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扫描电镜和透射电镜的区别

提供来源:上海百贺 日期:2016年12月22日

扫描电镜和透射电镜的区别

通俗的说,扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的,只是表面的立体三维的图象。因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子  而透射电竟就相当于普通显微镜。只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光,从而实现了显微 是二维的图象,会看到表面的图象的同时也看到内层物质。就想我们拍的X光片似的,内脏骨骼什么的都重叠着显现出来,总结就是透射虽然能看见内部但是不立体。扫描立体但是不能看见内部,只局限与表面   写论文的时候就用了扫描电镜的图,你说看主要做形貌,凡是需要看物质表面形貌的,都可以用扫描电镜,不过要要注意扫描电镜目前分辨率,看看能否达到实验要求。两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的,都可以用扫描电镜,不过好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。如果需要进一步观察表面形貌,需要使用扫描探针显微镜SPM(AFM,STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解,需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。当然很多时候对于nm 。区别扫描电镜观察的是样品表面的形态,而透射电镜是观察样品结构形态的。一般情况下,透射电镜放大倍数更大,真空要求也更高。扫描电镜可以看比较“大”的样品,大可以达到直径200mm以上,高度80mm左右,而透射电镜的样品只能放在直?mm左右的铜网上进行观察。

一、分析信号

(1)扫描电镜

扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时,被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子,以嬖诳杉⒆贤狻⒑焱夤馇虿牡绱欧洹M保部刹缱?空穴对、晶格振动(声子)、电子振荡(等离子体)。原则上讲,利用电子和物质的相互作用,可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息,如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。扫描电子显微镜正是根据上述不同信息产生的机理,采用不同的信息检测器,使选择检测得以实现。如对二次电子、背散射电子的采集,可得到有关物质微观形貌的信息;对X射线的采集,可得到物质化学成分的信息。

(2)透射电镜

根据德布罗意(De Broglie,20世纪法国科学家)提出的运动的微观粒子具有波粒二象性的观点,电子束流也具有波动性,而且电子波的波长比可见光要短得多(例如200千伏加速电压下电子波波长为0.00251纳米),显然,如果用电子束作光源制成的显微镜将具有比光学显微镜高得多的分辨能力。更重要的是,

二、结构

(1)扫描电镜

1.镜筒

镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm),并且使该电子束在样品表面扫描,同时激发出各种信号。

2.电子信号的收集与处理系统

在样品室中,扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号,其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中,貌的有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁

3.电子信号的显示与记录系统

扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上,并由照相机拍照记录。显像管有两个,一个用来观察,分辨率较低,是长余辉的管子;另一个用来照相记录,分辨率较高,是短余辉的管子。

4.真空系统及电源系统

扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成,其作用是使镜筒内达到10的真空度。 电源系)供给各部件所需的特定的电源。

(2)透射电镜

电子光学部分

整个电子光学部分完全置于镜筒之内,自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、 物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。根据这些装置的功能不同又可将电子光学)分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。

  1. 照明系统

照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中及倾斜调节装置组成。它的作用是为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源。为满足暗场成像的需要照明电子束可在2-3度范围内倾斜。

  • 电子枪

它由阴极、栅极和阳极构成。在真空中通电加热后使从阴极发射的电子获得较高的动能形成定向高速电子流。

  • 聚光镜

聚光镜的作用是会聚从电子枪发射出来的电子束,控制照明孔径角、电流密度和光斑尺寸。

  1. 样品室

样品室中有样品杆、样品杯及样品台。

  1. 成像系统

成像系统一般由物镜、中间镜和投影镜组成。

  1. 图像观察与记录系统

该系统由荧光屏、照相机、数据显示等组成。

2.真空系统

真空系统由机械泵、油扩散泵、换向阀门、真空测量仪奉及真空管道粘伞托以上。如果真空度低的话,电子与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬度,还会使电子栅极与阳极间高压电离导致极间放电,残余的气体还会腐蚀灯丝,污染样品。

