电子显微镜原理及技术应用

　　现代科学技术的发展离不开电子显微镜，电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。那么电子显微镜原理是什么呢？电子显微镜技术应用都有哪些呢？下面就跟着小编一起来看看吧！

　　电子显微镜原理

　　电子显微镜是一种电子仪器设备，可用来详细研究电子发射体表面电子的放射情形。其放大倍数和分辨率都比光学显微镜高得多。因为普通光学显微镜的放大倍数和分辨率有限，无法观测到微小物体。以电子束来代替可见光束，观察物体时，分辨率就没有波长要在可见光谱之内的限制，不过电子透镜无法作得像光学透镜那样完美。因此理论上，电子显微镜所具有的分辨率并不可靠。目前电子显微镜的分辨率可达10-7厘米（约为原子直径的两倍）。通常电子显微镜的放大率是200～200000倍，再经照相放大可达1000000倍。电子显微镜有两大类：（1）发射型。（2）电磁、静电扫描型。前者用于研究电子放射现象；后者用以增加普通光学显微镜的应用范围。1924年法国物理学家德布洛意指出电子和其他的粒子也都具有和光类似的波动性质。他还求出了计算它们波长的公式：

　　λ=/（mv）式中m是粒子的质量而v是它的速度，h是普朗克常数。

　　此公式发明的年代较早，后来由美国科学家德维生及革末用实验证明其正确性。既然正确，也就告诉人们：虽然电子是一种可称重量，可数数目，可以被电子枪发射的粒子，但它同时又是一种波。从公式中我们可以看到，如果使电子运动的速度十分巨大的话，它就可以明显地显示出波长极短的波动性。如果在光学显微镜中被观察物的大小比光波波长还小的话，人们就不能分辨出来。

　　在实用上通常取波长λ的三分之一作为限度，光波波长约在6×10-5厘米左右，它的三分之一就是2×10-5厘米了。然而，有很多科学家急待观察的微小东西如病毒体、胶体粒子及结晶结构的大小都在这限度以下，既然如此，如果我们把一颗运动中的电子加速，使它产生巨大的速度，从而有极短的波长，则利用此原理制成的电子显微镜就能观察到极微小的物体了。把电子加速的办法是在真空中加上若干万伏的高电压，电子就会以极快的速度射出，其波长可能会达到4×10-5厘米这样短的长度，也就是说，电子显微镜可以看到1.4×10-10cm这样小的物体。当然这是理论上的结果，在实际上由于仪器等等原因，不可能达到这样理想的地步。但无论如何，电子显微镜已可以放大五万倍以上；而有些精良到可将物体放大十万倍。

　　电子显微镜中有一个电子枪，电子在枪集束射出，正像光学显微镜中利用光学透镜的成像作用得到显微的放大像一样，在电子显微镜中用磁透镜，使电子束会聚成像。我们把一片待观察的物体，例如一片很薄的晶体，放在电子显微镜中，电子束就会射向这片物体上，在一块荧光幕上就会得到一个放大的影像。如果在电子显微镜中用感光的底片代替荧幕的话就可以得到一张微观世界的珍贵图片。而一些特别好的电子显微镜，甚至可以观察到一些巨分子的结构！这些图片在科学研究上的价值十分重大。当然，在电子显微镜中不会这样简单，它要涉及电子射线通过物体产生不同的散射而造成明暗不同的影响。

　　最近，有些电子显微镜是利用电子束的反射来观察较厚的物体例如病菌、病毒及其他极微小物体的巨分子组织。而最新的显微镜用的却不是电子显微镜，而是离子显微镜借以达到更短的波长，米勒曾经利用氦的离子显微镜成功地拍摄到金属表面的单独分子运动。这种离子显微镜可以分辨原子之间相隔百万分之二十七厘米的空隙，它是目前显微镜中最好的一种。

　　电子显微镜技术应用

　　1、电子显微镜技术在肿瘤诊断中的应用

　　因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的肿瘤，利用电子显微镜可以明确诊断电子显微镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电子显微镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电子显微镜观察细胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。

　  2、电子显微镜技术在肿瘤鉴别诊断中的应用

　　透射电子显微镜观察的是组织细胞、生物大分子、病毒、细菌等结构，能够观察到不同病的病理结构，也可以鉴别一些肿瘤疾病，有研究报道电子显微镜技术通过超微结构观察可以区分癌、黑色素瘤和肉瘤以及腺癌和间皮瘤；可区别胸腺瘤、胸腺类癌、恶性淋巴瘤和生殖细胞瘤；可区别神经母细胞瘤、胚胎性横纹肌瘤、Ewing氏肉瘤、恶性淋巴瘤和小细胞癌；可区别纤维肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、平滑肌肉瘤和恶性神经鞘瘤以及区别梭形细胞癌和癌肉瘤。

　　电子显微镜结构

　　电子显微镜由电子光学系统、真空系统和供电系统三部分组成，下面分别介绍三部分：

　　1、电子光学系统

　　电子光学系统主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。

　　电子枪是由钨丝热阴极、栅极和阴极构成的部件。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。

　　电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与玻璃凸透镜使光束聚焦的作用相似，所以称为电子透镜。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。

　　2、真空系统

　　为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度为10-4～10-7毫米汞柱。

　　3、供电系统

　　透射电子显微镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。电源的稳定性是电子显微镜性能好坏的一个极为重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。

　　近些年来，电子显微镜的研究和制造有了很大的发展，一方面，电子显微镜的分辨率不断提高，透射电子显微镜的点分辨率达到了0.2-0.3nm，晶格分辨率已经达到0.1nm左右，通过电子显微镜，人们已经能直接观察到原子像；另一方面，除透射电子显微镜外，还发展了多种电子显微镜，如扫描电子显微镜、分析电子显微镜等。