扫描电镜测试报告

扫描电镜测试报告（共6篇）

篇1：扫描电镜测试报告

SEM扫描电镜知识点扫盲

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间：2015-3-31 QC检测仪器网

标签： 检测,检测仪器,qc,展会

1.光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质，由于电子束波长远较可见光小，故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍，扫描式显微镜可放大到10000倍以上。

2.根据de Broglie波动理论，电子的波长仅与加速电压有关：

λe=h / mv= h /(2qmV)1/2=12.2 /(V)1/2(Å)

在 10 KV 的加速电压之下，电子的波长仅为0.12Å，远低于可见光的4000100 倍，同时电子能量散布仅为 0.2-0.3 eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达 1nm 以下。

10.场发射电子枪可细分成三种:冷场发射式(cold field emission , FE)，热场发射式(thermal field emission ,TF)，及萧基发射式(Schottky emission ,SE)

11.当在真空中的金属表面受到108V/cm大小的电子加速电场时，会有可观数量的电子发射出来，此过程叫做场发射，其原理是高电场使电子的电位障碍产生 Schottky效应，亦即使能障宽度变窄，高度变低，因此电子可直接“穿隧”通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来，因 此可得极细而又具高电流密度的电子束，其亮度可达热游离电子枪的数百倍，或甚至千倍。

12.场发射电子枪所选用的阴极材料必需是高强度材料，以能承受高电场所加诸在阴极尖端的高机械应力，钨即因高强度而成为较佳的阴极材料。场发射枪通常以上下一 组阳极来产生吸取电子、聚焦、及加速电子等功能。利用阳极的特殊外形所产生的静电场，能对电子产生聚焦效果，所以不再需要韦氏罩或栅极。第一(上)阳极主 要是改变场发射的拔出电压(extraction voltage)，以控制针尖场发射的电流强度，而第二(下)阳极主要是决定加速电压，以将电子加速至所需要的能量。

13.要从极细的钨针尖场发射电子，金属表面必需完全干净，无任何外来材料的原子或分子在其表面，即使只有一个外来原子落在表面亦会降低电子的场发射，所以场发 射电子枪必需保持超高真空度，来防止钨阴极表面累积原子。由于超高真空设备价格极为高昂，所以一般除非需要高分辨率SEM，否则较少采用场发射电子枪。

14.冷场发射式最大的优点为电子束直径最小，亮度最高，因此影像分辨率最优。能量散布最小，故能改善在低电压操作的效果。为避免针尖被外来气体吸附，而降低场 发射电流，并使发射电流不稳定，冷场发射式电子枪必需在10-10 torr的真空度下操作，虽然如此，还是需要定时短暂加热针尖至2500K(此过程叫做flashing)，以去除所吸附的气体原子。它的另一缺点是发射 的总电流最小。

15.热场发式电子枪是在1800K温度下操作，避免了大部份的气体分子吸附在针尖表面，所以免除了针尖flashing的需要。热式能维持较佳的发射电流稳定 度，并能在较差的真空度下(10-9 torr)操作。虽然亮度与冷式相类似，但其电子能量散布却比冷式大3~5倍，影像分辨率较差，通常较不常使用。

16.萧基发射式的操作温度为1800K，它系在钨(100)单晶上镀ZrO覆盖层，ZrO将功函数从纯钨的4.5eV降至2.8eV，而外加高电场更使电位障 壁变窄变低，使得电子很容易以热能的方式跳过能障(并非穿隧效应)，逃出针尖表面，所需真空度约10-8~10-9torr。其发射电流稳定度佳，而且发 射的总电流也大。而其电子能量散布很小，仅稍逊于冷场发射式电子枪。其电子源直径比冷式大，所以影像分辨率也比冷场发射式稍差一点。

17.场发射放大倍率由25倍到650000倍，在使用加速电压15kV时，分辨率可达到1nm，加速电压1kV时，分辨率可达到2.2nm。一般钨丝型的扫描 式电子显微镜仪器上的放大倍率可到200000倍，实际操作时，大部份均在20000倍时影像便不清楚了，但如果样品的表面形貌及导电度合适，最大倍率 650000倍是可以达成的。

18.由于对真空的要求较高，有些仪器在电子枪及磁透镜部份配备了3组离子泵(ion pump)，在样品室中，配置了2组扩散泵(diffusion pump)，在机体外，以1组机械泵负责粗抽，所以有6组大小不同的真空泵来达成超高真空的要求，另外在样品另有以液态氮冷却的冷阱(cold trap)，协助保持样品室的真空度。

19.平时操作，若要将样品室真空亦保持在10-8pa(10-10torr)，则抽真空的时间将变长而降低仪器的便利性，更增加仪器购置成本，因此一些仪器设 计了阶段式真空(step vacuum)，亦即使电子枪、磁透镜及样品室的真空度依序降低，并分成三个部份来读取真空计读数，如此可将样品保持在真空度10-5pa的环境下即可操 作。平时待机或更换样品时，为防止电子枪污染，皆使用真空阀(gun valve)将电子枪及磁透镜部份与样品室隔离，实际观察时再打开使电子束通过而打击到样品。

20.场发射式电子枪的电子产生率与真空度有密切的关系，其使用寿命也随真空度变差而急剧缩短，因此在样品制备上必须非常注意水气，或固定用的碳胶或银胶是否烤干，以免在观察的过程中，真空陡然变差而影响灯丝寿命，甚至系统当机。

21.在电子显微镜中须考虑到的像差(aberration)包括:衍射像差(diffraction aberration)、球面像差(spherical aberration)、散光像差(astigmatism)及波长散布像差(即色散像差，chromatic aberration)。

22.面像差为物镜中主要缺陷，不易校正，因偏离透镜光轴之电子束偏折较大，其成像点较沿轴电子束成像之高斯成像平面(Gauss image plane)距透镜为近。

23.散光像差由透镜磁场不对称而来，使电子束在二互相垂直平面之聚焦落在不同点上。散光像差一般用散光像差补偿器(stigmator)产生与散光像差大小相同、方向相反的像差校正，目前电子显微镜其聚光镜及物镜各有一组散光像差补偿器。

24.光圈衍射像差(Aperture diffraction):由于电子束通过小光圈电子束产生衍射现象，使用大光圈可以改善。

25.色散像差(Chromatic aberration):因通过透镜电子束能量差异，使得电子束聚焦后并不在同一点上。

26.电子束和样品作用体积(interaction volume)，作用体积约有数个微米(μm)深，其深度大过宽度而形状类似梨子。此形状乃源于弹性和非弹性碰撞的结果。低原子量的材料，非弹性碰撞较可 能，电子较易穿进材料内部，较少向边侧碰撞，而形成梨子的颈部，当穿透的电子丧失能量变成较低能量时，弹性碰撞较可能，结果电子行进方向偏向侧边而形成较 大的梨形区域。

