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，使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀器。 近年來，電鏡的研究和製造有了很大的發展：一方面，電鏡的解析度不斷提高，透射電鏡的點解析度達到了0.2-0.3nm，晶格解析度已經達到0.1nm左右，透過電鏡，人們已經能直接觀察到原子像；另一方面，除透射電鏡外，還發展了多種電鏡，如掃描電鏡、分析電鏡等。電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝於光學顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷。接下來與大家聊聊電子顯微鏡的相關內容，包括：電子顯微鏡原理、結構、缺點、應用領域、和光學顯微鏡的區別、在農業上的應用。
電子顯微鏡原理
目前，電子顯微鏡技術已成為研究機體微細結構的重要手段。常用的有透射電鏡和掃描電子顯微鏡。下面分別介紹兩種電子顯微鏡的工作原理：
一、透射電子顯微鏡
透射電鏡即透射電子顯微鏡通常稱作電子顯微鏡或電鏡(EM)，是使用最為廣泛的一類電鏡。
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，它們在電磁透鏡的作用下在熒光屏上成像。電子束投射到樣品時，可隨組織構成成分的密度不同而發生相應的電子發射，如電子束投射到質量大的結構時，電子被散射得多，因此投射到熒光屏上的電子少而呈暗像，電子照片上則呈黑色。
2、主要優點：解析度高，可用來觀察組織和細胞內部的超微結構以及微生物和生物大分子的全貌。
二、掃描電鏡
掃描電鏡即掃描電子顯微鏡，主要用於觀察樣品的表面形貌、割裂面結構、管腔內表面的結構等。
1、工作原理：掃描電鏡是利用二次電子訊號成像來觀察樣品的表面形態。用極細的電子束在樣品表面掃描，激發樣品表面放出二次電子，將產生的二次電子用特製的探測器收集，形成電訊號運送到映象管，在熒光屏上顯示物體。(細胞、組織)表面的立體構像，可攝製成照片。
2、主要優點：景深長，所獲得的影象立體感強，可用來觀察生物樣品的各種形貌特徵。
電子顯微鏡結構
電子顯微鏡由電子光學系統、真空系統和供電系統三部分組成，下面分別介紹三部分：
一、電子光學系統
1、電子光學系統主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機構等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個柱體。
2、電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構成的部件。它能發射並形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩定度要求不低於萬分之一。
3、電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件，它用一個對稱於鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似，所以稱為電子透鏡。現代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩定的直流勵磁電流透過帶極靴的線圈產生的強磁場使電子聚焦。
二、真空系統
1、為了保證真在整個通道中只與試樣發生相互作用，而不與空氣分子發生碰撞，因此，整個電子通道從電子槍至照相底板盒都必須置於真空系統之內，一般真空度為10-4～10-7毫米汞柱。
三、 供電系統
透射電鏡需要兩部分電源：一是供給電子槍的高壓部分，二是供給電磁透鏡的低壓穩流部分。電源的穩定性是電鏡效能好壞的一個極為重要的標誌。所以，對供電系統的主要要求是產生高穩定的加速電壓和各透鏡的激磁電流。近代儀器除了上述電源部分外，尚有自動操作程式控制系統和資料處理的計算機系統。
電子顯微鏡的缺點
1、在電子顯微鏡中樣本必須在真空中觀察，因此無法觀察活樣本，隨著技術的進步，環境掃描電鏡將逐漸實現直接對活樣本的觀察；
2、在處理樣本時可能會產生樣本本來沒有的結構，這加劇了此後分析影象的難度；
3、由於電子散射能力極強，容易發生二次衍射等；
4、由於為三維物體的二維平面投影像，有時像不唯一；
5、由於透射電子顯微鏡只能觀察非常薄的樣本，而有可能物質表面的結構與物質內部的結構不同；
6、超薄樣品（100奈米以下），制樣過程複雜、困難，制樣有損傷；
7、電子束可能透過碰撞和加熱破壞樣本；
8、此外電子顯微鏡購買和維護的價格都比較高。
電子顯微鏡的應用領域
一、工業方面：
1、工業檢視，例如電路板、精密機械等；
2、印刷檢視，SMT焊接檢查；
3、紡織檢視；
4、IC表面檢查；
二、美容方面：
1、面板檢視；
2、髮根檢視；
3、紅外理療（特定產品）；
三、生物應用：
1、微生物觀察；
2、動物切片觀察；
3、植物病蟲觀察；
四、其他：
1、擴視器，協助智障人士閱讀；
2、寶石鑑定；
3、古董，字畫，玉器文物等鑑定；
4、其他一些影片影象分析領域。
電子顯微鏡和光學顯微鏡的區別
1、照明源不同：
