一、美麗的微觀世界與掃描電子電鏡SEM
1、儀器簡(jiǎn)介
中文名：掃描電子顯微鏡
外文名：scanning electron microscope（SEM）
發(fā)明：1965年
屬性：細(xì)胞生物學(xué)、材料等研究工具
2、主要性能參數(shù)
①放大率
與普通光學(xué)顯微鏡不同，在SEM中，是通過控制掃描區(qū)域的大小來(lái)控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要掃描更小的一塊面積就可以了。放大率由屏幕/照片面積除以掃描面積得到。所以，SEM中，透鏡與放大率無(wú)關(guān)。
②場(chǎng)深
在SEM中，位于焦平面上下的一小層區(qū)域內(nèi)的樣品點(diǎn)都可以得到良好的會(huì)焦而成象。這一小層的厚度稱為場(chǎng)深，通常為幾納米厚，所以，SEM可以用于納米級(jí)樣品的三維成像。
③作用體積
電子束不僅僅與樣品表層原子發(fā)生作用，它實(shí)際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個(gè)作用“體積”。作用體積的厚度因信號(hào)的不同而不同：
歐革電子：0.5～2納米。
次級(jí)電子：5λ，對(duì)于導(dǎo)體，λ=1納米；對(duì)于絕緣體，λ=10納米。
背散射電子：10倍于次級(jí)電子。
特征X射線：微米級(jí)。
X射線連續(xù)譜：略大于特征X射線，也在微米級(jí)。
③工作距離
工作距離指從物鏡到樣品最高點(diǎn)的垂直距離。
如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場(chǎng)深。
如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。
通常使用的工作距離在5毫米到10毫米之間。
④成象
次級(jí)電子和背散射電子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次級(jí)電子。
⑤表面分析
歐革電子、特征X射線、背散射電子的產(chǎn)生過程均與樣品原子性質(zhì)有關(guān)，所以可以用于成分分析。但由于電子束只能穿透樣品表面很淺的一層（參見作用體積），所以只能用于表面分析。
表面分析以特征X射線分析最常用，所用到的探測(cè)器有兩種：能譜分析儀與波譜分析儀。前者速度快但精度不高，后者非常精確，可以檢測(cè)到“痕跡元素”的存在但耗時(shí)太長(zhǎng)。
3、應(yīng)用范圍
⑴ 生物：種子、花粉、細(xì)菌
⑵ 醫(yī)學(xué)：血球、病毒
⑶ 動(dòng)物：大腸、絨毛、細(xì)胞、纖維
⑷ 材料：陶瓷、高分子、粉末、金屬、金屬夾雜物、環(huán)氧樹脂
⑸ 化學(xué)、物理、地質(zhì)、冶金、礦物、污泥（桿菌）、機(jī)械、電機(jī)及導(dǎo)電性樣品，如半導(dǎo)體(IC、線寬量測(cè)、斷面、結(jié)構(gòu)觀察）電子材料等。
二、生物樣品檢測(cè)與投射電子顯微鏡TEM
在透射電子顯微鏡下拍攝生物樣品的照片，可以清晰地分析、測(cè)試微觀物質(zhì)和材料的結(jié)構(gòu)。
1、儀器簡(jiǎn)介
透射電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，但其放大倍數(shù)最高可達(dá)近百萬(wàn)倍、達(dá)到0.1～0.2nm。使用TEM可以觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，因此TEM的應(yīng)用幾乎可涵蓋包括材料科學(xué)、地質(zhì)礦物和其他固體科學(xué)以及生命科學(xué)在內(nèi)的所有科學(xué)領(lǐng)域，成為探索客觀物質(zhì)世界微觀結(jié)構(gòu)奧秘的強(qiáng)有力的手段。
2、應(yīng)用范圍
TEM的優(yōu)質(zhì)性能使其成為物理學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的重要分析方法，可應(yīng)用于如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)，以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等方面。能夠觀察和研究金屬及其合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行晶體缺陷分析；配合相應(yīng)樣品臺(tái)可觀察樣品的形變和斷裂過程；觀察及分析樣品組織結(jié)構(gòu)。
3、送樣要求
可測(cè)樣品送樣要求：固體、薄膜、粉末、液體樣品；
樣品需提供的信息：注明樣品大致形態(tài)、攝片倍數(shù)及是否要做衍射晶格；
不可測(cè)試樣品：易燃易爆、和易升華樣品、磁性材料、有機(jī)材料。
三、針尖下的世界——原子力顯微鏡AFM
1、儀器簡(jiǎn)介
它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置、監(jiān)控其運(yùn)動(dòng)的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動(dòng)可用如隧道電流檢測(cè)等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測(cè)，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時(shí)，檢測(cè)該斥力可獲得表面原子級(jí)分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級(jí)水平。AFM測(cè)量對(duì)樣品無(wú)特殊要求，可測(cè)量固體表面、吸附體系等。