27.在固定电子能量时，作用体积和原子序成反比，乃因弹性碰撞之截面积和原子序成正比，以致电子较易偏离原来途径而不能深入样品。

28.电子束能量越大，弹性碰撞截面积越小，电子行走路径倾向直线而可深入样品，作用体积变大。

29.电子束和样品的作用有两类，一为弹性碰撞，几乎没有损失能量，另一为非弹性碰撞，入射电子束会将部份能量传给样品，而产生二次电子、背向散射电子、俄歇电 子、X光、长波电磁放射、电子-空位对等。这些信号可供SEM运用者有二次电子、背向散射电子、X光、阴极发光、吸收电子及电子束引起电流(EBIC)等。

30.二次电子(Secondary Electrons)：电子束和样品作用，可将传导能带(conduction band)的电子击出，此即为二次电子，其能量约 < 50eV。由于是低能量电子，所以只有在距离样品表面约50~500Å深度范围内所产生之二次电子，才有机会逃离样品表面而被侦测到。由于二次电子产生的 数量，会受到样品表面起伏状况影响，所以二次电子影像可以观察出样品表面之形貌特征。

31.背向散射电子(Backscattered Electrons)：入射电子与样品子发生弹性碰撞，而逃离样品表面的高能量电子，其动能等于或略小于入射电子的能量。背向散射电子产生的数量，会因样 品元素种类不同而有差异，样品中平均原子序越高的区域，释放出来的背向散射电子越多，背向散射电子影像也就越亮，因此背向散射电子影像有时又称为原子序对 比影像。由于背向散射电子产生于距样品表面约5000Å的深度范围内，由于入射电子进入样品内部较深，电子束已被散射开来，因此背向散射电子影像分辨率不 及二次电子影像。

32.X光：入射电子和样品进行非弹性碰撞可产生连续X光和特征X光，前者系入射电子减速所放出的连续光谱，形成背景决定最少分析之量，后者系特定能阶间之能量差，可藉以分析成分元素。

33.电子束引致电流(Electron-beam induced Current , EBIC)：当一个p-n接面(Junction)经电子束照射后，会产生过多的电子-空位对，这些载子扩散时被p-n接面的电场收集，外加线路时即会产生电流。

34.阴极发光(Cathodoluminescence)：当电子束产生之电子-空位对再结合时，会放出各种波长电磁波，此为阴极发光(CL)，不同材料发出不同颜色之光。

35.样品电流(Specimen Current)：电子束射到样品上时，一部份产生二次电子及背向散射电子，另一部份则留在样品里，当样品接地时即产生样品电流。

36.电子侦测器有两种，一种是闪烁计数器侦测器(Scintillator)，常用于侦测能量较低的二次电子，另一种是固态侦测器(solid state detector)，则用于侦测能量较高的反射电子。

37.影响电子显微镜影像品质的因素:

A.电子枪的种类:使用场发射、LaB6或钨丝的电子枪。

B.电磁透镜的完美度。

C.电磁透镜的型式: In-lens ,semi in-lens, off-lens

D.样品室的洁净度: 避免粉尘、水气、油气等污染。

E.操作条件: 加速电压、工作电流、仪器调整、样品处理、真空度。

F.环境因素: 振动、磁场、噪音、接地。

38.如何做好SEM的影像，一般由样品的种类和所要的结果来决定观察条件，调整适当的加速电压、工作距离(WD)、适当的样品倾斜，选择适当的侦测器、调整合适的电子束电流。

39.一般来说，加速电压提高，电子束波长越短，理论上，只考虑电子束直径的大小，加速电压愈大，可得到愈小的聚焦电子束，因而提高分辨率，然而提高加速电压却有一些不可忽视的缺点：

A.无法看到样品表面的微细结构。

B.会出现不寻常的边缘效应。

C.电荷累积的可能性增高。

D.样品损伤的可能性增高。

因此适当的加速电压调整，才可获得最清晰的影像。

40.适当的工作距离的选择，可以得到最好的影像。较短的工作距离，电子讯号接收较佳，可以得到较高的分辨率，但是景深缩短。较长的工作距离，分辨率较差，但是影像景深较长，表面起伏较大的样品可得到较均匀清晰的影像。

41.SEM样品若为金属或导电性良好，则表面不需任何处理，可直接观察。若为非导体，则需镀上一层金属膜或碳膜协助样品导电，膜层应均匀无明显特征，以避免干 扰样品表面。金属膜较碳膜容易镀，适用于SEM影像观察，通常为Au或Au-Pd合金或Pt。而碳膜较适于X光微区分析，主要是因为碳的原子序低，可以减 少X光吸收。

42.SEM样品制备一般原则为:

A.显露出所欲分析的位置。

B.表面导电性良好，需能排除电荷。

C.不得有松动的粉末或碎屑(以避免抽真空时粉末飞扬污染镜柱体)。

D.需耐热，不得有熔融蒸发的现象。

E.不能含液状或胶状物质，以免挥发。

F.非导体表面需镀金(影像观察)或镀碳(成份分析)。

43.镀导电膜的选择，在放大倍率低于1000倍时，可以镀一层较厚的Au，以提高导电度。放大倍率低于10000倍时，可以镀一层Au来增加导电度。放大倍率 低于100000倍时，可以镀一层Pt或Au-Pd合金，在超过100000时，以镀一层超薄的Pt或Cr膜较佳。

44.电子束与样品作用，当内层电子被击出后，外层电子掉入原子内层电子轨道而放出X光，不同原子序，不同能阶电子所产生的X光各不相同，称为特征X光，分析特征X光，可分析样品元素成份。

45.分析特征X光的方式，可分析特征X光的能量分布，称为EDS，或分析特征X光的波长，称为WDS。X光能谱的分辨率，在EDS中约有100~200eV的 分辨率，在WDS中则有5~10eV的分辨率。由于EDS的分辨率较WDS差，因此在能谱的解析上，较易产生重迭的情形。

46.由于电子束与样品作用的作用体积(interaction volume)的关系，特征X光的产生和作用体积的大小有关，因此在平面的样品中，EDS或WDS的空间分辨率，受限于作用体积的大小。

篇2：扫描电镜测试报告

班级：B100306

学号：B10030617

指导老师：张慧勇

姓名：杨

卓

现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用

摘 要:

介绍了扫描电子显微镜的工作原理和特点,特别是近几年发展起来的环境扫描电镜(ES-EM)及其附带分析部件如能谱仪、EBSD装置等的原理、特点和功能,并结合钢铁材料研究展望了其应用前景。