電鏡所用的照明源是電子槍發出的電子流，而光鏡的照明源是可見光(日光或燈光)，由於電子流的波長遠遠高於光波波長，故電鏡的放大及分辨 率先顯著地高於光鏡。
2、透鏡不同：
電鏡中起放大作用的物鏡是電磁透鏡(能在中央部位產生磁場的環形電磁線圈)，而光鏡的物鏡則是玻璃磨製而成的光學透鏡。電鏡中的電磁透鏡共有三組，分別與光鏡中的聚光鏡、物鏡和目鏡的功能相當。
3、成像原理不同：
在電鏡中，作用於被檢樣品的電子束經電磁透鏡放大後打到熒光屏上形成 像或作用於感光膠片成像。其電子濃淡的差別產生的機理是，電子束作用於被檢樣品時，入射電子與物質的原子發生碰撞產生散射，由於樣品不同部位對電子有不同散射度，故樣品電子像以濃淡呈現。而光鏡中樣品的物像以亮度差呈現，它是由被檢樣品的不同結構吸收光線多少的不同所造成的。
4、解析度：
光學顯微鏡因為光的干涉與衍射作用，解析度只能侷限於02-05um之間。電子顯微鏡因為採用電子束作為光源，其解析度可達到1-3nm之間，因此光學顯微鏡的組織觀察屬於微米級分析，電子顯微鏡的組織觀測屬於奈米級分析。
5、景深：
一般光學顯微鏡的景深在2-3um之間，因此對樣品的表面光滑程度具有極高的要求，所以制樣過程相對比較複雜。掃描電鏡的精深則可高達幾個毫米，因此對樣品表面的光滑程度幾乎沒有任何要求，樣品製備比較簡單，有些樣品幾乎無需制樣。體式顯微鏡雖然也具有比較大的景深，但其解析度卻非常的低。 放大倍數：光學顯微鏡有效放大倍數1000X。電子顯微鏡有效放大倍數。
6、所用的標本製備方式不同：
電競 觀察所用組織細胞標本的製備程式較複雜，技術難度和費用都較高，在取材、固定、脫水和包埋等環節上需要特殊的試劑和操作，最後還需將包埋好的組織塊放人超薄切片機切成50～100nm厚的超薄標本片。而光鏡觀察的標本則一般置於載玻片上，如普通組織切片標本、細胞塗片標本、組織壓片標本和細胞滴片標本。可達到1000，000X
7、應用領域：
光學顯微鏡主要用於光滑表面的微米級組織觀察與測量，因為採用可見光作為光源因此不僅能觀察樣品表層組織而且在表層以下的一定範圍內的組織同樣也可被觀察到，並且光學顯微鏡對於色彩的識別非常敏感和準確。電子顯微鏡主要用於奈米級的樣品表面形貌觀測，因為掃描電鏡是依靠物理訊號的強度來區分組織資訊的，因此掃描電鏡的影象都是黑白的，對於彩色影象的識別掃描電鏡顯得無能為力。掃描電鏡不僅可以觀察樣品表面的組織形貌，透過使用EDS、WDS、EBSD等不同的附件裝置，掃描電鏡還可進一步擴充套件使用功能。透過使用EDS、WDS輔助裝置，掃描電鏡可以對微區化學成分進行分析，這一點在失效分析研究領域由為重要。使用EBSD，掃描電鏡可以對材料的晶格取向進行研究。
電子顯微鏡在農業上的應用
一、電子顯微鏡在農業上的應用及進展
1、掃描電子顯微鏡在農業領域的應用
掃描電子顯微鏡(SEM)具有景深大、影象立體感強、解析度高、影象範圍大以及樣品製備過程比較簡單等優點，已引起農業科研人員的高度重視和青睞。掃描電鏡在農業科研中主要是研究動植物、微生物、昆蟲等不同組織和微小器官的表面形態及內部結構，從而加深理解它們在生理機能上的應用，探索有機體的生活規律。如：在昆蟲方便主要是提高對其微小器官的辨別能力、提高分類水平，同時進一步弄清器官的作用，對昆蟲的外部形態進行特徵描述和比較，研究其形狀變化及其規律和結構的特徵以便有更深的了。在植物方面，研究農作物的花粉、果皮、種皮表面花紋及種子內部結構等特徵，這在分類學上具有重要意義。在微生物方面，對研究真菌、放線菌、細菌的分類、辨別科屬、判斷病源等起較大的作用，尤其是對病菌的活動、孢子發芽、侵入寄主等，用掃描電鏡觀察均能獲得滿意的效果。
2、透射電鏡在農業上的應用
透射電子顯微鏡( TEM) 主要是由電子光學系統、真空系統、供電系統和輔助系統組成。透射電鏡成像原理是用不帶有資訊的電子射線，在透過樣品時與樣品發生作用，而當電子射線在樣品另一面重新出現時，已經帶有樣品的資訊，然後進行放大處理，使人們能夠看到其內部的微觀資訊而進行解釋。當電子束與樣品物質相互作用時，可產生很多帶有樣品的資訊，如透射電子、散射電子、二次電子等。透射電鏡的像反差是由入射電子透過樣品時，發生的散射吸收差、衍射差和像位差來決定成像的。在農業生物樣品觀察中，隨著電子顯微鏡解析度的不斷提高，電子顯微鏡影象的清晰度已將不完全取決於電子顯微鏡的解析度，而很大程度上取決於樣品的製作技術。透射電鏡農業生物樣品常用的製備技術有：超薄切片技術、免疫電鏡技術、負染色技術、生物大分子電鏡技術等。植物病毒作為一類侵蝕被子植物、裸子植物和蕨類植物的重要病源物，在全世界範圍內引起農作物、果樹、花卉、牧草、藥用植物的病害，造成產量和品質的下降，嚴重影響人類的生產生活。應用電子顯微鏡技術在確定病毒的形態結構、基因組織結構及功能、病毒複製過程、病毒與寄主之間相互關係的深入瞭解，觀察細胞超微觀結構病變方面具有其他方法不可替代的作用，為逐步揭示病毒的本質，最終解決病毒、病害問題奠定基礎。
上述是我為大家介紹的電子顯微鏡原理、結構、缺點、應用領域、和光學顯微鏡的區別、在農業上的應用。隨著現代科學技術的不斷深入發展，電子顯微鏡的應用技術也日趨廣泛，作為觀察微觀世界的“科學之眼”——電子顯微鏡所具有的高分辨、直觀性的特點是任何其他科學儀器無法代替的，電子顯微鏡對醫學、生物學、物理學、化學、冶金學以及材料學學科的發展起了卓越的作用，電子顯微鏡在許多學科的研究工作中已成為不可缺少的常規儀器。
