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掃描電子顯微鏡SEM工作原理

更新時間:2014-07-24      點擊次數(shù):3739

透射電鏡原理

  目前,主流的透射電鏡鏡筒是電子槍室和由6~8 級成像透鏡以及觀察室等組成。陰極燈絲在燈絲加熱電流作用下發(fā)射電子束,該電子束在陽極加速高壓的加速下向下高速運動,經(jīng)過*聚光鏡和第二聚光鏡的會聚作用使電子束聚焦在樣品上,透過樣品的電子束再經(jīng)過物鏡、*中間鏡、第二中間鏡和投影鏡四級放大后在熒光屏上成像。電鏡總的放大倍數(shù)是這四級放大透鏡的放大倍數(shù)的乘積,因此透射電鏡有著更高的放大范圍(200×~1500000×)。

  掃描電鏡原理

  掃描電子顯微鏡的設(shè)計思想和工作原理,早在1935年便已被提出來了。1942年,英國首先制成一臺實驗室用的掃描電鏡,但由于成像的分辨率很差,照相時間太長,所以實用價值不大。經(jīng)過各國科學(xué)工作者的努力,尤其是隨著電子工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,到1956年開始生產(chǎn)商品掃描電鏡。近數(shù)十年來,掃描電鏡已廣泛地應(yīng)用在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、冶金學(xué)等學(xué)科的領(lǐng)域中,促進了各有關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

  一.掃描電鏡的特點

  和光學(xué)顯微鏡及透射電鏡相比,掃描電鏡具有以下特點:

 ?。ㄒ唬?能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu),樣品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

 ?。ǘ?樣品制備過程簡單,不用切成薄片。

 ?。ㄈ?樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn),因此,可以從各種角度對樣品進行觀察。

 ?。ㄋ模?景深大,圖象富有立體感。掃描電鏡的景深較光學(xué)顯微鏡大幾百倍,比透射電鏡大幾十倍。

  (五) 圖象的放大范圍廣,分辨率也比較高??煞糯笫畮妆兜綆资f倍,它基本上包括了從放大鏡、光學(xué)顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍。分辨率介于光學(xué)顯微鏡與透射電鏡之間,可達3nm。

 ?。?電子束對樣品的損傷與污染程度較小。

 ?。ㄆ撸?在觀察形貌的同時,還可利用從樣品發(fā)出的其他信號作微區(qū)成分分析。

  二.掃描電鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理

 ?。ㄒ唬?結(jié)構(gòu)

  1.鏡筒

  鏡筒包括電子槍、聚光鏡、物鏡及掃描系統(tǒng)。其作用是產(chǎn)生很細的電子束(直徑約幾個nm),并且使該電子束在樣品表面掃描,同時激發(fā)出各種信號。

  2.電子信號的收集與處理系統(tǒng)

  在樣品室中,掃描電子束與樣品發(fā)生相互作用后產(chǎn)生多種信號,其中包括二次電子、背散射電子、X射線、吸收電子、俄歇(Auger)電子等。在上述信號中,zui主要的是二次電子,它是被入射電子所激發(fā)出來的樣品原子中的外層電子,產(chǎn)生于樣品表面以下幾nm至幾十nm的區(qū)域,其產(chǎn)生率主要取決于樣品的形貌和成分。通常所說的掃描電鏡像指的就是二次電子像,它是研究樣品表面形貌的zui有用的電子信號。檢測二次電子的檢測器的探頭是一個閃爍體,當(dāng)電子打到閃爍體上時,1就在其中產(chǎn)生光,這種光被光導(dǎo)管傳送到光電倍增管,光信號即被轉(zhuǎn)變成電流信號,再經(jīng)前置放大及視頻放大,電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號,zui后被送到顯像管的柵極。

  3.電子信號的顯示與記錄系統(tǒng)

  掃描電鏡的圖象顯示在陰極射線管(顯像管)上,并由照相機拍照記錄。顯像管有兩個,一個用來觀察,分辨率較低,是長余輝的 管子;另一個用來照相記錄,分辨率較高,是短余輝的管子。

  4.真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)

  掃描電鏡的真空系統(tǒng)由機械泵與油擴散泵組成,其作用是使鏡筒內(nèi)達到 10-4~10-5托的真空度。電源系統(tǒng)供給各部件所需的特定的電源。

 ?。ǘ?工作原理

  從電子槍陰極發(fā)出的直徑20μm~30μm的電子束,受到陰陽極之間加速電壓的作用,射向鏡筒,經(jīng)過聚光鏡及物鏡的會聚作用,縮小成直徑約幾毫微米的電子探針。在物鏡上部的掃描線圈的作用下,電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號。這些電子信號被相應(yīng)的檢測器檢測,經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換,變成電壓信號,zui后被送到顯像管的柵極上并且調(diào)制顯像管的亮度。顯像管中的電子束在熒光屏上也作光柵狀掃描,并且這種掃描運動與樣品表面的電子束的掃描運動嚴格同步,這樣即獲得襯度與所接收信號強度相對應(yīng)的掃描電子像,這種圖象反映了樣品表面的形貌特征。第二節(jié)掃描電鏡生物樣品制備技術(shù)大多數(shù)生物樣品都含有水分,而且比較柔軟,因此,在進行掃描電鏡觀察前,要對樣品作相應(yīng)的處理。掃描電鏡樣品制備的主要要求是:盡可能使樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好,沒有變形和污染,樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。

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