关键词: 环境扫描电镜;能谱仪;EBSD装置 1 扫描电镜原理

扫描电镜(Scanning Electron Microscope,简写为SEM)是一个复杂的系统,浓缩了电子光学技术真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。成像是采用二次电子或背散射电子等工作方式,随着扫描电镜的发展和应用的拓展,相继发展了宏观断口学和显微断口学。扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小(直径一般为1~5nm)的电子束(相应束流为10-11~10-12A)。在末级透镜上方扫描线圈的作用下,使电子束在试样表面做光栅扫描(行扫+帧扫)。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。扫描电镜的主要特征如下:(1)能够直接观察大尺寸试样的原始表面;(2)试样在样品室中的自由度非常大;(3)观察的视场大;(4)图像景深大,立体感强;(5)对厚块试样可得到高分辨率图像;(6)辐照对试样表面的污染小;(7)能够进行动态观察(如动态拉伸、压缩、弯曲、升降温等);(8)能获得与形貌相对应的多方面信息;(9)在不牺牲扫描电镜特性的情况下扩充附加功能,如微区成分及晶体学分析。2近代扫描电镜的发展

扫描电镜的设计思想早在1935年便已提出,1942年在实验室制成第一台扫描电镜,但因受各种技术条件的限制,进展一直很慢。1965年,在各项基础技术有了很大进展的前提下才在英国诞生了第一台实用化的商品仪器。此后,荷兰、美国、西德也相继研制出各种型号的扫描电镜,日本二战后在美国的支持下生产出扫描电镜,中国则在20世纪70年代生产出自己的扫描电镜。前期近20年,扫描电镜主要是在提高分辨率方面取得了较大进展,80年代末期,各厂家的扫描电镜的二次电子像分辨率均已达到4.5nm。在提高分辨率方面各厂家主要采取了如下措施:(1)降低透镜球像差系数,以获得小束斑;(2)增强照明源即提高电子枪亮度(如采用LaB6或场发射电子枪);(3)提高真空度和检测系统的接收效率;(4)尽可能减小外界振动干扰。目前,采用钨灯丝电子枪扫描电镜的分辨率最高可以达到3.5 nm;采用场发射电子枪扫描电镜的分辨率可达1 nm。到20世纪90年代中期,各厂家又相继采用计算机技术,实现了计算机控制和信息处理。2.1 场发射扫描电镜

采用场致发射电子枪代替普通钨灯丝电子枪,这项技术从1968年就已开始应用,由于该电子枪的亮度(即发射电子的能力)大为提高,因而可得到很高的二次电子像分辨率。采用场发射电子枪需要很高的真空度,在高真空度下由于电子束的散射更小,其分辨率进一步得到提高。近几年来,各厂家采用多级真空系统(机械泵+分子泵+离子泵),真空度可达10-7Pa。同时,采用磁悬浮技术,噪音振动大为降低,灯丝寿命也有增加。束流稳定度在12 h内<0.8 %。2.2 分析型扫描电镜及其附件

所谓分析型扫描电镜即是指将扫描电镜配备多种附加仪器,以便对被测试样进行多种信息的分析,其附件一般有如下几种。2.2.1 能谱仪附件

能谱仪(即X射线能量色散谱仪,简称EDS)通常是指X射线能谱仪。自能谱仪在20世纪70 年代末和80年代初期普遍推广以来,首先是在扫描电镜和电子探针分析仪器上得到应用,其优点是可以分析微小区域(几个微米)的成分,并且可以不用标样。能谱仪收集谱线时一次即可得到可测的全部元素,因而分析速度快,另外,在扫描电镜所观察的微观领域中,一般并不要求所测成分具有很高的精确度,所以,扫描电镜配备能谱仪得到了广大用户的认可,并且其无标样分析的精确度能胜任常规研究工作。目前,最先进的采用超导材料生产的能谱仪,分辨率达到了5~15 eV,已超过了25 eV分辨率的波谱仪,这是目前能谱仪发展的最高水平。2.2.2 EBSD附件

早在20世纪70年代中期,有些材料工作者在扫描电镜上发现了背散射电子的衍射现象,由于这些衍射花样与所测单晶体的晶体结构有关,便将其用作材料的结构研究。直到90年代中期,有些厂家针对背散射电子衍射作用制作了专门的探测器并引进计算机技术,形成了背散射电子衍射分析技术,这就是我们通常说的EBSD(电子背散射衍射)。EBSD主要可做单晶体的物相分析,同时提供花样质量、置信度指数、彩色晶粒图,可做单晶体的空间位向测定、两颗单晶体之间夹角的测定、可做特选取向图、共格晶界图、特殊晶界图,同时提供不同晶界类型的绝对数量和相对比例,即多晶粒夹角的统计分析、晶粒取向的统计分析以及它们的彩色图和直方统计图,还可做晶粒尺寸分布图,将多颗单晶的空间取向投影到极图或反极图上可做二维织构分析,也可做三维织构即ODF分析。2.2.3 波谱仪附件

波谱仪(即X射线波长色散谱仪,简称WDS)本是随着电子探针的发明而诞生的,它是电子探针的核心部件,用作成分分析。成分分析的原理可用K=(d/R)L公式表示。K是电子束激发试样时产生的X射线波长,跟元素有关;d是分光晶体的面间距,为已知数;R是波谱仪聚焦园的半径,为已知数;L是X射线发射源与分光晶体之间的距离。对于不同的L则有不同的X射线波长,根据X射线波长就可得知是什么元素。因此,波谱仪是通过机械装置的运动改变距离L来实现成分分析。现代扫描电镜的发展

近代扫描电镜的发展主要是在二次电子像分辨率上取得了较大的进展。但对不导电或导电性能不太好的样品还需喷金后才能达到理想的图像分辨率。随着材料科学的发展特别是半导体工业的需求,要尽量保持试样的原始表面,在不做任何处理的条件下进行分析。早在20世纪80年代中期,便有厂家根据新材料(主要是半导体材料)发展的需要,提出了导电性不好的材料不经过任何处理也能够进行观察分析的设想,到90年代初期,这一设想就已有了实验雏形,90年代末期,已变成比较成熟的技术。3.1 低电压扫描电镜

在扫描电镜中,低电压是指电子束流加速电压在1 kV左右。此时,对未经导电处理的非导体试样其充电效应可以减小,电子对试样的辐照损伤小,且二次电子的信息产额高,成像信息对表面状态更加敏感,边缘效应更加显著,能够适应半导体和非导体分析工作的需要。但随着加速电压的降低,物镜的球像差效应增加,使得图像的分辨率不能达到很高,这就是低电压工作模式的局限性。

