電子顯微鏡的主要組成部分

電子顯微鏡的主要組成部分是：

  電子源是一個釋放自由電子的陰極，一個環(huán)狀的陽極加速電子。陰極和陽極之間的電壓差必須非常高，一般在數(shù)千伏到3百萬伏之間。

  電子透鏡用來聚焦電子。一般使用的是磁透鏡，有時也有使用靜電透鏡的。電子透鏡的作用與光學(xué)顯微鏡中的光學(xué)透鏡的作用是一樣的。光學(xué)透鏡的焦點是固定的，而電子透鏡的焦點可以被調(diào)節(jié)，因此電子顯微鏡不象光學(xué)顯微鏡那樣有可以移動的透鏡系統(tǒng)。

  真空裝置。真空裝置用以保障顯微鏡內(nèi)的真空狀態(tài)，這樣電子在其路徑上不會被吸收或偏向。

  樣品架。樣品可以穩(wěn)定地放在樣本架上。此外往往還有可以用來改變樣品（如移動、轉(zhuǎn)動、加熱、降溫、拉長等）的裝置。

  探測器，用來收集電子的信號或次級信號。

利用透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy TEM）可以直接獲得一個樣本的投影。在這種顯微鏡中電子穿過樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數(shù)納米到數(shù)微米不等。原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。

  通過改變物鏡的透鏡系統(tǒng)人們可以直接放大物鏡的焦點的像。由此人們可以獲得電子衍射像。使用這個像可以分析樣本的晶體結(jié)構(gòu)。

  在能量過濾透過式電子顯微鏡（Energy Filtered Transmission Electron Microscopy，EFTEM）中人們測量電子通過樣本時的速度改變。由此可以推測出樣本的化學(xué)組成，比如化學(xué)元素在樣本內(nèi)的分布。

一種比較簡單的電子顯微鏡，它觀察樣本上因強(qiáng)電場導(dǎo)致的場發(fā)射所散發(fā)出來的電子。

  假如觀察的是透過樣本的掃描電子的話，那么這種顯微鏡被稱為掃描透射電子顯微鏡（Scanning Transmission Electron Microscopy，STEM）。

 電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點的最小間距來表示。20世紀(jì)70年代，透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨本領(lǐng)約為0.1毫米)。現(xiàn)在電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，而光學(xué)顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。

  1931年，德國的M.諾爾和E.魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個電子透鏡改裝了一臺高壓示波器，并獲得了放大十幾倍的圖象，發(fā)明的是透射電鏡，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經(jīng)過魯斯卡的改進(jìn)，電子顯微鏡的分辨能力達(dá)到了50納米，約為當(dāng)時光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的十倍，突破了光學(xué)顯微鏡分辨極限，于是電子顯微鏡開始受到人們的重視。

  到了二十世紀(jì)40年代，美國的希爾用消像散器補(bǔ)償電子透鏡的旋轉(zhuǎn)不對稱性，使電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)有了新的突破，逐步達(dá)到了現(xiàn)代水平。在中國，1958年研制成功透射式電子顯微鏡，其分辨本領(lǐng)為3納米，1979年又制成分辨本領(lǐng)為0.3納米的大型電子顯微鏡。

  電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)雖已遠(yuǎn)勝于光學(xué)顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷。其他的問題，如電子槍亮度和電子透鏡質(zhì)量的提高等問題也有待繼續(xù)研究。它與透過樣品的電子束入射錐角和波長有關(guān)。可見光的波長約為300～700納米，而電子束的波長與加速電壓有關(guān)。當(dāng)加速電壓為50～100千伏時，電子束波長約為0.0053～0.0037納米。由于電子束的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見光的波長，所以即使電子束的錐角僅為光學(xué)顯微鏡的1％，電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光學(xué)顯微鏡。

  電子顯微鏡由鏡筒、真空系統(tǒng)和電源柜三部分組成。鏡筒主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機(jī)構(gòu)等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個柱體；真空系統(tǒng)由機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵和真空閥門等構(gòu)成，并通過抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接；電源柜由高壓發(fā)生器、勵磁電流穩(wěn)流器和各種調(diào)節(jié)控制單元組成。

  電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件，它用一個對稱于鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似，所以稱為電子透鏡。現(xiàn)代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩(wěn)定的直流勵磁電流通過帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場使電子聚焦。

  電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構(gòu)成的部件。它能發(fā)射并形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩(wěn)定度要求不低于萬分之一。

  電子顯微鏡按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。透射式電子顯微鏡常用于觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)；掃描式電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌，也能與 X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合，構(gòu)成電子微探針，用于物質(zhì)成分分析；發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。