透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）是利用高能電子束充當(dāng)照明光源而進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備。1933年，德國科學(xué)家盧斯卡（Ruska）和克諾爾（Knoll）研制出了世界上第一臺(tái)透射電鏡（見圖1），并在1939年由西門子公司以這臺(tái)電鏡為樣機(jī)，量產(chǎn)了第一批商品透射電鏡，約40臺(tái)，分辨能力比光學(xué)顯微鏡提高了20倍。從此，人類對微觀世界的科學(xué)研究有了更強(qiáng)有力的武器。到今天，透射電鏡已經(jīng)誕生了70多年，由電鏡應(yīng)用而形成的交叉性學(xué)科——電子顯微學(xué)已經(jīng)日趨完善，電鏡的分辨能力也比最初時(shí)提高了超過100倍，達(dá)到了亞埃級，并且在自然科學(xué)研究中起到日益重要的作用。

　　透射電鏡的特點(diǎn)：

　　1）由于樣品制備技術(shù)的限制，對大多數(shù)生物樣品來說，一般只能達(dá)到2nm的分辨率。

　　2）電鏡圖像的分辨能力不僅取決于電鏡本身的分辨率，而且取決于樣品結(jié)構(gòu)的反差。

　　3）電鏡所用的光源是電子波，波長在非可見光范圍內(nèi)無顏色反應(yīng)，所形成的圖像是黑白圖像，要求圖像必須具有一定的反差。

　　4）生物體組織和細(xì)胞成分主要有CHON等輕元素組成，它們的原子序數(shù)較低，電子散射能力弱，相互之間的差別又很小，電鏡下的圖像反差一般較低。

　　5）由于電子束的穿透能力較弱，樣品必須制成超薄切片。

　　6）觀察面小，載網(wǎng)直接能夠?yàn)?mm，超薄切片范圍為0.3-0.8mm.

　　7）電子束的強(qiáng)烈照射，易損傷樣品，發(fā)生變形、升華等，甚至被擊穿破裂，可能使觀察結(jié)構(gòu)產(chǎn)生假象。

　　8）觀察時(shí)電鏡鏡筒必須保持真空，為了保證樣品在真空下不損傷，對樣品要求應(yīng)無水分。因此，不能觀察活體的生物樣本。

　　9）生物制樣復(fù)雜，在步驟繁多的制樣過程中，樣品容易產(chǎn)生收縮、膨脹、破碎以及內(nèi)含物丟失丟失等結(jié)構(gòu)改變。

　　透射電子顯微鏡各種功能詳解

　　一、照明系統(tǒng)

　　照明系統(tǒng)包括電子槍和聚光鏡2個(gè)主要部件，它的功用主要在于向樣品及成像系統(tǒng)提供亮度足夠的光源��電子束流，對它的要求是輸出的電子束波長單一穩(wěn)定，亮度均勻一致，調(diào)整方便，像散小。

　　1.電子槍（electronic gun）

　　由陰極（cathode）、陽極（anode）和柵極（grid）組成。

　　（1）陰極：陰極是產(chǎn)生自由電子的源頭，一般有直熱式和旁熱式2種，旁熱式陰極是將加熱體和陰極分離，各自保持獨(dú)立。在電鏡中通常由加熱燈絲（filament）兼做陰極稱為直熱式陰極，材料多用金屬鎢絲制成，其特點(diǎn)是成本低，但亮度低，壽命也較短。燈絲的直徑約為0.10～0.12mm，當(dāng)幾安培的加熱電流流過時(shí)，即可開始發(fā)射出自由電子，不過燈絲周圍必須保持高度真空，否則就象漏氣燈泡一樣，加熱的燈絲會(huì)在傾刻間被氧化燒毀。燈絲的形狀最常采用的是發(fā)叉式，也有采用箭斧式或點(diǎn)狀式的，后2種燈絲發(fā)光亮度高，光束尖細(xì)集中，適用于高分辨率電鏡照片的拍攝，但使用壽命更短。

　　陰極燈絲被安裝在高絕緣的陶瓷燈座上（圖4-16），既能絕緣、耐受幾千度的高溫，還可以方便更換。燈絲的加熱電流值是連續(xù)可調(diào)的。

　　在一定的界限內(nèi)，燈絲發(fā)射出來的自由電子量與加熱電流強(qiáng)度成正比，但在超越這個(gè)界限后，電流繼續(xù)加大，只能降低燈絲的使用壽命，卻不能增大自由電子的發(fā)射量，我們把這個(gè)臨界點(diǎn)稱做燈絲飽和點(diǎn)，意即自由電子的發(fā)射量已達(dá)“滿額”，無以復(fù)加。正常使用常把燈絲的加熱電流調(diào)整設(shè)定在接近飽和而不到的位置上，稱做“欠飽和點(diǎn)”。這樣在保證能獲得較大的自由電子發(fā)射量的情況下，可以最大限度地延長燈絲的使用壽命。鎢制燈絲的正常使用壽命為40h左右，現(xiàn)代電 鏡中有時(shí)使用新型材料六硼化鑭（LaB6）來制作燈絲，其價(jià)格較貴，但發(fā)光效率高、亮度大（能提高一個(gè)數(shù)量級），并且使用壽命遠(yuǎn)較鎢制燈絲長得多，可以達(dá)到1000h ，是一種很好的新型材料。