3.2 低真空扫描电镜

低真空为是为了解决不导电试样分析的另一种工作模式。其关键技术是采用了一级压差光栏,实现了两级真空。发射电子束的电子室和使电子束聚焦的镜筒必须置于清洁的高真空状态,一般用1个机械泵和扩散泵来满足之。而样品室不一定要太高的真空,可用另一个机械泵来实现样品室的低真空状态。当聚焦的电子束进入低真空样品室后,与残余的空气分子碰撞并将其电离,这些离化带有正电的气体分子在一个附加电场的作用下向充电的样品表面运动,与样品表面充电的电子中和,这样就消除了非导体表面的充电现象。3.3 环境扫描电镜(ESEM)上述低真空扫描电镜样品室最高低真空压力为400 Pa,现在有厂家使用专利技术,可使样品室的低真空压力达到2 600Pa,也就是样品室可容纳分子更多,在这种状态下,可配置水瓶向样品室输送水蒸气或输送混合气体,若跟高温或低温样品台联合使用则可模拟样品的周围环境,结合扫描电镜观察,可得到环境条件下试样的变化情况。环扫实现较高的低真空,其核心技术就是采用两级压差光栅和气体二次电子探测器,还有一些其它相关技术也相继得到完善。ESEM的特点是:(1)非导电材料不需喷镀导电膜,可直接观察,分析简便迅速,不破坏原始形貌;(2)可保证样品在100 %湿度下观察,即可进行含油含水样品的观察,能够观察液体在样品表面的蒸发和凝结以及化学腐蚀行为;(3)可进行样品热模拟及力学模拟的动态变化实验研究,也可以研究微注入液体与样品的相互作用等。因为这些过程中有大量气体释放,只能在环扫状态下进行观察。环境扫描电镜技术拓展了电子显微学的研究领域,是扫描电子显微镜领域的一次重大技术革命,是研究材料热模拟、力学模拟、氧化腐蚀等过程的有力工具,受到了国内广大科研工作者的广泛关注,具有广阔的应用前景。高温样品台及动态拉伸装置的功能 4.1 高温样品台的功能

利用高温台在环境模式下对样品进行加热并采集二次电子信号可进行适时动态观察。而在普通高真空扫描电镜和低真空扫描电镜中,只能对极少数特殊样品在高温状态下进行观察,并要求在加热过程中不能产生气体、不能发出可见光和红外辐射,否则,会破坏电镜的真空,并且二次电子图像噪音严重,乃至根本无法成像。高温台配有专用陶瓷GSED(气体二次电子探头),可在环境模式下,在高达1500e温度下正常观察样品的二次电子像。加热温度范围从室温到1500e,升温速度每分钟1~300e。环境扫描电镜的专利探测器可保证在足够的成像电子采集时抑制热信号噪音,并对样品在高温加热时产生的光信号不敏感。而这些信号足以使其它型号扫描电镜中使用的普通二次电子探头和背散射电子探头无法正常工作。4.2 动态拉伸装置的功能

最新的动态拉伸装置配有内部马达驱动器、旋转译码器、线性位移传感器,由计算机进行控制和数据采集,配合视频数据采集系统,可实现动态观察和记录。可从材料表面观察在动态拉伸条件下材料的滑移、塑性形变、起裂、裂纹扩展(路径和方向)直至断裂的全过程等。该装置还可附带3点弯曲和4点弯曲装置,具有弯曲功能,从而可以研究板材在弯曲状态下的形变、开裂直至断裂的情况。最大拉伸力为2000N,3点弯曲最大压力为660N。动态拉伸装置可配合多种扫描电镜工作。扫描电镜在材料研究中的应用

扫描电镜结合上述各种附件,其应用范围很广,包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的结构与蚀损分析等等,结合钢铁材料的研究粗略列举如下。

(1)机械零部件失效分析,可根据断口学原理判断断裂性质(如塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂等),追溯断裂原因,调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等等。

(2)钢铁产品质量和缺陷分析,如连铸坯裂纹、气泡、中心缩孔;板坯过烧导致的晶界氧化;轧制过程造成的机械划伤、折叠、氧化铁皮压入;过酸洗导致的蚀坑;涂层剥落及其它缺陷等等。由于扫描电镜的分辨率和景深比电子探针的高,因而,可从新鲜断口上获得更为全面的信息,如晶界碳化物、中心疏松等。

(3)利用高温样品台,可以观察材料在加热过程中组织转变的过程,研究不同材料在热状态下转变的差异。在材料工艺性能研究方面,可以直接观察组织形态的动态变化,弥补了以前只能通过间接观察方法的不足。例如,耐火材料和铁氧体的烧结温度都在1000e以上,实验中可以观察材料的原位变化,待冷却下来后,结合能谱仪和EBSD,进而可以分析变化后的物相。(4)利用拉伸样品台,可预先制造人工裂纹,研究在有预裂纹情况下材料对裂纹大小的敏感性以及裂纹的扩展速度,有益于材料断裂韧性的研究。例如,钢帘线因其在后续加工过程中要拉拔到0.2mm左右的直径,对夹杂物非常敏感,因此,其炼钢过程对夹杂物的控制要求特别严格。采用本仪器,可预先制作一个有夹杂物的钢帘线试样,在拉伸过程中观察夹杂物附近钢基的变化,直至开裂,然后对照钢帘线实物断口,讨论夹杂物类型、形态、尺寸、分布对断裂的影响。(5)利用EBSD装置,对汽车板等小晶粒的织构产品,可在轧制并退火之后,统计各种取向晶粒的比例,研究轧制和退后工艺对织构的影响。又如焊接试样的熔合区为凝固状态的柱状晶,因其是定向生长,存在织构,可用EBSD得到各种取向晶粒的分布情况,并可进行统计,这对焊接材料、焊接工艺以及焊接性能的研究又扩展到了晶体学研究的层次。6 结 语

新一代环境扫描电镜与能谱仪和EBSD配合,可在得到较好的试样形貌像的前提下同时得到成分信息和晶体学的信息。最近几年实现了拉伸台与计算机的完美结合,有比较完善的材料动态拉伸扫描电镜,研究才有可能开展得更为深入。环境扫描电镜真空系统和探测器等相关技术的成熟使得高温样品台的应用更安全可靠。可以预期,高温样品台、动态拉伸台、能谱仪、EBSD和环境扫描电镜组合,必将在钢铁材料工艺研究和品种开发等方面发挥更大的作用。

篇3：扫描电镜测试报告

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope),简写为SEM,是出现于上世纪60 年代的一种大型分析仪器。在抽真空的状态下,主要是用其来反映样品表面的立体形貌[1]。扫描电子显微镜技术是将电子光学技术及精密仪器结构学中的知识完美地结合到实际操作中。扫描电子显微镜具有观察的视场大,钨灯丝光源对样品表面状态辐射污染较小,分辨率高,景深大,可以完成动态延展时的观察且图像清晰等优点,因此,广泛应用于材料科学(纳米硅溶胶材料、导电银浆材料、太阳能背板材料、锂电膈膜材料、功能膜材料)、半导体材料及生产工艺控制等领域[2]。

由于待测样品表面凹凸不平及样品中所含物质成分相互位置的多样性,在获得扫描电镜图像时,往往会出现图像缺陷问题,不能得到样品真实的三维形貌。只有认识到产生缺陷的原因,才可能确立解决方案,进而改进方法拍摄出高质量的图像。本文以S-3400N为例,对应用扫描电镜过程中的图像缺陷问题进行讨论[3，4]。

