隨著社會科學技術的不斷發展進步，微區信息已經成為了現代物質信息研究的重要組成部分，環境掃描電子顯微鏡是近年發展起來的新型掃描電鏡。它主要用于各種樣品的表面形貌觀察和成分分析，具有對試樣必須干燥、潔凈、導電的要求，廣泛地應用于生命科學、醫學、材料學等諸多學科。本文主要為大家介紹一下環境掃描電子顯微鏡的工作原理及應用范圍。
環境掃描電子顯微鏡的工作原理
環境掃描電鏡(environmental scanning electron microscopy,ESEM)采用多級真空系統、氣體二次電子信號探測器等獨特設計。觀察不導電樣品不需要鍍導電膜.可以在控制溫度、壓力、相對濕度和低真空度的條件下進行觀察分析含水的、含油的、已污染的、不導電的樣品，減少了樣品的干燥損傷和真空損傷。
環境掃描電鏡有三種工作方式：A）高真空方式(常規方式)；B）低真空方式:0.1~1 Torr；C）環境方式:0.1~20 Torr。
在高真空的常規掃描電鏡中，用標準的Everhart Thornley探測器來接受被高能入射電子激發的樣品的信號電流(二次電子和部分背散射電子)，經放大后形成圖像。
在低真空及環掃模式下，由電子槍發射的高能入射電子束穿過壓差光闌進入樣品室，射向被測定的樣品，從樣品表面激發出信號電子:二次電子一SE和背散射電子一BSE。由于樣品室內有氣體存在，入射電子和信號電子與氣體分子碰撞，使之電離產生電子和離子。如果我們在樣品和電極板之間加一個穩定電場，電離所產生的電子和離子會被分別引往與各自極性相反的電極方向，非導體表面積累的負電荷會與電離出來的正電荷中和而消除荷電。
圖1環境掃描電鏡中氣體放大原理示意圖
其中電子在途中被電場加速到足夠高的能量時，會電離更多的氣體分子，從而產生更多的電子，如此反復倍增。ESEM探測器正是利用此原理來增強信號的，這又稱氣體放大原理（如圖1）。LFD(低真空度模式下使用的探測器)和GSED（環掃模式下使用的探測器）探頭接收這些信號并將其直接傳到電子放大器放大成電信號去調制顯象管或其它成像系統。
ESEM通過不斷地向樣品室補充氣體來維持樣品室的低真空，同時也為氣體二次電子探測器GSED提供工作氣體，水蒸氣是最常用的工作氣體。但是樣品室中氣體分子的存在對于SEM的成像也有著副作用，由于氣體分子對入射電子的散射使部分電子改變方向，不落在聚焦點上，從而產生圖像的背底噪音;同時入射電子使氣體分子電離，產生電子和離子，也會加大圖像的背底噪音.因而偏壓電場的電壓、方向及電極板的形狀，氣體狀態(種類、壓力等)和入射電子路徑等因素都會對圖像的分辨率產生影響，必須選擇適當的參數才能使分辨率的降低保持在最小的限度。不同的探測器應有不同的工作參數。
環境掃描電子顯微鏡主要特點（以FEI Quanta為例）
1、FEI ESEM(環境掃描電鏡)技術,可在高真空、低真空和環境真空條件下對各種樣品進行觀察和分析。
2、所有真空條件下的二次電子、背散射電子觀察和微觀分析。
3、先進的系統結構平臺，全數字化系統。
4、可同時安裝能譜儀、波譜儀和EBSP系統。
5、可安裝低溫冷臺、加熱臺、拉伸臺等進行樣品的動態觀察和分析。
環境掃描電子顯微鏡技術參數（以FEI Quanta 250/450/650為例）
1、分辨率:
二次電子:
高真空模式3.0nm 30kV,8nm 3kV
高真空減速模式7nm 3kV(可選項)
低真空模式3.0nm 30kV,10nm 3kV
環境真空模式3.0nm 30kV
背散射電子4.0nm 30kV
2、樣品室壓力最高達2600Pa
3、加速電壓200V～30kV，連續調節
4、樣品臺移動范圍
Quanta 250:X=Y=50mm
Quanta 450:X=Y=100mm
Quanta 650:X=Y=150mm