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透射式电子显微镜的工作原理之成像系统

更新时间  2021-10-22 15:32:14 阅读

透射式电子显微镜的工作原理之成像系统

   二、成像系统

  1.样品室(specimen room )

  样品室处在聚光镜之下,内有载放样品的样品台。样品台必须能做水平面上X、Y方向的移动,以选择、移动观察视野,相对应地配备了2个操纵杆或者旋转手轮,这是一个精密的调节机构,每一个操纵杆旋转10圈时,样品台才能沿着某个方向移动3mm左右。现代高档电镜可配有由计算机控制的马达驱动的样品台,力求样品在移动时精确,固定时稳定;并能由计算机对样品做出标签式定位标记,以便使用者在需要做回顾性对照时依靠计算机定位查找,这是在手动选区操作中很难实现的。

蔡司扫描电镜

  生物医学样品在做透射电镜观察时,基本上都是将原始样品以环氧树脂包埋,然后用非常精密的超薄切片机切成薄片,刀具为特制的玻璃刀或者是钻石刀。切下的生物医学样品的厚度通常只有几十个纳米(nm),这在一般情况下用肉眼是不能直接看到的,图4-19(a ),必须让切片飘浮在水面上,由操作熟练的技术人员借助特殊的照明光线,并以特殊的角 度才能观察到如此薄的切片。切好的薄片被捞放在铜网上,经过染色和干燥后才能用于观察.透射电镜样品的制作是一个漫长、复杂而又精密的过程,技术性非常强。但是我们前面介绍过,要想获得优良的电镜影像,制做优良的样品标本乃是非常重要的第一步。

  盛放样品的铜网根据需要可以是多种多样的,图4-19(b),直径一般均为3mm ,通常铜网上有多少个栅格,我们就把它称作多少目。之所以选择铜制作样品网,是由于它不会与电子束及电磁场发生作用,同理还可以选择其他导磁率低的金属材料(如镍)制作样品网,样品网属于易耗品,铜网加工容易、成本低,故使用十分普及。

  透射电镜常见的样品台有2种:①顶入式样品台,要求样品室空间大,一次可放入多个(常见为6个)样品网,样品网盛载杯呈环状排列。使用时可以依靠机械手装置进行依次交换。优点是每观察完多个样品后,才在更换样品时破坏一次样品室的真空,比较方便、省时间;但所需空间太大,致使样品距下面物镜的距离较远,不适于缩短物镜焦距,会影响电镜分辨力的提高。②侧插式样品台,样品台制成杆状,样品网载放在前端,只能盛放1~2个铜网。样品台的体积小,所占空间也小,可以设置在物镜内部的上半端,有利于电镜分辨率的提高。缺点是一次不能同时放入多个样品网,每次更换样品必须破坏一次样品室的真空,略嫌不便。

  在性能较高的透射式电镜中,大多采用上述侧插式样品台,为的是*大限度地提高电镜的分辨能力。高档次的电镜可以配备多种式样的侧插式样品台,某些样品台通过金属联接能对样品网加热或者致冷,以适应不同的用途。样品是先盛载在铜网上,然后固定在样品台上的,样品台与样品握持杆合为一体,是一个非常精巧的部件(图4-20)。样品杆的中部有一个“O”形橡胶密封圈,胶圈表面涂有真空脂,以隔离样品室与镜体外部的真空(两端的气压差极大,比值可达10-6~10-9)。

  样品室的上下电子束通道各设了一个真空阀,用以在更换样品时切断电子束通道 ,只破坏样品室内的真空,而不影响整个镜筒内的真空,这样在更换样品后样品室重又抽回真空时,可节省许多时间。当样品室的真空度与镜筒内达到平衡时, 再重新开启与镜筒相通的真空阀。

  2.物镜(object lens)

  处于样品室下面,紧贴样品台,是电镜中的第1个成像元件,在物镜上产生哪怕是极微小的误差,都会经过多级高倍率放大而明显地暴露出来,所以这是电镜的一个*重要部件,决定了一台电镜的分辨本领,可看作是电镜的心脏。

  (1)特点 物镜是一块强磁透镜,焦距很短,对材料的质地纯度、加工精度、使用中污染的状况等工作条件都要求极高。致力于提高一台电镜的分辨率指标的核心问题,便是对物镜的性能设计和工艺制作的综合考核。尽可能地使之焦距短、像差小,又希望其空间大,便于样品操作,但这中间存在着不少相互矛盾的环节。

  (2)作用

  进行初步成像放大,改变物镜的工作电流,可以起到调节焦距的作用。电镜操作面板上粗、细调焦旋扭,即为改变物镜工作电流之用。

  为满足物镜的前述要求,不仅要将样品台设计在物镜内部,以缩短物镜焦距;还要配置良好的冷却水管,以降低物镜电流的热飘移;此外,还装有提高成像反差的可调活动光阑,及其要达到高分辨率的消像散器。对于高性能的电子显微镜,都通过物镜装有以液氮为媒质的防污染冷阱,给样品降温。

  3.中间镜(intemediate lens)和投影镜(projection lens)

  在物镜下方,依次设有中间镜和第1投影镜、第2投影镜,以共同完成对物镜成像的进一步放大任务。从结构上看,它们都是相类似的电磁透镜,但由于各自的位置和作用不尽相同,故其工作参数、励磁电流和焦距的长短也不相同。电镜总放大率:

  M=MO·MI·MP1·MP2

  即为物镜、中间镜和投影镜的各自放大率之积。 当电镜放大率在使用中需要变换时,就必须使它们的焦距长短相应做出变化,通常是改变靠中间镜和第1投影镜线圈的励磁工作电流来达到的。电镜操纵面板上放大率变换钮即为控制中间镜和投影镜的电流之用。

  对中间镜和投影镜这类放大成像透镜的主要要求是:在尽可能缩短镜筒高度的条件下,得到满足高分辨率所需的*高放大率,以及为寻找合适视野所需的*低放大率;可以进行电子衍射像分析,做选区衍射和小角度衍射等特殊观察;同样也希望它们的像差、畸变和轴上像散都尽可能地小。