透射電鏡(簡稱TEM)可以看到光學顯微鏡下看不清楚的小於0.2um的微細結構。這些結構被稱為亞微結構或超微結構。為了看清楚這些結構，我們必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。目前TEM的分辨率可以達到0.2nm，電子顯微鏡和光學顯微鏡的成像原理基本相同，不同的是前者采用電子束作為光源，電磁場作為透鏡。
由於電子束的穿透力很弱，用於電子顯微鏡的標本必須制成超薄切片，厚度約為50nm。這種切片需要用超薄切片機制作。電子顯微鏡的放大倍數可達近百萬倍，它由照明系統、成像系統、真空系統、記錄系統和電源系統五部分組成。
tem的類型:
1.大型透射電鏡:大型透射電鏡壹般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號對應不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓有關，可以達到0.2-0.1nm。高端型號可以達到原子級分辨率。
2.低壓透射電鏡:低壓小型透射電鏡使用的電子束加速電壓(5kV)遠低於大型透射電鏡。較低的加速電壓會增強電子束與樣品的相互作用強度，從而提高圖像的對比度和反差，特別適用於聚合物、生物等樣品。同時，低電壓透射電鏡對樣品的損傷很小。
3.冷凍電鏡:冷凍電鏡通常是在普通的透射電鏡上增加壹個樣品冷凍裝置，將樣品冷卻到液氮的溫度，用於觀察蛋白質、生物切片等溫度敏感的樣品。通過冷凍樣品，可以減少電子束對樣品的損傷，減少樣品的變形，從而獲得更真實的樣品形貌。
透射電鏡成像原理透射電鏡，即透射電鏡是電子顯微鏡的壹種。電子顯微鏡是壹種高精度的電子光學儀器，具有很高的分辨率和放大率，是觀察和研究物質微觀結構的重要工具。
電子顯微鏡是根據電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質的精細結構以極高的放大率成像的儀器。電子顯微鏡的分辨能力用它能分辨的相鄰兩點之間的最小距離來表示。20世紀70年代，透射電鏡的分辨率約為0.3 nm(人眼分辨率約為0.1 mm)。目前電子顯微鏡的最大放大倍數在300萬倍以上，而光學顯微鏡的最大放大倍數在2000倍左右，所以可以通過電子顯微鏡直接觀察到壹些重金屬的原子和晶體中有序的原子晶格。
在1931中，德國Knohl和ruska用冷陰極放電電子源和三個電子透鏡改裝了壹臺高壓示波器，獲得了放大十倍以上的圖像，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經過魯斯卡的改進，電子顯微鏡的分辨率達到了50納米，是當時光學顯微鏡的十倍左右，於是人們開始關註電子顯微鏡。20世紀40年代，美國Hill用散光裝置補償電子透鏡的旋轉不對稱，使電子顯微鏡的分辨率有了新的突破，並逐漸達到現代水平。我國在1958研制成功透射電鏡，分辨率為3 nm，在1979制造出分辨率為0.3 nm的大型電鏡。
雖然電子顯微鏡的分辨能力遠優於光學顯微鏡，但由於電子顯微鏡需要在真空中工作，所以很難觀察到活體，而且電子束的照射也會損傷生物樣品。其他問題，如電子槍的亮度、電子透鏡質量的提高等都需要進壹步研究。
透射電鏡的成像原理是由照明部分提供的具有壹定孔徑角和強度的電子束平行投射在物鏡物面的樣品上，穿過樣品和物鏡的電子束在物鏡後焦面上形成最大衍射振幅，即第壹衍射光譜。這些衍射光束在物鏡的像平面上相互幹涉，形成反映樣品微區特征的第壹電子圖像。通過聚焦(調整物鏡的激勵電流)，使物鏡的像面與中間鏡的物面壹致，中間鏡的像面與投影鏡的物面壹致，投影鏡的像面與熒光屏壹致，從而可以在熒光屏上觀察到經過物鏡、中間鏡和投影鏡放大後具有壹定對比度和放大率的電子圖像。由於樣品各微區的厚度、原子序數、晶體結構或晶向不同，通過樣品和物鏡的電子束強度也不同，所以在熒光屏上出現了明暗差反映的樣品微區特征的微電子圖像。電子圖像的放大率是物鏡、中間鏡和投影鏡的放大率的乘積。
