实验2电子显微镜的原理及使用ppt课件

1、实验二实验二 电子显微镜的电子显微镜的原理及运用原理及运用 光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要的工具。随着科学技术的开展，光学显微镜因其有要的工具。随着科学技术的开展，光学显微镜因其有限的分辨身手而难以满足许多微观分析的需求。上世限的分辨身手而难以满足许多微观分析的需求。上世纪纪3030年代后，电子显微镜的发明将分辨身手提高到纳年代后，电子显微镜的发明将分辨身手提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌察看扩米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌察看扩展到集形貌察看、晶体构造、成分分析等于一体。人展到集形貌察看、晶体构造、成分分析等于

2、一体。人类认识微观世界的才干从此有了长足的开展。类认识微观世界的才干从此有了长足的开展。 电镜技术又称电子显微术是一门技术性很强的综合性学科。就电镜技术而言，属现代物理学范畴；就组织和细胞的超微构造含超微病理而言，属现代分子细胞生物学及形状学范畴。 电子显微镜技术电子显微镜技术electron microscopy是研讨是研讨细胞亚显微构造的有力手段，因此该技术是细胞生细胞亚显微构造的有力手段，因此该技术是细胞生物学的重要研讨方法之一。物学的重要研讨方法之一。 电子显微镜电子显微镜electron microscope，EM是以电子波作为光源，电磁场作是以电子波作为光源，电磁场作透镜，利用电子

3、散射过程产生的信号进展显微成像透镜，利用电子散射过程产生的信号进展显微成像的大型仪器设备。的大型仪器设备。 电子显微镜的开展史电子显微镜的开展史Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-1988) 电子显微镜的分辨率可以到达纳米级(10-9m)。可用来察看很多在可见光下看不见的物体,例如病毒。Ruska获1986年度的诺贝尔物理学奖。 1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。电子显微镜下的蚊子电子显微镜下的蚊子Charles Oatley 1952年，英国工程师Charles Oatley制

4、造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。一、电子显微镜一、电子显微镜 近年来，电镜的研讨和制造有了很大的开展近年来，电镜的研讨和制造有了很大的开展。一方面，电镜的分辨率不断提高，透射电镜的。一方面，电镜的分辨率不断提高，透射电镜的点分辨率到达了点分辨率到达了0.2-0.3nm0.2-0.3nm，晶格分辨率曾经到，晶格分辨率曾经到达达0.1nm0.1nm左右，经过电镜，人们曾经能直接察看左右，经过电镜，人们曾经能直接察看到原子像；另一方面，除透射电镜外，还开展了到原子像；另一方面，除透射电镜外，还开展了多种电镜，如扫描电镜、分析电镜等。多种电镜，如扫描电镜、分析电镜等。1透射电镜TEM透射电镜即透

5、射电子显微镜Transmission Electron Microscope，简称TEM，通常称作电子显微镜或电镜EM，是运用最为广泛的一类电镜。任务原理：在细胞生物学上，可用于察看和研任务原理：在细胞生物学上，可用于察看和研讨细胞内部的亚显微镜构造、蛋白质、核酸等生物讨细胞内部的亚显微镜构造、蛋白质、核酸等生物大分子的形状构造及病毒的形状构造。透射电子显大分子的形状构造及病毒的形状构造。透射电子显微镜以电子枪作为照明光源，从电子枪灯丝发射的微镜以电子枪作为照明光源，从电子枪灯丝发射的电子束经聚光镜会聚照射到样品上。带有样品构造电子束经聚光镜会聚照射到样品上。带有样品构造信息的透射电子信息的透

6、射电子transmission electronstransmission electrons，TETE进入成像系统，被各级成像透镜聚焦、放大后，投进入成像系统，被各级成像透镜聚焦、放大后，投射在察看荧光屏上，构成透射电子显微镜像。射在察看荧光屏上，构成透射电子显微镜像。主要优点：分辨率高，可用来察看组织和细胞主要优点：分辨率高，可用来察看组织和细胞内部的超微构造以及微生物和生物大分子的全貌。内部的超微构造以及微生物和生物大分子的全貌。 透射电镜的构造：透射电镜的构造： 主要由照明系统、样品室、成像系主要由照明系统、样品室、成像系统、真空系统、察看与记录系统、电源统、真空系统、察看与记录系统、

