1、现代分析仪器分析方法通则透射电子显微镜方法通则JY /T 011-1996 General rules for transmission electron microscopy 1997-01-23发布1997-04-01实施前士回本标准的编写格式和方法符合GB/T1.1-1993标准化工作导则第1单元标准的起草与表述规则第1部分标准编写的基本规定，GB/T1.4-88标准化工作导则化学分析方法标准编写规定的要求。本标准由责起草单位。国家教育委员会本标准主要起草人张大同王永瑞本标准垂加起草人.万德锐林承毅周善元目次1 范围. (207) 2 定义.u . (207 ) 3 方法原理. . (2
2、07 ) 4仪器- (208 ) 5 样品-. .凹的)6 分析步骤. . (209) 7 分析结果的表述 . (21盯8 安全注意事项. (213 ) 透射电子显微镜方法通则JY /T OII- 1996 General rules for transmission el田tronmicroscopy 1范围本通则规定了透射电子显微镜的常规分析方法，适用于高压型、高分辨型、普通础和简易型愚射电子显微镜以下简称透射电镜)。2定义本标准来用下列定义B2. I 分辩率R凹oluton透射电镜能明显分群两个问距最小的物点和晶面的能力。2.2 憧散Astigmat凹n由于电酷透镜磁场的非旋转对称性，使
3、透镜在相互垂直方向上的罪焦能力有差异，造成囤i辈模糊，这称为透镜慷散。2.3 电子衍射Electron diffraction 电子束在晶体中散射，只在满足布拉格定律方向k有相互加强的i射束出射，这种放应林为I于i肘。3 万法原理透射电镜成惶的决定因章是样品对入射电f的散射.包括弹性散射相非弹性散射两个il面目薄样品成憬时，未经散射的电子构成背景，而悻衬度则取决于样品各部分对电子的不同散射恃性。采用不同的实验条件可以得到不同的衬度憬E透射电镜不仅能显示悍晶显微组织的形貌，而且可U利用电子1Ii射效应同时获得梓晶晶体学信息。透射电镜的草本实验方法是成像方式和衍射方式，且图1和图2。3.1 成佳方
4、式电子束通过样品进入物镜，在真像面形成第一电F像.中间镜将眩像放大，成像在自己的啤时t.投影镜再将中间镜的像放大在黄光屏上形成最终憬，其放大倍幸M为各成像透镜放大倍率的乘积gM=M, M2,.Mn (0通常为36)国童教育垂员会1997-01-22批准1997-04-01实施207 JY /T 0I1-1996 ，一基Jmt恻豆L样品:1、物镜惺1自|物镜号-面物镜光嗣选区阐, - 全罚-nn飞-1第l中间镜第2中间镜投影镜(茹荧光周4股极/ /11 占5阳1成象方式YL路图图2衍射方式光路图3.2 衍射方式如果样品是晶体，它的电子衍肘花样呈现在物镜后焦面上，改变中间镜电流，使其对物镜后焦面成
5、悻，该面上的电子衍射花样绕中间镜和投影镜放大，在荧光屏上接得电于衍射花样的放大悔。4 仪器4. 1 仪器结构4. 1. 1 照明系统由电于枪和噩光镜组成E电于枪提供尺寸小的稳定电子谅，发射高亮度电子束。罪光镜将电手柬会粟，照射在样品上回4. 1. 2 样品室和成憧系统照明系统下面是样品室.样晶放在样品座上，可在规定1围内移动、倾转。成像系统由协镜、中间镜投影镜组成，将样晶惶逐级放大呈现在荧光屏L4.1.3 观察和记录革统投影镜下面是观事室，通过窗口可观察到荧光屏上的图惶，荧光屏下方放置照像底片，荧先屏竖起即可曝光记录图像。4. 1. 4 其它系统和附件包括真空系统、电惊系统、安全保护革统相血恃