　　（2）陽極：為一中心有孔的金屬圓筒，處在陰極下方，當(dāng)陽極上加有 數(shù)十千伏或上百千伏的正高壓��加速電壓時(shí)，將對陰極受熱發(fā)射出來的自由電子產(chǎn)生強(qiáng)烈的引力作用，并使之從雜亂無章的狀態(tài)變?yōu)橛行虻亩ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)， 同時(shí)把自由電子加速到一定的運(yùn)動(dòng)速度（與加速電壓有關(guān)，前面已經(jīng)討論過）， 形成一股束流射向陽極靶面。凡在軸心運(yùn)動(dòng)的電子束流，將穿過陽極中心的圓孔射出電子槍外，成為照射樣品的光源。

　　（3）柵極：位于陰、陽極之間，靠近燈絲頂端，為形似帽狀的金屬物，中心亦有一小孔供電子束通過。柵極上加有0～1000V的負(fù)電壓（對陰極而言），這個(gè)負(fù)電壓稱為柵偏壓VG，它的高低不同，可由使用者根據(jù)需要調(diào)整，柵極偏壓能使電子束產(chǎn)生向中心軸會(huì)聚的作用，同時(shí)對燈絲上自由電子的發(fā)射量也有一定的調(diào)控抑制作用。

　　（4）工作原理。在燈絲電源VF作用下，電流IF流過燈絲陰極，使之發(fā)熱達(dá)2500℃以上時(shí)，便可產(chǎn)生自由電子并逸出燈絲表面。加速電壓VA 使陽極表面聚集了密集的正電荷，形成了一個(gè)強(qiáng)大的正電場，在這個(gè)正電場的作用下自由電子便飛出了電子槍外。調(diào)整VF可使燈絲工作在欠飽和點(diǎn)，電鏡使用過程中可根據(jù)對亮度的 需要調(diào)節(jié)柵偏壓VG的大小來控制電子束流量的大小。

　　電鏡中加速電壓VA也是可調(diào)的，VA增大時(shí)，電子束的波長λ縮短，有利于電鏡分辨力的提高。同時(shí)穿透能力增強(qiáng)，對樣品的熱損傷小，但此時(shí)會(huì)由于電子束與樣品碰撞，導(dǎo)致彈性散射電子的散射角隨之增大，成像反差會(huì)因此而有所下降，所以，在不追求高分辨率觀察應(yīng)用時(shí)，選擇較低的加速電壓反而可以獲得較大的成像反差，尤其對于自身反差對比較小的生物樣品，選用較低的加速電壓有時(shí)是有利的。

　　還有一種新型的電子槍��場發(fā)射式電子槍，由1個(gè)陰極和2個(gè)陽極構(gòu)成，第1陽極上施加一稍低（相對第2陽極）的吸附電壓，用以將陰極上面的自由電子吸引出來，而第2陽極上面的極高電壓，將自由電子加速到很高的速度發(fā)射出電子束流。這需要超高電壓和超高真空為工作條件，它工作時(shí)要求真空度達(dá)到10-7Pa，熱損耗極小，使用壽命可達(dá)2000 h;電子束斑的光點(diǎn)更為尖細(xì)。場發(fā)射式電子槍因技術(shù)先進(jìn)、造價(jià)昂貴，目前只應(yīng)用于高檔高分辨電鏡當(dāng)中。

　　2.聚光鏡（condonser lens）

　　聚光鏡處在電子槍的下方，一般由2～3級組成，從上至下依次稱為第1、第2聚光鏡（以C1 和C2表示）。關(guān)于電磁透鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理已經(jīng)在上一節(jié)中介紹，電鏡中設(shè)置聚光鏡的用途是將電子槍發(fā)射出來的電子束流會(huì)聚成亮度均勻且照射范圍可調(diào)的光斑，投射在下面的樣品上。C1和C2的結(jié)構(gòu)相似，但極靴形狀和工作電流不同，所以形成的磁場強(qiáng)度和用也不相同。C1為強(qiáng)磁場透鏡，C2為弱磁場透鏡，各級聚光鏡組合在一起使用，可以調(diào)節(jié)照明束斑的直徑大小，從而改變了照明亮度的強(qiáng)弱，在電鏡操縱面板上一般都設(shè)有對應(yīng)的調(diào)節(jié)旋扭。C1、C2的工作原理是通過改變聚光透鏡線圈中的電流，來達(dá)到改變透鏡所形成的磁場強(qiáng)度的變化，磁場強(qiáng)度的變化（亦即折射率發(fā)生變化）能使電子束的會(huì)聚點(diǎn)上下移動(dòng)，在樣品表面上電子束斑會(huì)聚得越小，能量越集中，亮度也越大;反之束斑發(fā)散，照射區(qū)域變大則亮度就減小。通過調(diào)整聚光鏡電流來改變照明亮度的方法，實(shí)際上是一個(gè)間接的調(diào)整方法，亮度的最大值受到電子束流量的限制。如想更大程度上改變照明亮度，只有通調(diào)整前面提到的電子槍中的柵極偏壓，才能從根本上改變電子束流的大小。在C2上通常 裝配有活動(dòng)光闌，用以改變光束照明的孔徑角，一方面可以限制投射在樣品表面的照明區(qū)域，使樣品上無需觀察的部分免受電子束的轟擊損傷;另一方面也能減少散射電子等不利信號(hào)帶來的影響。

