电子显微镜基础知识

什么是电子显微镜？

电子显微镜是一种通过照射电子束来观察样品的显微镜。 由于电子束波长极短，可以观察到光学显微镜无法观察到的细结构。 大致分为两类：一种是将电子束透射率输出为图像的，另一种是通过电子束与样品相互作用产生的信号进行可视化。

许多电子显微镜作为产品，要么针对工业材料优化，要么针对生物样品的观测优化。 此外，电子显微镜通常缩写为“电光光”（denken）或简称为EM（EM），均取自英文首字母。

电子显微镜的应用

在工业领域，损坏金属部件的断裂分析用于识别原因，并通过观察加工表面来检查质量。 通过观察聚合物网络，我们可以研究其机械性能并评估杂质污染情况。 在生命科学领域，我们通过观察错综复杂的神经细胞，直观地观察细胞器间的精细结构，并绘制神经元之间的连接图。 此外，简单的样品预处理表明这些方法可应用于蛋白质结构分析，他因此于2017年获得诺贝尔化学奖。

电子显微镜原理

电子显微镜的组成部分包括线的来源、透镜和探测器，从术语上讲，它与光学显微镜非常相似。 然而，每种原理与光学显微镜的原理截然不同。

首先，电子束与空气中的分子碰撞后迅速衰变或消失。 因此，电子束的产生和照射必须在真空中进行。

接下来，通用光学系统中使用的玻璃透镜通过透镜，因此为了折射电子束，需要施加磁场并将其收敛的磁透镜。

这些镜头的一个特点是其较大的光学像差，设计时光圈较小以改善光差。 这使得电子显微镜能够以深焦深和深度进行三维观察。

标准电子显微镜分为以下两类。

1. 透射电子显微镜（TEM）

该方法通过样品传输电子束，并根据电子束的衰减获得对比度。 为了让电子束通过，样品厚度必须调整至极薄。 电子发射的强度称为加速电压，但在300kV加速电压下，波长极短，仅为0.00197纳米，分辨率也为0.1纳米，表明其处于原子级。 当放大倍率为*倍数时，分辨率为80万倍，相当于光学显微镜的800倍，显示出高分辨率。 透射电子显微镜观察穿透样品内部的电子，因此非常适合观察极小样品区域内的内部结构，如晶体结构。

2. 扫描电子显微镜（SEM）

当电子束在真空中照射到材料上时，会发射出次级电子、反射电子、特征X射线及其他物质。 扫描电子显微镜图像扫描空间收敛的电子束，并由次级电子和反射电子信号形成图像。 由于次级电子是在样品表面附近产生的，次级电子成像适合观察样品的细微不均。 反射电子是指与样品组成原子碰撞并被排斥的电子，反射电子的数量取决于样品的成分（原子序数、晶体取向等）。 因此，反射电子成像适合评估样品表面的成分分布。

当电子束与样品碰撞时，样品表面的原子被激发并释放电子。 其他发射物包括反射电子和特征X射线，这些被称为次级电子，通过点扫描获得发射出的次级电子的强度。

只有用电子显微镜才能观察到的

与普通光学显微镜相比，电子显微镜具有极高的分辨率，能够在原子尺度上观察细胞和金属晶体等细小组织结构。

例如，使用光学显微镜时，无法详细观察细胞核以外的细微结构，但电子显微镜则可以做到这一点。 这使得对细胞内酶活性和细胞结构反应等多种功能进行了详细研究。