6、军统。有的还备有扫描附件、微衍射装置、电子能量损失谱仪(EELS)和X射线能谱仪(EDSJ等。4.2 技术指标4.3 环境是件208 JY/T 011-1996 主要技术指标二楚型高压型加速电压kV二-200分辨率品格像优于0.204nffi 点像优于口.45放大倍2挥重复性和准确4士10%性误差图像畸变量4土5%真空度p，优于lXIO-样品市肇事nm/min0.四样品漂移率nm/min6.0 X射线漏剂量Gy/h三2.54.3.1 环境温度:20土S.C。4. 3. 2 相对湿度不超过70%0 4.3.3供电电掠220V士lOV、50Hz土0.5Hz.4.3.4 具有独立地线，接地电阻不超过
7、4!lo4.3.5 周围杂散磁场不超过5XJO-1T，高分辨型注100优fO. 204 优于0.454土10%土5%优于7XIO-0.03 ;6.0 2.5 4.3.6地基振动不超过5m(频率为5Hz-20Hz时)。普通型75 优于0.699优于1.。土10%-;:1: 5% 优flX10- 0.05 / ;2.5 4.3.7 冷却水压力不低于5X 10.Pa.流量适当，在温低于25C。5样品5.1 样品要求简易型二月。/ 优于5.04士10%运士5X优于lXlO-;0日6/ 4三2.5在真空中和高能电子柬轰击下不挥发或变形，化学上和物理上稳定，无放射性和腐蚀性。根据样品的种类、性质和分析要求
8、选用不同的制备方法回制备好的样品应足够薄，直径不大于3mm o 5.2 样品制备5.2.1 草型将固体样品表面的微观形貌亘制到薄膜。例如塑料碳二级主型和醋革取主型B5.2.2 生物和医学材料取样、固定、脱水、包埋、超薄切片、染色或冰冻勿j蚀。5.2.3盘属切片、研磨、双喷电解减啤或离子减薄。5.2.4 非盘属切片、研磨、化学减薄或离子减薄。5.2.5 微颗粒在铜阿上覆盖支持膜或嗷筛膜，将经过超声波分散的颗粒悬浮檀滴在或喷在支持膜上，静置干燥。6 分析步骤6. I 开机依次开稳压电摞、峙却水草统和主机电源开关，待真空度达到要求后，进入下步骥a209 6.2 检测前准备6.2.1 合轴调整JY I
9、T 011-1996 加高压和灯丝电流，当费光屏上出现光斑后，对照明统和成惶统合轴，调节电由中心或电压中心，应严格按照仪器说明书的步骤进行。6.2.2像散校正最用已知样品，例如z微筛，在高放大倍率下观察孔洞，主替调节物镜粟焦和消像散器，当物镜欠、过焦时在孔的边缘获得均匀、清晰的菲理尔盖纹图像。6.2.3放大倍率校正由于电磁透镜的磁滞效应，实际放大倍率与读数值有5%10%的误董。在5万倍以下的放大倍率使用品纹间i50nm的光栅j型(2000是/mm)校正s更高的放大倍率用己知晶面间距的薄晶体校正。拍摄不同放大倍串的照片，通过计算得出校正曲线。6.2.4相机常数校正相机常数为衍射仪相机K度L与入射
10、电子柬波民之积。由于透射电镜相机长度不确定性，需要利用盘多晶啤膜进行校正u6.2.5磁辑角校正在选区前射方式向成像式转换时，中间镜激磁条件的变化，使图像相衍射花样相对样晶晶体实际取向发生不同的角度转动。者图像磁转角为也:花样磁转角为也，则图像相对花样的磁转角为】皂白通常利用扑型特征直接反映真晶体取向的MoOa薄晶校正磁转角。这样只需将衍射花样所表示的晶体取向校正值，即可表示晶体的实际取向。6.2.6 样品高度调整在做放大倍率校正和选区衍射时，为耐少误差，需用债IJI苗样品台的2高度旋钮调节样品或标样高度，使样品膜面与侧插样品白的X倾转轴重舍，以实现等高倾转。6.3 :C作条件的选择6. 3.
