電子顯微鏡技術

　　

自從十六世紀發明了光學顯微鏡以後，光學顯微鏡即成為醫學、生物學和其它學科不可缺少的研究工具。在生物學界，借助顯微鏡這個有力的武器，看到了多種微生物和構成生物的基本單元——細胞，這對自然的認識是一個重大飛躍。恩格斯曾把細胞的發現稱作十九世紀自然科學的三大發現之一。　　人類的認識是逐步深化的，隨著科學技術的不斷發展，人們觀察微小物體的要求愈來愈高，對顯微鏡作了多方麵改進，到1890年，光學顯微鏡的分辨本領——能夠分辨清楚物體上兩點之間的最小距離，已經達到了極限。德國理論光學家阿貝導出了計算顯微鏡分辨本領的公式： Z＝0.61λ/n•sinα　　式中的Z為分辨本領，λ為照明光源的波長，n為物體所在介質的折射係數，α為入射光束與透鏡光軸之間的夾角，n•sinα叫做物鏡的孔徑數，高級顯微鏡的孔徑數的最大值可達15左右，而普通光線綠光的波長λ＝5.46×10^-5cm，則其分辨本領 Z= 061×546×10-5 15 ≈02μm這就是說，必須使用短於普通光線波長的波作照明光源，才能提高顯微鏡的分辨本領。　　二十世紀二十年代，DeBroglie發現電子束也具有波動性質。電子束的波長與電壓的平方根成反比，即： λ＝ 155  U  nm(未考慮相對論修正)　　式中λ為波長(nm)，U為加速電壓(V)。　　由上式可見，當加速電壓為100V時，電子束波長為0123nm；加速電壓為10kV，波長為123×10-2nm；加速電壓為100kV，波長為388×10-3nm。這與可見光的波長相比，相差幾萬至幾十萬倍。　　1926年，德國物理學家Busch詳盡地研究了電子光學，指出：“具有軸對稱性的磁場對電子束說來起著透鏡的作用”，從而奠定了利用磁場作為電子透鏡的理論基礎。　　1932年，Knoll及Ruska經過多方探索，第一次成功地得到了電子放大的像。同年，Br che用靜電透鏡研製成功了電子顯微鏡，簡稱電鏡。　　當電子顯微鏡真正用於觀察微觀世界之後，人們的視力大大地擴大了。現在，大型電鏡的晶格像分辨本領已達01nm或更小，可把物體放大幾十萬倍。如果再加上光學放大，可獲得幾百萬倍的照片。由於製作技術的不斷改進，已經可以看到細胞器的結構、病毒的亞單位以及組成病毒亞單位的大分子結構。並已用電子顯微鏡觀察到了鈾和釷的單個原子。　　如上述，由於電子顯微鏡的放大倍數很高，光學顯微鏡上使用的長度單位“微米(μm)”，對它來講是太大了，因此使用納米(nm)為長度單位。　　由於應用目的和設計上的不同，各國或各廠生產的電子顯微鏡類型很多，大致分為小型、中型和大型三類。  表12-1 電子顯微鏡的類型和特點   類型 放大倍率(萬倍) 分辨本領(nm) 加速電壓(kV) 其     它[BHDG*8] 大型 20～100 0144～034 100～200   大型電鏡的自動化程度 中型 5～20 034～10 60～100   高，穩定度、真空度等都 小型 小於5 10以上 小於60  比中小型電鏡要求高  　　我國1958年試製成功了第一台10萬倍電子顯微鏡，經過多年的研究，現在試製出廠的DXB2-12型電鏡的晶格分辨本領為0204nm,放大倍率最高達80萬倍。