电子显微镜控制电路原理

刘纪凯

（生物岛实验室 广东省广州市 510535）

1 引言

为提高现代透射电子显微镜的分辨率，加速电压和加速电流通过透镜时必须保持非常稳定。并且电压和比流的偏差不得超过千分之一，确保透镜稳定。如今，电子光学的设计越来越先进，这使得更多的用户无需经过多少训练就可以熟练地使用它。在电子显微技术中，数字电子技术和微处理器相关技术可以说是举足轻重的。

2 电镜控制电路基本原理及应用

该系统主要由光电管、真空系统、必要的电子元件及控制软件等组成。现代投影电子显微镜一般由操作台和控制面板组成。控制台位于垂直管的上方，包括真空系统。该主机安装在操作方便的地方，显微镜完全密封，减少了外界干扰。本系统也可远距离操作，实验人员无需与实验环境密切接触，它有利于实验对象和研究者。仪器检测器主要采用三种电源型。钨，硼，硼，以及磁场。射击。图像系统的信噪比和分辨率虽然很高，但比电子枪的钨要轻100 倍。研究人员把一片被观测物放入电子显微镜中，用电子束反射它，然后在另一个荧光屏上放大图像。如果以感光膜代替电镜屏幕，就可以获得高分辨率的影像。有些更高级的电子显微镜可以观察到一些大分子，这些照片对科学研究有很大的贡献。由于电子射线的散射不同，电子显微镜产生的明暗图像也不同。对较厚的物体，离子显微镜能得到更好的结果，比如细菌，病毒，或者其他微观组织。离子化显微镜能够移动金属表面的分子。它是用离子显微镜来识别原子之间的空隙，最先进的是，它的工作原理类似于光学显微镜，但是用电子管的电子炮来代替光学显微镜的光源，用电磁管来代替玻璃透镜。磁性透镜的焦距随电流而改变。在电子枪顶部发射电子束后，通过电容将其聚集成平行电子束进行观测，这种方法对样品的厚度要求一般为5 微米或更高。高能电子穿透样品，物镜聚焦于投射电子，使得投射透镜能放大样品的实际尺寸，并投射到镜筒底部的设备上，这一过程是在真空状态下进行的，否则高能电子将与空气中的分子碰撞并分解吸收[1]。

电镜技术是目前研究人体显微结构的一种重要手段，常用的方法有TEM 和SEM。文中介绍了两种不同的电子显微镜的工作原理：TEM(透射电子显微镜)是应用最广泛的一种，被称为电子显微镜或电子显微镜。工作原理：在真空状态下，电子束被高压加速，产生散射并在样品中传输电子，它们在荧光屏上用电磁透镜成像，电子束对样品的辐射随组织成分密度的增加而增大。举例来说，当电子束投射到较大的质量结构上时，电子分散度增大，投射到荧光屏上的电子减少。电子图像在像素变暗之后变暗。两种方法都具有较高的分辨率，适用于对组织和细胞结构的观察，也适用于对微生物和生物大分子的观察。

扫描电镜主要用于表面形貌、破面结构和中空表面结构的观察。运用原理SEM 是一种利用二次电子显微镜观察样品表面形貌的方法。利用极精细的信号成像电子束扫描样品表面，通过专用检测器采集二次电子和二次电子，将检测器形状成电信号并将其传输到灯中，然后在荧光屏上显示物体。可以拍摄(细胞或组织)表面的三维图像。两者的优点：景深长，立体成像，可用于观察生物样品的各种形态特征。

3 电子微观结构

这包括真空系统，电源和保护系统，电子照明系统，成像系统，观测和记录系统。等等包括电子照明，成像系统，观察记录系统，透镜系统以及电子光学系统。电子显微镜真空系统的光源是高电压的电子束和真空介质。这种真空的重要性一般表现为三点。重要意义：避免灯丝氧化损伤。目标在于保证电子束流在工作中不受空气分子的影响(因为电子接触空气分子后，就会被分散或吸收，从而对电子通道造成严重影响)[2]。