11、1 加速电压时于一般样品，应犀量选用最高电压。在检测金属薄膜或复型样品时，加速电压至少1 ookV 0种于固有衬度较低的样品，可适当减低加速电压6.3.2 样品安装样品安装在专用样品杯样品台.可根据观察和测定的Jijf日不同，选用普通、双倾、拉仰、加热或冷却样品台。6.4观事制测定6.4.1 质厚衬度悔当观事非晶样品时，例如金属或无机材料的表面复型、做小物体或颗粒、生物组织超薄明月或冰冻刻蚀的复型，样品中质量厚度大的区域对入射电子散射强，致使通过物镜光阑孔妻与成像的电子减少，相应在荧光屏或底片上形成较暗的区域。这种由于样品微区质量厚度的差异造成图像上时应区域光强度的变化，为样品质厚衬度像a可以
12、显示悻品微区的形貌特征，适用于金相组织、断口分析和生物组织的研究。实验时利用小孔径物镜光闹、样品经重金属投影或接色，可有效地改善惶的衬度回6.4.2 选区电子衍射和愤衍射通常利用选区电F衍射提供悻品某个微区的晶体学信息，在成憧方式时，推入位于物镜悻i面上的选区光阑.M样品欲产生衍射的微区进行选择井限制其大小，精确调节光阑面与物镜像210 JY /T 011 -1996 一一一二一面搁置告，而后转到行了射方式，拉出物镜光阑，在萤光屏t即可获得反映佯品微区晶体学特恒的电子衍射花样。选区电于衍射，由于物镜的球盖和图像聚居误盖的影响，使选区尺寸受到限制，元H高甘醉哩i透射电镜，最小选区直径约为，为获得
13、E小的选区，最用微衍射技术(衍射儿实验时用扫描适射操作方式，束班直径减小到lOOnm以F.样晶上参与衍射的微区范围由柬班直径所限定。6.4.3 衍射衬度明场悻和晴场悻通常ffj射忖度明、暗场成悻分析总是与选区电子衍射相结合来确定物相的显微形态、点阵要型和妻数。如果用物镜光阁挡住衍射束，只让透射柬穿过光阑孔成悔，称为衍射衬度明场埠。如果用物镜光阔挡住透射束和大多数衍射束，只让某-衍射束穿过光阑孔成惶，显然，样品上对眩衍射束高贡献的区域或物相在暗场憧上呈现亮的衬度，称为衍射衬度暗场悔。通常利用中心暗场惶操作方式，像量小。先对样品作选区衍射z倾斜样品使除透射斑外，只有某一衍射斑最亮(叹光束条件).调
14、整照明电子柬倾斜，移动透射斑到原亮衍射斑处。这样，与房、再班时睹的弱斑被挪到光轴上，而且变亮，只让该衍射束穿过物镜光阑孔形成中心暗场惶。利用持定的衍射束作衍射衬度中心暗场憧是分析复杂衍射图、显示各单相晶体学特性的有敬方法之。6.4.4 弱柬暗场憧在研究晶体缺陷方面广泛应用，比明场惶和中心暗场悻有更高的分辨率。实验时使悻品相天才电子柬远离布拉格反射位置，利用极弱的一阶衍射柬作中心暗场悔。在晶体的位错中心附近.(;i有些晶面能满足布拉格条件而形成强衍射束，它们在弱柬暗场惶中呈现为衬度较强的细节。6.4.5 高分群像用于研究物质中原于尺度的细节，可以直接观事物质的原于排列。高分辨成惶技术不仅用于测定
15、透射电镜分群率，而且已广泛用在生物、有机化合物、金属、超导材料相硅酸盐等领域，研究微晶结构、晶体缺陷、界面结肉等。高分辨成悻利用透射电镜的高分群率、高放大倍惑的特性，选用大孔径物镜光阑，让样品的透射束和周围的一个或事个衍射柬通过，发生相互干涉，形成相位衬度憬。时于晶面间距dlnm的徽晶结椅，相位衬度成悻提供晶格条纹啤a或者得到与样品单胞结构相对应的晶体结构悔，即称分子惶或原子像。高分静型透射电镜在电子摞稳定性、相干性、物镜球辈墨数等方面都满足高分辉成像要求。为了观察某给定尺度的细节，在电子束告轴的基础上寻找样品小于10nm的薄区，推入物镜光阑，校正像散，精确调整样品取向，选择合适寓焦量拍照。高
