LVEM5--桌上型低压透射电镜

rayscience01

2012/08/21

私聊

透射电镜（TEM）

1. Table Top TEM 特点

桌上型低压透射电镜（Low Voltage Tem5,LVEM5）是DELONG INSTRUMENTS为了在5KV低压、

小型化下实现超高的性能、多样应用，并且集中其各方面电子显微镜领先技术而设计出来的。低压桌上型电镜（Low Voltage Tem5）近年在欧美已应用于高端生命科学、材料科学研究机构，已被高端用户所接受。现在将全面向用户推广，包括大学生命科学、材料科学研究机构、医学中心、制药、病理等等。

2. LVEM5优势

又称迷你型透射电镜。

2.1 多模式（TEM/STEM/SEM/ED）

四种模式间简单快捷切换一台透射电镜——集成四种图像模式。

2.2 对比度高（生物/轻材料非染色应用）

对生物、轻材料，传统电镜难以优化样品本身的结构差异，而难以获得好的反差。因为高能电子束不能区分轻材料中的密度和原子序数。Low Voltage Tem5在低能电子束下对密度和原子序数有很高的灵敏度，在0.005g/cm³这样小的密度差别中仍能显示很好的反差。

2.3 避免染色剂危害

尽管传统电镜应用中，样品经重金属染色剂染色后，提高了反差，但是

事实上所有重金属染色剂对我们人体是有害的，操作必须非常小心并需严格控制；重金属染色剂与样品互相作用，并歪曲样品本身真实结构；重金属染色剂由于其强碱性，可能完全破坏样品。

2.4 操作简单

培训操作简单，易于全面理解；软件提供用户友好操作界面，如那件有很好的防错设计；操作确保简单易懂，无繁琐过程。

2.5 低成本

无场所改装要求；无冷却水、防震、外加电源要求；无须专职操作人员；耗材几乎为零。

3. 先进技术

3.1 低电压——高对比度

LVEM5采用低电压设计，最高电子能量只有5KeV，大幅降低电子能量时，可达到较传统TEM更高对比度的图像。举例来说，对20nm碳膜样品，当加速电压由100kV降到5kV时，电子散射大大加强，对比度提高10倍以上。其独特的设计，使元素（H，C，N，O，S，P）样品能达到高对比度的观察效果，而且完全不需要染色或定影（Staining or shadowing）。而当样品由更重的元素组成时，只要其状态满足以下要求，也可以采用本仪器。

纳米量级；

聚合状态，并置于适合的包埋基质中（此时放大率较低）；

直接置于碳涂层网格之上。

在所有模式下，LVEM5的空间分辨率约为2nm。

3.2 电子、光学双级放大设计

LVEM5设计上与传统TEM的最大不同之处是电子、光学双级放大设计：电镜所成的TEM图像经过LVEM5中纯光学显微镜的二次放大。最大放大倍数近150000倍，其中TEM电镜放大36360倍，光学显微镜40400倍。

LVEM5中的YAG（钇铝石榴石）屏就是电子、光学图像的转换器，TEM电镜成像于YAG屏上，该图像包含纳米量级的细节信息，并经过光学显微镜进一步放大。由于TEM电镜仅放大360倍，而且电压低（X-Ray防护要求低），因此该TEM为小型透射电镜，与普通光学显微镜大小相当。TEM模式下的最大放大率接近200,000，其ijieguo能够通过屏幕（采用数字照相机）或双目镜观察到。

3.3 最好的Schottky FEG

LVEM5电子枪采用最好的肖特基热场发射枪（Schottky FEG）(阴极)，为电子枪倒置结构，提供高亮度的相干电子源，同时电子枪使用寿命可达2000小时以上。高亮度高稳定的电子源充分兼容透射模式（TEM）和扫描模式（SEM）。电镜系统中采用了永磁透镜、静电透镜、静电像散校正器和偏转器。永磁透镜和静电透镜非常稳定，而且不需要任何冷却。

3.4 四种图像模式：TEM/ED/STEM/SEM

尽管LVEM5是全世界最小的商用透射电镜，却兼容传统TEM的所有标准图像模式：TEM/ED/STEM/SEM；而且四种模式间切换简单快捷。LVEM5在这四种图像模式下都能达到纳米量级的空间分辨率。其中SEM采用背散射探头（BSE），放大倍率：1,200300,000+，空间分辨率优于2.5nm，优于采用BSE探头，样品无须镀导电膜。

3.5 真正的桌上型电镜

LVEM5是真正的桌上型电镜设计，又称超小型台式透射电镜。LVEM5由四个分离部分组成：电子显微镜、电子部件、真空系统和PC,标准配置的控制电脑为双显示器。LVEM5尺寸较传统电镜缩小90，无须暗房和水冷，易于维护和使用，是目前高端电镜中最经济实用的解决方案。

3.6 图像采集

LVEM5安装了Proscan慢扫描的1300*1030像素CCD照相镜头，获取TEM/ED图像。同时安装了ProDIA图像处理软件，以进行图像的获取、整理、存档等功能，同时配备了图像测量、分析功能，还配备了多样化的图像处理：直方/柱状图（Histogram）、锐化（Sharpening）、等效化（AdaptiveEqualisation）、对比微分化（Differential Contrast）、中值滤波（Median Filter）、去噪声化（Noise Reduction）、自动对比度调整（Auto Contrast）、图像斑点调整即“黑点”校正（Shading Correction）、结构化（Structure）、反相化（Invert）、灰阶化（Convert to 8 bitsgrayscale）,影像旋转90°（Rotation 90 degree）、影像翻转（Filp）等等。

