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奥林巴斯生物生物显微镜——扫描电镜的基本原理

发布时间:2012-06-18   点击次数:1799次

奥林巴斯生物生物显微镜——扫描电镜的基本原理

奥林巴斯生物生物显微镜扫描电镜是六十年代发展起来的一种精密电子学仪器。利用它可以观察块状样品的表面形态,从而得出有关样品立体结构的概念。扫描电镜的工作原理可以借助于图3—1来说明。它由三部分构成:(一)电子光学系统,包括电子枪,磁透镜相扫描线圈等。它能产生符合一定要求的电子束,(二)样品室,这是电子束与样品相互作用的场所。奥林巴斯生物生物显微镜为便于获取作用后生成的各种信号,样品室的体积容量较大。奥林巴斯生物生物显微镜——信号的收集、处理和显示系统。

奥林巴斯生物生物显微镜扫描电镜中的细电子束在样品表面作出光栅状扫描,即从左上方扫向4J上方,扫完一行再扫其下相邻的第二行,直至扫完一幅(或帧)。如此反复运动。这冲作扫描运动的电子束,在样品内的一定区域内逐点“轰击”出各种信号。这里所收集、利用的主要是从块状样品表面“反射”回来的各种信号,包括作用后的部分初始电子(即背散射电子)和初始电子失能所引起的二次激发信号。对于电镜分析有意义的二次激发为1.低能二次电子,2.电子一空入对(电子束感生信号)3.阴极荧光,4.持征X射线,5.俄歇(A。8‘r)电子。

此外,奥林巴斯生物生物显微镜少数实验中也有利用样品中的吸收电子和透射电子作分析的。当电子束在样品上扫描时,利用同步扫措技术,使显像管荧光屏上也有一光点在同步扫描。依靠从样品各点处收集到的有用信息,使荧光屏上相应的光点得到不同程度的加亮。这就是扫描电镜中所果用的逐点成像原理。扫描电镜有许多优点,所以在很多领域中得到了广泛的应用。这些优点可楔括为:(一)景深长,因此图像富有立体感;(二)图像约放大倍数可在大范围内连续改变,而且对样品的分辨率也较高;[三)样品室体积大可容纳较大尺度的样品,样品可动范围大.而且制样要求简便;(四)因电子照射引起的样品损伤和污染程度很小;(五)在观察形貌的同时还可作其他多种分析。扫措电镜的缺点是,和透射电镜相比它的分辨牢不够高,且不能用于观察样品内部的微纲结构。

奥林巴斯生物生物显微镜从原理上讲,扫描电镜的照明系统与透射电镜中的相似。但不同的是扫描电镜有一些独特地要求,例如经聚光镜作用后到达样品处的电子束应是直径很细的电子探针;电子束能作扫描运动;末级聚光镜的结构应便于信号的收集等。

奥林巴斯生物生物显微镜扫描电镜电子枪的高压不及透射电镜中那样高,通常设定在1—50kv。电子枪的阴极可以是热钨丝型的,但近年来已更多采用IjB6阴极,部分电镜上采用场发射枪,甚至肖特基热场发射枪。以热钨丝阴极为例,在前述加速电压下电子发射所形成的光源zui小交叉截面区直径为10一50ym。为了保证较好的分辨率,必须将它们经聚光镜多级缩小,在样品表面处形成直径为1—10nm、束流为10”一10”A的电子探针。有些工作p如电子探针微区成分分杆.要求柬流高达lo“一lo—’A.则电子探针的直径应增至o.1—1Pm。从上述要求出发,扫描电镜中的聚光系统常由三级电子透镜组成,使束斑缩小率可达I/5000的量级。因末级聚光镜系紧邻样品上方,且在结构设计等方面有一定特殊性,故常把它单独列出,称为物镜。但它与进射电镜中位于物样下方的物钥是不同的。

奥林巴斯生物生物显微镜表承扫描电镜镜筒中的电于光路。可以看出各级透镜处都有固定光闹,其孔径约为2mm。它们的作用是挡掉—大部分无用的电子,为防止它们在镜筒个引起漏电或其他麻烦,末透镜处还有一个可更换光闹,通常有三或四个不同孔径(50一150Fnl)的光闹排列在光嗣板上以供选用。顺便指出,图中各级光阑的尺寸并不符台真实比例,只是定性表示它们的作用。可更换光阑的孔径比固定光阑小得多,它的作用在于改善图像质量。由于电子枪发射的电子流经各级光阅片的拦截,所以到达样品处的电子流数量极微。

奥林巴斯生物生物显微镜这是结构比较待殊的一个聚光镜。其次,团聚光镜的缩小作用使各级透镜处的物距P像距q,故惨距近似等于焦距式中J一透镜的序号。在高分辨工作中为减小象差,扫描电镜末透镜的焦距应尽可能短。这就要求样品几乎应直接放在透镜极靴下面。

第三,奥林巴斯生物生物显微镜为了有效收集二次电子,而二次电子的能量仅为数ev,所以样品必须处于弱磁场区。这就要求物镜磁场在极靴孔以下能迅速减弱,而收集二次电子的探测器必须对准并靠近样品。

综合以上各点,奥林巴斯生物生物显微镜当前扫描电镜的韧镜都采用非对称型结构(见图3—3),即上极靴孔直径(例如40mm)比厂极靴孔直径(如4mm)大得多。在透镜内膛中设置两组扫描线圈5、和5z(每组含f和y两方向的偏转线圈)。下极靴面到样品中心的垂直距离通常称为工作距离W。图中的2是电子束的等效投影中心。这种结构的透镜所产生的磁场强度在下极靴的上、下平面处相差约

备注:奥林巴斯生物生物显微镜——扫描电镜的基本原理部分文章由http://www.cnnoptics.com/,编辑上传。

 

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