　　二、成像系統(tǒng)

　　1.樣品室（specimen room ）

　　樣品室處在聚光鏡之下，內(nèi)有載放樣品的樣品臺(tái)。樣品臺(tái)必須能做水平面上X、Y方向的移動(dòng)，以選擇、移動(dòng)觀察視野，相對應(yīng)地配備了2個(gè)操縱桿或者旋轉(zhuǎn)手輪，這是一個(gè)精密的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，每一個(gè)操縱桿旋轉(zhuǎn)10圈時(shí)，樣品臺(tái)才能沿著某個(gè)方向移動(dòng)3mm左右。現(xiàn)代高檔電鏡可配有由計(jì)算機(jī)控制的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的樣品臺(tái)，力求樣品在移動(dòng)時(shí)精確，固定時(shí)穩(wěn)定;并能由計(jì)算機(jī)對樣品做出標(biāo)簽式定位標(biāo)記，以便使用者在需要做回顧性對照時(shí)依靠計(jì)算機(jī)定位查找，這是在手動(dòng)選區(qū)操作中很難實(shí)現(xiàn)的。

　　生物醫(yī)學(xué)樣品在做透射電鏡觀察時(shí)，基本上都是將原始樣品以環(huán)氧樹脂包埋，然后用非常精密的超薄切片機(jī)切成薄片，刀具為特制的玻璃刀或者是鉆石刀。切下的生物醫(yī)學(xué)樣品的厚度通常只有幾十個(gè)納米（nm），這在一般情況下用肉眼是不能直接看到的，必須讓切片飄浮在水面上，由操作熟練的技術(shù)人員借助特殊的照明光線，并以特殊的角 度才能觀察到如此薄的切片。切好的薄片被撈放在銅網(wǎng)上，經(jīng)過染色和干燥后才能用于觀察。透射電鏡樣品的制作是一個(gè)漫長、復(fù)雜而又精密的過程，技術(shù)性非常強(qiáng)。但是我們前面介紹過，要想獲得優(yōu)良的電鏡影像，制做優(yōu)良的樣品標(biāo)本乃是非常重要的第一步。

　　盛放樣品的銅網(wǎng)根據(jù)需要可以是多種多樣的，直徑一般均為3mm ，通常銅網(wǎng)上有多少個(gè)柵格，我們就把它稱作多少目。之所以選擇銅制作樣品網(wǎng)，是由于它不會(huì)與電子束及電磁場發(fā)生作用，同理還可以選擇其他導(dǎo)磁率低的金屬材料（如鎳）制作樣品網(wǎng)，樣品網(wǎng)屬于易耗品，銅網(wǎng)加工容易、成本低，故使用十分普及。

　　透射電鏡常見的樣品臺(tái)有2種：①頂入式樣品臺(tái)，要求樣品室空間大，一次可放入多個(gè)（常見為6個(gè)）樣品網(wǎng)，樣品網(wǎng)盛載杯呈環(huán)狀排列。使用時(shí)可以依靠機(jī)械手裝置進(jìn)行依次交換。優(yōu)點(diǎn)是每觀察完多個(gè)樣品后，才在更換樣品時(shí)破壞一次樣品室的真空，比較方便、省時(shí)間;但所需空間太大，致使樣品距下面物鏡的距離較遠(yuǎn)，不適于縮短物鏡焦距，會(huì)影響電鏡分辨力的提高。②側(cè)插式樣品臺(tái)，樣品臺(tái)制成桿狀，樣品網(wǎng)載放在前端，只能盛放1～2個(gè)銅網(wǎng)。樣品臺(tái)的體積小，所占空間也小，可以設(shè)置在物鏡內(nèi)部的上半端，有利于電鏡分辨率的提高。缺點(diǎn)是一次不能同時(shí)放入多個(gè)樣品網(wǎng)，每次更換樣品必須破壞一次樣品室的真空，略嫌不便。