2、儀器結(jié)構(gòu)
在原子力顯微鏡（Atomic ForceMicroscopy，AFM）的系統(tǒng)中，可分成三個(gè)部分：力檢測(cè)部分、位置檢測(cè)部分、反饋系統(tǒng)。
①力檢測(cè)部分
在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，所要檢測(cè)的力是原子與原子之間的范德華力。所以在本系統(tǒng)中是使用微小懸臂（cantilever）來(lái)檢測(cè)原子之間力的變化量。微懸臂通常由一個(gè)一般100~500μm長(zhǎng)和大約500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微懸臂頂端有一個(gè)尖銳針尖，用來(lái)檢測(cè)樣品－針尖間的相互作用力。這微小懸臂有一定的規(guī)格，例如：長(zhǎng)度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀，而這些規(guī)格的選擇是依照樣品的特性，以及操作模式的不同，而選擇不同類型的探針。
②位置檢測(cè)部分
在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，當(dāng)針尖與樣品之間有了交互作用之后，會(huì)使得懸臂cantilever擺動(dòng)，當(dāng)激光照射在微懸臂的末端時(shí)，其反射光的位置也會(huì)因?yàn)閼冶蹟[動(dòng)而有所改變，這就造成偏移量的產(chǎn)生。在整個(gè)系統(tǒng)中是依靠激光光斑位置檢測(cè)器將偏移量記錄下并轉(zhuǎn)換成電的信號(hào)，以供SPM控制器作信號(hào)處理。
③反饋系統(tǒng)
在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，將信號(hào)經(jīng)由激光檢測(cè)器取入之后，在反饋系統(tǒng)中會(huì)將此信號(hào)當(dāng)作反饋信號(hào)，作為內(nèi)部的調(diào)整信號(hào)，并驅(qū)使通常由壓電陶瓷管制作的掃描器做適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)，以保持樣品與針尖保持一定的作用力。
3、儀器優(yōu)缺點(diǎn)
相對(duì)于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點(diǎn)。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時(shí)，AFM不需要對(duì)樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對(duì)樣品會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運(yùn)行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來(lái)研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡（Scanning TunnelingMicroscope）相比，由于能觀測(cè)非導(dǎo)電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。當(dāng)前在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡，其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡。
和掃描電子顯微鏡(SEM）相比，AFM的缺點(diǎn)在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。
四、能移動(dòng)原子的顯微鏡—掃描隧道電子顯微鏡
1、儀器簡(jiǎn)介
掃描隧道顯微鏡亦稱為“掃描穿隧式顯微鏡”、“隧道掃描顯微鏡”，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧（G．Binnig）及海因里希·羅雷爾（H．Rohrer）在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
2、工作原理
掃描隧道顯微鏡的工作原理簡(jiǎn)單得出乎意料。就如同一根唱針掃過一張唱片，一根探針慢慢地通過要被分析的材料（針尖極為尖銳，僅僅由一個(gè)原子組成）。一個(gè)小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過整個(gè)材料，到底層表面。當(dāng)探針通過單個(gè)的原子，流過探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來(lái)。電流在流過一個(gè)原子的時(shí)候有漲有落，如此便極其細(xì)致地探出它的輪廓。在許多的流通后，通過繪出電流量的波動(dòng)，人們可以得到組成一個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的單個(gè)原子的美麗圖片。