2 实验部分

2.1 实验材料及实验试剂

DC膜来自乐凯研究院第二研究室;PMMA样品来自乐凯研究院有机研究室;锂电隔膜来自乐凯研究院第三研究室;TAC膜来自乐凯TAC膜生产车间;去离子水自产。

2.2 实验仪器

科尔帕默超声波分散器,美国芝加哥科尔帕默公司;超声波清洗器,保定全一电子设备有限公司;离子溅射仪,日立公司;扫描电子显微镜,日立公司(S-3400N)。

2.3 实验样品制备

(1)在脱脂棉上滴加3 滴去离子水,保证其完全湿透,对DC膜(5×5 cm)表面进行清洁,剪出5×5mm的膜样品。

锂电隔膜及TAC膜(5×5 cm),完全置于加有80 m L去离子水的烧杯中,超声波清洗器15 min。样品取出后放在通风橱中自然晾干,剪出5×5 mm的膜样品。

取出PMMA样品2 滴加入6 m L去离子水中,置于超声波分散器30 s。样品混合均匀后,用毛细滴管占取1 滴,滴到由福尔马膜覆盖的铜网上,在红外灯下干燥;

(2)DC膜(5×5 mm)、锂电隔膜(5×5 mm)、TAC膜(5×5 mm)及含有PMMA样品的铜网粘在导电胶带上,固定在样品台上;

(3) 将粘有各种样品的样品台放入离子溅射仪中镀金(18 m A×40 s)。

2.4 SEM测试

镀金后的样品放入扫描电子显微镜的样品室中,在抽真空状态下,观测各种样品在不同加速电压与观测时间不等时,样品的形貌特点。

3 扫描电镜图像缺陷的分类及影响因素

图像缺陷主要分为:图像变形、样品形貌细节不清晰、明暗不均匀、分辨力下降、样品受损等。

扫描电镜最基本的成像功能是二次电子成像[5]。由于样品表面形貌各异,当钨灯丝电子束光源作用于样品上时,由于各个位点的作用角具有明显差异,激发的二次电子数量与检测器接收的信号多少都不同,总之,形成了强度不等的二次电子信息。

二次电子的产出受测试样品本身化学性质的不同、样品形状的不同、观察条件设置的不同、扫描电镜自身性能的不同及人员操作方法迥异等方面的影响,因此,二次电子形成的图像往往会出现不同程度的缺陷,表现为荷电效应、电子损伤、边缘效应及污染等方面,为了得到理想的扫描电子显微镜图像,必须对其影响因素进行控制。

4 影响扫描电镜图像质量因素的解决方法

4.1 荷电效应的解决方法

当电子束照射到不导电样品时,由于样品表面沉积了相当可观的电荷,又极度缺乏对地导电的有效途径,会形成放电现象,使得入射电子束偏离正常路径,最终造成图像失真,这种现象为荷电效应[6]。

经过实验得出减少荷电效应的方法。

(1)导电法

通过离子溅射仪镀金过程使样品本身导电,当入射电子束照射到样品上时,吸收电子经样品台导向“地”来消除所沉积的电荷。如图1 所示,DC膜样品本身导电性差,未应用离子溅射仪镀膜时,在扫描电镜下观测,图象呈现出明暗不均匀的状态。如图所示,通过离子溅射仪镀膜后,DC膜样品图像细节明显。

图1导电性差的DC膜样品,未镀膜时,图象明暗不均匀Fig l The image is bright but non-uniform,when The coat with poor conductivity is without coating.

(2)降低电压法

入射电子照射到样品上会激发出二次电子,当二次发射电子数与入射电子数相等时,样品不带电。除此情况外,样品往往因为失掉或吸收电子而带电。把加速电压降低,使得入射电子数量与二次电子发射数相等,即无荷电效应。如图3 所示,降低加速电压后,在扫描电镜下观测PMMA样品图像不会出现明显变形。如图4 所示,降低加速电压后,在扫描电镜下观测锂电隔膜图像清晰可见。

图4在加速电压10 KV时,PMMA样品图像无形变;在加速电压5KV时,锂电隔膜图像细节清晰可见Fig 4 PMMA samples image becomes invisible with the accelerating voltage of 10 KV.The details of the Lithium battery diaphragm image clearly visible with the accelerating voltage of 5 KV.

(3)快速观察法

在荷电效应不显著时,快速观测并获得图像。或者在样品的一端先调焦、对中、消象散,将测试中各组参数值调试到最佳状态后再到感兴趣的区域进行拍照,这样更易得到满意的图像。如图5、图6 所示,在加速电压相同时,拍摄耗时越短,在扫描电镜下观测得到的样品图像细节越清楚。

(4)低真空观察法

扫描电子显微镜的分析方式都是在高真空下完成,一旦检测样品属于不导电材料,将其置于高真空下测试,由于入射电子在样品表面的过度堆积,造成图像假象,很难得到准确的样品表面图像[7]。

在低真空状态下,应用扫描电子显微镜对样品行测试,可解决对不导电待测样品进行离子溅射喷金等一系列繁琐操作后,还无法得到满意图像的问题,这是一种操作简单且具有较高可行性的全新分析方式。通过采用一级压差光阑,实现了两路高空路线。可实现低真空分析方式的扫描电子显微镜具备透镜内分路真空系统,有力削弱了不导电材料表面的充电现象。在低真空工作模式下,可用机械泵对不导电样品进行直接观测。在对低致密多孔材料、陶瓷及有机纤维等样品的测试分析中发挥着显著作用[8]。

但是,低真空模式下的操作容易造成镜筒污染,损伤扫描电子显微镜本身性能,进而缩短了钨灯丝的有效工作时间,因此这种分析方式只能偶尔使用。如图7 所示,在低真空模式时低倍观测DC膜样品形貌清晰,就是分辨率低。如图8 所示,通常状态在高真空模式下低倍观测DC膜图像清晰。

图8在高真空模式下低倍观测DC膜形貌特征明显Table 8 Under high vacuum mode at low magnification,the DCfilm characteristics is clearly visible.

4.2 边缘效应的解决方法

当入射电子束作用到样品凹凸不平的边缘区域时,由于这部分区域的二次电子发射数极大,获得图象中这些区域,比如测试样品的边缘会极亮,形成图象亮度反差,这种情况为边缘效应。

经过实验证实降低加速电压,边缘效应会有所减弱,可以得到理想的高质量照片。如图9、图10 所示,降低加速电压后在扫描电镜下观测PMMA样品,发现图像边缘区域清晰可见。

图10加速电压15 KV时,PMMA样品边缘区域较清晰,但边缘效应无法完全消除Fig l0 The edge of the PMMA sample area is clear with the accelerating voltage of 15 KV.

