透射電子顯微鏡簡易操作指南

TecnaiG220S-TWIN透射電子顯微鏡簡易操作指南說明：本文件的目的在于幫助用戶記憶培訓(xùn)的內(nèi)容，不能代替培訓(xùn)。有意自己操作透射電鏡的用戶請到現(xiàn)場參加培訓(xùn)。為了把此文件的篇幅限制在一個合理程度，文件內(nèi)容難于面面俱到。歡迎各位對本文件的內(nèi)容提出寶貴意見！簡介：TecnaiG220ST透射電鏡TecnaiG220ST透射電鏡操作注意事項(xiàng)檢查實(shí)驗(yàn)室安全及儀器運(yùn)行狀況TecnaiG220ST透射電鏡基本操作步驟1.登陸計算機(jī)2.打開操作軟件3.檢查電鏡狀態(tài)5.裝載樣品6.插入樣品桿7.加燈絲電流8.開始操作9.結(jié)束操作10.取出樣品桿11.卸載樣品12.真空低溫（CryoCycle）13.數(shù)據(jù)刻錄、轉(zhuǎn)化和輸出14.關(guān)閉操作軟件15.退出計算機(jī)16.實(shí)驗(yàn)記錄（注意：其中4,5,6,10,11等操作是必須由TEM室的高老師進(jìn)行操作。遇到任何異常的情況都應(yīng)停止操作，并詢問高老師。）一.TecnaiG220ST透射電鏡生產(chǎn)廠家：美國FEI公司 主要附件：美國Gatan公司1k×1kCCD相機(jī)美國EDAX公司X射線能譜儀主要規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)最高加速電壓200KV電子槍LaB6或W燈絲點(diǎn)分辨率晶格分辨率最小束斑尺寸放大倍數(shù)25×-1030K×樣品臺最大傾轉(zhuǎn)角A:±40°，B：±40°X射線能譜分辨率136ev分析范圍Be-U主要功能及應(yīng)用范圍觀察各種材料的微觀結(jié)構(gòu)并對樣品進(jìn)行納米尺度的微區(qū)分析，如：形貌觀察；高分辨電子顯微像；電子衍射；會聚束電子衍射；衍射襯度成像；X射線能譜分析等儀器工作條件工作溫度：15℃~工作濕度:＜80%電力供應(yīng)：220v(±10%),50Hz主要測試項(xiàng)目：明場像（BF）、暗場像（DF）高分辨像（HRTEM）能譜分析（EDX）選區(qū)電子衍射（SAED）二.TecnaiG220ST透射電鏡操作注意事項(xiàng)透射電鏡及其附屬設(shè)備中有高壓電、低溫、高壓氣流、電離輻射等危險因素，因此不正確的使用有可能造成儀器損壞，甚至人身傷亡。請您正確操作儀器，不要打開儀器的面板或試圖接觸培訓(xùn)過程中未允許您操作的部分，即使您對自己的操作很有信心。未獲得授權(quán)的用戶請勿操作電鏡。請勿用透射電鏡觀察磁性樣品，磁性樣品有可能給電鏡造成嚴(yán)重傷害。嚴(yán)禁用手觸摸樣品桿O圈至樣品桿頂端的任何部位；在下列情況下必須首先關(guān)閉Col.Valves：插入或拔出樣品桿時；結(jié)束操作時；操作者離開實(shí)驗(yàn)室時（無論時間長短）；有任何意外情況發(fā)生時。電鏡樣品臺紅燈亮?xí)r不要插入或拔出樣品桿；插入或拔出樣品桿之前必須確認(rèn)樣品臺已回零；任何機(jī)械操作都不要太用力（包括裝卸樣品，插拔樣品桿，操作旋鈕、按鈕等）；鏡筒部分真空（Column）數(shù)值降到20以下才可打開Col.Valves；使用CCD相機(jī)拍照時，電子束一定要散開（至少與熒光屏一樣大）；數(shù)據(jù)拷貝的方式是刻錄光盤，嚴(yán)禁使用優(yōu)盤。檢查儀器是否運(yùn)行正常查看儀器控制面板上的指示燈（正常情況為On燈滅，Off、Vac和HT燈亮）。查看樣品臺的指示燈（正常情況指示燈不亮）。檢查空調(diào)、冷卻水機(jī)、空氣壓縮機(jī)、不間斷電源及其他相關(guān)設(shè)備儀表的工作狀況，確保其正常運(yùn)行。