LVEM5附属的CCD传感器是型号为Retiga-4000R的美国QImaging生物医疗相机，灵敏度较高，非隔行扫描模式，采用IEEE 1394接口传输数据，火线连接，分辨率为2048*2048像素，其图像采集软件的设计可精确分析高质量的图像数据，能够进行多种成像运算，如求和、FFT、柱状图、γ校正和自动反差调整。科研人员能够以三种分辨率水平保存扫描图像——512*512,1024*1024和2048*2048像素。通过探测透射电子或背散射电子，能够获得扫描图像。在BSE模式，结合从探测器两部分获得的图像信号，能够获得材料对比度图像和地形对比度图像（Material and topographiccontrast images）。

3.7 无染色制样

LVEM5采用标准的3mm铜网承载样品，由于完全不需要染色或定影（Staining or shadowing），制样过程得以简化。而且无染色制样可充分保留样品的真实微观结构，接近其天然态。样品较厚时，电子散射较高，会影响到成像质量，因此，样品制备是十分重要的。理想状态下，每个样品的厚度为20nm。TEM模式下一般要求样品的厚度为30nm，30nm样品厚度是针对低电压的应用，以实现低电压的搞空间分辨率，而100kV高电压下那么薄的样品很容易打坏。STEM/SEM模式下可观察更厚的样品，也可以观察染色样品。TEM成像模式下的样品厚度可达到50nm（STEM成像模式下可达到70nm），这取决于样品材料。SEM的样品将置于3mm厚的夹持端（Stub）上，其厚度不能超过1mm。

4. 关键特征与规格

空间分辨率：TEM-2.5nm；STEM-2nm；SEM-5nm；

电子源：肖特基热场发射枪（Schottky FEG）；

加速电压：5kV

真空：2离子吸气泵，更换样式时采用涡轮分子泵

TEM放大率：1,500X到145,00X；

数字成像：Proscan慢扫描CCD相机和图像分析软件

5. 应用

LVEM5电子显微镜是为了生物学、医疗诊断和材料科学（大分子化学）的广泛应用而设计的，大多数应用于有机材料（聚合物）和纳米技术研究领域。采用未染色的样品，研究人员能够在接近目标自然态的情况下进行观察，其对比度超高，且分辨率达纳米量级。

6. 技术参数

加速电压（名义上）	5 kV
样品夹持	标准Ø 3.05 mm 网格
交换样品时间	~3 分钟
电子光学系统
聚光透镜	永磁透镜
焦距*	4.30 mm
最小照明区	100 nm
聚光镜孔径 * 在5 kV计算	Ø 50, 30 μm
物镜	永磁
焦距*	1.26 mm
C（球差系数）	0.64 mm
CC（色差系数）	0.89 mm
δteor (分辨率理论值)	1.1 nm
αteor (张角理论值)	10 -2 rad
物镜孔径	Ø 50, 30 μm
*在5 kV计算
投影透镜	静电透镜
YAG屏放大率	36 ~ 470
36 ~ 470
锆/钨肖特基发射阴极[100]（SE cathode ZrO/W）
电流密度	0.2 mA sr-1
使用寿命	> 2,000 小时
光学系统
Olympus物镜M40x	NA 0.90
Olympus物镜M4x	NA 0.13
双目镜M10x
Olympus U-TR30-2 宽视野三目观察管（widefield trinocular observation tube）
TEM 图像采集
相机	Retiga 4000R CCD
相机	2，048X2，048 像素
数字化	12 bits
像元尺寸	7.4×7.4 μm
冷却	任选Peltier冷却
SCAN模式图像采集
显示器	512×512 像素
图像存储	2,048×2,048像素（上限）
数字化	8 bits
TEM
分辨率	2.5 nm
总放大率*	1,500 ~ 150,000
*取决于相机芯片的尺寸
ED（电子衍射）
最小探头尺寸	100 nm
衍射透镜	放大率3.5
STEM
分辨率	2.0 nm
最小放大率	(25×25 μm) 6,000
SEM (BSE 探测器)
分辨率	4 nm
最小放大率	(200×200 μm) 800
真空
气锁系统（Airlock system）
隔膜泵和涡轮分子泵	10-5 mbar
物方
离子吸气泵 (10 lsec-1 )	10-8 mbar
电子枪
离子吸气泵(7 lsec -1)	10-9 mbar
重量和容积
电子和光学系统
重量	25 kg
容积 (宽×直径×高) 不算相机	290×450×430/480 mm
气锁泵系统Pferffer TSH071E（Airlock pumping system）
重量	15 kg
容积 (宽×直径×高)	300×300×340 mm
控制电路
重量	19 kg
容积 (宽×直径×高)	470×270×290 mm
功耗
控制电路就绪（仅离子吸气泵）
控制电路
包含气锁泵系统（airlock pumping system）	2.0 nm
相机	(25×25 μm) 6,000
PC与显示器
显微镜工作时无需冷却水	4 nm