7、电源及电器系统等六部分组成及电器系统等六部分组成 根据加速电压的大小分为以下根据加速电压的大小分为以下3 3种：种：1 1普通普通TEMTEM。最常用的是。最常用的是100KV100KV电镜。这种电镜分辨率电镜。这种电镜分辨率高点高点0.3nm0.3nm，晶格，晶格0.14nm0.14nm，但穿透身手小，察看样品必需，但穿透身手小，察看样品必需很薄，约为很薄，约为3030100nm100nm，如细胞和组织的超薄切片、复型膜和，如细胞和组织的超薄切片、复型膜和负染样品等。相当普及。我校有这样的设备。负染样品等。相当普及。我校有这样的设备。2 2高压高压TEMTEM。目前常用的是。目前常用的是20

8、0KV200KV电镜。这种电镜对样电镜。这种电镜对样品的穿透身手约为品的穿透身手约为100KV100KV电镜的电镜的1.61.6倍，可以在察看较厚样品时倍，可以在察看较厚样品时获得很好的分辨身手，从而可以对细胞构造进展三维察看。获得很好的分辨身手，从而可以对细胞构造进展三维察看。3 3超高压超高压TEMTEM。目前已有。目前已有500KV500KV、1000KV1000KV和和3000KV3000KV的超的超高压高压TEMTEM。这类电镜具有穿透身手强、辐射损伤小、可以配备。这类电镜具有穿透身手强、辐射损伤小、可以配备环境样品室及进展各种动态察看等优点，分辨率也已到达或超环境样品室及进展各种动

9、态察看等优点，分辨率也已到达或超越越100KV100KV电镜的程度。在超高压电镜上附加充气样品室，使人电镜的程度。在超高压电镜上附加充气样品室，使人们可以察看活细胞内的超微构造动态变化。们可以察看活细胞内的超微构造动态变化。透射电镜下根尖细胞的亚显微构造透射电镜下根尖细胞的亚显微构造内质网透射电镜图内质网透射电镜图 透射电镜下细胞内膜透射电镜下细胞内膜泡运输亚显微构造泡运输亚显微构造2 2扫描电镜扫描电镜SEMSEM扫描电镜即扫描电子显微镜扫描电镜即扫描电子显微镜Scanning Scanning Electron MicroscopeElectron Microscope，简称，简称SEMS

10、EM。主要用于察看。主要用于察看样品的外表形貌、割裂面构造、管腔内外表的构造样品的外表形貌、割裂面构造、管腔内外表的构造等。等。扫描电镜原理扫描电镜原理 任务原理：利用电子射线轰击样品外表，引起二次电任务原理：利用电子射线轰击样品外表，引起二次电子等信号的发射，经检测安装接纳后成像的一类电镜。子等信号的发射，经检测安装接纳后成像的一类电镜。主要优点：景深长，所获得的图像立体感强，可用来主要优点：景深长，所获得的图像立体感强，可用来察看生物样品的各种形貌特征。察看生物样品的各种形貌特征。一些电镜图片染色体 染色体 被精子包围的卵子骨髓细胞 SARS AIDS人类红细胞人类红细胞酵母酵母人类精子人

11、类精子 根据性能不同主要分为：根据性能不同主要分为：1普通普通SEM。目前普通扫描电镜采用热发射电子枪，。目前普通扫描电镜采用热发射电子枪，分辨率为分辨率为6nm左右，假设采用六硼化镧电子枪，分辨率可提高左右，假设采用六硼化镧电子枪，分辨率可提高到到45nm。2场发射电子枪场发射电子枪SEM。由于场发射电子枪具有亮度高。由于场发射电子枪具有亮度高、能量分散少，阴极源尺寸小等优点，这种电镜的分辨率已、能量分散少，阴极源尺寸小等优点，这种电镜的分辨率已到达到达3nm。场发射电子枪。场发射电子枪SEM的另一个优点是可以在低加速的另一个优点是可以在低加速电压下进展高分辨率察看，因此可以直接察看绝缘体而

