關于透射電鏡結構和部件功能第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六什么是電鏡？電子顯微鏡(electronmicroscopy，EM)簡稱電鏡，經過五十多年的發展已成為生物學、醫學、化學、農林和材料科學等領域進行科學研究的重要工具，是人類認識自然，特別是研究機體微細結構的重要手段第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六什么是透射電鏡？與光鏡相比電鏡用電子束代替了可見光，用電磁透鏡代替了光學透鏡并使用熒光屏將肉眼不可見電子束成像。電子與物質相互作用會產生透射電子、彈性散射電子、能量損失電子、二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發光和電動力等等。電鏡就是利用這些信息來對試樣進行形貌觀察、成分分析和結構測定的。電鏡有很多類型，主要有透射電鏡(transmissionelectronmicroscope，TEM)(簡稱透射電鏡)和掃描電鏡(scanningelectronmicroscope，SEM)(簡稱掃描電鏡)兩大類。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六透射電鏡第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六TEM原理圖第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六透射電鏡有三大部分組成照明系統成像系統觀察、記錄系統真空系統水冷系統電路系統調校系統第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六一、照明系統電子槍

由陰極（cathode）、陽極（anode）和柵極（grid）組成。陽極為一中心有孔的金屬圓筒，處在陰極下方，當陽極上加有數十千伏或上百千伏的正高壓加速電壓時，將對陰極受熱發射出來的自由電子產生強烈的引力作用，并使之從雜亂無章的狀態變為有序的定向運動，同時把自由電子加速到一定的運動速度，形成一股束流射向陽極靶面。凡在軸心運動的電子束流，將穿過陽極中心的圓孔射出電子槍外，成為照射樣品的光源。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六聚光鏡聚光鏡處在電子槍的下方，一般由2～3級組成，從上至下依次稱為第1、第2聚光鏡（以C1和C2表示）。電鏡中設置聚光鏡的用途是將電子槍發射出來的電子束流會聚成亮度均勻且照射范圍可調的光斑，投射在下面的樣品上。第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六成像系統物鏡處于樣品室下面，緊貼樣品臺，是電鏡中的第1個成像元件，在物鏡上產生哪怕是極微小的誤差，都會經過多級高倍率放大而明顯地暴露出來，所以這是電鏡的一個最重要部件，決定了一臺電鏡的分辨本領。作用是進行初步成像放大，改變物鏡的工作電流，可以起到調節焦距的作用。電鏡操作面板上粗、細調焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六中間鏡和投影鏡在物鏡下方，依次設有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對物鏡成像的進一步放大任務。從結構上看，它們都是相類似的電磁透鏡，但由于各自的位置和作用不盡相同，故其工作參數、勵磁電流和焦距的長短也不相同。對中間鏡和投影鏡這類放大成像透鏡的主要要求是：在盡可能縮短鏡筒高度的條件下，得到滿足高分辨率所需的最高放大率，以及為尋找合適視野所需的最低放大率；可以進行電子衍射像分析，做選區衍射和小角度衍射等特殊觀察；同樣也希望它們的像差、畸變和軸上像散都盡可能地小。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六觀察、記錄系統觀察室透射電鏡的最終成像結果，顯現在觀察室內的熒光屏上，觀察室處于投影鏡下，空間較大，開有1～3個鉛玻璃窗，可供操作者從外部觀察分析用。照相室照相室處在鏡筒的最下部，內有送片盒（用于儲存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光底片）及一套膠片傳輸機構。對有診斷分析價值的區域，若想長久地觀察分析和反復使用電鏡成像結果，能夠盡快把它保留下來。