電子顯微鏡的成像原理。透射電子顯微鏡的成像原理可分為三種情況:
1.吸收像:當電子撞擊高質量、高密度的樣品時，主要的成相作用是散射。樣品上質量厚度大的地方對電子的散射角大，通過的電子少，圖像亮度暗。早期的透射電子顯微鏡就是基於這壹原理。
2.衍射像:電子束被樣品衍射後，樣品不同位置衍射波的振幅分布對應著樣品中晶體各部分的不同衍射能力。當晶體缺陷出現時，缺陷部分的衍射能力與完整區域的衍射能力不同，這使得衍射波的振幅分布不均勻，並反映了晶體缺陷的分布。
3.相位像:當樣品薄於100_，電子可以穿過樣品，波的振幅變化可以忽略，成像來源於相位變化。
二、掃描電子顯微鏡成像的原理
掃描電子顯微鏡通過用聚焦電子束掃描樣品表面來產生樣品表面的圖像。
電子與樣品中的原子相互作用，產生包含樣品表面形貌和成分信息的各種信號。電子束通常以光柵掃描模式進行掃描，並且電子束的位置與檢測到的信號相結合以產生圖像。
掃描電子顯微鏡可以達到優於65438±0nm的分辨率。樣品可以在高真空、低真空、潮濕條件下(使用環境掃描電子顯微鏡)和大範圍的低溫或高溫下觀察。
最常見的掃描電鏡模式是探測電子束激發原子發出的二次電子。可以檢測到的二次電子的數量取決於樣品的形貌和其他因素。
通過掃描樣品，並使用特殊的探測器收集發射的二次電子，可以創建顯示表面形態的圖像。它還可以產生樣品表面的高分辨率圖像，並且該圖像是三維的，識別樣品的表面結構。
擴展數據:
生物樣品在被透視電子顯微鏡觀察之前必須進行預處理。隨著不同研究要求的需要，科學家們采用不同的處理方法。
1.固定:為了盡可能的保存樣本，使用戊二醛對樣本進行硬化，使用鋨酸對脂肪進行染色。
2.冷固定:將樣品放入液態乙烷中速凍，這樣水就不會結晶形成無定形冰。以這種方式保存的樣品損傷較小，但圖像的對比度很低。
3.脫水:用乙醇和丙酮代替水。
4.緩沖:樣品緩沖後可以分割。
5.分割:用金剛石刀片將樣品切片。
6.染色:鉛或鈾等重原子散射電子的能力比輕原子高，所以可以用來提高對比度。
透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡，簡稱透射電子顯微鏡，是壹種以高速電子束為光源，穿透固體樣品，然後通過電磁透鏡成像的顯微鏡。
透射電子顯微鏡由電子光學系統、觀察記錄系統、真空和冷卻系統以及電源系統組成。電光系統可分為照明系統和成像系統兩部分，與觀察記錄系統壹起置於真空鏡筒內。樣品臺位於照明系統和成像系統之間(圖5-3)。
圖5-3透射電子顯微鏡結構圖
(據日本JEOL公司)
透射電子顯微鏡的成像原理與光學顯微鏡相似，其圖像是由成像平面上透射電子密度的不同而形成的亮度不同的對比圖像。這種密度差異可以通過熒光屏或照相底片的轉換觀察到。根據反差來源的不同，透射電鏡圖像可分為四種類型:厚反差圖像、衍射反差圖像、相位反差圖像和Z反差圖像。限於篇幅，本節簡單介紹常用的質量和厚度對比圖像和衍射對比圖像。
質量和厚度對比圖像的對比是由樣品質量和厚度的差異造成的。它適用於觀察無定形樣品，如炭黑。衍射對比圖像，簡稱衍射對比圖像。其反差是由樣品不同部位的布拉格衍射條件程度不同造成的，反映了入射電子在樣品不同部位衍射強度的差異。對比圖像可以分為明場圖像和暗場圖像。明場圖像(縮寫為BFI)是由透射光束成像的，它在明亮的背景上形成壹個黑暗的圖像(圖5-4)。暗場成像(簡寫為DFI)只是利用某種衍射光束在黑暗的背景上形成明亮的圖像。由於衍射襯度與衍射條件密切相關，它對晶體中衍射網絡的取向變化非常敏感，因此是研究晶體缺陷的有力手段。