　　在性能較高的透射式電鏡中，大多采用上述側(cè)插式樣品臺(tái)，為的是最大限度地提高電鏡的分辨能力。高檔次的電鏡可以配備多種式樣的側(cè)插式樣品臺(tái)，某些樣品臺(tái)通過金屬聯(lián)接能對樣品網(wǎng)加熱或者致冷，以適應(yīng)不同的用途。樣品是先盛載在銅網(wǎng)上，然后固定在樣品臺(tái)上的，樣品臺(tái)與樣品握持桿合為一體，是一個(gè)非常精巧的部件。樣品桿的中部有一個(gè)“O”形橡膠密封圈，膠圈表面涂有真空脂，以隔離樣品室與鏡體外部的真空（兩端的氣壓差極大，比值可達(dá)10～10）。

　　樣品室的上下電子束通道各設(shè)了一個(gè)真空閥，用以在更換樣品時(shí)切斷電子束通道 ，只破壞樣品室內(nèi)的真空，而不影響整個(gè)鏡筒內(nèi)的真空，這樣在更換樣品后樣品室重又抽回真空時(shí)，可節(jié)省許多時(shí)間。當(dāng)樣品室的真空度與鏡筒內(nèi)達(dá)到平衡時(shí)， 再重新開啟與鏡筒相通的真空閥。

　　2.物鏡（object lens）

　　處于樣品室下面，緊貼樣品臺(tái)，是電鏡中的第1個(gè)成像元件，在物鏡上產(chǎn)生哪怕是極微小的誤差，都會(huì)經(jīng)過多級高倍率放大而明顯地暴露出來，所以這是電鏡的一個(gè)最重要部件，決定了一臺(tái)電鏡的分辨本領(lǐng)，可看作是電鏡的心臟。

　　（1）特點(diǎn) 物鏡是一塊強(qiáng)磁透鏡，焦距很短，對材料的質(zhì)地純度、加工精度、使用中污染的狀況等工作條件都要求極高。致力于提高一臺(tái)電鏡的分辨率指標(biāo)的核心問題，便是對物鏡的性能設(shè)計(jì)和工藝制作的綜合考核。盡可能地使之焦距短、像差小，又希望其空間大，便于樣品操作，但這中間存在著不少相互矛盾的環(huán)節(jié)。

　　（2）作用 進(jìn)行初步成像放大，改變物鏡的工作電流，可以起到調(diào)節(jié)焦距的作用。電鏡操作面板上粗、細(xì)調(diào)焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。

　　為滿足物鏡的前述要求，不僅要將樣品臺(tái)設(shè)計(jì)在物鏡內(nèi)部，以縮短物鏡焦距;還要配置良好的冷卻水管，以降低物鏡電流的熱飄移;此外，還裝有提高成像反差的可調(diào)活動(dòng)光闌，及其要達(dá)到高分辨率的消像散器。對于高性能的電子顯微鏡，都通過物鏡裝有以液氮為媒質(zhì)的防污染冷阱，給樣品降溫。

　　3.中間鏡（intemediate lens）和投影鏡（projection lens）

　　在物鏡下方，依次設(shè)有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對物鏡成像的進(jìn)一步放大任務(wù)。從結(jié)構(gòu)上看，它們都是相類似的電磁透鏡，但由于各自的位置和作用不盡相同，故其工作參數(shù)、勵(lì)磁電流和焦距的長短也不相同。電鏡總放大率：

　　 M=MO·MI·MP1·MP2

　　即為物鏡、中間鏡和投影鏡的各自放大率之積。 當(dāng)電鏡放大率在使用中需要變換時(shí)，就必須使它們的焦距長短相應(yīng)做出變化，通常是改變靠中間鏡和第1投影鏡線圈的勵(lì)磁工作電流來達(dá)到的。電鏡操縱面板上放大率變換鈕即為控制中間鏡和投影鏡的電流之用。

　　對中間鏡和投影鏡這類放大成像透鏡的主要要求是：在盡可能縮短鏡筒高度的條件下，得到滿足高分辨率所需的最高放大率，以及為尋找合適視野所需的最低放大率;可以進(jìn)行電子衍射像分析，做選區(qū)衍射和小角度衍射等特殊觀察;同樣也希望它們的像差、畸變和軸上像散都盡可能地小。

　　三、觀察、記錄系統(tǒng)

　　1.觀察室

　　透射電鏡的最終成像結(jié)果，顯現(xiàn)在觀察室內(nèi)的熒光屏上，觀察室處于投影鏡下，空間較大，開有1～3個(gè)鉛玻璃窗，可供操作者從外部觀察分析用。對鉛玻璃的要求是既有良好的透光特性，又能阻斷X線散射和其他有害射線的逸出，還要能可靠地耐受極高的壓力差以隔離真空。

　　由于電子束的成像波長太短，不能被人的眼睛直接觀察，電鏡中采用了涂有熒光物質(zhì)的熒光屏板把接收到的電子影像轉(zhuǎn)換成可見光的影像。觀察者需要在熒光屏上對電子顯微影像 進(jìn)行選區(qū)和聚焦等調(diào)整與觀察分析，這要求熒光屏的發(fā)光效率高，光譜和余輝適當(dāng)，分辨力好。目前多采用能發(fā)黃綠色光的硫化鋅-鎘類熒光粉做為涂布材料，直徑約在15～20cm。

