[导读] 扫描电镜的基本操作：对中、消像散、对焦。图片质量好坏与该技能的切实掌握有极大关联。本文将以安徽大学现代实验技术中心林中清老师数十年的经验来和初学者交流其中的关键点和诀窍。

【作者按】与透射电镜相比，扫描电镜一直被认为是一款极为简单的仪器设备。结构简单、操作简单、结果也极为简单。但这种比较本身就是一个极简单的操作。不同的仪器设备都有其难点及适用范围，互相之间很难替代，更不能进行简单的比较。

对中、消像散、对焦这是所有电镜的基本操作，无论透射电镜还是扫描电镜都是如此。透射电镜步骤较多，扫描电镜的正确判断不容易。就像拍照一样，技术很简单，手指向下一按，你和大师按出来的结果是两码事，关键就在于点的把控。取景、用光、调焦、拍照的时间点都会对最终结果产生极大影响。简单的技术、复杂的原理、神奇的天分都会对结果产生很大影响。

网上有很多人都在说：我这也调好、那也调好为什么图像还是模糊？原因就在于他们对是否调整好的判断出现偏差，特别是对中和消像散。如果样品信息不强、衬度不足，偏差就会很大。

如何做到正确判断？调整点如何选择？

下面将从对中、消像散、对焦、亮度和对比度以及调整位置的选择这几个方面切入并展开探讨。

一 、对   中

“对中”指的是将电子束各个会聚点调整到光路的中轴线上。也称为“光路对中”，简称“对中”。

对中是所有显微系统成像的基础。光学显微镜、透射电子显微镜以及扫描电子显微镜的调整都是从光路对中开始，但各自都有自己的对中方式及要求。各电镜厂家的对中方式也不完全一样，笔者手中只有日立冷场发射扫描电镜，因此在对扫描电镜对中方式进行探讨的时候，将以日立冷场扫描电镜为例来加以说明。

日立冷场扫描电镜对中分为两种类型（其他厂家也基本如此）：机械对中，电子对中。

1.1机械对中

“机械对中”在许多厂家资料里面称作“合轴”。它是利用专用的合轴螺丝，通过专门配套的“螺丝起”将电子枪、聚光镜、物镜及光阑的机械中心汇合在镜筒的中轴线上。

机械对中是电镜对中的基础。在电镜调试过程中经常进行的电子对中需要建立在机械对中的基础之上。可以认为机械对中是粗调，电子对中是细调。

何时需要进行机械对中？厂家给出的答案，每次仪器安装或镜筒烘烤结束后，都要做一次机械对中。同时还规定了一个时间段：比如一年、半年或一个月做一次。个人的经验是：仪器操作过程中，发现光斑偏离过大就需要进行机械对中，也就是任何调整要有的才需要放矢。如何判断光斑偏离过大？看下图：

如上图所示：打开alignment功能后，选择Beam Align，选择不同加速电压观察，如果某些加速电压下看到中间的那几种不圆光斑或比其更差的光斑，说明光路偏离较大，需要进行机械对中。

仪器的调整都遵循以下原则：先粗后细，由简入繁。

先粗后细：指的是先找到衬度充分、比较粗糙的细节（没有充分的细节也可选择边缘）进行调整，待粗糙细节调整完善后再逐步过渡到微小细节的调整。

由简入繁：指的是将复杂的操作分解成一个个独立的简单操作。在进行每一步操作时都要排斥别的操作干扰，在完成一个操作后再进入下一个操作。每一步操作都在完美的完成前一步操作的基础上来深入，循环往复直到将仪器调整到最佳状态。

机械对中的过程也是如此。首先找到一个明显的细节；接着排除各种干扰，比如：在进行机械调整前我们将先屏蔽掉许多对该调整形成干扰的因素，包括电子对中、光阑、透镜调整等等；然后按照仪器厂家设定的条件和方法，用机械的方式来对光路进行校正。完成后再一个个加入光阑、透镜等功能的整调，并一一分别调整到位，细节决定成败。具体操作可参看各电镜厂家的使用说明，日立冷场电镜可参看（附件一、机械合轴）。

