什么是电子显微镜？

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超细结构。 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，它用于分析受损金属部件的断裂面，以探究原因并通过观察机械加工表面来检查质量。此外，通过观察聚合物网络，它用于研究机械性能和评估杂质污染情况。在生命科学领域，它可视化细胞器的精细结构，并通过观察复杂交织的神经元绘制神经元间的连接图。此外，对样品进行简单的预处理揭示了其在蛋白质结构分析方面的潜力，并于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光源、透镜和探测器，从术语上讲，它们的结构与光学显微镜非常相似。然而，这些在原理上与光学显微镜有很大不同。

首先，电子束与空气中的分子碰撞后迅速衰变消失。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。

此类透镜的一个特点是其较大的光学像差，设计时光圈较小以改善这一特性。这使得电子显微镜能够实现深焦深度和带深度的三维观察。

标准电子显微镜分为以下两类。

1. 透射电子显微镜（TEM）

该方法将电子束传输到样品中，并根据其衰减获得对比度。为了让电子光通过，样品厚度必须被调节薄。电子发射的力称为加速电压，但在300kV的加速电压下，波长极短，仅为0.00197纳米，分辨率为0.1纳米，表明其原子尺寸相当。换算到最高倍数后，分辨率是80万倍，是光学显微镜的800倍，显示了高分辨率。透射电子显微镜观察电子通过样品内部，非常适合观察极小样品区内的内部结构，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射线等。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，次级电子图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，反射电子图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发射电子。其他发射的电子和特征X射线也被发射，称为次级电子，发射的次级电子的强度通过点扫描获得。

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。