电子显微镜(electron microscopy)是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束

　　和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。 近年来，电镜的研究和制造有了很大的发展：一方面，电镜的分辨率不断提高，透射电镜的点分辨率达到了0.2-0.3nm，晶格分辨率已经达到0.1nm左右，通过电镜，人们已经能直接观察到原子像;另一方面，除透射电镜外，还发展了多种电镜，如扫描电镜、分析电镜等。

　　电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。

　　2. 电子显微镜原理—结构

　　电子显微镜由电子光学系统、真空系统和供电系统三部分组成，下面分别介绍三部分：

　　1) 电子光学系统

　　电子光学系统主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。

　　电子枪是由钨丝热阴极、栅极和阴极构成的部件。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。

　　电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与玻璃凸透镜使光束聚焦的作用相似，所以称为电子透镜。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。

　　2) 真空系统

　　为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度为10-4～10-7毫米汞柱。

　　3) 供电系统

　　透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。

　　3. 电子显微镜原理—工作原理

　　目前，电子显微镜技术(electron microscopy)已成为研究机体微细结构的重要手段。常用的有透射电镜(transmission electron microscope，TEM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)。下面分别介绍两种电子显微镜的工作原理：

　　1) 透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)

　　透射电镜即透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，简称TEM)，通常称作电子显微镜或电镜(EM)，是使用最为广泛的一类电镜。

　　工作原理：在真空条件下，电子束经高压加速后，穿透样品时形成散射电子和透射电子，它们在电磁透镜的作用下在荧光屏上成像。电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射，如电子束投射到质量大的结构时，电子被散射的多，因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像，电子照片上则呈黑色。

　　主要优点：分辨率高，可用来观察组织和细胞内部的超微结构以及微生物和生物大分子的全貌。

　　2) 扫描电镜(Scanning Electron microscope)

　　扫描电镜即扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)。主要用于观察样品的表面形貌、割裂面结构、管腔内表面的结构等。

　　工作原理：扫描电镜是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。用极细的电子束在样品表面扫描，激发样品表面放出二次电子，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。(细胞、组织)表面的立体构像，可摄制成照片。

　　主要优点：景深长，所获得的图像立体感强，可用来观察生物样品的各种形貌特征。

　　扫描电子显微镜原理和应用

　　2.4.1 扫描电镜的特点

　　与光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点： (一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。 (二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。 (三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。 (四) 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。 (五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。 (六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

　　2.4.2 扫描电镜的结构和工作原理

　　(一) 结构 1.镜筒

　　镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。

　　2.电子信号的收集与处理系统

　　在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器(图15(2)的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。