环境扫描的三种主要模式

随着社会科学技术的不断发展进步，微区信息已经成为了现代物质信息研究的重要组成部分，环境扫描电子显微镜是近年发展起来的新型扫描电镜。它主要用于各种样品的表面形貌观察和成分分析，具有对试样必须干燥、洁净、导电的要求，广泛地应用于生命科学、医学、材料学等诸多学科。本文主要为大家介绍一下环境扫描电子显微镜的工作原理及应用范围。

环境扫描电子显微镜的工作原理

环境扫描电镜(environmental scanning electron microscopy,ESEM)采用多级真空系统、气体二次电子信号探测器等独特设计。观察不导电样品不需要镀导电膜.可以在控制温度、压力、相对湿度和低真空度的条件下进行观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品，减少了样品的干燥损伤和真空损伤。

环境扫描电镜有三种工作方式：A）高真空方式(常规方式)；B）低真空方式:0.1~1 Torr；C）环境方式:0.1~20 Torr。

在高真空的常规扫描电镜中，用标准的Everhart Thornley探测器来接受被高能入射电子激发的样品的信号电流(二次电子和部分背散射电子)，经放大后形成图像。

在低真空及环扫模式下，由电子枪发射的高能入射电子束穿过压差光阑进入样品室，射向被测定的样品，从样品表面激发出信号电子:二次电子一SE和背散射电子一BSE。由于样品室内有气体存在，入射电子和信号电子与气体分子碰撞，使之电离产生电子和离子。如果我们在样品和电极板之间加一个稳定电场，电离所产生的电子和离子会被分别引往与各自极性相反的电极方向，非导体表面积累的负电荷会与电离出来的正电荷中和而消除荷电。

图1环境扫描电镜中气体放大原理示意图

其中电子在途中被电场加速到足够高的能量时，会电离更多的气体分子，从而产生更多的电子，如此反复倍增。ESEM探测器正是利用此原理来增强信号的，这又称气体放大原理（如图1）。LFD(低真空度模式下使用的探测器)和GSED（环扫模式下使用的探测器）探头接收这些信号并将其直接传到电子放大器放大成电信号去调制显象管或其它成像系统。

ESEM通过不断地向样品室补充气体来维持样品室的低真空，同时也为气体二次电子探测器GSED提供工作气体，水蒸气是最常用的工作气体。但是样品室中气体分子的存在对于SEM的成像也有着副作用，由于气体分子对入射电子的散射使部分电子改变方向，不落在聚焦点上，从而产生图像的背底噪音同时入射电子使气体分子电离，产生电子和离子，也会加大图像的背底噪音.因而偏压电场的电压、方向及电极板的形状，气体状态(种类、压力等)和入射电子路径等因素都会对图像的分辨率产生影响，必须选择适当的参数才能使分辨率的降低保持在最小的限度。不同的探测器应有不同的工作参数。

环境扫描电子显微镜主要特点（以FEI Quanta为例）

1、FEI ESEM(环境扫描电镜)技术,可在高真空、低真空和环境真空条件下对各种样品进行观察和分析。

2、所有真空条件下的二次电子、背散射电子观察和微观分析。

3、先进的系统结构平台，全数字化系统。

4、可同时安装能谱仪、波谱仪和EBSP系统。

5、可安装低温冷台、加热台、拉伸台等进行样品的动态观察和分析。

环境扫描电子显微镜技术参数（以FEI Quanta 250/450/650为例）

1、分辨率:

二次电子:

高真空模式3.0nm 30kV,8nm 3kV

高真空减速模式7nm 3kV(可选项)

低真空模式3.0nm 30kV,10nm 3kV

环境真空模式3.0nm 30kV

背散射电子4.0nm 30kV

2、样品室压力最高达2600Pa

3、加速电压200V～30kV，连续调节

4、样品台移动范围

Quanta 250:X=Y=50mm

Quanta 450:X=Y=100mm

Quanta 650:X=Y=150mm

环境扫描电子显微镜代表性工作

        

图1杆菌(Bar=10μm)                         图2球菌(Bar=10μm)

        

  图3酵母菌(Bar=5μm)                          图4链霉菌(Bar=5μm)

        

图5真菌(桦南牛肝菌)(Bar=20μm)       图6污水处理中颗粒污泥表面微生物多样性(Bar=10μm)

        

图7水稻叶片表面腊质(野生型)(Bar=5μm)     图8水稻叶片表面腊质(突变体)(Bar=5μm)

场发射指的是发射电子的原理。

环境扫描则是功能，在实际使用中就是一套附件，购买电镜时可以选择购买。

环境扫描电镜既可以用场发射作光源也可以用钨灯丝作光源。

环境扫描电镜不需要抽真空，可以在有液体的场合使用，这对于生物研究来说很有用。

食品中重金属元素限量的检测方法有光度法、比浊法、斑点比较法、色谱法、光谱法、电化学分析法、中子活化分析等.有关国家标准均详细规定了食品中重金属元素的含量测定方法.以下列出的是食品中的铅、镉、汞和砷的国家标准检测方法.

（1）食品中铅的常用检测方法有：石墨炉原子吸收光谱法,其检出限为5微克/千克；火焰原子吸收光谱法,检出限为0.1毫克/千克；单扫描极谱法,检出限为0.085毫克/千克；二硫腙光度法,检出限为0.25毫克/千克；氢化物原子荧光光谱法,检出限为5微克/千克.

（2）食品中镉的常用检测方法有：石墨炉原子吸收光谱法,其检出限为0.1微克/千克；火焰原子吸收光谱法,检出限为5微克/千克；光度法,检出限为50微克/千克；原子荧光法,检出限为1.2微克/千克.

（3）食品中总汞的常用检测方法有：原子荧光光谱分析法,检出限为0.15微克/千克；冷原子吸收光谱法,检出限为0.4微克/千克（压力消解法）或10微克/千克（其它消解法）；二硫腙光度法,检出限为25微克/千克.甲基汞的分析常常先用酸提取巯基棉吸附分离,然后用气相色谱法或冷原子吸收光谱法进行测定.

（4）食品中总砷的常用检测方法有：氢化物原子荧光光谱法,检出限为0.01毫克/千克；银盐法,检出限为0.2毫克/千克；砷斑法,检出限为0.25毫克/千克；硼氢化物还原光度法,检出限为0.05毫克/千克.

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