通常所说的“电子显微镜”,一般是指透射和扫描两种类型的电子显微镜。其中,透射电子显微镜问世早,在生物学和医学上已普遍应用。扫描电子显微镜问世较晚,近年来它在医学和生物学上也逐步得到广泛应用。
(一)透射电子显微镜
1.成像原理
磁场或电场对电子束的聚集作用与玻璃透镜对光线的聚焦作用相似。在理想成像的情况下,电镜中的物镜、中间镜和投影镜均可利用光学中薄透镜的作图法和成像公式。但是,可见光照射样品时,样品不同程度地吸收、反射、折射和散射光子,产生色差或强度差,从而形成物体的像。而在应用电子束成像时,却不能利用吸收现象,这是由于样品吸收大量电子后,被吸收的电子将产生能量而将样品烧毁,即使样品不被烧毁,穿过样品的电子也因速度改变不适于成像。 电子光学像的形成,主要借助电子束的散射现象。那末,什么叫散射现象呢?这要从物质的基本结构和特性说起。各种物质尽管千差万别,但都是由原子组成的,原子又是由原子核和环绕轨道运动的电子组成的。原子间距是01nm或更大些,而原子核和电子的大小仅仅是10-6~10-7nm的数量级。在原子内部,如果把原子放大,使原子核等于1mm,则原子核与距原子核最近的电子之间的距离就有25m之远。因此,实际上物质是由原子核及围绕原子核旋转的电子组成的,这些电子按各自的运行轨道占据了大量空间。当一束具有一定能量的电子通过足够薄的样品时,将出现三种情况:第一种情况是入射电子直接穿过物质空间;第二种情况是入射电子和原子核相互作用,由于原子核的质量比电子的质量大得多,如碳原子核的质量是电子质量的两万倍,这时入射电子将偏斜很大的角度运动,但几乎不损失能量,这种相互作用称为“弹性散射”;第三种情况是入射电子与绕核旋转的电子相互作用,由于它们的质量相同,因此,入射电子不仅改变运动方向,而且将不同程度地降低其运动速度,这种相互作用称为“非弹性散射”。物质的密度大,则原子核大,核周围的电子多,散射的电子就多;物体厚,则原子多,散射的电子也多。所以电子散射的多少与物质的质量和厚度的乘积有关,质量和厚度的乘积简称“质量厚度”。 由于散射作用,一束细的平行电子穿过样品后,就散开成为圆锥体,如图12-1。物体各部分的质量厚度不同,对电子的散射亦不同。某一部分的质量厚度大,散射的电子多,通过物镜光阑孔的成像电子就少,在荧光屏上像的相对应部分就暗;某一部分的质量厚度小,散射