透射电镜结构与原理

    

    透射电镜(transmission electron microscope,TEM)亦称投射式电镜,因穿透样品的电子束经电子透镜成像放大而得名,是电镜中应用最广的一种。

    (一)结构

    透射电镜主要由电子光学系统、真空系统、电子系统和冷却系统构成。

    1.电子光学系统(镜筒) 电子光学系统是电镜的核心部分,主要由照明系统(电子枪和聚光镜)、成像系统(样品室、物镜、二级中间镜、投影镜)和观察记录系统(荧光屏和照相底片室)三大部分组成。由于它们都装配在圆筒状的镜体内,故电子光学系统称镜筒。镜筒的结构及成像原理均与光镜相似。电镜的电子枪发射出的电子束相当于光镜的光源;电磁透镜相当于光镜的玻璃透镜,同样也分为聚光镜、物镜和投射镜。电子束通过样品经放大后在荧光屏上显示图像,图像被拍摄成照片,供分析、保存。

    2.真空系统 真空系统由机械真空泵、扩散泵、真空管道、阀门及检测系统组成。因电子束穿透力很弱,电子枪发出电子穿过样品打到荧光屏上的行程只有在高真空条件下才能完成。真空系统的作用是排除镜筒中空气,保证高速电子在整个运行路程中不会与空气中分子碰撞产生电子散射、影响成像质量。

    3.电子系统 电子系统主要由高压发生器、电子枪灯丝加热电源、透镜稳流电路、稳压电路、安全自控电路、计算机控制电路组成。

    4.冷却系统 冷却系统包括制冷装置、冷却管道、冷却室和自动控制阀。

    (二)成像原理

    作为电镜光源的电子枪灯丝通电流加热使电子从灯丝尖端逸出,形成电子束。电子束再经聚光镜的聚焦将直径调节到2μm左右。这样细的电子束在以较高速度穿过样品时,电子与样品中的原子碰撞后运动方向改变,发生散射。电子束穿透样品之后经过一系列电磁透镜的放大,在荧光屏上形成最终的放大像。不同原子密度物质对电子的散射程度影响不同。结构致密,特别是重金属盐沉着或锇酸固定的部分对电子的散射能力强,荧光屏上显示的亮度较弱,照片呈深色,称为电子致密(高电子密度)。结构疏松,未被重金属盐沉着部分对电子的散射能力较弱,荧光屏上显示的亮度较强,照片呈浅色,称为电子透明(低电子密度)。