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管（CRT）顯示器電鏡的操作面板上的CRT顯示器主要用于電鏡總體工作狀態的顯示、操作鍵盤的輸入內容顯示、計算機與操作者之間的人機對話交流提示以及電鏡維修調整過程中的程序提示、故障警示等。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空系統機械泵（旋轉泵）它工作時是靠泵體內的旋轉葉輪刮片將空氣吸入、壓縮、排放到外界的。機械泵的抽氣速度每分鐘僅為160L左右，工作能力也只能達到0.1～0.01Pa，遠不能滿足電鏡鏡筒對真空度的要求，所以機械泵只做為真空系統的前級泵來使用。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六油擴散泵它的工作原理是用電爐將特種擴散泵油加熱至蒸汽狀態，高溫油蒸汽膨漲向上升起，靠油蒸汽吸附電鏡鏡體內的氣體，從噴嘴朝著擴散泵內壁射出，在環繞擴散泵外壁的冷卻水的強制降溫下，油蒸汽冷卻成液體時析出氣體排至泵外，由機械泵抽走氣體，油蒸汽冷卻成液體后靠重力回落到加熱電爐上的油槽里循環使用。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空閥、真空規真空閥是用于啟閉真空通道各部分的關卡，使各部分能獨立放氣、抽空而不影響整個系統的真空度。真空規用于鏡筒各部位真空度的檢測，向真空表和真空控制電路提供信號，根據檢測目標的真空度不同，真空規分為“皮拉尼規”（piranigauge）和“潘寧規”（penninggauge）2種。前者用于低真空檢測，后者用于高真空檢測，被安裝在鏡體的不同部位。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六空氣壓縮機通過固定程序（或人為）來操縱控制鏡體外部的集合電磁閥，切斷或聯通任一路軟塑細管，間接地啟閉鏡體內部的任一氣動閥。第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六水冷系統水冷系統是由許多曲折迂迥、密布在鏡筒中的各級電磁透鏡、擴散泵、電路中大功率發熱元件之中的管道組成。外接水制冷循環裝置，為保證水冷充分（10～25℃之間，不可過高或過低）、充足（4～5L/min）、可靠（0.5～2kg/mm），在冷卻水管道的出口，裝有水壓探測器，在水壓不足時既能報警，又能通過控制電路切斷鏡體電源，以保證電鏡在正常工作時不因為過熱而發生故障。水冷系統的工作要開始于電鏡開啟之前，結束于電鏡關閉20min以后。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六電路系統電源變換裝置鏡體和輔助系統中的各種電路都需要工作電源，且因性質和用途不同，對電源的電壓、電流和穩壓度也有不同的要求。這些全部由相應的電源電路變換配給，其中包括變換電路、穩壓電路、恒流電路等第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六調整控制電路

調整控制電路實質上是由許多形形色色的操縱、檢測、自控、保護等電路交織而成。操縱面板上的每一個變化，都對應到相應元、部件工作狀態的變化，每一步驟都要由調整控制電路做出一系列相應的動作來實現。第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六調教系統消像散器消像散器由圍繞光軸對稱環狀均勻分布的8個小電磁線圈構成，用以消除（或減小）電磁透鏡因材料、加工、污染等因素造成的像散。其中每4個互相垂直的線圈為1組，在任一直徑方向上的2個線圈產生的磁場方向相反，用2組控制電路來分別調節這2組線圈中的直流電流的大小和方向，即能產生1個強度和方向可變的合成磁場，以補償透鏡中所原有的不均勻磁場缺陷（圖中橢圓形實線），以達到消除或降低軸上像散的效果。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六束取向調整器及合軸最理想的電鏡工作狀態，應該是使電子槍、各級透鏡與熒光屏中心的軸線絕對重合。但這是很難達到的，它們的空間幾何位置多多少少會存在著一些偏差，為此電鏡采取的對應彌補調整方法為機械合軸加電氣合軸的操作。機械合軸是整個合軸操作的先行步驟，通過逐級調節電子槍及各透鏡的定位螺絲，來形成共同的中心軸線。這種調節方法很難達到十分精細的程度，只能較為粗略地調整，然后再輔之以電氣合軸補償。電氣合軸是使用束取向調整器的作用來完成的，它能使照明系統產生的電子束做平行移動和傾斜移動，以對準成像系統的中心軸線。束取向調整器分槍（電子槍）平移、傾