16、分群像有时由于衬度不够而影响清晰度，还要通过叶算机进行图悻处理，去除嚼声增强图埠，并借助计算机解醋、分析图曲。6.4.6 去罪柬电子衍射电子束以具有足够大的生罪角入射样品，真透射束和衍射束分别扩展成一俨个个圃盘，盘内有确定的强度分布，这就是全噩柬电子衍射图。能精确地调整微晶取向、测定晶体对称性、薄晶微E点阵妻数和薄晶厚度，提供晶体结构的三维信息。为实现大会罪角、小柬斑直径的入射电子束，透射电镜在结掏或操作上果取措施.且本盾是在样品上方形成个强的会噩磁场，例如z使用合噩柬衍射耐仲、物镜上方加革第三果光镜.211 JV厅on-1996或者果用扫描透射方式、降低样品高度等等。6.4.7 晶体点阵类型
17、相提阵常数测定时己知晶体可以通过张或几张电子衍射花样的标走来测定物相。但对于结构较复杂，且未知的物相必须对真三维结陶进行测定团晶体结构的空间周期性反映到电于衍射花样t是与其周期性相对应的倒易空间。因此，若能获得同晶体不同晶带，但又具有相关性的一组电子衍射花样，然后根据其相关性，通过计算就可以重掏出其晶体点阵和测定占阵常数、鉴定物相。为此要借助E倾或倾转样品白使被分析晶体绕某低指数晶向转动，调出相关晶带的电子衍射花样。6.4.8 微小尺寸和形扰的检测在检测微颗粒样品的尺寸相形状时，为了消除透射电镜的革统误差，使被测样品能精确地被it踵，最有效的方法是用内标法。即将一个己知尺寸的标样与被测样品放在
18、同载物铜间上，起放入透射电镜进行观事、照相。由于在同底片上照F标样与被翻样品，拍摄条件相同，没有引起放大倍率误差。这时通过标样计算得到的放大倍率即为被测样品的放大倍率。高倍率时常用的内标标样有聚苯乙蜡小球或晶面间距已知的晶体，例如牛肝过氧氧酶(8.6土O.2nm). 较低倍率时，一般用光栅重型作外标。为了消除放大倍率误差，在进行样品和标样观察、照相过程中不得改动选定的放大倍旦在6.4.9 电子能量损失谱分析研究高能电子入射悻品后使原子内壳层电子被激发电离的初级过程这由电子能量损失谱仪CEELS)实现。谱仪包括能量分析器、谱显示和记录墨统、数据处理桌统。当透过样品的电子进入谱仪后，按其电子能量损
19、失大小进行分散，井记录相应的强度，展示电子能量损失诵。分析不同谱区，可获得与中羊品厚度、化学成分、电子密度且电子结构有关的信息。6.4.10 X射线能谱分析高能电子人射样品后使原于内壳层电子被激发电离，而后原于在团主基志的过程中产生特征X射线，能谱分析研究这个特征激发过程，提供悻品微区化学成分信息。X射线能谱仪CEDS)收集来自样品的特征X射线，经放大送入多量分析器，按其不同的特征能量分散，并记录相应的强度，屉示X射线能谱。根据谱峰的特征能量定性识别样品所肯元素:利用数据址理系统运行薄膜定量分析程序，根据强度值计算各元素的百分吉量。6.5 检测后仪器的检查和关机取出样品，退出物镜光阑和选区光阑，调到低放大倍事，噩光镜散焦，依次关灯丝电流、高压、主机和其它附件的电源。盖上观事室护板，待15分钟后，关峙却水旱统和稳压电源B7 分析结果的表述7.1 透射电镜图像通常以照片形式提供，按照质厚衬度、衍射衬度、相位衬度成悻理论于以解释。7. 2 电子衍射底片，按照电子衍射基本理论进行标定和分析，确定晶体学取向关系或晶体结构，7. 3 提供样品微区化学成分的定性或定量分析结果。212 lV IT 011 -1996 8 安全注意事项8. 1 必须严格遵守透射电镜操作规程回8. 2 突然停电停水，应撞顺序天机，样品留在原位。待恢复供电供水后，重新开机继续工作。213