長期以來，透射電鏡的圖像都是在觀察室通過熒光屏觀察，並用照相膠片記錄。近年來，可以在攝影膠片的位置配備CCD相機，將圖像數字化，便於計算機存儲。
圖5-4臺州隕石中橄欖石位錯的明場圖像
(由張復生提供)
透射電子顯微鏡最突出的優點是圖像分辨率高，有效放大倍數大。它的點分辨率(圖像中兩個可分辨點之間的最短距離)約為0.17 ~ 0.20 nm，它的點陣分辨率(點陣條紋圖像中條紋之間的最短距離)為0.1 ~ 0.14 nm。經球差校正的透射電鏡分辨率為0.08nm，可放大654.38±0萬倍，幾乎可以分辨晶體中所有原子的排列。
透射電子顯微鏡的另壹個特點是，在成像系統中插入壹個選擇孔徑可以得到壹個電子衍射圖樣，在觀察圖像的同時可以原位分析結構(請參閱本章第四節)。電子衍射和X射線衍射的原理基本相同，得到的衍射圖樣也非常相似。
透射電鏡對樣品的基本要求是:①為了使電子束穿透樣品，其厚度應在100nm以下；②在樣品制備過程中，必須很好地保存樣品的超微結構，嚴格防止樣品的結構和性質發生變化和樣品被汙染。③樣品應牢固地放置在直徑為3mm的特制銅網上，使其能承受電子束的轟擊，防止裝卸過程中的機械振動；④樣品必須是導電的。對於不導電的樣品，要在上面噴壹層薄薄的碳膜。對於地質樣品，通常將它們磨成薄片，在偏光顯微鏡下觀察。選取需要進壹步研究的部分，切掉，粘在銅網上，然後在離子減薄儀中減薄，直到部分穿孔，邊緣部分可以在透射電鏡下觀察。
配備X射線能譜儀的透射電子顯微鏡可以原位觀察圖像並分析微區的元素組成。
電子顯微鏡的原理電子顯微鏡的原理如下:
壹、透射電子顯微鏡
透射電子顯微鏡，通常稱為電子顯微鏡或電子顯微鏡，是應用最廣泛的壹種電子顯微鏡。
1.工作原理:在真空條件下，電子束經高壓加速後，穿透樣品時形成散射電子和透射電子，在電磁透鏡的作用下成像在熒光屏上。當電子束投射到樣本上時，它可以發射具有不同密度的組織成分的電子。例如，當電子束投射到高質量的結構上時，電子散射得更多，因此投射到熒光屏上的電子較少，呈現為暗像，而電子照片是黑色的。
2.主要優點:分辨率高，可用於觀察組織和細胞的超微結構以及微生物和生物大分子的全貌。
二、掃描電子顯微鏡
掃描電子顯微鏡(SEM)主要用於觀察樣品的表面形貌、斷面結構和管腔內表面結構。
1.工作原理:SEM是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形貌。用極細的電子束掃描樣品表面，激發樣品表面發射出二次電子，產生的二次電子被專門的探測器收集，形成電信號送到顯像管，在屏幕上顯示物體。細胞或組織表面的三維圖像，可以拍照。
2.主要優點:景深長，獲得的圖像立體感強，可用於觀察生物樣品的各種形態特征。
什麽是透射電子顯微鏡？透射電子顯微鏡(transmission electronic microscope，簡稱TEM)，是將壹束加速、集中的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞改變方向，從而產生固體角散射。散射角與樣品的密度和厚度有關，因此可以形成明暗不同的圖像。壹般透射電鏡的分辨率為0.1 ~ 0.2 nm，放大倍數為數萬至數百萬倍，適合觀察超微結構。透射電子顯微鏡廣泛應用於材料科學和生物學。由於電子容易被物體散射或吸收，穿透力較低，樣品的密度和厚度會影響最終的成像質量。需要準備更薄的超薄切片，壹般50 ~ 100 nm。所以透射電鏡觀察的樣品需要處理的很薄。常用的方法有:超薄切片法、冷凍超薄切片法、冷凍蝕刻法、冷凍斷裂法等。