什么是電子顯微鏡？

電子顯微鏡是一種通過用電子束照射樣品來觀察樣品的顯微鏡。 電子束波長極短，使得能夠觀察到光學(xué)顯微鏡無法觀察到的超細結(jié)構(gòu)。 主要有兩種類型：一種是輸出電子束透射率為圖像，另一種是成像電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號。

許多電子顯微鏡作為產(chǎn)品產(chǎn)品都針對工業(yè)材料和生物樣本的觀測進行了優(yōu)化。 此外，電子顯微鏡通?？s寫為電子顯微鏡（Denken）或英文中的EM。

電子顯微鏡的應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域，它用于通過分析斷裂面來調(diào)查金屬部件受損的原因，并通過觀察加工表面來檢查質(zhì)量。 觀察聚合物網(wǎng)絡(luò)還包括儀器性質(zhì)并評估雜質(zhì)的存在。 在生命科學(xué)領(lǐng)域，我們通過可視化細胞器微觀結(jié)構(gòu)和觀察錯綜復(fù)雜的神經(jīng)元，來繪制神經(jīng)元之間的聯(lián)系圖。 此外，該技術(shù)于2017年獲得諾貝爾化學(xué)獎，因為發(fā)現(xiàn)其可通過對樣品進行簡單預(yù)處理應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。

電子顯微鏡原理

電子顯微鏡的組成部分包括射線源、透鏡和探測器，其結(jié)構(gòu)在文字上與光學(xué)顯微鏡非常相似。 然而，它們與光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)截然不同。

首先，電子束與空氣中的分子碰撞后迅速衰減并消失。 因此，電子束的產(chǎn)生和照射必須在真空中進行。

接下來是玻璃透鏡，如通用光學(xué)系統(tǒng)中使用的透鏡，因此為了折射電子束，需要使用施加磁場并收斂的磁透鏡。

此類透鏡的特性是大光學(xué)像差，為改善這一點，它們設(shè)計時光圈數(shù)量較少。 這使得電子顯微鏡能夠進行具有深焦深度和深度的三維觀測。

標準電子顯微鏡分為兩類：

1. 透射電子顯微鏡（TEM）

這是一種將電子束傳輸?shù)綐悠分?，并基于衰減獲得對比度的方法。 樣品厚度必須調(diào)節(jié)得非常薄，以便電子束穿透。 電子的強度稱為加速電壓，在300 kV加速電壓下的波長極短，僅為0.00197納米，分辨率為0.1納米，表明其大小與源的大小相當(dāng)。 換算到最高倍數(shù)（光學(xué)顯微鏡的800倍）后，分辨率達到80萬倍，分辨率很高。 透射電子顯微鏡在觀察穿透樣品內(nèi)的電子方面非常出色，比如晶體結(jié)構(gòu)在極小區(qū)域內(nèi)的觀察。

2. 掃描電子顯微鏡（SEM）

當(dāng)電子束在真空中照射到材料上時，會發(fā)射出次級電子、反射電子、特征X射線等。 掃描電子顯微鏡圖像掃描空間上匯聚的電子束，并從次級電子和反射電子信號中形成圖像。 由于次級電子是樣品表面附近產(chǎn)生的電子，次級電子圖像適合觀察樣品的細微不規(guī)則性。 反射電子是指與樣品原子碰撞并反彈回來的電子，反射電子的數(shù)量取決于樣品的組成（原子序數(shù)、晶體取向等）。 因此，反射電子成像適用于評估樣品表面的組成分布。

當(dāng)電子束撞擊樣品時，構(gòu)成樣品表面的原子被激發(fā)，釋放電子。 其他反射電子和特征X射線被發(fā)射出來，稱為次級電子，通過點掃描發(fā)射的次級電子強度獲得。

只有用電子顯微鏡才能觀察到的

電子顯微鏡的分辨率遠高于普通光學(xué)顯微鏡，因此可以觀察到原子級的微觀組織結(jié)構(gòu)，如細胞和金屬晶體。

以細胞為例，光學(xué)顯微鏡無法近距離觀察細胞核以外的微觀結(jié)構(gòu)，但電子顯微鏡可以。 這使得對多種功能的詳細研究成為可能，例如細胞內(nèi)酶的功能和細胞結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。