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電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。電子的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點(diǎn)的最小間距來(lái)表示。

20世紀(jì)70年代，透射式電子的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨本領(lǐng)約為0.1毫米)?，F(xiàn)在電子最大放大倍率超過(guò)300萬(wàn)倍，而光學(xué)的最大放大倍率約為2000倍，所以通過(guò)電子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(diǎn)陣。1931年，德國(guó)的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個(gè)電子透鏡改裝了一臺(tái)高壓示波器，并獲得了放大十幾倍的圖象，證實(shí)了電子放大成像的可能性。1932年，經(jīng)過(guò)魯斯卡的改進(jìn)，電子的分辨能力達(dá)到了50納米，約為當(dāng)時(shí)光學(xué)分辨本領(lǐng)的十倍，于是電子開(kāi)始受到人們的重視。到了二十世紀(jì)40年代，美國(guó)的希爾用消像散器補(bǔ)償電子透鏡的旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱性，使電子的分辨本領(lǐng)有了新的突破，逐步達(dá)到了現(xiàn)代水平。

在中國(guó)，1958年研制成功透射式電子，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。電子的分辨本領(lǐng)雖已遠(yuǎn)勝于光學(xué)，但電子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(huì)使生物樣品受到輻照損傷。其他的問(wèn)題，如電子槍亮度和電子透鏡質(zhì)量的提高等問(wèn)題也有待繼續(xù)研究。

分辨能力是電子的重要指標(biāo)，它與透過(guò)樣品的電子束入射錐角和波長(zhǎng)有關(guān)?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)約為300～700納米，而電子束的波長(zhǎng)與加速電壓有關(guān)。當(dāng)加速電壓為50～100千伏時(shí)，電子束波長(zhǎng)約為0.0053～0.0037納米。由于電子束的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，所以即使電子束的錐角僅為光學(xué)的1％，電子的分辨本領(lǐng)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光學(xué)。

電子由鏡筒、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(gè)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(guò)抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接；電源柜由高壓發(fā)生器、勵(lì)磁電流穩(wěn)流器和各種調(diào)節(jié)控制單元組成。電子透鏡是電子鏡筒中最重要的部件，它用一個(gè)對(duì)稱于鏡筒軸線的空間電場(chǎng)或磁場(chǎng)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)代電子大多采用電磁透鏡，由很穩(wěn)定的直流勵(lì)磁電流通過(guò)帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)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(wàn)分之一。

電子按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子、掃描式電子、反射式電子和發(fā)射式電子等。

透射式電子常用于觀察那些用普通所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)；掃描式電子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)射式電子用于自發(fā)射電子表面的研究。投射式電子因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)相仿。在這種電子中，圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比度是由樣品的原子對(duì)電子束的散射形成的。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過(guò)物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過(guò)密，則像的對(duì)比度就會(huì)惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。

透射式電子鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過(guò)第一，第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過(guò)樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過(guò)中間鏡和投影鏡逐級(jí)放大，成像于熒光屏或照相干版上。中間鏡主要通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬(wàn)倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。為了能研究較厚的金屬切片樣品，法國(guó)杜洛斯電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出加速電壓為3500千伏的超高壓電子。

掃描式電子的電子束不穿過(guò)樣品，僅在樣品表面掃描激發(fā)出次級(jí)電子。放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級(jí)電子，通過(guò)放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業(yè)電視機(jī)的工作原理相類似。掃描式電子的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬(wàn)倍。掃描式電子不需要很薄的樣品；圖像有很強(qiáng)的立體感；能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級(jí)電子、吸收電子和X射線等信息分析物質(zhì)成分。掃描式電子的電子槍和聚光鏡與透射式電子的大致相同，但是為了使電子束更細(xì)，在聚光鏡下又增加了物鏡和消像散器，在物鏡內(nèi)部還裝有兩組互相垂直的掃描線圈。物鏡下面的樣品室內(nèi)裝有可以移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜的樣品臺(tái)