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  以后不再吃肉 2014-08-22 00:00:00

  傳統掃描電子顯微鏡(SEM)配有接收二次電子的探頭(ET)，它的工作原理：ET探頭通過接收樣品的二次電子，經光電倍增管放大后，信號再輸到前置放大器放大。Z后去調制顯象管或其它成象系統(見圖1)；但它 只能在高真空下工作，因此只光電倍增管圖1能觀察不含水分的固體導電樣品相通過脫水、噴金屬化等處理后的生物樣品。對于含有適量水分的新鮮生物等樣品，傳統掃描電鏡就無法滿足要求。因此，人們渴望既能在高真空下又能在低真空下甚至能在大氣環境下工作的掃描電子顯微鏡。二十世紀八十年代，隨著真空系統中多重限壓狹縫技術開發成功(即將樣品室與柱形導管之間的真空隔開)和氣體二次電子探頭的研究成功。美國E1ectro Scan公司于1990年推出diyi臺商用環境電子顯微鏡(ESEM)。環境掃描電子顯微鏡的誕生，把人們引入了一個全新的形態觀察的領域。 2環境掃描電鏡的工作原理和特點 2．1 工作原理 環境掃描電鏡有二個探頭(ET和GSED)，分別在高真空和低真空下工作。因此，它除了保持傳統掃描電鏡功能外。由于增加了GSED探頭，就增加了新的功能。GSED可以工作在低真空(約達20Torr)下，它安裝在物鏡極靴底部，探頭上施以數百伏的正電壓以吸引由樣品激發出的二次電子，二次電子在探頭電場中被加速并碰撞氣體分子使其電離，部分氣體電離成正離子和電子(這些電子被稱為氣體二次電子)，這種加速一電離過程的不斷重復，使初始二次電子信號呈連續比例級數放大，GSED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(見圖2) 2．2工作特點 （1） GSED探頭不含高壓元件，可以在低真空的多氣體環境中工作，故可以觀察含有適量水分的生物樣品；(2)信號的初始放大靠電離氣體分子進行，不再需要光電倍增管，GSED探頭對光、對熱不再敏感，故可以觀察發光材料和使用熱臺；(3)當絕緣樣品表面沉積電荷時，形成的電場會吸引被電離的氣體中的正離子而被中和。故非導體樣品表面不再進行金屬化噴涂處理，從而更好地觀察樣品表面的細節；也節省了處理樣品的中間環節； (4)由于GSED探頭彌補丁ET探頭的缺點，使得環境掃描電子顯微鏡的運用范圍大大擴展。樣品室內的適量氣體對其工作性能不但沒有影響，反而有益，氣體越容易電離，所獲得的放大增益越高，改變探頭的偏置電壓即可調節增益或適應于不同的氣體。由于水蒸汽獲取方便，沒有毒性，容易電離，成像性能佳，因此成為員常用的氣體。但GSED由于在物鏡極靴下面，正對著樣品，被放射電子由于能量大，能直接射向GSED探頭，因此圖像背景較深，對圖像的對比度會有些影響。 3環境掃描電鏡的應用 環境掃描電子顯微鏡除了具有傳統掃描電子顯微鏡所有功能外，還具有在低真空下觀察含有一定水份的樣品和非導體樣品。特別對生物樣品的觀察，省去了脫水、噴金屬化等處理的中間制樣環節，使得樣品能保持原有的微觀形貌，這對于觀察研究生物微觀形貌是非常重要的環節。在傳統掃描電子顯微鏡中，動物、植物樣品不通過脫水等處理是不能觀察的。動、植物樣品通過脫水等處理后，樣品的微觀形貌會產生變化，這是不可避免的，這會影響人們對生物微觀形態的認識。但在環境掃描電鏡中，動、植物樣品可以不需要脫水等處理，使樣品少變形或不變形，因而更真實地反映樣品的微觀形貌。環境掃描電鏡在低真空下，員適用于觀察那些具有一定強度和含水量很低的樣品。比如植物的葉子，動物中的昆蟲，作物的籽粒，含有結晶水的固體材料等。隨著環境掃描電子顯微鏡實驗技術條件的不斷探索和完善，它在生物醫學、林學、材料、化工、石油地質、建材、食品、輕工等研究領域會得到越來越廣泛的應用。 圖3、圖4所示是纖維非導體樣品在低真空下的圖象。在真空度5．2Torr，加速電壓15kV，放大倍數1000倍和4000倍下，非導體材料纖維樣品的圖象清晰，樣品表面沒有放電現象；而在高真空下，圖象放電非常嚴重，無法成象。 圖5所示是頭發在低真空下的圖象。在真空度2．5Torr，加速電壓20kV，放大倍數500倍下，樣品不需任何處理，圖象很清晰，頭發的魚鱗片的細節很清楚。 圖6所示是有濕度的混凝土在低真空下的圖象。在真空度0．4Torr，加速電壓20kV，放大倍數1480倍下，混凝土的顆粒清楚，沒有產生放電。 對于新鮮含有適量水分的生物、動物樣品的觀察是環境掃描電子顯微鏡Z大的特點。這方面的應用工作已在其他的實驗室做了不少，相關的期刊發表了不少的這方面文章。 4實驗過程一些問題的認識 雖然環境掃描電鏡可以觀察含水分的樣品，但要出好每種樣品的圖象，難度還是比較大，必須花費一些時間來摸索，積累更多的經驗，才能出好圖象，特別在低真空下。在正確認識ESEM工作原理的基礎上，在具體運用ESEM觀察新鮮生物樣品和其它含水樣品時，掌握一些操作技術要領是非常必要的。例如： (1)由于環境掃描電鏡的低真空下并非真正的大氣壓力，樣品的水分蒸發問題還是存在，觀察時間若太久，勢必造成樣品因水分蒸發而使樣品變形因此，觀察和記錄操作要盡可能地快。 (2)雖然ESEM的樣品臺一次可以同時裝多個樣品，但在觀察含水分的生物樣品或在真空下易變形的樣品時，建議Z好一次故人一個樣品。 (3)在低真空下工作時，要接上Peltier冷臺，該冷臺的溫度與樣品室壓力的設置很重要。要保持樣品的新鮮度，保持樣品的生活狀態，溫度和壓力的設置必須使樣品所含游離水處于臨界狀態，即水分不蒸發也不凝結，但針對不同生物樣品的溫度與壓力條件是不相同的，這需要在實踐中摸索并積累經驗。 (4)在低真空下工作時，注意摸索樣品Z佳的工作距離。若工作距離遠了，信號接收效果差；距離過近，氣流也會影響信號接收效果。 (5)由于在低真空下觀察時，樣品一般高物鏡極靴較近，所以要求樣品表面高度差不能太大，特別是大樣品，以免在移動樣品過程中碰到物鏡極靴。

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