电灯系统包括一支电子枪和两个电容器，电子炮能发射高电压电子束，电灯丝前面有一个网片。网格的中央有一个可调节的孔，用来控制电子束的厚度和防止电子散射。超薄的高电压电子束也需要通过二级电容会聚，前一种方法将电子束束径减小20～60 倍，后一种方法将其增大1～2 倍，得到非常细小、均匀的电子束。

成象系统包括取样室和成象放大系统，样品间准备放样品。把试样放在金属试样载体上(可同时放置两个不同的试样)，直接插入试样室。燃气涡轮 Dar 也可以将冷井直接连接到样品室，金属丝杆直接用于样品室。液体氮罐(-196-8541;)的液体氮罐可通过金属管直接送入样品室。低温金属丝杆在交通运输过程中直接吸收少量的空气分子，增加样品真空度，降低内部温度和电子热漂移。这种成像增强器主要由镜片，中间镜片组，中间镜片组和镜片组组成。投影组可以通过电子样品透镜50 次，通过中间透镜 I 次。中心镜头 II 增加15 倍，投影镜头增加200 倍。总体规模约为50 万次。观测记录系统包括观测室、放大镜、摄像机，观察室还包括荧光屏和带铅的玻璃。在荧光屏上，电子样品能显示出反映其真实结构的图像。因为电子会伤害眼睛，所以必须用铅制玻璃来观察。为了更清楚地观察，观测台外还有一个放大镜。由于荧光图像由电子组成，衰减很快，一旦观测到理想的结构图像，就必须尽快用照相机拍摄。值得注意的是，电子显微照相技术与普通照相的不同之处在于它只能聚焦在最小的对比度上，而且底片必须事先干燥[3]。

4 电子显微镜和光学显微镜的异同

区别：电子显微镜的光源为电子炮的电子流，光学显微镜的光源为可见光(太阳光或光线)。其倍率、分辨率均高于光学显微镜。与之不同的是，在电子显微镜中，放大的目标是电磁透镜(一种能在中间产生磁场的环形电磁线圈)，光学目标是光学镜片玻璃，而电子显微镜则是电磁波长的三组波长，电容，透镜，光学镜片的接眼莲由 Z 组成。这图像的原理是不同的。作用于样品的电子束经放大成电磁透镜后，成像于荧光屏和摄影胶片上。高效电子束作样品用，与电子发生碰撞，并随样品中的原子扩散扩散。物质的电子成象是强度，部分根据样品分散。是啊，但是样品镜的表面图像的亮度差别取决于光的数量，被样品的不同结构所吸收是啊，我知道光学显微镜只能使用02-05 mm 的光。透过干涉和光的折射看得很清楚。用电子束作光源，可溶解1～3 nm 的电子显微镜。所以光学显微镜的结构属于纳米级分析，电子显微镜的分辨率则属于纳米级分析。

景深：普通光学显微镜具有2～3um 的景深范围，对样品表面处理的要求很高，样品制备过程也很复杂。SEM 的灵敏度可达数毫米，因此样品表面无需几何形状的光滑。试样制备相对简单，有些试样的几何形状无需制备。尽管景深较大，但是体视显微镜的分辨率很低。放大率：光学显微镜的有效放大速率为1000 倍，能够有效地放大电镜。

样品制备方法：电镜下观察细胞、组织样品制备复杂，技术难度大，成本高。需要特殊的试剂和处理方法，如收集，固定，脱水，包裹物料等。最终，把包裹好的组织放在超薄切片机中，切出50-100nm 的片。常见的玻片有普通组织切片、细胞涂片、组织压片、细胞滴状等，光镜下观察标本，然后放在玻片上。

应用范围：主要用于光学显微镜下观察和测量表面光滑的微米级组织。利用可见光作为光源，不仅能观察到样品表面的组织结构，而且还能在一定范围内观察到表面的组织结构，使得光学显微镜对颜色识别十分敏感、准确。扫描电镜(SEM)主要用于观察纳米尺度样品的表面形貌，由于扫描电镜是黑白的，无法通过彩色图像进行识别，并且依靠物理信号的强度来分辨组织信息。扫描电镜不仅可以观察到样品表面的微观结构，而且可以通过EDS,WDS,EBSD 等附件来扩展其功能。利用EDS 和WDS 两种辅助方法，SEM 可对微区进行分析，对失效分析有重要意义，利用电镜和扫描电镜研究了材料的晶格取向[4]。

