透射電子顯微鏡基礎知識（七）

成像系統

樣品室（specimen room ）

        樣品室處在聚光鏡之下，內有載放樣品的樣品臺。樣品臺必須能做水平面上X、Y方向的移動，以選擇、移動觀察視野，相對應地配備了2個操縱桿或者旋轉手輪，這是一個精密的調節機構，每一個操縱桿旋轉10圈時，樣品臺才能沿著某個方向移動3mm左右。現代高檔電鏡可配有由計算機控制的馬達驅動的樣品臺，力求樣品在移動時精確，固定時穩定；并能由計算機對樣品做出標簽式定位標記，以便使用者在需要做回顧性對照時依靠計算機定位查找，這是在手動選區操作中很難實現的。　生物醫學樣品在做透射電鏡觀察時，基本上都是將原始樣品以環氧樹脂包埋，然后用非常精密的超薄切片機切成薄片，刀具為特制的玻璃刀或者是鉆石刀。切下的生物醫學樣品的厚度通常只有幾十個納米（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上，經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漫長、復雜而又精密的過程，技術性非常強。但是我們前面介紹過，要想獲得優良的電鏡影像，制做優良的樣品標本乃是非常重要的第一步。

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

        透射電鏡常見的樣品臺有2種：①頂入式樣品臺，要求樣品室空間大，一次可放入多個（常見為6個）樣品網，樣品網盛載杯呈環狀排列。使用時可以依靠機械手裝置進行依次交換。優點是每觀察完多個樣品后，才在更換樣品時破壞一次樣品室的真空，比較方便、省時間；但所需空間太大，致使樣品距下面物鏡的距離較遠，不適于縮短物鏡焦距，會影響電鏡分辨力的提高。②側插式樣品臺，樣品臺制成桿狀，樣品網載放在前端，只能盛放1～2個銅網。樣品臺的體積小，所占空間也小，可以設置在物鏡內部的上半端，有利于電鏡分辨率的提高。缺點是一次不能同時放入多個樣品網，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，大多采用上述側插式樣品臺，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插式樣品臺，某些樣品臺通過金屬聯接能對樣品網加熱或者致冷，以適應不同的用途。樣品是先盛載在銅網上，然后固定在樣品臺上的，樣品臺與樣品握持桿合為一體，是一個非常精巧的部件。樣品桿的中部有一個“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10～10）。　樣品室的上下電子束通道各設了一個真空閥，用以在更換樣品時切斷電子束通道 ，只破壞樣品室內的真空，而不影響整個鏡筒內的真空，這樣在更換樣品后樣品室重又抽回真空時，可節省許多時間。當樣品室的真空度與鏡筒內達到平衡時， 再重新開啟與鏡筒相通的真空閥。

物鏡（object lens）

        處于樣品室下面，緊貼樣品臺，是電鏡中的第1個成像元件，在物鏡上產生哪怕是極微小的誤差，都會經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最重要部件，決定了一臺電鏡的分辨本領，可看作是電鏡的心臟。

        （1）特點 物鏡是一塊強磁透鏡，焦距很短，對材料的質地純度、加工精度、使用中污染的狀況等工作條件都要求極高。致力于提高一臺電鏡的分辨率指標的核心問題，便是對物鏡的性能設計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節。

        （2）作用 進行初步成像放大，改變物鏡的工作電流，可以起到調節焦距的作用。電鏡操作面板上粗、細調焦旋扭，即為改變物鏡工作電流之用。

為滿足物鏡的前述要求，不僅要將樣品臺設計在物鏡內部，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活動光闌，及其要達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的防污染冷阱，給樣品降溫。

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

        在物鏡下方，依次設有中間鏡和第1投影鏡、第2投影鏡，以共同完成對物鏡成像的進一步放大任務。從結構上看，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、勵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。當電鏡放大率在使用中需要變換時，就必須使它們的焦距長短相應做出變化，通常是改變靠中間鏡和第1投影鏡線圈的勵磁工作電流來達到的。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；可以進行電子衍射像分析，做選區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。