奧林巴斯生物顯微鏡掃描電鏡基本原理

生物顯微鏡掃描電鏡是六十年代發展起來的一種精密電子學儀器。利用它可以觀察塊狀樣品的表面形態，從而得出有關樣品立體結構的概念。掃描電鏡的工作原理可以借助于圖3—1來說明。它由三部分構成：（一）電子光學系統，包括電子槍，磁透鏡相掃描線圈等。它能產生符合一定要求的電子束，（二）樣品室，這是電子束與樣品相互作用的場所。奧林巴斯生物生物顯微鏡為便于獲取作用后生成的各種信號，樣品室的體積容量較大。奧林巴斯生物生物顯微鏡——信號的收集、處理和顯示系統。

奧林巴斯生物顯微鏡掃描電鏡中的細電子束在樣品表面作出光柵狀掃描，即從左上方掃向4J上方，掃完一行再掃其下相鄰的第二行，直至掃完一幅（或幀）。如此反復運動。這沖作掃描運動的電子束，在樣品內的一定區域內逐點“轟擊”出各種信號。這里所收集、利用的主要是從塊狀樣品表面“反射”回來的各種信號，包括作用后的部分初始電子（即背散射電子）和初始電子失能所引起的二次激發信號。對于電鏡分析有意義的二次激發為

1．低能二次電子，

2．電子一空入對（電子束感生信號）

3陰極熒光，

4．持征X射線，

5．俄歇（A。8‘r）電子。

此外，奧林巴斯生物顯微鏡少數實驗中也有利用樣品中的吸收電子和透射電子作分析的。當電子束在樣品上掃描時，利用同步掃措技術，使顯像管熒光屏上也有一光點在同步掃描。依靠從樣品各點處收集到的有用信息，使熒光屏上相應的光點得到不同程度的加亮。這就是掃描電鏡中所果用的逐點成像原理。掃描電鏡有許多優點，所以在很多領域中得到了廣泛的應用。這些優點可楔括為：（一）景深長，因此圖像富有立體感；（二）圖像約放大倍數可在大范圍內連續改變，而且對樣品的分辨率也較高；[三）樣品室體積大可容納較大尺度的樣品，樣品可動范圍大．而且制樣要求簡便；（四）因電子照射引起的樣品損傷和污染程度很小；（五）在觀察形貌的同時還可作其他多種分析。掃措電鏡的缺點是，和透射電鏡相比它的分辨牢不夠高，且不能用于觀察樣品內部的微綱結構。

奧林巴斯生物顯微鏡從原理上講，掃描電鏡的照明系統與透射電鏡中的相似。但不同的是掃描電鏡有一些獨特地要求，例如經聚光鏡作用后到達樣品處的電子束應是直徑很細的電子探針；電子束能作掃描運動；末級聚光鏡的結構應便于信號的收集等。

奧林巴斯生物顯微鏡掃描電鏡電子槍的高壓不及透射電鏡中那樣高，通常設定在1—50kv。電子槍的陰極可以是熱鎢絲型的，但近年來已更多采用IjB6陰極，部分電鏡上采用場發射槍，甚至肖特基熱場發射槍。以熱鎢絲陰極為例，在前述加速電壓下電子發射所形成的光源zui小交叉截面區直徑為10一50ym。為了保證較好的分辨率，必須將它們經聚光鏡多級縮小，在樣品表面處形成直徑為1—10nm、束流為10”一10”A的電子探針。有些工作p如電子探針微區成分分桿．要求柬流高達lo“一lo—’A．則電子探針的直徑應增至o．1—1Pm。從上述要求出發，掃描電鏡中的聚光系統常由三級電子透鏡組成，使束斑縮小率可達I／5000的量級。因末級聚光鏡系緊鄰樣品上方，且在結構設計等方面有一定特殊性，故常把它單獨列出，稱為物鏡。但它與進射電鏡中位于物樣下方的物鑰是不同的。

奧林巴斯生物顯微鏡表承掃描電鏡鏡筒中的電于光路。可以看出各級透鏡處都有固定光鬧，其孔徑約為2mm。它們的作用是擋掉—大部分無用的電子，為防止它們在鏡筒個引起漏電或其他麻煩，末透鏡處還有一個可更換光鬧，通常有三或四個不同孔徑（50一150Fnl）的光鬧排列在光嗣板上以供選用。順便指出，圖中各級光闌的尺寸并不符臺真實比例，只是定性表示它們的作用。可更換光闌的孔徑比固定光闌小得多，它的作用在于改善圖像質量。由于電子

槍發射的電子流經各級光閱片的攔截，所以到達樣品處的電子流數量極微。

奧林巴斯生物顯微鏡這是結構比較待殊的一個聚光鏡。其次，團聚光鏡的縮小作用使各級透鏡處的物距P像距q，故慘距近似等于焦距式中J一透鏡的序號。在高分辨工作中為減小象差，掃描電鏡末透鏡的焦距應盡可能短。這就要求樣品幾乎應直接放在透鏡極靴下面。

第三，奧林巴斯生物顯微鏡為了有效收集二次電子，而二次電子的能量僅為數ev，所以樣品必須處于弱磁場區。這就要求物鏡磁場在極靴孔以下能迅速減弱，而收集二次電子的探測器必須對準并靠近樣品。

綜合以上各點，奧林巴斯生物顯微鏡當前掃描電鏡的韌鏡都采用非對稱型結構（見圖3—3），即上極靴孔直徑（例如40mm）比廠極靴孔直徑（如4mm）大得多。在透鏡內膛中設置兩組掃描線圈5、和5z（每組含f和y兩方向的偏轉線圈）。下極靴面到樣品中心的垂直距離通常稱為工作距離W。圖中的2是電子束的等效投影中心。這種結構的透鏡所產生的磁場強度在下極靴的上、下平面處相差約