透射电子显微镜

透射电子显微镜透射电子显微镜 ⅠⅠ. . 实验目的实验目的 （1）掌握透射电镜的基本构成 （2）掌握透射电镜的成像原理 （3）了解透射电镜的操作过程 （4）了解生物样品的制备过程 （5）利用透射电镜观察纳米材料和生物样品 ⅡⅡ. . 仪器及技术指标仪器及技术指标 （1）型号：Hitachi（日立）-7650 型透射电镜 （2）加速电压：40kV ~ 120kV （3）放大倍数：200 ~ 60 万倍 图 1 Hitachi-7650 型透射电镜 ⅢⅢ. . 透射电镜的基本构成透射电镜的基本构成 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM） ，简称透射电镜， 是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、 高放大倍数的电子光学仪器。 图 2 透射电镜剖面结构示意图 1.1. 电子光学系统电子光学系统：又称镜筒，是 TEM 的核心。 发射并使电子加速的电子枪 （1）照明部分：会聚电子束的聚光镜 电子束平移、倾斜调节装置 作用：提供亮度好、相干性好、束流稳定的照明电子束。 物镜 中间镜 （2）成像部分：投影镜 物镜光阑 选区光阑 穿过试样的透射电子束在物镜后焦面上成衍射花样， 在物 镜像平面上成放大的组织像， 并经过中间镜、投影镜的接 力放大，获得最终的图像。 荧光屏 （3）观察记录部分 照相机 试样图像经过透镜多次放大后， 在荧光屏上显示出高倍放 大的像。 2. 2. 真空系统真空系统： 电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进行， 这是因为在充气的条件下 会发生以下情况： 栅极与阳极间的空气分子电离，导致高电位差的两极之间放电 炽热灯丝迅速氧化，无法正常工作 电子与空气分子碰撞，影响成像质量 试样易于氧化，产生失真 目前，一般 TEM 的真空度为 10-5Torr（1Torr＝133.32Pa）左右。 真空泵组经常由机械泵和扩散泵两级串联成。为了进一步提高真空度，可采 用分子泵、离子泵，真空度可达 10-8Torr或更高。 3. 3. 电源与控制系统电源与控制系统： 电子枪加速电子用的小电流高压电源 用于提供两部分电源 透射激磁用的大电流低压电源 ⅣⅣ. . 透射电镜的成像原理：透射电镜的成像原理： 1. TEM1. TEM 是依照阿贝成像原理工作的是依照阿贝成像原理工作的 平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射 谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。 2. 2. 具体过程：具体过程： 电子枪产生的电子束经 1～2 级聚光镜后均匀照射到试样上的某一待观察微 小区域上，入射电子与试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电子穿透试 图 3 阿贝成像原理图 样，其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、结构一一对应。 透射出试样的电子经过物镜、 中间镜、 投影镜的三级磁透镜放大投射在观察 图形的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转变为人眼可见的光强分布，于是在荧 光屏上显示与试样形貌、组织、结构相对应的图像。 根据阿贝成像原理，穿过试样的透射电子束： 在物镜像平面成放大的组织像，故 TEM 可做形貌形貌分析 在物镜后焦面成衍射花样，故 TEM 可做物相物相分析 并经过中间镜、投影镜的接力放大，获得最终的图像。 ⅤⅤ. . 