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1、 电镜技术2012n n主要内容主要内容1.回顾光学显微镜回顾光学显微镜2.电子显微镜的产生、发展电子显微镜的产生、发展3.电子显微镜的分类及特点电子显微镜的分类及特点n n 16101610年前后年前后年前后年前后，意大利的伽利略和德国的，意大利的伽利略和德国的，意大利的伽利略和德国的，意大利的伽利略和德国的J. J.开普勒在研究开普勒在研究开普勒在研究开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠
2、遂纷纷从事显微镜的制显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。造、推广和改进。造、推广和改进。造、推广和改进。n n 1717世纪中叶世纪中叶世纪中叶世纪中叶，英国的英国的英国的英国的罗伯特罗伯特罗伯特罗伯特. .胡克胡克胡克胡克（用自己制造的显微（用自己制造的显微（用自己制造的显微（用自己制造的显微镜观察软木切片，镜观察软木切片，镜观察软木切片，镜观察软木切片， 细胞细胞细胞细胞 ）和荷兰的和荷兰的和荷兰的和荷兰的安东尼安东尼安东尼安东尼 冯冯冯冯 列文胡列文胡列文胡列
3、文胡克克克克（制造制造制造制造了只有了只有了只有了只有一片凸透镜的显微镜一片凸透镜的显微镜一片凸透镜的显微镜一片凸透镜的显微镜，放大了，放大了，放大了，放大了300300倍）都倍）都倍）都倍）都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。对显微镜的发展作出了卓越的贡献。对显微镜的发展作出了卓越的贡献。对显微镜的发展作出了卓越的贡献。1.光学显微镜（光学显微镜（optical microscope ）光学透镜成像原理光学透镜成像原理 近代的光学显微镜通常采用两级放大，分别由物镜和近代的光学显微镜通常采用两级放大，分别由物镜和目镜完成。被观察物体目镜完成。被观察物体AB位于物镜的前方位于物镜的前方,被物镜作第
4、一被物镜作第一级放大后成一倒立的实象级放大后成一倒立的实象A1B1。然后此实像再被目镜作。然后此实像再被目镜作第二级放大，成一虚象第二级放大，成一虚象A2B2,人眼看到的就是虚像人眼看到的就是虚像A2B2。显微镜的总放大倍率为显微镜的总放大倍率为 物镜放大倍率物镜放大倍率目镜放大倍率目镜放大倍率光学显微镜掠影光学显微镜掠影三维立体显微镜三维立体显微镜 电子显微镜的产生与发展n n2. 2.电子显微镜的产生与发展（请自己查阅资料）电子显微镜的产生与发展（请自己查阅资料）电子显微镜的产生与发展（请自己查阅资料）电子显微镜的产生与发展（请自己查阅资料） 由于光源本质的限制，光学显微镜的分辨率只能达到
5、由于光源本质的限制，光学显微镜的分辨率只能达到由于光源本质的限制，光学显微镜的分辨率只能达到由于光源本质的限制，光学显微镜的分辨率只能达到0.2m 0.2m 分辨率公式：分辨率公式：分辨率公式：分辨率公式： =0.61/nsin=0.61/nsin（abbeabbe公式）公式）公式）公式） 为所用光波的波长；为所用光波的波长；为所用光波的波长；为所用光波的波长；n n为物体所在空间的折射率，物体在空气中时为物体所在空间的折射率，物体在空气中时为物体所在空间的折射率，物体在空气中时为物体所在空间的折射率，物体在空气中时N=1N=1； 为孔径角，即从物点发出能进入物镜成像的光线锥的锥顶角的半角为孔
6、径角，即从物点发出能进入物镜成像的光线锥的锥顶角的半角为孔径角，即从物点发出能进入物镜成像的光线锥的锥顶角的半角为孔径角，即从物点发出能进入物镜成像的光线锥的锥顶角的半角; ; nsinnsin 称称称称为数值孔径。为数值孔径。为数值孔径。为数值孔径。 数值孔径：显微物镜的一个重要性能指标，通常与放大倍率数值孔径：显微物镜的一个重要性能指标，通常与放大倍率数值孔径：显微物镜的一个重要性能指标，通常与放大倍率数值孔径：显微物镜的一个重要性能指标，通常与放大倍率一起标注在物镜镜筒外壳上，例如一起标注在物镜镜筒外壳上，例如一起标注在物镜镜筒外壳上，例如一起标注在物镜镜筒外壳上，例如400.65400