　　熒光屏的中心部分為一直徑約10cm的圓形活動(dòng)熒光屏板，平放時(shí)與外周熒屏吻合，可以進(jìn)行大面積觀察。使用外部操縱手柄可將活動(dòng)熒屏拉起，斜放在45°角位置，此時(shí)可用電鏡置配的雙目放大鏡，在觀察室外部通過玻璃窗來精確聚焦或細(xì)致分析影像結(jié)構(gòu);而活動(dòng)熒光屏完全直立豎起時(shí)能讓電子影像通過，照射在下面的感光膠片上進(jìn)行曝光。

　　2.照相室

　　在觀察中電子束長時(shí)間轟擊生物醫(yī)學(xué)樣品標(biāo)本，必會(huì)使樣品污染或損傷。所以對有診斷分析價(jià)值的區(qū)域，若想長久地觀察分析和反復(fù)使用電鏡成像結(jié)果，應(yīng)該盡快把它保留下來，將因?yàn)殡娮邮Z擊生物醫(yī)學(xué)樣品造成的污染或損傷降低到最小。此外，熒光屏上的粉質(zhì)顆粒的解像力還不夠高，尚不能充分反映出電鏡成像的分辨本領(lǐng)。將影像記錄存儲(chǔ)在膠片上��照相，便解決了這些問題。

　　照相室處在鏡筒的最下部，內(nèi)有送片盒（用于儲(chǔ)存未曝光底片）和接收盒（用于收存已曝光底片）及一套膠片傳輸機(jī)構(gòu)。電鏡生產(chǎn)的廠家、機(jī)型不同，片盒的儲(chǔ)片數(shù)目也不相同，一般在20～50片/盒左右，底片尺寸日本多采用82.5mm×118mm，美國常用82.5mm×101.6mm，而歐州則用90mm×120mm。每張底片都由特制的一個(gè)不銹鋼底片夾夾持，疊放在片盒內(nèi)。工作時(shí)由輸片機(jī)構(gòu)相繼有序地推放底片夾到熒光屏下方電子束成像的位置上。曝光控制有手控和自控兩種方法，快門啟動(dòng)裝置通常并聯(lián)在活動(dòng)熒光屏板的扳手柄上。電子束流的大小可由探測器檢測，給操作者以曝光指示;或者應(yīng)用全自動(dòng)曝光模式由計(jì)算機(jī)控制，按程序選擇曝光亮度和最佳曝光時(shí)間完成影像的拍攝記錄。

　　現(xiàn)代電鏡都可以在底片上打印出每張照片拍攝時(shí)的工作參數(shù)，如：加速電壓值、放大率 、微米標(biāo)尺、簡要文字說明、成像日期、底片序列號(hào)及操作者注解等備查的記錄參數(shù)。觀察室與照相室之間有真空隔離閥。以便在更換底片時(shí)，只打開照相室而不影響整個(gè)鏡筒的真空。

　　3.陰極射線管（CRT）顯示器

　　電鏡的操作面板上的CRT顯示器主要用于電鏡總體工作狀態(tài)的顯示、操作鍵盤的輸入內(nèi)容顯示、計(jì)算機(jī)與操作者之間的人機(jī)對話交流提示以及電鏡維修調(diào)整過程中的程序提示、故障警示等。

　　四、調(diào)校系統(tǒng)

　　1.消像散器

　　像散（指軸上像散）的產(chǎn)生除了前面介紹的材質(zhì)、加工精度等原因以外，實(shí)際上在使用過程中，會(huì)因?yàn)楦鞑考钠趽p耗、真空油脂的擴(kuò)散沉積、以及生物醫(yī)學(xué)樣品中的有機(jī)物在電子束照射下的熱蒸發(fā)污染等眾多因素逐漸積累，使得像散也在不斷變化。所以像散的消除在電鏡制造和應(yīng)用之中都成了必不可少的重要技術(shù)。

　　早期電鏡中曾采用過機(jī)械式消像散器，利用手動(dòng)機(jī)械裝置來調(diào)整電磁透鏡周圍的小磁鐵 組成的消像散器，來改變透鏡磁場分布的缺陷。但由于調(diào)整的精確性和使用的方便性均難令人滿意，現(xiàn)在這種方式已被淘汰。目前的消像散器由圍繞光軸對稱環(huán)狀均勻分布的8個(gè)小電磁線圈構(gòu)成，見圖4-21，用以消除（或減小）電磁透鏡因材料、加工、污染等因素造成的像散。其中每4個(gè)互相垂直的線圈為1組，在任一直徑方向上的2個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，用2組控制電路來分別調(diào)節(jié)這2組線圈中的直流電流的大小和方向，即能產(chǎn)生1個(gè)強(qiáng)度和方向可變的合成磁場，以補(bǔ)償透鏡中所原有的不均勻磁場缺陷（圖中橢圓形實(shí)線），以達(dá)到消除或降低軸上像散的效果。

