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电子显微镜 李 冰
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电镜的主要结构 电子光学系统 真空系统 供电系统
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1 . 电子光学系统 1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V 或Y形状。
1 . 电子光学系统 1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V 或Y形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是 阳极接地，阴极带有负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的 亮度。 阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此， 人们习惯上把它们通称为“电子枪”。 （4）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用， 电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚光 镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次将发 散的电子会聚起来的作用。
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阴极（接 负高压） 控制极（比阴极 负100~1000伏） 阳极 电子束 聚光镜 试样 照明部分示意图
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2）成象放大部分 （1）试样室：位于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通过 试样台承载试样，移动试样。
（2）物镜：电镜的最关键的部分，投射电镜的好坏，很大程度 上取决于物镜的好坏。 物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本 领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。 （3）中间镜 （4）投影镜
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物 物镜 一次象 中间镜 二次象 投影镜 高放大率象 三次象 （荧光屏）
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物镜关闭 无光阑 中间镜 （作物镜用） 第一实象 投影镜 极低放大率象 （荧光屏） 普查象
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3）显象部分 这部分由观察室和照相机构组成。 在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析 附件。
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电子束 扫描发生仪 显象管 和X-Y 记录仪 扫描线圈 数据 处理 能量选择光阑 入射光阑 放大器 电子能量 分析仪 探测器 图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
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为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，
2 . 真空系统 为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用， 而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子 枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空 度为 毫米汞柱。
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透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部
3 . 供电系统 透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部 分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。 电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。 所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和 各透镜的激磁电流。 近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作 程序控制系统和数据处理的计算机系统。
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目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3 埃，电压为100～500kV，放大倍数50~1200000倍。
由于材料研究强调综合分析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件，如扫描电镜、扫描透射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析等有关附件，使其成为微观形貌观察、晶体结构分析和成分分析的综合性仪器，即分析电镜。它们能同时提供试样的有关附加信息。
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日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台 ，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器 不但适合于医学、化学、 微生物等方面的研究，由 于加速电压高，更适合于 金属材料、矿物及高分子 材料的观察与结构分析， 并能配合能谱进行微区成 份分析。 ● 分 辨 率：0.34nm ● 加速电压：75KV－200KV ● 放大倍数：25万倍 ● 能 谱 仪：EDAX－9100 ● 扫描附件：S7010
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CM200-FEG场发射枪电镜 JEM-2010透射电镜 加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度 β=±25度 JEM-2010透射电镜 加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
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JEM-2010透射电镜 EM420透射电子显微镜 加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
加速电压20KV、40KV、60KV、 80KV、100KV、120KV 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm 倾转角度α=±60度 β=±30度
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Philips CM12透射电镜 CEISS902电镜 加速电压20KV、40KV、60KV、80KV
、100KV、120KV LaB6或W灯丝 晶格分辨率 2.04Å 点分辨率 3.4Å 最小电子束直径约2nm； 倾转角度α=±20度 β=±25度 CEISS902电镜 加速电压50KV、80KV W灯丝 顶插式样品台 能量分辨率1.5ev 倾转角度α=±60度 转动4000
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电子显微镜的成像原理 目前，电子显微镜技术（electron microscopy)已成为研究机体微细结构的重要手段。常用的有透射电镜（transmission electron microscope，TEM）和扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）。 与光镜相比，电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜，并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。
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光学显微镜和电镜光路图比较 电子镜 光源 聚光镜 聚光镜 试样 试样 物镜 物镜 中间象 中间象 投影镜 目镜 毛玻璃 观察屏 照相底板
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1、透射电子显微镜 (Transmission electron microscope, TEM)
在真空条件下，电子束经高压加速后，穿透样品时形成散射电子和透射电子，它们在电磁透镜的作用下在荧光屏上成像。 电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射，如电子束投射到质量大的结构时，电子被散射的多，因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像，电子照片上则呈黑色。称电子密度高（electron dense）。反之，则称为电子密度低（electron lucent）。
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利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化
透射电镜与光镜的比较 显微镜 分辨本领 光源 透镜 真空 成像原理 LM TEM 200nm 100nm 0.1nm 可见光（ ） 紫外光 （约200nm) 电子束 （ ） 玻璃透镜 电磁透镜 不要求真空 要求真空 1.33x10-5～1.33x10-3Pa 利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化 利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差 透射电镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～几十万倍。
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胸腺细胞
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2、扫描电镜 (Scanning Electron microscope)
（1）实验原理 扫描电镜是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。用极细的电子束在样品表面扫描，激发样品表面放出二次电子，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。（细胞、组织）表面的立体构像，可摄制成照片。 扫描电镜能观察较大的组织表面结构，1mm左右的凹凸不平面能清所成像，故放样品图像富有立体感。
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疟疾破坏的两个红细胞
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三、样本的制备 由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50～100nm）。
其制备过程要求极严格。要在机体死亡后的数分钟钓取材，组织块要小（1立方毫米以内），常用戊二醛和饿酸进行双重固定，树脂包埋，用特制的超薄切片机（ultramicrotome）切成超薄切片，再经醋酸铀和柠檬酸铅等进行电子染色。
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超薄切片技术 主要包括取材、固定、包埋、切片、染色等步骤
Dilute 稀释的 vial 小瓶 acetone丙酮 microtome显微镜用切片机 trough水槽 copper grid 铜格 主要包括取材、固定、包埋、切片、染色等步骤
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四、电镜技术的应用 在生命科学领域可用于胚胎及组织发生学方面的研究和观察；
在临床上可用于多种疾病亚细胞结构病变的观察和诊断，特别是肾小球疾病及肌病的诊断，以及一些疑难肿瘤的组织来源和细胞属性判定，如一些去分化、低分化或多向分化肿瘤的诊断和鉴别诊断； 最早关于细胞凋亡的形态学描述也是源于电镜的观察。
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随着电镜技术的不断发展，以及与其他方法的综合使用，还出现了免疫电镜、电镜细胞化学技术、电镜图像分析技术及全息显微术等。
电镜技术也有其局限性：如电镜设备昂贵、样本制备较复杂、实验费用较高；另外，由于样本取材少，观察范围有限，有时还可能会遗漏信息；当用于辅助肿瘤外检诊断时，只能判定组织或细胞的来源，不能确定肿瘤的良恶性。
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