透射电子显微镜（显微镜的一种）

正文

电子显微术的主要电子光学仪器。主体部分是电子透镜和显像记录系统，由置于真空中的电子枪、聚光镜、物样室、物镜、衍射镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机等组成。与光学显微镜的结构完全类似（见图）。

透射电子显微镜

透射电子显微镜的工作原理是一单色、单向、均匀而高速的微电子束，用薄试样相互作用时，束中的部分电子激发出与试样相关的二次电子、背散射电子、特征X射线和俄歇电子等信息。穿过试样的电子束，被散射偏离原有方向的叫散射电子束，未被散射的叫透射电子束。这两类电子束皆可用于成像。能获得衬度完全相反的两种像──取透射电子束经过物镜聚焦的像叫明场像；取散射电子束经过物镜聚焦的像叫暗场像。再经过中间镜和投影镜的多级放大，最终将欲观测的图像呈现在荧光屏上。

现代的高分辨率透射电镜，能分辨0.1纳米以下的微细物质结构，放大倍数可达100万余倍。这种电镜适用于晶体结构和缺陷的直接成像，即能观测原子或原团的排列，又能确定其所处的空间位置。另一类配有X射线能谱仪、电子能量损失谱仪、俄歇电子谱仪和扫描附件等的分析型电镜，可用于小至直径 4纳米范围内的晶体形态、成分和结构的分析。地质学中用于微细矿物，如粘土矿物的形态观察与鉴定；微细矿物的显微双晶、出溶、相变和位错研究等。

基本原理

在光学显微镜下无法看清小于0.2µm的细微结构，这些结构称为亚显微结构（submicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。

电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。^[1]

分类

大型透射电镜

大型透射电镜（conventional TEM）一般采用80-300kV电子束加速电压，不同型号对应不同的电子束加速电压，其分辨率与电子束加速电压相关，可达0.2-0.1nm，高端机型可实现原子级分辨。

低压透射电镜

低压小型透射电镜（Low-Voltage electron microscope, LVEM）采用的电子束加速电压（5kV）远低于大型透射电镜。较低的加速电压会增强电子束与样品的作用强度，从而使图像衬度、对比度提升，尤其适合高分子、生物等样品；同时，低压透射电镜对样品的损坏较小。

分辨率较大型电镜低，1-2nm。由于采用低电压，可以在一台设备上整合透射电镜、扫描电镜与扫描透射电镜

冷冻电镜

冷冻电镜（Cryo-microscopy）通常是在普通透射电镜上加装样品冷冻设备，将样品冷却到液氮温度（77K），用于观测蛋白、生物切片等对温度敏感的样品。通过对样品的冷冻，可以降低电子束对样品的损伤，减小样品的形变，从而得到更加真实的样品形貌。