檢查實(shí)驗(yàn)器材（樣品桿、鑷子、杜瓦瓶、投影室視窗）是否有損壞。檢查儀器使用日志。注意事項(xiàng)如果發(fā)現(xiàn)儀器或者實(shí)驗(yàn)記錄有異常情況，須立即向儀器管理人員匯報，不得擅自處理。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)器材有損壞，應(yīng)立即向儀器管理人員匯報。若實(shí)驗(yàn)結(jié)束后匯報，或者不報，視為損壞儀器。為造成不必要的麻煩，實(shí)驗(yàn)前請認(rèn)真檢查。（以下操作步驟簡介中的圖片都是TECNAIF30場發(fā)射透射電鏡，僅供參考。）四.TecnaiG220ST透射電鏡基本操作步驟.登陸計算機(jī)注意：計算機(jī)平時一直處于開機(jī)狀態(tài)。自助用戶以自己的用戶名和密碼登陸，電鏡計算機(jī)（左側(cè)白色顯示器）。.打開操作軟件需要打開下列軟件：TecnaiUserInterface為主程序，通常已經(jīng)啟動。GatanDigitalMicrograph為拍攝軟件，進(jìn)行形貌觀測時必須打開此軟件。.檢查電鏡狀態(tài)真空：在TecnaiUserInterface軟件中，在Setup→Vacuum控制面板中：Gun,Column,Camera的壓力指示條都應(yīng)該是綠色的才為正常。高壓：在TecnaiUserInterface軟件中，在Setup→HighTension控制面板中：在正常情況下，HighTension指示條為黃色，高壓指示值為200kv。高壓平時一直加到200kv。若發(fā)現(xiàn)真空或高壓等狀態(tài)異常，請停止使用，在正常工作時間內(nèi)應(yīng)立即聯(lián)系技術(shù)員處理。將投影室視窗用擋板擋住。戴上手套，將液氮小心地倒入杜瓦瓶中（不要裝滿），慢慢將銅辮伸入杜瓦瓶中，并將杜瓦瓶安置在支架上。將瓶中的液氮裝滿，并蓋上蓋子。往能譜罐中加滿液氮（一般不用此操作）。注意事項(xiàng)操作前應(yīng)將投影室視窗用擋板擋住，以確保液氮不會濺落到上面。如果液氮濺落到視窗上，可能引起玻璃破裂，將會對實(shí)驗(yàn)者造成巨大的危害。.操作中，杜瓦瓶中的液氮遇熱沸騰，所以剛開始液氮不要裝得太滿，以免液氮濺出傷人。應(yīng)確保杜瓦瓶中有足夠的液氮，因此每隔3-4個小時應(yīng)該加滿液氮一次。.裝載樣品選擇樣品桿，取下前端套筒。檢查樣品桿尖端以及夾具是清潔干燥的。保持一只手頂在樣品桿的末端，確保它不會移出套管。將（套管支持架上其中一個孔中的）工具插入到夾子前面的孔中，然后提起夾子到最大可能的角度。將待測樣品裝入樣品桿，樣品正面需朝下。用工具把夾子小心地降到樣品之上，并確保樣品保持在正確位置。樣品安全夾子必須小心地放低，否則，樣品和夾子會被損傷。將樣品桿旋轉(zhuǎn)180°，輕敲套管，確保樣品不會掉落樣品桿有兩種類型：單傾：只能在A方向傾轉(zhuǎn)雙傾：在A，B兩個方向都能傾轉(zhuǎn)如不需傾轉(zhuǎn)樣品，請選擇單傾樣品桿。注意事項(xiàng)裝卸樣品時不要用手觸摸樣品桿O圈至樣品桿頂端的任何部位；動作要輕，不要野蠻操作；樣品桿的夾子應(yīng)小心提起和放下，否則容易損壞樣品桿。裝好樣品一定要確定樣品在凹槽處，并且不會掉落。裝卸樣品所用工具在使用后需及時放回原位。目前不提供TEM樣品制備服務(wù)，請大家自己制備好樣品。請勿在電鏡實(shí)驗(yàn)室制備樣品。制備好的樣品要等充分晾干后再裝入電鏡。.插入樣品桿水平拿持樣品桿末端，使樣品桿上的定位銷對準(zhǔn)樣品臺上的狹縫（大約5點(diǎn)鐘位置），慢慢插入樣品桿直到不能繼續(xù)插入為止（此過程中注意保持樣品桿與樣品臺盡量同軸）。這時樣品臺上的紅燈亮，機(jī)械泵開始預(yù)抽樣品室氣鎖處的真空。