TECNAI SPIRIT型透射电子显微镜常见故障及解决方案

【核心介绍】吉林大学病理生物学教育部重点实验室在2014年安装了FEI公司生产的TECNAI SPIRIT型透射电子显微镜。该电镜数字化程度高，观察效果好，在图像接收和分析处理系统上优势明显。本文总结了我们在使用过程中遇到的一些问题及解决方案，希望通过操作人员进行的日常故障排查和处理，有效减少仪器保养、维护、维修成本及维修等待时间，从而提高仪器利用率、发挥仪器的最大功效，更好地为广大教师和科研工作者服务。 　

TECNAI SPIRIT型透射电子显微镜常见故障及解决方案

李爽 董超 崔新明 李艳茹*

(吉林大学病理生物学教育部重点实验室，吉林长春，130021)

摘要 吉林大学病理生物学教育部重点实验室在2014年安装了FEI公司生产的TECNAI  SPIRIT型透射电子显微镜。该电镜数字化程度高，观察效果好，在图像接收和分析处理系统上优势明显。本文总结了我们在使用过程中遇到的一些问题及解决方案，希望通过操作人员进行的日常故障排查和处理，有效减少仪器保养、维护、维修成本及维修等待时间，从而提高仪器利用率、发挥仪器的最大功效，更好地为广大教师和科研工作者服务。

关键词 透射电镜；故障；方案

中图分类号 T N16

Common Malfunctions and Solutions of TECNAI SPIRIT Transmission Electron Microscope.

Li Shuang, Dong Chao, Cui Xinming, Li Yanru*

(Key Laboratory of Pathobiology, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130021, China)

Abstract Key Laboratory of Pathobiology，Ministry of Education of Jilin University installed the TECNAI SPIRIT transmission electron microscope (TEM) manufactured by the FEI company in 2014. The TEM is provided with high level of digital and satisfactory observing effect. There is advantage on the image receiving and processing. In this paper, some common malfunctions and solutions will be introduced, which can effectively reduce the costs of protection and maintenance, reduce the time for waiting repairs. We hope to provide better service for teachers and researchers by improving equipment utilization and making the instrument work best.

Key words transmission electron microscope；malfunction；solutions

2014年春季，吉林大学病理生物学教育部重点实验室安装了FEI ,TECNAI  SPIRIT型（120kV）透射电子显微镜（配置Gatan CCD 830），该电镜与旧型号电镜相比，在图像接收和分析处理系统上优势明显。现代数字化透射电镜能够方便地将模拟图像数字化，利用计算机对数字图像进行加工处理、传送和存储^[1]。针对使用过程中出现的问题，我们经过不断的摸索和探讨，得到了一些经验。现将该电镜在使用过程中出现的一些故障及解决方案总结如下，以供拥有相同型号的电镜用户参考。

故障一：观察样品时，电镜荧光屏上图像异常

故障现象：日常使用中，插入样品杆后打开灯丝、阀门，在荧光屏上找到样品模糊图像后进行常规操作，加入物镜光阑后，荧光屏上出现光束的遮挡，变形，不再呈现正常的圆形视野。

解决方案：

1. 插入样品杆后，打开灯丝、阀门，在荧光屏上看到图像呈像异常，首先考虑仪器及环境在一定程度上会影响电镜呈像效果，例如室温过高会导致“intensity”无法使光斑散开，无法得到理想观察图像。观察仪器状态是否正常，室内环境是否适宜。如电镜高压（常规80kV），仪器控制面板上指示灯（红色为工作）和样品台的指示灯（红色为抽真空），屏幕上“Column Valves Closed”按钮状态（关闭为黄色），真空值范围（GUN/COL≤20）。室温20±2℃，湿度60%，循环水温度保持在17~20℃之间，空压机气压在5~7Bar^[2]。常规检查确定正常后，问题仍得不到解决则进行其他考虑。

2. 在荧光屏上看到样品图像模糊，考虑经过复杂的制样过程，承载样品的铜网加到样品托内都会有不同程度的弯曲、变形。因此进行样品观察前，z轴平衡的调节非常必要。调试方法如下：按下电镜控制面板上的“eucentric focus”按钮 恢复初始欠焦值设置，使得焦距调节至接近正焦状态；随后单击工具栏内“search—wobbler”，样品台呈规律摇晃，荧光屏上图像开始晃动，调节电镜控制面板上的Z钮，在“+键”与“-键”之间调节，调至图像最小晃动即可。单击“wobbler”结束调节。此时会呈现较为清晰图像。为方便观察，增加样品图像的衬度，在增加放大倍数前，应加入物镜光阑。