7、.65表示物镜的放大倍率为表示物镜的放大倍率为表示物镜的放大倍率为表示物镜的放大倍率为4040倍，数值孔径为倍，数值孔径为倍，数值孔径为倍，数值孔径为0.650.65。n nn n 要提高分辨率，要提高分辨率，即减小即减小值值，可采，可采取以下措施（取以下措施（1） 降低波长降低波长值，使用值，使用短波长光源。（短波长光源。（2） 增大介质增大介质n值以值以提高数值孔径值。（提高数值孔径值。（3） 增大孔径角增大孔径角值以提高数值孔径。值以提高数值孔径。 =0.61/nsin（1）能达到最理想的效果）能达到最理想的效果 从从19世纪以来，人们致力于探索比普通光源波长更世纪以来，人们致力于探索比
8、普通光源波长更短的波源，作为显微镜的照明源。短的波源，作为显微镜的照明源。 1923年，法国科学家德布罗（年，法国科学家德布罗（L.V.deBroglie）给出高速运动的电子的波长公式：给出高速运动的电子的波长公式： =h /m v为电子波长，为电子波长，m为电子质量，即为电子质量，即9.110-28g，v为电为电子速度子速度,h为普朗克常数，即为普朗克常数，即6.6210-34J.s 这就启发了人们利用这就启发了人们利用电子电子流作为显微镜的光源，流作为显微镜的光源， 于是于是电子显微镜电子显微镜就产生了。就产生了。Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-
9、1988) 1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射透射电子显微镜电子显微镜(TEM)(TEM)。诺贝尔物理奖牌正面诺贝尔物理铜像Charles Oatley 1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。n n19281928年，柏林工科大学的克偌尔和茹斯卡奠定了电镜的理论基础。年，柏林工科大学的克偌尔和茹斯卡奠定了电镜的理论基础。年，柏林工科大学的克偌尔和茹斯卡奠定了电镜的理论基础。年，柏林工科大学的克偌尔和茹斯卡奠定了电镜的理论基础。n n19331933年，茹斯卡制造的第一台电子光学装置，可放大
10、年，茹斯卡制造的第一台电子光学装置，可放大年，茹斯卡制造的第一台电子光学装置，可放大年，茹斯卡制造的第一台电子光学装置，可放大1200012000倍。倍。倍。倍。n n19381938年，茹斯卡制造的第一台透射电子显微镜，分辨率达年，茹斯卡制造的第一台透射电子显微镜，分辨率达年，茹斯卡制造的第一台透射电子显微镜，分辨率达年，茹斯卡制造的第一台透射电子显微镜，分辨率达100100埃。埃。埃。埃。n n19391939年，德国西门子公司按该样机生产了世界第一批商品电镜年，德国西门子公司按该样机生产了世界第一批商品电镜年，德国西门子公司按该样机生产了世界第一批商品电镜年，德国西门子公司按该样机生产了
11、世界第一批商品电镜4040台，台，台，台，并在战后运往其他国家，使人类的形态学研究跨入了超微结构新领域。并在战后运往其他国家，使人类的形态学研究跨入了超微结构新领域。并在战后运往其他国家，使人类的形态学研究跨入了超微结构新领域。并在战后运往其他国家，使人类的形态学研究跨入了超微结构新领域。n n19391939年，茹斯卡通过电镜技术发现了烟草病毒，解决了年，茹斯卡通过电镜技术发现了烟草病毒，解决了年，茹斯卡通过电镜技术发现了烟草病毒，解决了年，茹斯卡通过电镜技术发现了烟草病毒，解决了3030年前的悬案，年前的悬案，年前的悬案，年前的悬案，引起了世界震动。加速了电镜技术的发展。继而在植物中发现了
12、彩虹引起了世界震动。加速了电镜技术的发展。继而在植物中发现了彩虹引起了世界震动。加速了电镜技术的发展。继而在植物中发现了彩虹引起了世界震动。加速了电镜技术的发展。继而在植物中发现了彩虹病毒、风轮病毒、家蚕病毒等；在人体中发现了流感病毒、天花病毒、病毒、风轮病毒、家蚕病毒等；在人体中发现了流感病毒、天花病毒、病毒、风轮病毒、家蚕病毒等；在人体中发现了流感病毒、天花病毒、病毒、风轮病毒、家蚕病毒等；在人体中发现了流感病毒、天花病毒、肝炎病毒、麻风杆菌等，同时也找出了一些污染源和毁灭性的瘟疫流肝炎病毒、麻风杆菌等，同时也找出了一些污染源和毁灭性的瘟疫流肝炎病毒、麻风杆菌等，同时也找出了一些污染源和毁
13、灭性的瘟疫流肝炎病毒、麻风杆菌等，同时也找出了一些污染源和毁灭性的瘟疫流行渠道。行渠道。行渠道。行渠道。总结电镜的发展历程：总结电镜的发展历程：总结电镜的发展历程：总结电镜的发展历程：n n1953年，日本发现了桑树维管束中的微生物。年，日本发现了桑树维管束中的微生物。n n80年代，电镜技术在自然学科的许多领域中年代，电镜技术在自然学科的许多领域中得到了广泛应用，并形成了一门交差型的得到了广泛应用，并形成了一门交差型的新型学科。科学家利用电镜技术发现了多新型学科。科学家利用电镜技术发现了多种病毒，污染水源中的微生物，有毒物质，种病毒，污染水源中的微生物，有毒物质，纳米材料等，纳米材料等，其中