若是雙傾桿，則在TecnaiUserInterface軟件中需要選擇合適的樣品桿類型并確認(rèn)，然后連接B方向傾轉(zhuǎn)控制電纜并確認(rèn)。大約3分鐘以后，樣品臺上的紅燈熄滅，逆時針旋轉(zhuǎn)樣品桿直到不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)為止，然后必須握緊樣品桿末端（此時真空對樣品桿有較強(qiáng)的吸力作用），使樣品桿在真空吸力作用下慢慢滑入電鏡。插入樣品桿以后，要等鏡筒部分的真空（Column）數(shù)值降到20以下才能開始操作。注意事項(xiàng)如果對樣品桿或全自動樣品臺的任何手動操作需要相當(dāng)?shù)牧Γ瑒t表明某些地方出了問題。永遠(yuǎn)不需要使過大的力來操作，否則將導(dǎo)致樣品桿或全自動樣品臺的損壞。一旦樣品桿完全進(jìn)入，小心地用一個手指輕敲幾下樣品桿的帽幫助樣品桿嵌入位置從而提高其穩(wěn)定性。樣品臺的紅燈亮起的時候不能夠進(jìn)樣，必須等紅燈熄滅后才能操作。如果在進(jìn)樣的過程中，發(fā)現(xiàn)column的真空值突然變?yōu)?9，說明真空被破壞，應(yīng)立即與管理員聯(lián)系。.加燈絲電流開始操作之前，在TecnaiUserInterface軟件→Setup中，F(xiàn)ilament指示條應(yīng)該為灰色（表示燈絲沒有加，不操作時燈絲需退掉）。待鏡筒部分真空（Column）數(shù)值降到20以下，點(diǎn)擊Filament指示條，此時燈絲會自動加到預(yù)設(shè)的狀態(tài)，F(xiàn)ilament指示條變?yōu)辄S色。注意記錄加燈絲前后Emission等數(shù)值。.開始操作用戶界面左控制面板軌跡球：電子束平移Intensity：改變光強(qiáng)度wobble：使樣品搖擺tilt：增大或減小樣品臺的傾轉(zhuǎn)tilt：增大或減小樣品臺的傾轉(zhuǎn)（只對雙傾臺）MultifunctionX：多功能鍵右控制面板軌跡球：移動樣品Z-axis：改變樣品臺的Z位置Magnification：放大倍數(shù)Focusstep：改變聚焦變化步長Focus：改變聚焦MultifunctionY：多功能鍵Diffraction：衍射鈕L1：抬起或放下熒光屏（也可以用鏡筒旁邊的按鈕）.操作步驟1.打開Col.Valves，確認(rèn)鏡筒部分真空（Column）數(shù)值降到20以下，點(diǎn)擊Col.Valves指示條，其由黃色變?yōu)榛疑?。黃色表示關(guān)閉，灰色表示打開。Col.Valves代表V7和V4兩個真空閥，是分別隔離鏡筒與電子槍及鏡筒與照相室的。當(dāng)Column真空沒有到規(guī)定的數(shù)值（20以下）時，打開Col.Valves將使電子槍的真空急劇惡化，從而損壞燈絲壽命。若在軟件右下方，選擇VacuumOverview視窗，可以發(fā)現(xiàn)，該操作可以使V7和V4閥門同時開啟。開啟閥門：V7和V4閥門同時關(guān)閉，同時開啟：2.找樣品，聚焦打開Col.Valves后，即可看到電子束與樣品圖像，此時通常先在較低倍數(shù)找到感興趣區(qū)域，然后轉(zhuǎn)到較高倍數(shù)使圖像聚焦清楚。調(diào)整樣品最佳高度方法：首先按桌面右操作面板上的EucentricFocus鈕，然后盡量通過調(diào)節(jié)高度Z來聚焦，微調(diào)聚焦時可以使用Focus鈕。拍照前要把圖像調(diào)到欠焦?fàn)顟B(tài)（圖像邊緣是亮的）。注意事項(xiàng)閥門打開之后，就可以在投影室視窗中看到光斑。如果沒有看到光斑，可以按順序進(jìn)行如下操作找到光斑：將放大倍數(shù)（Magnification）縮小至低倍。