1.2电子对中

电子对中是指利用电镜的对中电路来调整专用的磁透镜磁场，以拖动电子束进行精确合轴。 

电子对中相比机械对中，电子束移动的幅度小、精确度高。它是在完成机械对中的基础上来展开，是光路对中操作的末级。日常电镜操作中的光路对中，主要就是指电子对中。

何时需要进行电子对中呢？

当我们在调焦以及消像散时发现图像位置在移动，就说明电子束对中出现问题，需要进行校准。这一现象会发生在任何状况下，甚至会发生在同一个样品的不同位置。由于对中校准对图像的最终结果影响非常大，且倍率越高影响越大，因此无论该现象出现在何时、何处，都必须先对中。许多人（包含专业人员）对这一点的认识并不充分，往往图像结果的不尽人意都来源于此。

各厂家电子对中都包含三个部分，光阑以及两个消像散（X\Y）。这三部分对中的好坏对结果都有很大影响，必须都要调整到位。有些厂家对客户全部开放，而有些只开放一部分，这将对最终结果产生影响，高倍率的影响更甚。仪器对中的开放不足也是电镜高倍率图像（30万倍以上）最后总是调整不到位的缘由。

电子对中和机械对中的操作要点极为相似：排除各步骤间的互相干扰、独立调整、循环往复、步步逼近。具体步骤参看各厂家使用说明。附件二、S-4800 简易使用手册（五轴全自动马达台用），日立冷场扫描电镜的调整方式。

二、消像散

透镜磁场的不均匀（形成不均匀原因很多：镜筒精度、线圈精度等等），会造成经过透镜的电子束，束斑内的束流强度分布出现差异，形成图像的像散。具体表现为电子束斑形态为微椭圆，短轴面束流强度略强，长轴面强度略弱。

该差异会使得电子束激发的样品信息单元出现强度分布差异。探头接收到这些信息，形成的图像像素点亮度会变得不均匀，从而影响图像的清晰度，更有甚者可以影响图像的细节分辨。

图像有像散现象的表现是：在进行欠焦、正焦、过焦变化时，图像会出现左、右拉伸的形变。消除了像散影响，图像做上述聚焦操作时，在清晰和模糊的变化过程中，形态保持不变。

调焦时如果发现有像散现象出现，就要调整像散。调像散的步骤是：先看像散对中，判断方式是像散调整时图像位置是否有移动，如有移动就必须先去进行对中操作。对中操作完成后，调整聚焦使图像处于没有形变的状态，图像是否清晰并不重要，然后进行消除像散的操作。

同样这步操作各厂家的要求与方法都不一样，需要参照使用说明。日立冷场可参看附件二、S-4800 简易使用手册。

三、对   焦

对焦是扫描电镜利用透镜对图像进行调整的最后一步，同时也是扫描电镜在进行对中、消像散操作时的辅助操作。因此其贯穿在整个电镜操作的始终。无论操作到哪一步，最后都要进行聚焦操作，使图像的每步操作都能保持一个最佳结果。这个细节不可忽略，否则你将无法获得最佳的整体调整效果。扫描电镜对焦基本上都设立粗和细两个调节旋钮，先粗后细是调整的原则。

四、亮度、对比度的调整

扫描电镜的图像调整在对焦后似乎就基本结束，但是亮度和对比度调整不佳，图像效果也不会好。

 亮度对比度调整往往和个人风格有关，很难通过语言来表述。个人建议：先将灰度调低看看细节信息，然后开始调对比度和亮度。随着对比度的加大图像边缘由于衬度的增加而趋向清晰，过程中保证细节不失是基本要求。最后调整亮度获取最佳结果。

五、调整位置的选择

样品调整位置的选择同样十分关键，对能否获得优质图像的影响也是不可小觑。调整位置该如何选择？应当遵循：有利于表现测试者所需获取的样品信息、有利于你对调整结果做精确判断。

