平的不斷發展,到1956年開始生產商品掃描電鏡。近數十年來,掃描電鏡已廣泛地應用在生物學、醫學、冶金學等學科的領域中,促進了各有關學科的發展。

      一.掃描電鏡的特點

      和光學顯微鏡及透射電鏡相比,掃描電鏡具有以下特點:

     ?。ㄒ唬?能夠直接觀察樣品表面的結構,樣品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

     ?。ǘ?樣品制備過程簡單,不用切成薄片。

     ?。ㄈ?樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉,因此,可以從各種角度對樣品進行觀察。

     ?。ㄋ模?景深大,圖象富有立體感。掃描電鏡的景深較光學顯微鏡大幾百倍,比透射電鏡大幾十倍。

     ?。ㄎ澹?圖象的放大范圍廣,分辨率也比較高??煞糯笫畮妆兜綆资f倍,它基本上包括了從放大鏡、光學顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍。分辨率介于光學顯微鏡與透射電鏡之間,可達3nm。

     ?。?電子束對樣品的損傷與污染程度較小。

     ?。ㄆ撸?在觀察形貌的同時,還可利用從樣品發出的其他信號作微區成分分析。

      二.掃描電鏡的結構和工作原理

     ?。ㄒ唬?結構

      1.鏡筒

      鏡筒包括電子槍、聚光鏡、物鏡及掃描系統。其作用是產生很細的電子束(直徑約幾個nm),并且使該電子束在樣品表面掃描,同時激發出各種信號。

      2.電子信號的收集與處理系統

      在樣品室中,掃描電子束與樣品發生相互作用后產生多種信號,其中包括二次電子、背散射電子、X射線、吸收電子、俄歇(Auger)電子等。在上述信號中,zui主要的是二次電子,它是被入射電子所激發出來的樣品原子中的外層電子,產生于樣品表面以下幾nm至幾十nm的區域,其產生率主要取決于樣品的形貌和成分。通常所說的掃描電鏡像指的就是二次電子像,它是研究樣品表面形貌的zui有用的電子信號。檢測二次電子的檢測器的探頭是一個閃爍體,當電子打到閃爍體上時,1就在其中產生光,這種光被光導管傳送到光電倍增管,光信號即被轉變成電流信號,再經前置放大及視頻放大,電流信號轉變成電壓信號,zui后被送到顯像管的柵極。

      3.電子信號的顯示與記錄系統

      掃描電鏡的圖象顯示在陰極射線管(顯像管)上,并由照相機拍照記錄。顯像管有兩個,一個用來觀察,分辨率較低,是長余輝的 管子;另一個用來照相記錄,分辨率較高,是短余輝的管子。

      4.真空系統及電源系統

      掃描電鏡的真空系統由機械泵與油擴散泵組成,其作用是使鏡筒內達到 10-4~10-5托的真空度。電源系統供給各部件所需的特定的電源。

     ?。ǘ?工作原理

      從電子槍陰極發出的直徑20μm~30μm的電子束,受到陰陽極之間加速電壓的作用,射向鏡筒,經過聚光鏡及物鏡的會聚作用,縮小成直徑約幾毫微米的電子探針。在物鏡上部的掃描線圈的作用下,電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發出多種電子信號。這些電子信號被相應的檢測器檢測,經過放大、轉換,變成電壓信號,zui后被送到顯像管的柵極上并且調制顯像管的亮度。顯像管中的電子束在熒光屏上也作光柵狀掃描,并且這種掃描運動與樣品表面的電子束的掃描運動嚴格同步,這樣即獲得襯度與所接收信號強度相對應的掃描電子像,這種圖象反映了樣品表面的形貌特征。第二節掃描電鏡生物樣品制備技術大多數生物樣品都含有水分,而且比較柔軟,因此,在進行掃描電鏡觀察前,要對樣品作相應的處理。掃描電鏡樣品制備的主要要求是:盡可能使樣品的表面結構保存好,沒有變形和污染,樣品干燥并且有良好導電性能。

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