透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM的观察比较

光学显微镜由于其入射光线和物镜数值孔径的限制，最大的分辨率在0.2μm左右，细胞有一些超过显微镜分辨率的细微结构，只能利用电子显微镜（electron microscope，EM）来观察。电子显微镜是以短长的电子束作为光源，电磁透镜汇聚电子束，利用电子散射过程产生的信号进行成像的大型仪器。透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）和扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）是其中最常用的基本仪器。

电子显微镜与光学显微镜的主要区别是：电子显微镜的照明用电子束代替光束；成像用电磁透镜代替玻璃透镜；电镜筒中要求高度真空环境；图像需用荧光屏来显示或用感光胶片记录。

（一）透射电子显微镜

TEM是发展最早、应用最广的电子显微镜，它适用于观察研究组织细胞内部的超微结构，其分辨率为0.1～0.3nm。

TEM通常由电子光学系统、真空系统和供电系统三部分组成，电子光学系统是TEM的核心结构。

真空条件下，电子束经高压加速后形成极细的快速电子束流，此时为不带样品信息的人射电子射线。它与样品发生作用时，由于样品的组成和厚度有差异，能产生多种带有样品信息的讯号，如透射电子、非透射电子等。带有样品结构信息的电子进入成像系统，被各级透镜聚焦放大后，投射在观察的荧光屏上，荧光屏发出可见光。电子多，屏亮，称为“低电子密度”；电子少，称为 “高电子密度”，由此形成具有反差的电子显微图像。

（二）扫描电子显微镜(www.xing528.com)

SEM是继TEM之后发展起来的电子光学仪器，适用于观察组织细胞表面或断面的三维立体结构。一般的分辨率为3～10nm。

SEM的结构除真空系统和供电系统外，主要包括电子光学系统、扫描系统、信号检测和显示系统。电子光学系统分为电子枪、系列电磁透镜、样品室等几个部分。电子枪的构造、原理和用途与透射电镜相似；系列电磁透镜位于电子枪的下方、样品上方，一般装有2～3级电磁透镜，起到汇聚电子束流的作用；样品室位于镜筒与真空系统之间，最突出的特点是大，它可以放下直径约10cm的样品台（而透射电镜样品载网的直径只有3mm）。扫描系统是SEM区别于TEM的几种重要结构，由电磁线圈组成，可以控制电子探针作光栅状的扫描。

电子枪发射的电子束在聚光镜的汇聚作用下，形成直径为3～10nm的电子探针，电子探针在扫描系统的控制下对样品的表面进行扫描，并激发出多种带有样品信息的电信号，如二次电子、特征X线和背散射电子。由于样品浅表层（5～50nm）的形貌、成分和结构等不一致，被入射电子激发出来的电信号也不同，这些电信号经不同的检测器收集后，被转换成带有样品信息的电压信号，最终显示在荧光屏上，其明暗程度反映了对应位置的基本特性。

（三）扫描探针显微镜

扫描探针显微镜（scanning probe microscope，SPM）主要包括扫描隧道显微镜（Scanning tnneling microscope，STM）、原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）、激光力显微镜（laser force microscope LFM）、磁力显微镜（magnetic force microscopy，MFM）等类型。这些显微镜均基于近场扫描原理，利用带有超细针尖的探针在样品表面扫描，获得样品的微观信息如表面形貌、电特性、磁特性和柔韧性等。

SPM作为新型的显微工具，它与以往的各种显微镜和分析仪器相比有着其明显的优势：①SPM具有极高的分辨率，分辨率达到0.01nm，可以轻易地 “看到”原子；②SPM得到的是实时的、真实的样品表面的高分辨率图像，而不同于某些分析仪器是通过间接的或计算的方法来推算样品的表面结构；③SPM的使用环境宽松，既可以在真空中工作，又可以在大气中，低温、常温、高温，甚至在溶液中使用，因此SPM适用于各种工作环境下的科学实验。