12、不发电压下进展高分辨率察看，因此可以直接察看绝缘体而不发生充、放电景象。生充、放电景象。3生物用生物用SEM。这种。这种SEM备有冰冻冷热样品台，可把备有冰冻冷热样品台，可把含水生物样品迅速冷冻并对冰冻样品进展察看，可以减少化含水生物样品迅速冷冻并对冰冻样品进展察看，可以减少化学处置引起的人为变化，使察看样品更接近于自然形状。如学处置引起的人为变化，使察看样品更接近于自然形状。如要察看内部构造，还可用冷刀把样品进展切开，加温使冰升要察看内部构造，还可用冷刀把样品进展切开，加温使冰升华，并在其上喷镀一层金属再进展察看，一切这些过程都在华，并在其上喷镀一层金属再进展察看，一切这些过程都在SEM中不

13、破坏真空的形状下进展。中不破坏真空的形状下进展。3 3电子探针电子探针电子探针主要用于探测微小区域的元素成分。电子探针主要用于探测微小区域的元素成分。其原义仅是一个物理学名词，意指聚焦了的电子其原义仅是一个物理学名词，意指聚焦了的电子束。当电子束照射样品外表时，可激发束。当电子束照射样品外表时，可激发X X射线，射线，X X射线光量子的能量及波长与元素的原子序数有关射线光量子的能量及波长与元素的原子序数有关，称为特征，称为特征X X射线。采用晶体分光光谱法测定射线。采用晶体分光光谱法测定X X射射线的波长和强度来分析样品成分的仪器，称为线的波长和强度来分析样品成分的仪器，称为X X射射线分光光

14、谱仪或电子探针；用锂漂移硅探头测定线分光光谱仪或电子探针；用锂漂移硅探头测定X X射线能量和强度的仪器称为射线能量和强度的仪器称为X X射线能谱仪。射线能谱仪。扫描隧道显微镜及原理扫描隧道显微镜及原理扫描隧道显微镜图片硅外表硅外表 纳米算盘纳米算盘由单个原子构成由单个原子构成 的的“IBM4 4分析电镜分析电镜分析电镜是利用电子射线轰击样品所产生的分析电镜是利用电子射线轰击样品所产生的X X射线或俄歇电射线或俄歇电子对样品元素进展分析的一类电镜。其特点是能在察看超微构子对样品元素进展分析的一类电镜。其特点是能在察看超微构造的同时，对样品中一个极微小的区域进展化学分析，从而在造的同时，对样品中一

15、个极微小的区域进展化学分析，从而在超微构造程度上测定各种细胞构造的化学成分及其变化规律。超微构造程度上测定各种细胞构造的化学成分及其变化规律。1 1分析分析TEMTEM。在。在TEMTEM上配备上配备X X射线能谱仪后即成为分析射线能谱仪后即成为分析TEMTEM，目前很多，目前很多100KV100KV和和200KV TEM200KV TEM都可以装上都可以装上X X射线检测附件，进展射线检测附件，进展样品的元素分析。样品的元素分析。2 2分析分析SEMSEM。在。在SEMSEM上配备上配备X X射线能谱仪后，便可兼有电射线能谱仪后，便可兼有电子探针分析样品化学成分的功能。子探针分析样品化学成分

16、的功能。3 3扫描俄歇电镜。把扫描俄歇电镜。把SEMSEM与俄歇电子能量分析仪相结合与俄歇电子能量分析仪相结合，即成为扫描俄歇电镜，它能对样品外表进展微区元素分析，即成为扫描俄歇电镜，它能对样品外表进展微区元素分析，是一种外表微观分析电镜。是一种外表微观分析电镜。5 5扫描透射电镜扫描透射电镜SEMSEM中电子射线作用于样品后，其中一部分电子中电子射线作用于样品后，其中一部分电子可透过样品成为透射电子，将透过样品的透射电子可透过样品成为透射电子，将透过样品的透射电子和散射电子用检测器接纳成像，即成为扫描透射电和散射电子用检测器接纳成像，即成为扫描透射电镜。这种电镜普通用场发射电子枪，兼有镜。这

17、种电镜普通用场发射电子枪，兼有TEMTEM、SEMSEM和分析电镜的特点，能察看较厚的样品，分辨身手和分析电镜的特点，能察看较厚的样品，分辨身手和成像质量都很好，是近年来电镜技术的最大改良和成像质量都很好，是近年来电镜技术的最大改良之一。之一。二、电子显微术二、电子显微术电镜具有很高的分辨身手，能察看极微电镜具有很高的分辨身手，能察看极微小的构造。但是电镜不能直接察看天然形小的构造。但是电镜不能直接察看天然形状下的生物标本，必需经过各种技术将生状下的生物标本，必需经过各种技术将生物标本制成特殊的电镜生物样品，才干放物标本制成特殊的电镜生物样品，才干放入电镜进展察看，这些电镜样品制备技术入电镜进