將光路（Intensity）發(fā)散。移動樣品。若仍沒有找到樣品，請及時聯(lián)系管理員。3.合軸DirectAlignments通常在拍照前，需要對電子光路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，稱為合軸。在TecnaiUserInterface→Tune→DirectAlignments中可做如下合軸操作（在SA放大倍數(shù)下合軸）：GunTilt:找到一個沒有樣品的位置，分別調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），使exposuretime最?。娮邮盍粒unShift：在沒有樣品的位置，先點(diǎn)BeamShift，spotsize調(diào)到9，調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），把電子束調(diào)到熒光屏中心；然后點(diǎn)GunShift，spotsize調(diào)到3，調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），把電子束調(diào)到熒光屏中心。反復(fù)調(diào)幾次。最后把spotsize調(diào)回到1。BeamTiltPPX和BeamTiltPPY：在沒有樣品的位置，調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），使晃動的兩個電子束斑重合在一起。PPX和PPY兩個方向分別調(diào)。RotationCenter：將放大倍數(shù)升高到幾十萬倍，找到樣品上一個特征位置，將其放在熒光屏中心，抬起小屏幕，借助于目鏡，觀察選定的特征圖像，通過調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），使特征圖像的晃動達(dá)到最小。4.設(shè)置共心高度方法一：移動軌跡球找到樣品觀察區(qū)域。在10kx以上的放大倍數(shù)下。按操作面板上EucentricFocus按鈕。調(diào)Z－axis使影象聚焦到襯度最?。ㄒ话闱闆r此操作使Z軸數(shù)值為負(fù)值）。方法二：移動樣品，找到樣品上的某個尖端做特征點(diǎn)，將尖放于屏幕的正中心，光散開選擇適宜的放大倍數(shù)，通常在10K以下先初調(diào)，再增加到10K或以上細(xì)調(diào)。按操作面板上的wobble鈕，根據(jù)樣品擺動幅度，調(diào)Z－axis使影象聚焦到襯度最小。5.消像散在TecnaiUserInterface→Tune→Stigmator控制面板，可以消除三種透鏡像散，分別是:Objective:物鏡像散（最重要）。找到樣品上的一個非晶區(qū)，將放大倍數(shù)升高到幾十萬倍，借助于CCD相機(jī)，收集動態(tài)圖像（Search模式），調(diào)Focus鈕使圖像聚焦清楚（欠焦），然后做動態(tài)FFT（DigitalMicrograph→Process→Live→FFT）。調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），使FFT中的非晶環(huán)盡量變成圓形。這是消物鏡像散的一種快捷方式，但精度不是很高。比較傳統(tǒng)的方式是直接觀察非晶圖像（通過熒光屏小屏幕或CCD相機(jī)），把欠焦或過焦時非晶圖像中的方向性調(diào)沒，變成各向同性，同時正焦時圖像襯度最小。這種方法精度較高。Condenser:聚光鏡像散。在像模式下，調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），使電子束斑呈圓形Diffraction:衍射像散。