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带你走进电子显微镜发展及使用

发表时间:2021-07-16 17:43作者:星辰光学

一、电子显微镜发展史

1928-1932年,德国恩斯特.鲁斯卡在诺尔的指导下,世界上第一台电子显微镜在柏林工科大学高压实验室里诞生,消息传出振奋人心,也震惊了世界,

但这台显微镜的放大倍数太低只有12倍。

1931年鲁斯卡和克诺尔用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器,并获

1935-1938年鲁斯卡和包利斯经过四年的时间研究,世界上第一台高分辨率电子显微镜就此诞生。

1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜,并投入批量生产。


恩斯特·鲁斯卡和他的显微镜

1978年,一种新的物理探测系统—“扫描隧道显微镜已被德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔系统地论证了。并于1982年制造成功。

这种新型的显微镜,放大倍数可达3亿倍,最小可分辨的两点距离为原子直径的1/10。也就是说它的分辨率高达0.1埃。

1960年代投射电子显微镜的加速电压越来越高来透视越来越厚的物质。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。

1980年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。1986年瑞典皇家学院将诺贝尔物理奖授予鲁斯卡、宾尼格、罗雷尔三人。

1990年代中电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像,同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统,同时电子显微镜的操作越来越简单。


二、显微镜结构组成

电子显微镜由镜简、真空系统和电源柜三部分组成。

镜筒主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件,这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体;真空系统由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成,并通过抽气管道与镜简相联接;电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。


三、电子显微镜工作原理

因电子束穿透样品后,再用电子透镜成像放大而得名。它的光路与光学显微镜相仿,可以直接获得一个样本的投影。通过改变物镜的透镜系统人们可以直接放大物镜的焦点的像。由此人们可以获得电子衍射像。透射电镜的分辨率为0.1~0.2nm,放大倍数为几万~几十万倍。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)。

透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪,电子由钨丝热阴极发射出、通过第一,第二两个聚光镜使电子束聚焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上,再通过中间镜和投影镜逐级放大,成像于荧光屏或照相干版上。中间镜主要通过对励磁电流的调节,放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍;改变中间镜的焦距,即可在同一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。

扫描电子显微镜的电子束不穿过样品,仅以电子束尽量聚焦在样本的一小块地方,然后一行一行地扫描样本。入射的电子导致样本表面被激发出次级电子。显微镜观察的是这些每个点散射出来的电子,放在样品旁的闪烁晶体接收这些次级电子,通过放大后调制显像管的电子束强度,从而改变显像管荧光屏上的亮度。图像为立体形象,反映了标本的表面结构。显像管的偏转线圈与样品表面上的电子束保持同步扫描,这样显像管的荧光屏就显示出样品表面的形貌图像,这与工业电视机的工作原理相类似。


四.电子显微镜的分类及使用场所

电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。


透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构;扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌,也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合,构成电子微探针,用于物质成分分析;发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。


五、显微镜日常维修与保养

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显微镜的日常保养:

1、当显微镜不用时,显微镜应当用仪器提供的防尘罩盖住。若光学表面及仪器有灰尘和污物,在擦清表面前应当先用吹气球吹去灰尘或用柔软毛刷去污物。

2、光学表面应当用无绒棉布,镜头纸或用专用的镜头清洁液沾湿的棉花签来清洁。请避免使用过多的溶剂,擦镜纸或棉花签应恰当沾湿溶剂但不要因为使用太多溶剂而渗透到物镜内,造成物镜清晰度下降及物镜损坏。

3、显微镜中目镜物镜的表面镜头最容易受到灰尘和污物及油的粘污,当发现衬度,清晰度降低,雾状发生时,则需要用放大镜仔细检查目镜,物镜前面镜头的状况。

低倍物镜有相当大的前组镜片,能用缠在手指上的棉布或棉签及擦镜纸上用乙醇沾湿来擦拭。40X、100X需多加小心地用放大镜仔细检查。高倍镜中为了达到高的平坦度,应用了一个有小曲率半径凹面的前组镜头,在擦拭这组镜头时用带有棉球的牙签或棉花签清洁。擦拭镜头表面要轻。不要过度用力和有刮擦动作,并确信棉签触到镜头的凹面。

5、在清理后用放大镜检查物镜是否损伤,如果必须要去开观察镜筒,小心不要接触到镜筒下面的外露镜头,镜头表面如有手指印会降低成像的清晰度,用清洁物目镜的方法进行擦拭。

6、当显微镜使用100X油镜使用完时,请及时将油镜表面擦拭清楚并检查40X物镜是否沾上油,如有请及时擦清。使显微镜始终保持成像清晰。

显微镜维护:

1、使用防尘罩是保证显微镜处于良好机械和物理状态的最重要的因素。

2、显微镜的外壳如有污迹,能用乙醇或肥皂水来清洁(无用其他有机溶剂来清洁),但切勿让这些清洗液渗入显微镜内部,造成显微镜内部电子部件的短路或烧毁。

3、保持显微镜使用场地的干燥,当显微镜长期工作在湿度较大的环境中,还是容易增加霉变的几率,因此如显微镜不得不工作在这些湿度较大的环境中,建议使用去湿机。另外,如发现光学元件表面有雾状,霉斑等不良情况时,请立刻联系星辰光学专业人士,对您的显微镜进行专业维护保养。


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