14、纳米材料使纳米技术崛其中纳米材料使纳米技术崛起并迅速发展。起并迅速发展。n n1982年，诺贝尔化学奖授予卓越的电镜应用年，诺贝尔化学奖授予卓越的电镜应用者者英国的分子生物学家克卢格英国的分子生物学家克卢格（A.Klug）n n 1986年，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学年，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖授予电子显微镜的发明者奖授予电子显微镜的发明者德国科学德国科学家恩斯特家恩斯特.茹斯卡（茹斯卡（ErnstRuska，1906-1988）；授予扫描隧道显微镜的设计者）；授予扫描隧道显微镜的设计者德国物理学家宾尼希（德国物理学家宾尼希（Gerd Binnig，1947-）和瑞士物理学家罗雷尔（）
15、和瑞士物理学家罗雷尔（Heinrich Rohrer，1933-）。）。 1958年，我国成功地研制了第一台透射电子年，我国成功地研制了第一台透射电子显微镜分辨本领为显微镜分辨本领为3nm，1979年分辨本领达年分辨本领达到到0.3nm。 值得一提：值得一提：3. 3.电镜的种类与特点电镜的种类与特点电镜的种类与特点电镜的种类与特点n n主要两大类：主要两大类： 透射电子显微镜（透射电子显微镜（TEMTEM） 扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEMSEM）n n一、透射电子显微镜（一、透射电子显微镜（一、透射电子显微镜（一、透射电子显微镜（TEMTEM） 电子束透过样品电子束透过样品电子束透过
16、样品电子束透过样品( (透射电子）直接放大成像。透射电子）直接放大成像。透射电子）直接放大成像。透射电子）直接放大成像。n n特点：特点：特点：特点： 分辨率高分辨率高分辨率高分辨率高 ，视场小。，视场小。，视场小。，视场小。n n制样技术：制样技术：制样技术：制样技术： 超薄切片技术、负染技术、投影技术和复型技术超薄切片技术、负染技术、投影技术和复型技术超薄切片技术、负染技术、投影技术和复型技术超薄切片技术、负染技术、投影技术和复型技术等。等。等。等。n n应用范围：应用范围：应用范围：应用范围： 广泛应用于样品局部切片的超微结构，纳米材料广泛应用于样品局部切片的超微结构，纳米材料广泛应用于
17、样品局部切片的超微结构，纳米材料广泛应用于样品局部切片的超微结构，纳米材料等。等。等。等。超小型台式透射电镜（低压桌上型透射电镜超小型台式透射电镜（低压桌上型透射电镜 ） 最高电压最高电压只有只有5KV n n二、扫描电子显微镜（二、扫描电子显微镜（SEM） 电子束以扫描形式轰击在样品上，产生电子束以扫描形式轰击在样品上，产生二次电子等信息，而后再将二次电子等信二次电子等信息，而后再将二次电子等信息收集起来放大成像。息收集起来放大成像。 特点：特点： 分辨率高，图像立体感强。分辨率高，图像立体感强。n n制样技术：制样技术： 临界点干燥技术、冷冻干燥技术、蚀刻临界点干燥技术、冷冻干燥技术、蚀刻
18、技术、组织导电技术和切片腐蚀技术等。技术、组织导电技术和切片腐蚀技术等。n n应用范围：应用范围： 样品表面及其断面立体形貌的观察。样品表面及其断面立体形貌的观察。扫描电子显微镜扫描电子显微镜 场发射扫描电镜场发射扫描电镜 环境扫描电镜环境扫描电镜 兼有扫描电镜和透射电镜双重功能，称兼有扫描电镜和透射电镜双重功能，称为为扫描透射电镜（扫描透射电镜（STEM） 。n n特点：特点： 可观察样品的表面和内部结构形态。可观察样品的表面和内部结构形态。n n制样技术：制样技术： 切片厚度可以相应增加，约为切片厚度可以相应增加，约为1500 左右。左右。扫描透射电镜扫描透射电镜 FEI公司公司 加速电压在加速电压在500KV以上的透射电镜又称以上的透射电镜又称超高压电镜超高压电镜。n n特点：特点： 分辨率高分辨率高,加速电压高，穿透力强，对样加速电压高，穿透力强，对样品损伤小。品损伤小。n n制样技术：制样技术： 切片较厚，含水，都可满足电镜观察要求。切片较厚，含水，都可满足电镜观察要求。n n应用范围：应用范围： 可广泛应用于材料科学、生物学、医学可广泛应用于材料科学、生物学、医学等。等。