在衍射模式下，調(diào)Mul.X和Y（多功能鈕），將透射斑調(diào)圓。a.調(diào)節(jié)聚光鏡像散用Intensity調(diào)節(jié)光強(qiáng)度。若發(fā)現(xiàn)光斑不是同心收縮（即光斑不圓），則需要調(diào)節(jié)聚光鏡像散。在CCD的Stigmator菜單中激活Condenser按鈕，使之變?yōu)辄S色。用多功能鍵（MF）將光斑調(diào)圓。最后點(diǎn)擊None確定。b.形貌觀察及照片獲得用軌跡球選擇樣品感興趣的區(qū)域。用Magnification旋鈕選擇合適的放大倍數(shù)，并將光發(fā)散至滿屏。用Focus按鈕選擇合適的步長。粗調(diào)至樣品襯度最小。按L1或者鏡筒左邊按鈕，將大熒光屏抬起。點(diǎn)擊search進(jìn)行圖像掃描調(diào)焦距，細(xì)調(diào)至最佳聚焦值點(diǎn)擊Acquire進(jìn)行拍照保存圖片注意事項(xiàng)用軌跡球找樣品時，若聽到報警聲，同時屏幕顯示OutofRange，表明樣品處于邊界位置，需往相反方向移動。由于高分辨像對樣品的穩(wěn)定性要求較高，所以若需要拍攝高分辨像需要讓樣品穩(wěn)定，一般需要穩(wěn)定半個小時以上。在search中的stage可以添加當(dāng)前位置坐標(biāo)，并能夠隨時調(diào)用。由于這種定位功能的偏差在幾百個納米，因此，這種方法不適合在太高倍數(shù)下使用。若樣品的位置處于邊界，請不要存儲和調(diào)用，因?yàn)檫@有可能使樣品在移動的過程中卡住，具有一定的危險性。Focus和FocusStepfocus鈕包含兩個旋鈕，下面的旋鈕控制focusstep，focusstep的數(shù)值小為細(xì)調(diào)，大為粗調(diào)。一般形貌拍攝選擇step2為細(xì)調(diào)，step3為粗調(diào)。該數(shù)值能夠在軟件的正下方觀察到。focus鈕上面的旋鈕控制Defocus，順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，Defocus值增大，逆時針Defocus值減小。Defocus值增大，圖像趨于過焦（樣品邊緣產(chǎn)生黑邊）；減小，圖像趨于欠焦（樣品邊緣產(chǎn)生亮邊）。最佳聚焦點(diǎn)：圖像略微欠焦。拍攝高分辨像時，需要調(diào)節(jié)物鏡像散。在樣品的附近選擇一塊非晶區(qū)域。在process中選擇liveFFT點(diǎn)擊CCD－Stigmator中的Objective按鈕利用多功能旋鈕將FFT中的圖形調(diào)圓。6.能譜分析EDX在快速啟動欄中，先后打開和RTEM程序確定物鏡光欄已經(jīng)退出在RTEMControl界面中點(diǎn)IN，此時EDX探頭將會伸入。在主程序中選擇EDX菜單，點(diǎn)擊view，進(jìn)行譜峰瀏覽。判斷EDX各項(xiàng)指數(shù)正常，譜圖中需要的元素能夠出現(xiàn)譜峰。一切正常，則可點(diǎn)擊Acquire開始做能譜分析。再次點(diǎn)擊Acquire停止分析。注意事項(xiàng)counts/s值最好大于800。Deadtime的數(shù)值不能為紅色，若為紅色，表明光太強(qiáng)，需要將光斑發(fā)散，或者將spotsize變小。EDX軟件分析點(diǎn)擊軟件右下方的圖標(biāo)，進(jìn)入能譜分析界面。在View中調(diào)出元素周期表選擇需要分析的元素。點(diǎn)擊Quantify進(jìn)行定量分析。數(shù)據(jù)保存點(diǎn)擊譜圖，選擇File-SaveAs保存原始數(shù)據(jù)為emi格式點(diǎn)擊數(shù)據(jù)分析結(jié)果，選擇File-SaveAs保存數(shù)據(jù)分析結(jié)果為txt格式。