　　一般電鏡在第2聚光鏡中和物鏡中各裝有2組消像器，稱為聚光鏡消像散器和物鏡消像散器。聚光鏡產(chǎn)生的像散可從電子束斑的橢圓度上看出，它會(huì)造成成像面上亮度不均勻和限制分辨率的提高。調(diào)整聚光鏡消像散器（鏡體操作面板上裝有對應(yīng)可調(diào)旋鈕），使橢圓形光斑恢復(fù)到最接近圓狀即可基本上消除聚光鏡中存在的像散。

　　物鏡像散能在很大程度上影響成像質(zhì)量，消除起來也比較困難。通常使用放大鏡觀察樣品支持膜上小孔在欠焦時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)涅爾圓環(huán)的均勻度，或者使用專門的消像散特制標(biāo)本來調(diào)整消除，這需要一定的經(jīng)驗(yàn)和操作技巧。近年來在一些高檔電鏡機(jī)型之中，開始出現(xiàn)了自動(dòng)消像散和自動(dòng)聚焦等新功能，為電鏡的使用和操作提供了極大的方便。

　　2.束取向調(diào)整器及合軸

　　最理想的電鏡工作狀態(tài)，應(yīng)該是使電子槍、各級透鏡與熒光屏中心的軸線絕對重合。但這是很難達(dá)到的，它們的空間幾何位置多多少少會(huì)存在著一些偏差，輕者使電子束的運(yùn)行發(fā)生偏離和傾斜，影響分辨力;稍微嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電鏡無法成像甚至不能出光（電子束嚴(yán)重偏離中軸，不能射及熒光屏面）。為此電鏡采取的對應(yīng)彌補(bǔ)調(diào)整方法為機(jī)械合軸加電氣合軸的操作。

　　機(jī)械合軸是整個(gè)合軸操作的先行步驟，通過逐級調(diào)節(jié)電子槍及各透鏡的定位螺絲，來形成共同的中心軸線。這種調(diào)節(jié)方法很難達(dá)到十分精細(xì)的程度，只能較為粗略地調(diào)整，然后再輔之以電氣合軸補(bǔ)償。

　　電氣合軸是使用束取向調(diào)整器的作用來完成的，它能使照明系統(tǒng)產(chǎn)生的電子束做平行移動(dòng)和傾斜移動(dòng)，以對準(zhǔn)成像系統(tǒng)的中心軸線。束取向調(diào)整器分槍（電子槍）平移、傾斜和束（電子束）平移、傾斜線圈兩部分。前者用以調(diào)整電子槍發(fā)射出電子束的水平位置和傾斜角度;后者用以對聚光鏡通道中電子束的調(diào)整。均為在照明光路中加裝的小型電磁線圈，改變線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和方向，可以推動(dòng)電子束做細(xì)微的移位動(dòng)作。

　　合軸的操作較為復(fù)雜，不過在合軸操作完成后，一般不需經(jīng)常調(diào)整。只是束平移調(diào)節(jié)作為一 個(gè)經(jīng)常調(diào)動(dòng)的旋鈕，放在電鏡的操作面板上，供操作者在改變某些工作狀態(tài)（如放大率變換）后，將偏移了的電子束亮斑中心拉回?zé)晒馄恋闹行模苏{(diào)節(jié)器旋鈕也稱為“亮度對中”鈕。

　　3.光闌

　　如前所述，為限制電子束的散射，更有效地利用近軸光線，消除球差、提高成像質(zhì)量和反差 ，電鏡光學(xué)通道上多處加有光闌，以遮擋旁軸光線及散射光，光闌有固定光闌和活動(dòng)光闌2種，固定光闌為管狀無磁金屬物，嵌入透鏡中心，操作者無法調(diào)整（如聚光鏡固定光闌）。活動(dòng)光闌是用長條狀無磁性金屬鉬薄片制成，上面縱向等距離排列有幾個(gè)大小不同的光闌孔，直徑從數(shù)十到數(shù)百個(gè)微米不等，以供選擇使用。活動(dòng)光闌鉬片被安裝在調(diào)節(jié)手柄的前端，處于光路的中心，手柄端在鏡體的外部。活動(dòng)光闌手柄整體的中部，嵌有“O”形橡膠圈來隔離鏡體內(nèi)外部的真空。可供調(diào)節(jié)用的手柄上標(biāo)有1、2、3、4號(hào)定位標(biāo)記，號(hào)數(shù)越大，所選的就孔徑越小。光闌孔要求很圓而且光滑，并能在 X、Y方向上的平面里做幾何位置移動(dòng)，使光闌孔精確地處于光路軸心。因此，活動(dòng)光闌的調(diào)節(jié)手柄，應(yīng)能讓操作者在鏡體外部方便地選擇光闌孔徑，調(diào)整、移動(dòng)活動(dòng)光闌在光路上的空間幾何位置。