3.供电控制系统

透射电镜的电路主要由高压直流电源、透镜励磁电源、偏转器线圈电源、电子枪灯丝加热电源,以及真空系统控制电路、真空泵电源、照相驱动装置兆远毓獾缏返炔糠肿槌伞A硗猓矶喔咝阅艿牡缇瞪匣棺氨赣猩韪郊⒛芷滓椤⒌缱幽芰克鹗椎纫瞧 。

三、功能

(1)扫描电镜

1、扫描电镜追求固体物质高分辨的形貌,形态图像(二次电子探测器SEI)-形貌分析(表面几何形态,形状,尺寸)

2、显示化学成分的空间变化,基于化学成分的相鉴定---化学成分像分布,微区化学成分分析。

1)用x射线能谱仪或波谱(EDS or WDS)采集特征X射线信号,生成与样品形貌相对应的,元素面分布图或者进行定点化学成分定性定量分析,相鉴定。       2)利用背散射电子(BSE)基于平均原子序数(一般和相对密度相关)反差,生成化学成分相的分布图像。

3)利用阴极荧光,基于某些痕量元素(如过渡金属元素,稀土元素等)受电子束激发的光强反差,生成的痕量元素分布图像。

4)利用样品电流,基于平均原子序数反差,生成的化学成分相的分布图像,该图像与背散射电子图像亮暗相反。

5)利用俄歇电子,对样品物质表面1nm表层进行化学元素分布的定性定理分析。  3、在半导体器件(IC)研究中的特殊应用:

1)利用电子束感生电流EBIC

2)利用样品电流成像,结果可显示电路中金属层的开、短路,因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。

3)利用二次电子电位反差像,

4、利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构(原子在晶体中的排列方式),晶体取向分布分析,基于晶体结构的相鉴定。

(2)透绲缇?nbsp; 早期的透射电子显微镜功能主要是观察样品形貌,后来发展到可以通过电子衍射原位分析样品的晶体结构。具有能将形貌和晶体结构原位观察的两个功能是其它结构分析仪器(如光镜和X射线衍射仪)所不具备的。

透射电子显微镜增加附件后,其功能可以从原来的缙纺诓孔橹蚊补鄄欤═EM)、原位的电子衍射分析(Diff),发展到还可以进行原位的成分分析(能谱仪EDS、特征能量损失谱EELS)、表面形貌观察(二次电子像SED、背散射电子像BED)和透射扫描像(STEM)。

结合样品台设计成高温台、低温台和拉伸台,透射电子显微镜功能的拓宽意味着一台仪器在不更换样品的情况下可以进行多种分析,尤其是可以针对同一微区位置进行形貌、晶体结构、成分(价态)的分析。

四、衬度原理

(1)扫描电镜

二、扫描电子显微镜

扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)于20世纪60年代问世,用来观察标本的表面结构。其工作原理是用一束极细的电子束扫描样品,标本表面发射出次级电子,标本在固定、脱水后,要喷涂上一层重金属微粒,重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。  目前扫描电镜的分辨力为6~10nm,人眼能够区别荧光屏上两个相距0.2mm的光点,则扫描电镜的大有效放大倍率为0.2mm/10nm=20000X。 

  电镜观察的是样品的亚显微结构,在制备样品的过程的主要目的就是维持细胞的细微结构,

 透射电镜的样品要制备超薄切片包括:固定-脱水-浸透-包埋-切片等过程

 扫描电镜相对简单:原则上只要经过固定-二氧化碳干燥-镀金就可以观察

先以透射电镜为例,结合我自己的体会详细介绍一下:

  1、样品缓冲液:

由于细胞本身的缓冲能力很小,在非缓冲的固定液中固定时,细胞会因逐渐

酸化而产生损伤。为了防止这种损伤,一般都采用具有缓冲能力的固定液对组织进行固定。由于固定不同的组织对固定液所要求的PH值和渗透压不同,因此,根据不同组织的要求,可通过缓冲液调整固定液的PH值和渗透压.常用的缓冲液有磷酸缓冲液,醋酸一巴比妥缓冲液和二甲胂酸钠缓冲液.