透射电镜的操作过程透射电镜的操作过程 1. 1. 开机开机 （1）打开循环水装置开关至“ON”。 （2）主机启动：顺时针旋转主机开关钥匙至“EVAC ON”，待机械泵启动后， 再将钥匙顺时针转至“COL ON”启动计算机。 （3）等主机启动后约 30 分钟，“EVAC”指示灯由闪烁变绿后（说明真空已抽 好），开始进行电镜观察。 2. 2. 电镜观察电镜观察 （1）装样品： ① 将样品杆水平向外拉出，碰到第一次阻止时稍向顺时针方向（15°）旋 转，碰到第二次阻止，接着水平向外拉，直到碰到第三次阻止，再逆时 针（45°）旋转，碰到第四次阻止时，样品外室控制开关指示灯亮，变 红色，按下开关至“OFF”，待指示灯灭后，水平拔出样品杆。 ② 将样品杆头部样品安装槽上的垫片取下， 用尖头镊子夹取一个装有切片 的铜网放入安装槽内，装上垫片，固定好，仔细检查有无松动现象。 ③ 将样品杆水平插入样品室，待样品外室控制开关指示灯亮时，将开关转 向“ON”的位置，待指示灯变绿色时，将样品杆沿着上述反方向送入 样品室。 （2）加高压： 点击电脑屏幕对话框中“HV ON”按钮，加高压至80 kV。待高压稳定后， 打开灯丝运行对话框，按“ON”加灯丝电压，接通灯丝电流。 （3）调光： 荧光屏出现亮斑后进行电子束对中调整，并使亮斑均匀发散为止。 ① 按下“LENS”键，将光路恢复到初始状态。 ② 转动“BRIGHT”旋钮，将亮斑调小。按下“ BH”键，同时配合使用左 右两边的万能调节旋钮，将亮斑调至荧光屏中央（使亮斑以荧光屏中央 的十字叉“+”为圆心）。按下“CS”键，同时配合使用左右两边的万 能调节旋钮，将亮斑调成圆形。（上述过程中，“BH”键和“CS”键 可反复交替使用，直至将亮斑调至荧光屏中央，并成圆形） ③ 转动“BRIGHT”旋钮，使亮斑均匀散开。再通过调节聚光镜光阑旁边 的两个小旋钮，使得到的亮圆与荧光屏形成同心圆。 （4）调样品： 将样品杆完全推入样品室，此时在荧光屏上看到铜网的像。找到铜网支持 膜上有样品的位置，转动“MAG”旋钮，将放大倍数调至 20 K 倍（即 2 万倍）。 ① 按下“WOB”键，样品开始振动（样品高度引起）。按下“ SPOT”键， 1 个小的放大镜出现在荧光屏的中央（用于观察样品振动细节）。此时 借助放大镜，调节样品高度，直到样品不发生振动为止。 ② 按下“MODU”键，样品又开始振动（光引起）。此时仍借助放大镜， 并使用左右两边的万能调节旋钮，将样品调至不发生振动。最后，按下 “SPOT”键，将放大镜退出。 （5）增加样品反差： ① 找到铜网支持膜上有样品的位置，按下“DIFF”键（此时由图像模式 变换至衍射模式），旋转物镜光阑旋钮，选择合适的物镜光阑孔，同时 调节物镜光阑旁边的两个小旋钮， 用物镜光阑孔将中心最亮的衍射斑点 套住（使最亮衍射斑点成为物镜光阑孔的圆心）。 ② 按下“ZOOM1”键，此时又由衍射模式变换到图像模式。 （6）拍照：★ ① 选定所要拍照的区域，转动“BRIGHT”旋钮，将光调暗。用盖子盖上 观察室，在电脑屏幕上进行操作，用 CCD 相机进行观察。 ② 在电脑屏幕上观察样品的形貌，通过转动“FOCUS”旋钮，观察样品 在正焦正焦、过焦过焦和欠焦欠焦时所得图像的清晰度情况。 ③ 经过精确调焦后（在稍欠焦稍欠焦的状态下拍得的图像最好），拍照并保存记 录。 在拍照过程中要注意左右手的配合，同时将放大倍数、亮度、样品台移动、 调焦等一系列动作密切协调，以达到最佳的观察效果。 （7）关机： ① 将灯丝电流关闭，再将高压关闭，放大倍数复位（3K 倍左右），然后 退出物镜光阑，将样品从样品杆中取出。 ② 将主机电源钥匙向逆时针转一格，先关闭计算机。等计算机关闭后，继 续逆时针转一格，关闭主机电源。 ③ 约等 30 分钟后，机械泵完全停止工作（“EVAC