　　電鏡上常設(shè)3個(gè)活動(dòng)光闌供操作者變換選用：

　　①聚光鏡C2光闌，孔徑約在20～200μm左右，用于改變照射孔徑角，避免大面積照射對樣品產(chǎn)生不必要的熱損傷。光闌孔的變換會(huì)影響光束斑點(diǎn)的大小和照明亮度;

　　②物鏡光闌，能顯著改變成像反差。孔徑約在10～100μm 左右，光闌孔越小，反差就越大，亮度和視場也越小（低倍觀察時(shí)才能看到視場的變化）。若選擇的物鏡光闌孔徑太小時(shí)，雖能提高影像反差，但會(huì)因電子線衍射增大而影響分辨能力，且易受到照射污染。如果真空油脂等非導(dǎo)電雜質(zhì)沉積在上面，就可能在電子束的轟擊下充放電，形成的小電場會(huì)干擾電子束成像，引起像散，所以物鏡光闌孔徑的選擇也應(yīng)適當(dāng);

　　③中間鏡光闌，也稱選區(qū)衍射光闌，孔徑約在50～400μm左右，應(yīng)用于衍射成像等特殊的觀察之中。

　　五、真空系統(tǒng)

　　電鏡鏡筒內(nèi)的電子束通道對真空度要求很高，電鏡工作必須保持在10-3～10Pa以上的真空度（高性能的電鏡對真空度的要求更達(dá)10Pa以上），因?yàn)殓R筒中的殘留氣體分子如果與高速電子碰撞，就會(huì)產(chǎn)生電離放電和散射電子，從而引起電子束不穩(wěn)定，增加像差，污染樣品，并且殘留氣體將加速高熱燈絲的氧化，縮短燈絲壽命。獲得高真空是由各種真空泵來共同配合抽取的。

　　1.機(jī)械泵（旋轉(zhuǎn)泵）

　　機(jī)械泵因在其他場合使用非常廣泛而比較常見，它工作時(shí)是靠泵體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉輪刮片將空氣吸入、壓縮、排放到外界的。機(jī)械泵的抽氣速度每分鐘僅為160L左右 ，工作能力也只能達(dá)到0.1～0.01Pa，遠(yuǎn)不能滿足電鏡鏡筒對真空度的要求，所以機(jī)械泵只做為真空系統(tǒng)的前級泵來使用。

　　2.油擴(kuò)散泵

　　擴(kuò)散泵工作原理是用電爐將特種擴(kuò)散泵油加熱至蒸汽 狀態(tài)，高溫油蒸汽膨漲向上升起，靠油蒸汽吸附電鏡鏡體內(nèi)的氣體，從噴嘴朝著擴(kuò)散泵內(nèi)壁射出，在環(huán)繞擴(kuò)散泵外壁的冷卻水的強(qiáng)制降溫下，油蒸汽冷卻成液體時(shí)析出氣體排至泵外，由機(jī)械泵抽走氣體，油蒸汽冷卻成液體后靠重力回落到加熱電爐上的油槽里循環(huán)使用，見圖 4-23（c）。擴(kuò)散泵的抽氣速度很快，約為每秒鐘570L左右，工作能力也較強(qiáng)，可達(dá)10～10Pa 。但它只能在氣體分子較稀薄時(shí)使用，這是由于氧氣成分較多時(shí)易 使高溫油蒸氣燃燒，所以擴(kuò)散泵通常與機(jī)械泵串聯(lián)使用，在機(jī)械泵將鏡筒真空度抽到一定程度時(shí)，才啟動(dòng)擴(kuò)散泵。

　　近年來電鏡廠商在制作中為實(shí)現(xiàn)超高壓、超高分辨率，必須滿足超高真空度的要求，為此在電鏡的真空系統(tǒng)中又推出了離子泵和渦輪分子泵，把它們與前述的機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵聯(lián)用可以達(dá)到10Pa的超高真空度水平。

　　3.真空閥、真空規(guī)

　　真空閥是用于啟閉真空通道各部分的關(guān)卡，使各部分能獨(dú)立放氣、抽空而不影響整個(gè)系統(tǒng)的真空度。

　　真空規(guī)用于鏡筒各部位真空度的檢測，向真空表和真空控制電路提供信號(hào)，根據(jù)檢測目標(biāo)的真空度不同，真空規(guī)分為“皮拉尼規(guī)”（pirani gauge ）和“潘寧規(guī)”（penning gauge ）2種。前者用于低真空檢測，后者用于高真空檢測，被安裝在鏡體的不同部位。

　　4.空氣壓縮機(jī)

