“仪器平台巡礼”｜电子显微镜实验室

导读：

      中国科学院地质与地球物理研究所公共技术中心是我国地球与行星科学领域具有国际先进水平的综合性技术支撑服务平台，旨在通过技术方法研发和技术服务为科技创新提供关键技术支撑。为进一步加深所内外科研人员对我所公共技术中心的了解，深入推进技术交流与合作，提高支撑服务水平，促进大型科研仪器开放共享，科技平台处策划了“仪器平台巡礼”栏目，逐一系统介绍公共技术中心的仪器平台。

      本期介绍电子显微镜实验室。

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实验室简介

电子显微镜实验室（Electron Microscopy Laboratory）成立于2012年。实验室是研究所构建的微区微量原位分析系统的重要组成部分，主要针对地学和行星样品的形貌、结构、成分和磁学性质等开展跨尺度、微损耗、多维度的分析，未来还将进行原子尺度的精细结构研究。实验室现有大型分析仪器：扫描电子显微镜、聚焦离子束双束系统、透射电子显微镜、球差透射电镜（已购置）、X射线荧光光谱仪、激光共聚焦显微镜和三维X射线显微镜等。

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实验室主要分析对象

及应用领域

地球和行星科学样品种类多样，包括沉积物、岩石、悬浮颗粒、微生物藻席、化石、陨石和星尘等，实验室立足于先进的微区显微分析技术，通过跨尺度、微损耗和多维度分析，从微纳尺度到原子尺度揭示物质的形貌特征、精细结构和化学成分等，从而获得宏观地质或行星样品的形成和演化历史等信息。

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代表性成果

月壤颗粒虽然尺寸微小但携带丰富的演化信息，按照“先无损，后微损”“先单颗粒，后微纳米尺度，最后原子水平”“先侧重表面，后开展内部结构”的分析思路，建立嫦娥五号月壤样品中特定颗粒的快速筛选和精准定位方案，提出适用于嫦娥五号月壤和其它地外样品的单颗粒综合分析技术路线图，从而可对同一个样品获得不同尺度下多种信息。该方法支撑的成果发表在Nature、Nature Geoscience、GRL等。

研发“荧光-电镜联用”新方法，并与宏基因组学、水体地球化学等技术相结合，完善了环境微生物综合研究策略。应用该策略，将未培养趋磁细菌种类的生物学信息与磁小体矿化的结构信息在单细胞水平上实现了关联分析。通过该技术，已获得六十多个新菌种，为全面认识趋磁细菌多样性、磁小体矿化机制及其磁学性质奠定基础。该技术已被国内外多家实验室借鉴和正面引用，并与法国科研中心和中科院海洋所等单位合作，开展海洋趋磁细菌研究工作，已合作发表多篇论文。

综合利用宏观岩石磁学、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术，完善了“宏观磁性测量+微纳尺度扫描电镜观测+原子水平透射电镜综合分析”相结合的磁性矿物量化识别研究体系（图 2），不仅全面识别了沉积物中各类磁性矿物（包括磁小体化石），又有效的提升了定量分析的准确性。该识别研究体系已被法国科研中心、澳洲国立大学和北京大学等国内外实验室借鉴和应用，并在Geology、EPSL和JGR等国际期刊上合作发表多项成果。

透射电镜具有纳米和原子尺度的空间分辨率，综合分析能力强，实验室针对不同的地学样品开发了有针对性的精细结构分析方法，通过分析矿物的形貌、晶体结构和缺陷、化学成分以及原子像等，为地质构造、成矿以及纳米地质年代学研究等提供了关键性数据，进而有效揭示宏观的地质演化过程。

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实验室主要仪器

扫描电子显微镜

扫描电镜利用高能电子束与物质间的相互作用，实现表面二次电子形貌观察和背散射成分衬度表征，并可以自动化获得整个薄片的背散射图像和能谱元素分布图。另外，还可以拍摄阴极发光成像及陨石、页岩和稀土等样品的自动矿物分析，寻找特定矿物并获得主要矿物的矿物含量及分布。

聚焦离子束双束电镜

聚焦离子束双束系统（型号：Zeiss Auriga Compact、Crossbeam 550-已购置）通过将SEM与FIB耦合，结合相应的气体沉积装置，纳米操纵手，各种探测器等附件，可以实现微纳米尺度的定点加工（如：TEM超薄片制备、APT针尖样品制备、三维重构等）；实现样品在微纳米尺度的二维到三维空间的结构和成分等精细结构分析；实现轻元素、微量元素、同位素的分析等。

透射电子显微镜

透射电子显微镜（型号：JEM-2100、Spectra 300）以聚焦的电子束入射到纳米厚度薄试样上，电子束与样品相互作用产生多种信号（如透射电子、弹性散射电子、X射线、二次电子、阴极荧光、俄歇电子等），再依次经过物镜、中间镜和投影镜的放大作用，最终将样品的信息进行成像，从而在纳米至原子尺度获得样品的形貌、晶体结构、化学成分、元素价态、电场和磁学特征等。

光学和X-射线显微镜

实验室还拥有超景深数码显微镜（型号：Zeiss Smartzoom5）、激光共聚焦显微镜（ZEISS  LSM 900）、显微X射线荧光光谱仪（型号：Bruker M4 Tornado PLUS）和亚微米三维X射线显微镜（ZEISS Xradia 610 Versa）。光学显微镜能够实现岩石光薄片的透反射偏光、荧光观察。显微X射线荧光光谱仪主要用于对样品进行无损元素分析，获得高分辨率元素分布扫描图，输出能谱和定量结果。三维X射线显微镜配备高能量微聚焦X射线源，可以在亚微米尺度上实现地球与行星样品快速、高分辨率、高对比度，无破坏、无损伤、无污染的三维形貌和结构分析。

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实验室人员

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联系方式

联系人：谷立新 

实验室地点：北京市朝阳区北土城西路19号地4楼1层

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