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电子显微分析 四川大学分析测试中心 王 辉 2008年9月 联 系 方 式 办公室手 机E_mail：scu_wanghui@163.com 参考资料: 电子显微镜图象分析原理与应用，黄孝瑛著，宇航 出版社 1989 79.871/14 电子显微镜的原理和设计，西门纪业，葛肇生编著，科学出版社 1979 79.871/2 电子显微镜的原理和应用，朱宜，张存编著，北京大学出版社 1983 79.871/4 电子显微镜，朱祖福等编，机械工业出版社 1984 79.871/6 电子显微镜与超微结构，郭仁强编著，人民卫生出版社 1985 79.871/9 其它仪器分析相关书籍 1.电镜的诞生与发展 2.电镜的应用 微观形貌和结构 成分分析 3.电子光学 3.1光的折射和光学透镜成像 （1）光的折射 （2）凸透镜的成像原理 （3）光学显微镜的原理 3.2光的衍射和光学显微镜分辨本领理论极限 （1）光的衍射 结论： 埃利斑半径与照明光源波长成正。 （2）光学显微镜分辨本领理论极限 分辨率的定义——设某成像装置所能区分开两点（或两条线）之间的最小距离为δ，则这一成像装置的最佳分辨率d 即为δ。 分辨率d 是衡量成像仪器的重要指标，也是各种因素的综合参数指征。 人眼睛的分辨率一般不高于0.2 mm ( d ≈0.2mm ) 。 理论极限：照明光源的半波长。 （3）放大倍率M 与分辨率d 的关系 放大倍率M = 像长/ 物长 但必须保证在一定成像质量的前提下才有意义 有效放大倍率M= d（人眼）/ d（仪器）即，相对于人眼睛的分辨率，仪器所能提高分辨率的倍率 ??光镜M= d（人眼）/ d（光镜）= 0.2 mm / 0.2 μm= 1000 × ??电镜M= d（人眼）/ d（电镜）= 0.2 mm / 0.2 nm = 100万× 结论： 突破光学显微镜分辨本领和有效放大倍数的极限，必须寻找一种即要波长短，又能使之聚焦成像的新型照明源。 3.3电子的波动性及其波长 3.4电子透镜 静电透镜 磁透镜 3.5电磁透镜的像差 （1）几何像差：由于透镜磁场几何缺陷引起 的，包括球差、像散和像畸变。 球差 产生机理； 影响； 像散 （2）色差 由于成像电子波长（或能量）变化引起电磁透镜焦距变化而产生的一种像差。 3.6电磁透镜的分辨本领 不同电磁波的波长对成像分辨率的限制 可见光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫——波长λ大约在0.78 ~ 0.39 μm，因此，光镜的最佳分辨率d = 0.39 μm/ 2 ≈0.2 μm 使用紫外光的荧光显微镜的分辨率可以更高一点 电子束的波长极短（λ 1 nm ），考虑到其他制造技术和工艺的限制，电镜的分辨率也可以达到d = 0.2 nm 以上 3.7电子束与固体样品的相互作用 结论： 二次电子：SEM；表面形貌；图像分辨率好，能量低。 背散射电子：SEM；成分＋形貌；图像分辨率低，能量分布广。 透射电子：TEM。 特征X射线：EDS，WDS；成分分析。 俄歇电子：电子能谱；表面成分分析。 4.电子显微镜的基础知识 4.1电子显微镜的分类 透射电子显微镜（TEM） ——以电子束照射样品，利用透过样品的电子束穿越电磁场透镜，形成放大影像。 扫描电子显微镜（SEM）——以电子探针（极细的电子束）在样品上做不停的轰击扫描运动，将反射回来的“二次电子”收集成像。 分析型电子显微镜 —— 将具有波谱（WDS）、能谱（EDS）等分析功能分析仪器与透射或扫描电镜结合起来，进行形态和成分分析的电子显微镜。 扫描隧道式电子显微镜（STM）——用纳米级直径的金属探针、以极其接近的距离在样品表面上，做连续扫描运动，将隧道效应产生的微弱电流检测出来，并处理成影像信息以供显示。 原子力显微镜（AFM） —— 针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过光学检测法或隧道电流检测法，可测得针尖对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。 环境扫描电镜（ESEM） 4.3电子束的特点 具有一定的指向和速度、自身带有负电荷的电子流具有波、粒二象性 受“洛仑兹”力作用，穿越磁场时会偏转前进方向即折射，透镜成像的基础 电子束轰击生物样品，会在不同深度激发出不同信息的电子信号，只有样品很薄时，才能穿透样品另一侧 波长极短，不能被人眼直接观察；但可使某种胶片感光或荧光屏发光，从而转化为可供观察的信息形式 波长λ与加速电压V 相关，电压恒定则波长也单纯（有利于成像质量和分辨率的提高），故电镜的影像无颜色可言，为单色