右擊譜圖，選擇Export輸出格式為tif或bmp的圖片7.圖像記錄與存儲本機(jī)有兩種圖像記錄方式：CCD相機(jī)和底片。(1)使用CCD相機(jī)拍照首先將電子束散開到至少與熒光屏一樣大，然后將屏幕抬起（右操作面板上的R1鈕），點(diǎn)擊DigitalMicrograph軟件左下角的Search按鈕（小鹿圖案），即可獲得動態(tài)的圖像。CCD有三種成像方式，用途不同：Search（小鹿圖案）：動態(tài)圖像，用于找樣品，調(diào)整聚焦和像散等；Focus（烏龜圖案）：動態(tài)圖像，用于拍照前細(xì)調(diào)聚焦和像散等；Record（照相機(jī)圖案）：用于拍攝圖像。CCD圖像可以存儲為*.dm3的原始格式（只有DigitalMicrograph軟件才能打開和處理）和*.tif等格式（適用于普通圖像處理軟件）。具體方法：File→SaveAs→*.dm3File→SaveDisplayAs→*.tif，*.gif，*.jpeg等。使用CCD相機(jī)注意：抬起熒光屏之前電子束一定要散開到至少與熒光屏一樣大；禁止觀察和拍攝衍射圖（衍射圖只能用底片來拍）；使用CCD觀察圖像過程中，如需改變放大倍數(shù)，必須先將熒光屏放下，調(diào)好后再抬屏觀察（防止改變倍數(shù)過程中電子束會聚或偏移）。(2)使用底片拍照設(shè)定好曝光條件后，按左操作面板上的Exposure鈕，熒光屏自動抬起，底片自動由送片盒導(dǎo)入光路，開始曝光。曝光結(jié)束后，底片自動被傳回收片盒，熒光屏放下。此時要及時記錄底片號等相關(guān)信息。注意事項(xiàng)拍照前必須關(guān)閉所有照明燈、關(guān)門，保持房間黑暗。拍照過程中保持安靜，不要說話和走動，不要晃動操作桌面。.結(jié)束操作結(jié)束操作時，首先關(guān)閉Col.Valves，然后退掉燈絲Filament，高壓不要退！實(shí)驗(yàn)完畢，先將放大倍數(shù)縮小低倍，并將光發(fā)散。關(guān)閉閥門：點(diǎn)擊Col.ValvesClosed按鈕，按鈕由灰變黃。此時Status顯示COL.VALVES。若發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)先關(guān)閉閥門。取出樣品桿首先將樣品臺回零（TecnaiUserInterface→Search→ResetHolder），等樣品臺上的紅燈熄滅；手握樣品桿末端，把樣品桿盡可能的拔出；順時針旋轉(zhuǎn)樣品桿直到不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)為止；保持水平地把樣品桿拔出，如是雙傾桿，則需先拔掉電纜插頭注意事項(xiàng)點(diǎn)擊Holder使X、Y、A、B值為零。Holder完成后，若發(fā)現(xiàn)樣品臺的紅燈是亮的，則需要再點(diǎn)擊一次Holder。.卸載樣品將樣品從樣品桿上取下來，所用工具在使用后需及時放回原位。如果是當(dāng)天最后一名操作者，需要把沒有裝載樣品的樣品桿（單雙傾都可）重新裝入電鏡。注意事項(xiàng)務(wù)必確認(rèn)閥門已經(jīng)關(guān)閉，樣品臺已經(jīng)歸零，且樣品臺的紅燈不亮。拔樣品桿的順序?yàn)椤鞍巍D(zhuǎn)——拔”，每一步操作必須到位，如果在拔的過程中同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動，很容易導(dǎo)致漏氣。樣品桿屬于儀器精密部件，使用時請小心，所有操作均不必使用特別大的力氣。兩個“拔”的過程務(wù)必確認(rèn)出力的方向與樣品桿方向平行。否則很容易將樣品桿和樣品臺損壞。操作前請反復(fù)確認(rèn)操作