4.3 电子束损伤的解决方法

聚合物材料抗热性较差,入射电子束照射到样品表面时,照射点附近区域温度骤升,因此,样品内部化学结构断裂,导致样品表面出现损伤,无法得到正常图像。

经过实验发现电子束损伤不能完全避免,但可以通过降低加速电压、用低倍率快速观察和拍照或延长离子溅射仪喷镀金属膜时间的方法降低其损伤程度。如图11、图12 所示,降低加速电压后,同等时间条件下在扫描电镜下观测TAC膜,其表面细节清晰可见。

图11加速电压为15 KV,80 s,导致TAC膜表面出现明显的膨胀现象,样品严重损伤Fig l1 The TAC film surface is expand with the accelerating voltage of 15 KV.

图12加速电压5 KV,80 s扫描,得到TAC膜真实的表面形态Fig l2 The TAC film surface is clear with the accelerating voltage of 5 KV.

4.4 污染的解决方法

待测样品本身不够清洁或扫描电子显微镜内腔受到污染都会影响拍摄结果。

实验发现污染的问题能彻底规避。

(1)预处理时,在不破坏样品表面结构的前提下,对膜材料进行轻轻擦拭清洗,确保其表面细节清晰可见。进过一系列处理后,放入扫描电子显微镜样品仓中的样品一定是完全干燥的;

(2)粉状待测样品在制备过程中用量要适宜,不要出现物质相互重叠的现象,确定其本身生化性质稳定,通过高真空分析检测后,测试样品状态稳定;

(3)要避免高分子样品,比如PMMA样品因发热带来的污染;

(4)避免入射电子束对测试样品某一区域的较长时间照射,电子束作用到样品上产生的各种气体也会对扫描电子显微镜本身性能造成影响。如图13所示,在制样过程中未对样品表面进行彻底清洁,实验过程中对样品局部又进行长时间的电子束照射后,在扫描电镜下观测TAC膜发现明显变化。

图13加速电压15 KV,20s时,电子束较长时间照射下,TAC膜严重受损Fig l3 The TAC film that electron beam irradiate on can be burn when accelerating voltage is 15.0kv and irradiation time is more than 20s.

5结论

本文通过对测试样品的SEM观测,阐述了由于荷电效应、边缘效应、电子损伤以及污染造成图像失真的原因及解决方法。由于测试样品的类型繁多,其微观结构的不规则性易出现图像缺陷等问题,这些缺陷的形成一部分原因是可避免的人为因素,更重要的是要考虑SEM本身性能及成像原理。通过长期及大量的实验得出下列方法,如降低电压法、快速观测等可以减少图像缺陷的产生。在平时测试中,对于不同的样品,要根据其独特性,进行不同的分析方式,多次重复并且调试各组测试参数,拍摄得出最佳图片。

摘要：扫描电子显微镜对待测样品的要求极其严格,样品一定要不含水分、无磁性、无毒性且成分稳定,不导电和导电性差的样品要通过离子溅射仪镀膜,它是样品进行微观分析时的重要实验手段。本研究以各研究室送的检测样品为材料,应用扫描电子显微镜对各类样品进行表征。在具体操作时会出现荷电效应、边缘效应、电子束损伤、污染这4种常见的扫描电镜图像缺陷,分析了其影响因素,提出可以通过使样品导电法、降低电压法、快速观察法及减少污染法等方法解决图像缺陷问题,并展示了结果。

篇4：扫描电镜测试报告

关键词：冠状冠环线虫；大唇片冠环线虫；小唇片冠环线虫；体表结构；扫描电镜

中图分类号：Q959.17；S432.4+5 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0214-04

冠环属（Coronocyclus）线虫隶属于圆线目（Strongylida）圆线科（Strongylidae）盅口亚科（Cyathostominae），是马属动物肠道内感染率较高的寄生圆线虫，往往造成宿主消瘦、贫血甚至死亡^[1-5]。1986年，德国学者Hartwich对盅口族（Cyathostominea）线虫进行了分类修订，根据角质支环与口囊壁前端完全分开这一特征建立了一个新属——冠环属（Coronocyclus），并将盅口属（Cyathostomum）的4个种移入该属，即冠状冠环线虫（C. coronatus）、大唇片冠环线虫（C. labiatus）、小唇片冠环线虫（C. labratus）和箭状冠环线虫（C. sagittatus）^[6]。随后，Dvojnos等又发现了一个新种，命名为尤氏冠环线虫（C. ulambajari）^[7]。近几年来，笔者对河南省驴肠道寄生线虫的感染情况进行了调查，仅采集到冠状冠环线虫、大唇片冠环线虫和小唇片冠環线虫3种冠环线虫。尽管国内外学者在光镜下已经对这3种线虫作了详细的描述^[8-10]，但是尚未见扫描电镜的相关报道。由于扫描电镜技术可以更直观、更清晰地观察到线虫的体表结构特征，因此被广泛应用于线虫的分类鉴定^[11-14]。本研究首次应用扫描电镜技术对冠环属3种线虫的体表特征进行观察和比较，不仅可以为线虫的分类鉴定提供更多、更具体的形态学依据，同时还可以为马属动物线虫病的诊断和防治提供参考依据。

1 材料与方法

采自河南省驴肠道内的线虫标本经过处理后，固定保存于70%乙醇中。固定标本先用乳酸苯酚溶液（2份甘油、1份苯酚饱和溶液、1份乳酸、1份水）透明，然后在光学显微镜下进行形态学初步鉴定，种类鉴定主要采用张路平等提出的分类系统标准[8-9，15]。标本保存于河南师范大学生命科学学院。

挑选冠环属3种线虫雌雄虫体各5头，用于扫描电镜观察。先用0.1 mol/L磷酸缓冲液（pH值 7.2）充分漂洗干净，再用2.5%戊二醛固定3 h，经磷酸缓冲液漂洗后，放入1%锇酸固定1.5 h，再经磷酸缓冲液漂洗，各级乙醇梯度脱水，醋酸异戊酯置换，CO2临界点干燥，喷金镀膜后，在S-570扫描电镜下观察和拍照（工作电压15 kV）。

2 结果与分析

2.1 冠状冠环线虫

口领显著，头部顶面观呈圆形。4个亚中乳突起自口领基部向顶部延伸呈隆起状，到达口领顶部后，突出口领之上呈子弹形（图1-1、图1-2、图1-3），乳突长9.7～11.8 μm（10.9 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图1-4）。口孔较大，近似圆形，直径为39.4～41.3 μm（40.2 μm）。口孔周围环绕着1圈外叶冠，由22个小叶组成，小叶长18.3～26.1 μm（22.5 μm），基部宽3.4～4.6 μm（4.1 μm），小叶末端钝圆，有的伸向口孔，有的向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领表面（图1-2、图1-3）。

雄虫（n=5）：体长7.45～8.51 mm（7.92 mm），最大体宽341.3～392.5 μm（370.2 μm）。尾部具有发达的交合伞，由1个较长的背叶和2个卵圆形的侧叶组成，背叶和侧叶分界明显（图1-5、图1-6）。生殖锥短，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上有1对卵圆形结构的附属物，中部相融合，上面分布着许多刚毛状突起（图1-7）。