18、展察看，这些电镜样品制备技术称为电子显微术。称为电子显微术。电子显微术：将生物标本制成特殊的电电子显微术：将生物标本制成特殊的电镜察看用生物样品的制备技术。镜察看用生物样品的制备技术。1 1与与TEMTEM有关的电子显微术有关的电子显微术1 1超薄切片技术。超薄切片技术。 超薄切片技术就是经过固定、脱水、包埋、切片和染超薄切片技术就是经过固定、脱水、包埋、切片和染色等步骤，将生物标本切成薄于色等步骤，将生物标本切成薄于0.1m0.1m的超薄切片的样品的超薄切片的样品制备技术，用于生物组织的内部超微构造研讨。制备技术，用于生物组织的内部超微构造研讨。玻璃刀制造仪玻璃刀制造仪超薄切片机部分超薄切片

19、机部分2 2负染色技术。负染色技术。利用电子密度比标本高的重金属盐如磷钨酸钠、醋酸利用电子密度比标本高的重金属盐如磷钨酸钠、醋酸铀等将生物标本包围起来，加强背景散射电子的才干以铀等将生物标本包围起来，加强背景散射电子的才干以提高反差，在黑暗的背景下显示标本的形状构造，称负染提高反差，在黑暗的背景下显示标本的形状构造，称负染色技术。这一技术操作简便，主要用于颗粒状标本如细色技术。这一技术操作简便，主要用于颗粒状标本如细菌、病毒、分别细胞器等的研讨。菌、病毒、分别细胞器等的研讨。3 3冷冻蚀刻技术。冷冻蚀刻技术。在快速冷冻下对生物样品进展断裂、蚀刻和复型，制备在快速冷冻下对生物样品进展断裂、蚀刻和

20、复型，制备生物样品复型膜的技术称冷冻蚀刻技术。在电镜下察看复生物样品复型膜的技术称冷冻蚀刻技术。在电镜下察看复型膜可获得立体感强的超微构造图像，主要用于生物膜构型膜可获得立体感强的超微构造图像，主要用于生物膜构造的研讨。造的研讨。4 4电镜细胞化学技术。电镜细胞化学技术。在超微构造程度上，经过电镜细胞化学反响来研讨细胞成在超微构造程度上，经过电镜细胞化学反响来研讨细胞成分的分布和变化的方法称电镜细胞化学技术。这一技术把细胞分的分布和变化的方法称电镜细胞化学技术。这一技术把细胞超微构造与其化学组成有机地结合起来，目前主要用于研讨细超微构造与其化学组成有机地结合起来，目前主要用于研讨细胞内各种大分

21、子物质和酶的定位等。胞内各种大分子物质和酶的定位等。5 5免疫电镜技术。免疫电镜技术。这是一种使抗原在超微构造程度上定位的技术，运用与抗这是一种使抗原在超微构造程度上定位的技术，运用与抗原相应的标志抗体，在电镜下察看标志物的位置，从而定位相原相应的标志抗体，在电镜下察看标志物的位置，从而定位相应抗原。这一技术具有灵敏度高、特异性强的特点。应抗原。这一技术具有灵敏度高、特异性强的特点。6 6电镜放射自显影技术。电镜放射自显影技术。这是电镜技术与放射自显影技术相结合，察看放射性物质这是电镜技术与放射自显影技术相结合，察看放射性物质在超微构造程度上的定位和变化，从而了解细胞的各种代谢活在超微构造程度上的定位和变化，从而了解细胞的各种代谢活动。这一技术使构造与功能的研讨结合起来，是一种动态的研动。这一技术使构造与功能的研讨结合起来，是一种动态的研讨方法。讨方法。2 2与与SEMSEM有关的电子显微术有关的电子显微术1 1SEMSEM常规制样技术。常规制样技术。SEMSEM适宜于研讨生物样品的外适宜于研讨生物样品的外表特征，样品制备包括样品察看面的暴露、固定、