3、工作模式
①恒電流模式
利用一套電子反饋線路控制隧道電流 I ，使其保持恒定。再通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制針尖在樣品表面掃描，即是使針尖沿x、y兩個(gè)方向作二維運(yùn)動(dòng)。由于要控制隧道電流 I 不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會(huì)保持不變，因而針尖就會(huì)隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運(yùn)動(dòng)，高度的信息也就由此反映出來(lái)。這就是說，STM得到了樣品表面的三維立體信息。這種工作方式獲取圖象信息全面，顯微圖象質(zhì)量高，
②恒高度模式
在對(duì)樣品進(jìn)行掃描過程中保持針尖的絕對(duì)高度不變；于是針尖與樣品表面的局域距離將發(fā)生變化，隧道電流I的大小也隨著發(fā)生變化；通過計(jì)算機(jī)記錄隧道電流的變化，并轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)顯示出來(lái)，即得到了STM顯微圖像。這種工作方式僅適用于樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。從STM的工作原理可以看到：STM工作的特點(diǎn)是利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取顯微圖像，而不需要光源和透鏡。這正是得名“掃描隧道顯微鏡”的原因。
五、免疫熒光細(xì)胞化學(xué)與熒光顯微鏡
熒光顯微鏡也是光學(xué)顯微鏡的一種，主要的區(qū)別是二者的激發(fā)波長(zhǎng)不同，由此決定了熒光顯微鏡與普通光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用方法上的不同。它是用于免疫熒光細(xì)胞化學(xué)的基本工具。
1、儀器簡(jiǎn)介
熒光顯微鏡(Fluorescence microscope) ：熒光顯微鏡是以紫外線為光源，用以照射被檢物體，使之發(fā)出熒光，然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。熒光顯微鏡用于研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、化學(xué)物質(zhì)的分布及定位等。細(xì)胞中有些物質(zhì)，如葉綠素等，受紫外線照射后可發(fā)熒光；另有一些物質(zhì)本身雖不能發(fā)熒光，但如果用熒光染料或熒光抗體染色后，經(jīng)紫外線照射亦可發(fā)熒光，熒光顯微鏡就是對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究的工具之一。
中文名：熒光顯微鏡
外文名：Fluorescence microscope
光源：紫外線
應(yīng)用：研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸?shù)�，物質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究工具之一
注意事項(xiàng)：在暗室中檢查，按照說明書使用等
2、鑒別方法
熒光顯微鏡和普通顯微鏡有以下的區(qū)別：
照明方式通常為落射式，即光源通過物鏡投射于樣品上；
光源為紫外光，波長(zhǎng)較短，分辨力高于普通顯微鏡；
有兩個(gè)特殊的濾光片，光源前的用以濾除可見光，目鏡和物鏡之間的用于濾除紫外線，用以保護(hù)人眼。
3、標(biāo)本制作要求
①載玻片
載玻片厚度應(yīng)在0.8～1.2mm之間，太厚的坡片，一方面光吸收多，另一方面不能使激發(fā)光在標(biāo)本上聚集。載玻片必須光潔，厚度均勻，無(wú)明顯自發(fā)熒光。有時(shí)需用石英玻璃載玻片。
②蓋玻片
蓋玻片厚度在0.17mm左右，光潔。為了加強(qiáng)激發(fā)光，也可用于涉蓋玻片，這是一種特制的表面鍍有若干層對(duì)不同波長(zhǎng)的光起到不同干涉作用的物質(zhì)（如氟化鎂）的蓋玻片，它可以使熒光順利通過，而反射激發(fā)光，這種反射的激發(fā)光可激發(fā)標(biāo)本。
③標(biāo)本
組織切片或其他標(biāo)本不能太厚，若太厚激發(fā)光大部分消耗在標(biāo)本下部，而物鏡直接觀察到的上部不充分激發(fā)。另外，細(xì)胞重疊或雜質(zhì)掩蓋，影響判斷。
④封裱劑
封裱劑常用甘油，必須無(wú)自發(fā)熒光，無(wú)色透明，熒光的亮度在pH8.5～9.5時(shí)較亮，不易很快褪去。
⑤鏡油
一般暗視野熒光顯微鏡和用油鏡觀察標(biāo)本時(shí)，必須使用鏡油，最好使用特制的無(wú)熒光鏡油，也可用上述甘油代替，液體石蠟也可用，只是折光率較低，對(duì)圖像質(zhì)量略有影響。
4、使用方法
（1）打開燈源，超高壓汞燈要預(yù)熱15min才能達(dá)到最亮點(diǎn)。
（2）透射式熒光顯微鏡需在光源與暗視野聚光器之間裝上所要求的激發(fā)濾片，在物鏡的后面裝上相應(yīng)的壓制濾片。落射式熒光顯微鏡需在光路的插槽中插入所要求的激發(fā)濾片、雙色束分離器、壓制濾片的插塊。