雌虫（n=5）：体长8.90～10.09 mm（10.01 mm），最大体宽372.4～453.2 μm（411.7 μm）。尾部直，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图1-8、图1-9）。阴门距肛门110.2～120.4 μm（116.3 μm），肛门距尾端174.2～194.1 μm（183.5 μm）。

2.2 大唇片冠环线虫

口领显著， 头部顶面观呈圆形。口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个大的唇形结构，每个唇片的基部中央伸出1个亚中乳突，亚中乳突的大部分与唇片结合在一起，只有顶部游离在唇片的外面（图2-1、图2-2、图2-3），乳突长6.1～7.2 μm（6.8 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图2-3）。口孔较大，近似圆形，直径41.5～46.8 μm（44.3 μm）。口孔周围环绕着1外叶冠，由19个小叶组成，小叶长26.7～29.3 μm（27.4 μm），基部宽4.2～5.3 μm（4.7 μm），小叶末端钝圆，向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领的表面（图2-3、图2-4）。

雄虫（n=5）：体长7.65～8.19 mm（7.94 mm），最大体宽312.6～428.3 μm（364.7 μm）。尾部具有发达的交合伞，背叶较宽阔，稍长于侧叶，背叶和侧叶分界不明显（图2-5、图2-6）。生殖锥短，卵圆形，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上分布着约10个大小不等的圆锥形附属物（图2-7）。

雌虫（n=5）：体长9.76～11.23 mm（10.54 mm），最大体宽413.6～542.3 μm（486.7 μm）。尾部粗壮，稍弯向背侧，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图2-8、图2-9）。阴门距肛门105.3～116.4 μm（112.1 μm），肛门距尾端131.7～162.5 μm（143.9 μm）。

2.3 小唇片冠环线虫

口领显著，头部顶面观呈圆形。口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个小的唇形结构，每个唇片的基部中央伸出1个亚中乳突，亚中乳突仅基部与唇片结合在一起，其他大部分游离在唇片的外面（图3-1、图3-2、图3-3），乳突长5.9～6.8 μm（6.3 μm）。口领顶端两侧各有1个头感器，头感器小，稍微隆起，中间有一裂缝（图3-2）。口孔稍小，近似圆形，直径为32.6～35.5 μm（34.7 μm）。口孔周围环绕着1圈外叶冠，由18个小叶组成，小叶长11.4～19.6 μm（16.3 μm），基部宽2.4～4.3 μm（3.5 μm），小叶末端钝圆，有的伸向口孔，有的向外翻卷。外叶冠的起始部位低于口领表面（图3-1、图3-2）。

雄虫（n=5）：体长5.67～6.78 mm（6.54 mm），最大体宽238.4～297.1 μm（254.8 μm）。尾部具有发达的交合伞，由1个稍长的背叶和2个卵圆形的侧叶组成，背叶和侧叶分界明显（图3-4、图3-5）。生殖锥短小，由腹唇和背唇组成，两唇之间的横裂即为泄殖孔。背唇上有1个月牙状的附属物，两端呈卵圆形（图3-6、图3-7）。

[CM（24]雌虫（n=5）：体长6.96～7.92 mm（7.68 mm），最大体宽294.8～345.3 μm（328.2 μm）。尾部直，尾尖呈指形。阴门卵圆形，靠近肛门。肛门横裂，呈月牙形（图3-8、图3-9）。阴门距肛门64.2～87.1 μm（76.4 μm），肛门距尾端86.3～98.2 μm（92.5 μm）。

3 结论与讨论

首次采用扫描电镜对冠环属3种线虫的体表结构进行了详细的观察和描述，结果发现3种线虫外部形态特征具有明显的差异：（1）冠状冠环线虫的外叶冠由22个小叶组成，小叶长18.3～26.1 μm（22.5 μm），基部宽3.4～4.6 μm（4.1 μm）；大唇片冠环线虫外叶冠小叶为19个，小叶长 26.7～29.3 μm（27.4 μm），基部宽4.2～5.3 μm（4.7 μm）；小唇片冠环线虫为18个小叶，小叶长11.4～19.6 μm（16.3 μm），基部宽2.4～4.3 μm（3.5 μm）。外叶冠形态特征的差异是鉴定圆线虫种类的重要依据之一，外叶冠的形状和数量在光镜下有时难以辨别，但在扫描电镜下可以观察得十分清楚。在以往的报道中，只是对外叶冠小叶的数量进行了描述^[8-10]，而本研究提供了更多、更具体的形态特征。（2）冠狀冠环线虫的4个亚中乳突起自口领基部，向口领顶部延伸呈隆起状；大唇片冠环线虫口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个大的唇形结构；小唇片冠环线虫口领内上缘在背腹面和侧面向内延伸形成4个小的唇形结构。从观察结果来看，冠环属3种线虫亚中乳突基部的形态特征明显不同。大唇片冠环线虫和小唇片冠环线虫的头部特征比较相似，只是大唇片冠环线虫的口领基部形成4个特别显著的唇形隆起，而小唇片冠环线虫形成的唇形隆起小而低，与光镜下的观察结果^[8-10]一致。（3）冠状冠环线虫雄虫生殖锥背唇上有1对卵圆形结构的附属物，中部相融合，上面分布着许多刚毛状突起；大唇片冠环线虫生殖锥背唇上约有10个大小不等的圆锥形附属物；小唇片冠环线虫生殖锥上有1个两端呈卵圆的月牙形附属物。生殖锥一般包埋在雄虫交合伞下面，不易被观察，而在扫描电镜下，生殖锥的立体感较强，结构非常清晰。本结果与Lichtenfels等的描述^[9]稍有不同。在Lichtenfels等的报道中，大唇片冠环线虫生殖锥上有2对圆锥形突起，而小唇片冠环线虫生殖锥上有1对梨形附属物，中部相融合。笔者认为产生这些差异的原因可能有2个：一是由于地理分布不同造成的种内变异；二是由于在光镜下生殖锥附属物形态结构不容易分辨，使得研究者的描述和看法不同。（4）冠状冠环线虫雌虫尾部直，尾长174.2～194.1 μm（183.5 μm）；大唇片冠环线虫尾部粗壮，稍弯向背侧，尾长131.7～162.5 μm（143.9 μm）；小唇片冠环线虫尾部直，尾长86.3～98.2 μm（92.5 μm）。3种线虫雌虫尾部形态与以往的报道^[8-10]基本一致。本研究结果进一步证明，通过扫描电镜能够清晰、准确地观察到线虫的体表结构特征，可以为线虫的分类鉴定提供更多、更详细的形态鉴别依据。

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篇5：扫描电镜测试报告

松材线虫病是一种毁灭性的森林病害,不同地区的松材线虫在形态特征方面有一定的差异.采用扫描电子显微镜对来自湖南、广东两地3个株系松材线虫进行了形态观察比较.结果表明:这3个株系的松材线虫成虫的头部、尾部形态特征无明显差异,幼虫和成虫的唇区与体部都出现缢缩;松材线虫口针的`开口端呈一斜面;雄性成虫尾部交合伞呈“M”型.这些特征都是在过去的研究中没有描述过的,可为松材线虫的形态研究提供参考依据.