A)有利于表现测试者所需的样品信息：首先样品提供者要对实验结果有明确目标，对出现的新信息要有一个准确判断，选择最符合腹稿的位置，也就是测试位置要明确。

其次对仪器操作者要求选择正确的调整点以保证图像的清晰区面积最大化。特别是对高低位置差异较大的样品，选择最高点以下三分之一处为调整点有利于画面大部分清晰。

B) 想要获得精确的调整，选择合适的调整位置很重要，这个位置的选择要有利于你对调整结果做精确判断。选择衬度大的样品细节来做调整参考点是最佳的方案。衬度越大每一步调整的参考就越清晰，你就越容易调整到位。

对薄膜样品来说表面平整，衬度信息一般都很差，选择样品边缘或垃圾做为粗调起始点最有利于你做精确判断。初调结束，薄膜的细节信息也就隐约出现在你眼前，这些细节信息将引导你对样品再做精细调整，可轻松获得满意结果。

六、结束语

扫描电镜的调整步骤相对于透射电镜似乎要简单很多。但是简单不代表人人都能轻松的精通。有时候越是简单的操作学问越大，精通起来越困难。入门越容易、精通越困难，指的就是这个。

相信大部分人不需要一周都能熟练掌握扫描电镜的操作技术，但是真正成为高手的没有几个。对仪器以及样品的敏感来自经验积累，是成为高手的基础。我的经验是：有的放矢、排除干扰、由粗到细，做好每一个细节，细节决定成败。

有的放矢是基础，它要求你看到图像就要能很快判断出样品的特性。根据所需要的样品信息，给出合适的测试方案，做到这一点最为困难。其次在调整时能正确判断出测试条件存在怎样的问题，采用怎样的应对方案，这些都要成竹在胸。

排除干扰、由粗到细是调整时的具体要求。结合各厂家给出的操作步骤，找到每一步调整的关键点，你的调整一定能到位。这里的难点在于调整是否到位的判断要准确。

做好每一个细节，细节决定成败。往往细节是最容易被人们所忽视，也最不容易被做到。我们做事常常包含着极大的惰性，差不多就行了，是我们日常处理问题的态度，必须加以克服。

各厂家仪器调整的具体操作步骤虽略有不同，但基本要求都相差不大。掌握好各自的操作技巧，依据上述的要求来做，你一定能很好的驾驭扫描电镜来为你获得充分的样品表面形貌信息。

即便是钨灯丝扫描电镜也可以获得较为优异的高分辨图像。下面以一组日立的简易钨灯丝电镜Flex1000拍摄的电池隔膜高倍率照片做为本文的结束。采用5KV加速电压拍摄5万、10万、6.5万、11万倍的四张照片。

附件：

附件一、机械合轴.pdf

附件二、S-4800 简易使用手册（五轴全自动马达台）.pdf

参考书籍：

《扫描电镜与能谱仪分析技术》张大同2009年2月1日

华南理工出版社

《微分析物理及其应用》 丁泽军等    2009年1月

中科大出版社

《自然辩证法》  恩格斯  于光远等译 1984年10月

人民出版社 

《显微传》  章效峰 2015年10月

清华大学出版社

日立S-4800冷场发射扫描电镜操作基础和应用介绍

北京天美高新科学仪器有限公司  高敞 2013年6月

作者简介：

林中清，1987年入职安徽大学现代实验技术中心从事扫描电镜管理及测试工作。32年的电镜知识及操作经验的积累，渐渐凝结成其对扫描电镜全新的认识和理论，使其获得与众不同的完美测试结果和疑难样品应对方案，在同行中拥有很高的声望。2011年在利用PHOTOSHIOP 对扫描电镜图片进行伪彩处理方面的突破，其电镜显微摄影作品分别被《中国卫生影像》、《科学画报》、《中国国家地理》等杂志所收录、在全国性的显微摄影大赛中多次获奖。