　　電鏡中的真空閥多為氣動(dòng)式，動(dòng)力源自空氣壓縮機(jī)，這是因?yàn)槿绮捎秒姶艅?dòng)力的真空閥門，易產(chǎn)生干擾電磁場，影響電鏡工作。電鏡外部專配的空氣壓縮機(jī)能經(jīng)常、自動(dòng)地保持在4個(gè)大氣壓以上，以提供足夠的氣體壓力。由空氣壓縮機(jī)輸出的高壓氣體經(jīng)多根軟塑細(xì)管送出，先經(jīng)過在計(jì)算機(jī)程序控制下動(dòng)作的“總操縱集合電磁閥”，然后聯(lián)接到鏡體內(nèi)各部位安裝的氣動(dòng)閥門處。這樣，就可以通過固定程序（或人為）來操縱控制鏡體外部的集合電磁閥，切斷或聯(lián)通任一路軟塑細(xì)管，間接地啟閉鏡體內(nèi)部的任一氣動(dòng)閥。

　　5.抽氣過程

　　真空抽氣系統(tǒng)是由2部分組成，各為1套機(jī)械泵（RP）和擴(kuò)散泵（DP），分別聯(lián)接鏡體的上半部鏡筒部分和下半部照相室部分。抽氣過程是：先由機(jī)械泵將該部分（如鏡筒）真空抽至10Pa 以下，由“皮拉尼”真空規(guī)（P）監(jiān)測真空度達(dá)到這個(gè)值時(shí)，提供一個(gè)信號(hào)送給中央微處理器，由控制電路自動(dòng)操縱擴(kuò)散泵啟動(dòng)工作;當(dāng)（鏡筒）真空度達(dá)到1 0Pa時(shí)，“潘寧”規(guī)（PE）發(fā)出可以接通鏡體電源電路的信號(hào)，而如果鏡筒因某種 原因突然漏氣，真空度一但低于設(shè)定值，“潘寧”規(guī)（PE）將立即“通知”控制電路切斷工作電源。在電鏡工作中，鏡筒總會(huì)或多或少漏進(jìn)一些氣體（不可能絕對密封），所以真空泵也一直在不停地工作著，使鏡體的真空度維持在一個(gè)較高的數(shù)值，達(dá)到平衡狀態(tài)。在工作過程之中，如需要更換樣品，則控制電路自動(dòng)操縱控制鏡體外部的集合電磁閥，向電子槍閥門（GV）和鏡筒閥門（CV）提供氣壓動(dòng)力，令其關(guān)閉，只給鏡筒中部放氣，待到換畢樣品重 新抽取真空達(dá)到原來真空度時(shí)，再切斷氣壓動(dòng)力使兩閥門開啟，聯(lián)通鏡筒的上下真空和光路 通道，余此類推。圖中V、LV、CV、GV均為真空閥，P（皮拉尼）、PE（潘寧）為真空規(guī)，AS為氣動(dòng)照相快門，CF為照相底片更換器。

　　六、電路系統(tǒng)

　　1.電源變換裝置

　　鏡體和輔助系統(tǒng)中的各種電路都需要工作電源，且因性質(zhì)和用途不同，對電源的電壓、電流 和穩(wěn)壓度也有不同的要求。如電子槍的陽極需要數(shù)十至數(shù)百千伏的高電壓，它的穩(wěn)定度應(yīng)在 每分鐘不漂移10以上（ 每分鐘的偏離量低于十萬分之一），這專門由高壓發(fā)生器和 高壓穩(wěn)定電路（埋于油箱內(nèi)）來提供。在物鏡電源中則要求電流的穩(wěn)定度優(yōu)于10～1 0。其他透鏡電源、操縱控制等電路則要求工作電壓從幾伏到幾百伏，電流從幾毫 安到幾安培不等，全部由相應(yīng)的電源電路變換配給，其中包括變換電路、穩(wěn)壓電路、恒流電路等。

　　2.調(diào)整、控制電路

? ? ? ? 這部分電路最為復(fù)雜，操縱面板上的每一個(gè)變化，都對應(yīng)到相應(yīng)元、部件工作狀態(tài)的變化，每一步驟都要由電路做出一系列相應(yīng)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。調(diào)整控制電路實(shí)質(zhì)上是由許多形形色色的操縱、檢測、自控、保護(hù)等電路交織而成。

　　七、水冷系統(tǒng)

　　水冷系統(tǒng)是由許多曲折迂迥、密布在鏡筒中的各級電磁透鏡、擴(kuò)散泵、電路中大功率發(fā)熱元件之中的管道組成。外接水制冷循環(huán)裝置，為保證水冷充分（10～25℃之間，不可過高或過低）、充足（4～5L/min）、可靠（0.5～2kg/mm），在冷卻水管道的出口，裝有水壓探測器，在水壓不足時(shí)既能報(bào)警，又能通過控制電路切斷鏡體電源，以保證電鏡在正常工作時(shí)不因?yàn)檫^熱而發(fā)生故障。水冷系統(tǒng)的工作要開始于電鏡開啟之前，結(jié)束于電鏡關(guān)閉 20 min以后。