（3）用低倍鏡觀察，根據(jù)不同型號(hào)熒光顯微鏡的調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整光源中心，使其位于整個(gè)照明光斑的中央。
（4）放置標(biāo)本片，調(diào)焦后即可觀察。使用中應(yīng)注意：未裝濾光片不要用眼直接觀察，以免引起眼的損傷；用油鏡觀察標(biāo)本時(shí)，必須用無(wú)熒光的特殊鏡油；高壓汞燈關(guān)閉后不能立即重新打開，需待汞燈完全冷卻后才能再啟動(dòng)，否則會(huì)不穩(wěn)定，影響汞燈壽命。
（5）觀察。例如：在熒光顯微鏡下用藍(lán)紫光濾光片，觀察到經(jīng)0.01%吖啶橙熒光染料染色的細(xì)胞，細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)被激發(fā)產(chǎn)生兩種不同顏色的熒光(暗綠色和橙紅色)。
六、可以在屏幕上顯示的數(shù)碼顯微鏡
數(shù)碼顯微鏡又叫視頻顯微鏡，它是將顯微鏡看到的實(shí)物圖像通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，使其成像在顯微鏡自帶的屏幕上或計(jì)算機(jī)上。
1、儀器簡(jiǎn)介
數(shù)碼顯微鏡是將精銳的光學(xué)顯微鏡技術(shù)、先進(jìn)的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、液晶屏幕技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成功的一項(xiàng)高科技產(chǎn)品。從而，我們可以對(duì)微觀領(lǐng)域的研究從傳統(tǒng)的普通的雙眼觀察到通過顯示器上再現(xiàn)，從而提高了工作效率。
2、儀器分類
數(shù)碼顯微鏡根據(jù)數(shù)據(jù)顯示方式不同可分為兩大類：自帶屏幕數(shù)碼顯微鏡和采用計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)碼顯微鏡。
自帶屏幕數(shù)碼顯微鏡，又可分為三類，1.臺(tái)式數(shù)碼顯微鏡；2.便攜式數(shù)碼顯微鏡；3.無(wú)線數(shù)碼顯微鏡；臺(tái)式數(shù)碼顯微鏡的主要特點(diǎn)是放大倍率相對(duì)較高，可以與電子顯微鏡媲美；便攜式數(shù)碼顯微鏡追求的是隨處可顯微，講究小巧，其現(xiàn)市場(chǎng)上最具代表性的是3R推出的MSA200視頻顯微鏡；無(wú)線顯微鏡其應(yīng)用的是2.4G無(wú)線傳輸，追求快捷方便，其現(xiàn)只有3R推出的一款WM401無(wú)線顯微鏡；
采用計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)碼顯微鏡通過顯微鏡內(nèi)置的攝像機(jī)將顯微鏡看到的標(biāo)本圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，通過計(jì)算機(jī)上安裝的顯微圖像分析軟件進(jìn)行追蹤分析，從而獲得一系列有價(jià)值的定性定量數(shù)據(jù)。主要用于微生物鑒定、細(xì)胞形態(tài)檢查、尿液有形成份分析、纖維細(xì)度檢測(cè)等方面。具有全自動(dòng)掃描、圖像分析功能強(qiáng)、拓展性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。
3、儀器特點(diǎn)
數(shù)碼顯微鏡在觀察物體時(shí)能產(chǎn)生正立的三維空間影像。立體感強(qiáng)，成像清晰和寬闊，又具有長(zhǎng)工作距離，并是適用范圍非常廣泛的常規(guī)顯微鏡。它操作方便、直觀、檢定效率高,如3R的A200數(shù)碼顯微鏡其適用于電子工業(yè)生產(chǎn)線的檢驗(yàn)、印刷線路板的檢定、印刷電路組件中出現(xiàn)的焊接缺陷(印刷錯(cuò)位、塌邊等)的檢定、單板PC的檢定、真空熒光顯示屏VFD的檢定,也可對(duì)對(duì)印刷網(wǎng)格、字畫等的鑒定等等,它將實(shí)物的圖像放大后顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上，可以將圖片保存，放大，打印。配測(cè)量軟件可以測(cè)量各種數(shù)據(jù)。
4、與普通顯微鏡區(qū)別
數(shù)碼顯微鏡與普通顯微鏡之間的不同，有下面的六大區(qū)別：
具有顯微攝像功能，把觀察到的顯微效果保存下來(lái)，形成圖文文件，可給相關(guān)部門互相傳閱；普通顯微鏡只能通過目鏡觀察，不能進(jìn)行顯微攝像。
與電腦相接，可以實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)觀察；普通顯微鏡只能一人觀察。
通過電腦屏幕預(yù)覽，可以減少眼睛疲勞；普通顯微鏡則需要每時(shí)每刻通過目鏡觀察，容易造成眼睛過度疲勞。
數(shù)碼顯微鏡的成像裝置可以有測(cè)量，打印圖文報(bào)告，錄像等功能；普通顯微鏡只能單純的進(jìn)行顯微觀察。
數(shù)碼顯微鏡是現(xiàn)代科學(xué)儀器儀表發(fā)展的一個(gè)新時(shí)代，具有很多普通顯微鏡沒有的功能。它在科學(xué)研究、產(chǎn)品檢測(cè)、教學(xué)演示、考古等方面都有迅速的發(fā)展。
（內(nèi)容來(lái)源測(cè)了么網(wǎng)）