 2、样品的固定:用化学固定剂或冰冻、干燥及高温等物理方法迅速伤老现在采用戊二醛与锇酸双重固定祛对生物材料进行固定的居多。因为醛类被认为能够与蛋白质形成交联,而戊二醛被认为是能够保存细微结构好的醛类.锇酸是能够固定脂类的固定剂.(锇酸剧毒,能够让人丧失嗅觉,配制的时候一定小心)

  采用双重固定法使戊二醛与锇酸这两种固定剂相互取长补短,更好地发挥固定作用.

 3 样品脱水:

固定后的组织要经过包埋剂的包埋、聚合形成能够进行超薄切片的硬块。由于包埋剂不溶于水,只有将细胞中的游离水清除之后,非水溶性的包埋剂才能渗入细胞。脱水时候要主意梯度的提高一定要缓慢,猛烈的梯度变化会严重影响细胞结构.  包埋剂建议选用Epon812树脂的包埋方,应为这种树脂被认为在凝聚的时候发生的形变是小的.Epon812 溶于丙酮,所以一般在脱水到80%乙醇的时候换为丙酮梯度继续脱水. 4:浸透包埋剂(这一步与包埋是连在一起进行的): 浸透是用包埋剂将组织内的脱水剂取代,包埋剂浸入细胞中,使细胞内外所有空间都被包埋剂充填。包埋剂为一种环氧树脂,其分子内有两种反应基团,即环氧基和羟基。环氧基位于分子末端,与一种叫催化剂的胺类化合物反应,环氧基打开,形成首尾相联的长链化合物。分子中的羟基与酸酐结合形成分子间的交联桥。因此,当树脂、胺类及酸酐三者混合并加温后,树脂分子发生三维聚合使包

  这一步主要注意在配制包埋剂的时候要保持干燥,尽可能选天气湿度小的时候配制,包埋剂中一定不能混入气泡,配制完毕套上纸袋放入干燥器中备用.所用器皿应烘干,不能有任何水分; 配药时每加入一样药品都要搅拌均匀;

 5:切片

电镜的透射电子穿透能力很弱,因此大多数标本不能直接在电镜下观察。电镜的分辨能力不仅取决于显微镜本身,更主要是切片的厚度;要获得高质量的电镜照片锕潭ê桶竦难繁匦胗贸∏衅谐纱笤?0一70nm厚的超薄切片。超薄切片要经过染色才能在电镜下显示清晰的结构。染色的目的是增强样品中各种结构之间的图像反差或选择性显示某些结构成分。生物样品超薄切片的染色为“电子染色”,即用重金属化合物与细胞结构 主要注意的是超薄切片机的操作:玻璃刀的制作;玻璃刀上水面的调节;以及铜网捞片.这些步骤好能有经验丰富的试验员指导,否则超薄切片机易于损坏,操作也不易成功..

6:样品支撑膜的制作:用光学显微镜观察各种生物材料时是将标本放在玻璃片上。

(1)操作的关键是玻璃片一定要干净、光洁,否则膜不能从玻璃上剥落漂起;

(2)溶剂不能有水分和杂质,否则膜上会有许多斑点;

(3)漂浮膜时动作要

(4)操作过程中要避风防尘

制好的支撑膜覆盖到铜网上,用很的镊子夹取铜网在玻璃刀的刀口附近的水面上捞取切片.经过了这些步骤,切片基本就可以上透射电镜观察了.

扫描电子显微镜样品制备:  

扫描电镜是依靠样品表面放出的二次电子量的不同来形成图象反差的,因此扫描电镜非常适合于观察样品的表面结构。由于生物样品含有大量的水分,样品进行观察时是在高真空内进行的,这样,生物样品在真空的作用下易失水而使细胞破坏,从而影响观察。因此,为了保证细胞结构的完整,在观察前将样品进行固定、脱水和干燥。又由于干燥后的样品表面电阻大,易积累电荷引起放电,

从而影响图象质量。这样,干燥后的生物样品还要进行导电处理。

固定和脱水与透射电镜相同,脱水到100%乙醇或丙酮的时候,样品转入CO2临界点干燥仪,难犯稍?干燥后的样片用两面胶贴到样品台上,放入离子溅射仪镀金,然后就可以观察了。