作 者：曹福祥 龙绛雪 滕涛 王猛 王卫文 CAO Fu-xiang LONG Jiang-xue TENG Tao WANG Meng WANG Wei-wen 作者单位：曹福祥,龙绛雪,滕涛,王猛,CAO Fu-xiang,LONG Jiang-xue,TENG Tao,WANG Meng(中南林业科技大学生命科学与技术学院,湖南,长沙,410004)

王卫文,WANG Wei-wen(广州市林业局,广东,广州,510030)

篇6：葎草茎叶表面的扫描电镜观察

【摘要】目的 观察葎草茎叶的表面细微结构。方法 取新鲜葎草的茎叶进行扫描电镜观察。结果 葎草茎叶表面有腺鳞和3种类型的非腺毛分布，气孔器无规则型。结论 葎草茎叶表面细微结构为药材的鉴别提供了新的依据。

【关键词】葎草;叶表面; 扫描电镜;细微结构

葎草为桑科植物葎草Humulus scandens (Lour.) merr.的干燥全草[1]，具清热解毒、利尿消肿等功效，用于肺结核潮热、胃肠炎、痢疾、淋症痔疮等症。葎草挥发油主要含α、β酸类成分[2]。叶片作为植物与外界的屏障,其表皮和被毛特征已成为分类和鉴定的有力证据[3]。随着扫描电镜(SEM)的应用,这些特征更广泛地应用于不同的分类群的区分，在药用植物的鉴别中也备受关注[4-6]。国内尚无葎草新鲜茎叶表皮细微特征的报道。本文采用扫描电镜观察葎草茎叶表皮的细微结构特征，为药材的鉴别提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

葎草采自广东药学院药用植物园，并经作者鉴定。

1.2 方法

取从茎顶端往下数第5枚叶，在叶片近中脉处取约0.2 cm2的叶片样品。茎样品取第4与第5枚叶之间的茎。扫描电镜样品制备[5]：把剪下的样品放入装有2.5%戊二醛固定液(预冷)的青霉素小瓶内，用针筒抽气直至样品下沉，再放入4 ℃冰箱中固定6 h;吸除固定液，加入0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH7.2)，摇动，漂洗6次，每次20 min;吸除缓冲液，用体积分数为30%、50%、70%、90%的乙醇进行逐级脱水，每次15 min;吸除乙醇，再用体积分数100%丙酮(加无水CaCl2)脱水3次，每次15 min;醋酸异戊酯(加无水CaCl2)置换2次，每次15 min。把样品取出进行临界点干燥。用双面胶粘在观察台上，经喷镀金膜后，置日本日立公司S?520型扫描电镜下观察和照相。

关于文中所用的叶表皮术语，参照Dicher [7] 和王宇飞[8]等的报道。

2 结 果

2.1 叶上表面

整体上凹凸不平，细胞轮廓清晰，形状不规则，非腺毛众多，气孔较少，存在于副卫细胞凹陷处。表皮细胞形态不规则，多样，大小差别小;垂周壁较下表皮表皮细胞垂周壁光滑，细胞向上隆起成龙骨状，表面有角质纹饰，角质加厚不均匀。有大量单细胞非腺毛，较小，基部圆球形，上端多数锐尖，毛细胞表面有疣状突起，毛基部有1圈表皮细胞呈环状排列，这些表皮细胞表面有清晰的棱条形角质纹饰。其结构见图1A。

2.2 叶下表面

表皮细胞轮廓清晰，性状不规则，多样，大小差别较大，细胞结合紧密，无细胞间隙;垂周壁波浪状，细胞中间向上隆起，表面有清晰的角质加厚，加厚不均匀，边缘有条形纹饰。单细胞非腺毛两种，一种呈圆锥状，较长，基部膨大成圆球形，毛上有疣状突起，非腺毛底部的表皮细胞突出表面与其他细胞区别明显(见图1D);另一种先端弯曲或钩状，坚硬，多存在于脉上，表面无疣状突起(见图1E)。有小腺毛零星分布，单细胞或两个细胞头部，柄部2个或2列4个细胞(见图1B)。腺鳞较多，头部突出表皮细胞表面，呈椭圆形平顶状，基部的表皮细胞向下凹陷(见图1C)。气孔器随机单个分散在下表皮上，气孔器类型根据Dilcher[6]的概念属于无规则性(Anomocytic type),与保卫细胞相邻的几个细胞(副卫细胞)与其周围的表皮细胞无区别。气孔椭圆形，外拱盖单层，内缘较平滑;保卫细胞两极不具“T”型加厚。其结构见图1B。

2.3 茎

多角形,表皮细胞长条形。单细胞非腺毛两种，一种与叶脉上相同,另一种为丁字形，表面有疣状突起，毛基部有1～2圈表皮细胞呈环状排列。其结构见图1F。

3 讨 论

葎草表面有3种类型的单细胞非腺毛分布：叶的上下表面主要分布的是圆锥状、基部球形的非腺毛，不同之处在于下表面的非腺毛远较上表面的非腺毛长;钩状非腺毛多分布于叶脉和茎表面;丁字形单细胞非腺毛分布于茎表面。以上结果在《中华本草》中没有记载。此外，本文结果显示，葎草叶的下表面有众多腺鳞分布，这在国内尚未见有报道;未见《中华本草》所记载的.含钟乳体的晶细胞及非腺毛。本文结果与用光学显微镜观察的结果一致[9]，为葎草的鉴别提供了新的依据。

经典的中药鉴定学对葎草的描述仅限于叶的表面是否被毛，而对于上下表面被毛的差异并没有明确说明，作者认为对叶片被毛情况的观察,特别是对于表皮毛的表面特征如疣状突起、角质层等方面，电子显微镜的使用显示出了明显的优势。组织形态学与细微形态二者相互进行印证，将更加有助于推动中药鉴定学的发展。

【参考文献】

[1] 中国中医药管理局《中华本草》编委会.中华本草:第二册[M].上海:上海科学技术出版社,:514.

[2] 中国药材公司.中国中药资源志要[M].北京：科学出版社，1994: 190.

[3] 林新春,俞志雄.木兰科植物的叶表皮特征及其分类学意义[J].浙江林学院学报,,21(1):33-39.

[4] 肖小河，赵艳玲，金城，等.国产姜黄属植物叶表皮的组织形态学观察[J].中国中药杂志,2004,29(3):203-207.