5 电子显微镜的农业应用与发展

利用扫描电子显微镜(SEM)进行农业研究，具有景深大、立体感强、分辨率高、成像范围广、样品制备简单等优点，受到广大农业科研人员的重视和青睐。扫描电镜主要用于动物、植物、昆虫等微小器官的扫描，旨在提高对微小器官的识别能力，提高分类水平，进一步明确器官功能，描述和比较昆虫外部形态特征，研究其形态变化，规律及结构特征。对花粉、果皮、种皮表面形态及种子内部结构特征的研究对植物生长有重要意义。就微生物而言，它对真菌、放线菌、细菌尤其是细菌的活动、孢子的萌发、寄主的入侵等都有重要作用，可进行分类研究，分区鉴定。

电子光学系统、真空系统、电源和辅助系统是 TEM 在农业上的主要应用。透射电子显微镜成像的原理是对样品进行无信息成像。电子束扫描样品的另一面，它能接收样品信息，放大样品信息，观察样品中的显微信息以作解释。电子束与样品材料相互作用，产生信息，如传输电子，散射电子和次级电子。TEM 的影像差异是由入射电子在样品中的散射吸收差异、衍射差异以及入射位相差异决定的。在利用电子显微镜观察农产品生物样品时，电子显微镜图像的清晰度不能仅仅依靠电子显微镜的分辨率，更重要的是依靠采样技术。常用的透射电镜技术有超薄切片、免疫电镜、负染色、生物大分子电子显微镜等。植物等群落病毒是被子植物、蕨类植物、果树等疾病的重要病原体，导致全球花卉、养殖植物和药用植物的产量和质量下降，它对人类的生产和生活造成严重影响。通过电镜观察病毒的形态、基因结构和功能、病毒的复制过程、与宿主的关系以及细胞的超微结构破坏等，对进一步揭示其本质，最终解决病毒与疾病的关系，具有不可替代的作用。

6 电子镜控路故障排除方法的探讨

经常维护电子显微镜：首先要保持电子显微镜房间的清洁，室内温度保持在23℃左右，湿度保持在60%以上。温度和湿度符合要求的，可以使用空调，排风机等设备。此外，由于镜筒长期处于真空状态，如果长期不使用，则需要每周抽气一次，以防止镜筒生锈。二是机泵油含量高于车窗油面，用真空计测量其排气性能，以确定是否需要更换机泵；如车窗油颜色为肉眼可见，应立即更换。最后打开基础电子显微镜进行检查。一次启动不少于1 小时，防止电器元件老化，另外，X 射线泄漏也要在电子显微镜下检测。

6.1 电镜故障的诊断和排除

当电子显微镜发生故障时，应先判断其整体结构，再逐一检查，以缩小故障范围，最后确定故障部位及排除方法。先做初步检查，对不合格的电子显微镜，不得盲目检查，不得进行现场检测，不得随意拆卸部件。最好的方法是直观地检查，例如计算机程序是否有故障，元器件是否正常工作等；第二，进行局部检查，如听音判断故障的位置，通过嗅探判断元器件是否烧坏，触摸电子等，最后进行系统检查。对外观或细节上无故障的，进行系统检查，如电源是否正常，输入输出信号是否正确等，确定故障部位，然后查找故障部件，收集故障排除措施。

6.2 故障诊断法

先排除故障再使用仪器，仪器通常包括信号发生器，万用表等，仪器的故障诊断方法一般都比较有效。更换故障处理，型仪器最精确的检测手段是替代方法。因大型仪表电路图简单，元件处于关闭状态，故障无法正常排除，只能更换同型号的线路或元件。采用这种更换方法，应注意更换元件的类型，即插入位置应准确，以免发生短路，造成较大损失。无论使用哪种排除故障的方法，在排除故障后不要立即开机，要检查电镜结构，确认无误后再开机检查。

7 结束语

电子显微镜比光学显微镜高得多，但是由于光照问题，许多生物不能在电子显微镜下观察，而电子显微镜中的电子束会对它们产生辐射。为了取得较好的实验效果，必须提高电子枪的透射率和电子显微镜的透射率。