3.加入物镜光阑后，荧光屏上出现光束的遮挡、变形、视野异常。考虑电镜光源在经过镜筒的某个环节时，出现了不同程度的遮挡，需要进行光阑居中与合轴的调节。观察生物样品时，根据常用放大倍数，物镜光阑常规放置在3号光阑处即可。改变光阑后需调节光阑对中，电镜常规放大倍数调至SA4200，旋转控制面板上“intensity”旋钮将光铺开至屏幕大小，点击面板上的“diffraction”键，中心亮点固定，加入光阑后调节物镜光阑左右两个调节旋钮，使光圈移动到亮点居中即可。

调节过程中，如果发现光阑居中出现问题，则需要进行如下调节： = 1 \* GB3 ①偏离位置较大时，倍数调到LM低倍系列，使光铺展到最大，光阑调到最大值4，此时可以方便找回光源，此后重复上述操作；②左侧旋钮只可以调节正负90度，右侧旋钮则可旋转尺度较大。调节方式可以右侧旋转90度后，左侧配合正负90度调节找光源，以此类推直至找回光源，找到光源后重复上述操作；③电镜处于稳定状态下，物镜光阑位置不轻易改变，应在光阑调节好时在旋钮上作出标记，粗略标出光阑居中调节的正确位置，发现问题后进行有计划微调，则可以避免上述情况的发生。

合轴调节可以手动调节也可自动调节，其中手动调节效果好，较常使用。合轴可以每1-2星期进行1次。观察倍数低，1-2月调节一次即可。经过合轴调节后，观察者可以在较大倍数下观察到清晰的样品图像。如果在使用较长一段时间后，样品呈像又有不同程度、不同方向的拉伸情况出现时，需要进一步调整。

4. 如果在排除上述问题后，样品图像仍然存在扭曲变形，则需要考虑是否存在像散。电镜放大倍数越大，亮度越大即越容易看清楚光环分布。有效调节像散要求放大倍数至少调节至20000倍以上，单击工具栏内“process—FFT—live”，此时屏幕出现有光环的窗口。“Focuse”旋钮逆时针调节是欠焦方向，顺时针调节是正焦方向。顺时针旋转“Focuse”，会经过欠焦—正焦—过焦过程，光环依次经过光环变大至逐渐消失变圆点最小，同时所有图像变虚，此时是正焦，过焦后光环继续由大变小。略欠焦状态是图像最清晰的时候，需要在欠焦状态进行FFT观察，若出现椭圆型光环是为有像散，此时需要调节“Multifunction X、Multifunction Y”旋钮进行调整。完成以上调节后，荧光屏上的图像可以恢复正常。

故障二: CCD处理后在电脑屏幕上呈像异常

故障现象：日常观察时，在电镜荧光屏上选好观察视野，调节好相关参数后即可打开Gatan CCD软件，依次单击“start view-camera inserted-yes”选择插入CCD相机，再次调整观察视野和放大倍数，微调焦距（focuse），确定好曝光时间（exposure time），常设置为0.5-1s。此时经CCD收集处理呈现出的图像可能出现多种情况，例如，呈像不清，噪点多，对比度不好，图像画面从中间分开成左右两侧，画面很明亮很难调暗或画面很昏暗难以调亮，在view观察界面内，图像出现背景，图像移动，背景不动等情况。

解决方案：

1.CCD呈像效果不佳首先要考虑在软件设置以及运行过程中可能遇到的一些常见情况。Gatan照相系统软件，初开启软件，cooler指示灯颜色为黄色，等待一定时间，待温度达到预设的温度10度后，指示灯显示绿色，此时才可以达到呈像最佳状态；另外较大倍数下观察屏幕上图像，由于调焦步履设置过大，发现调焦时图像有移动，因此调节调焦步履的step值常规设置在3以下；参数binning增大，读取速度增加，读取速度+曝光时间=清晰度，拍照时常设置binning为1，此时view视窗可放大倍数最大，对比度更好，像素最高。

2.排除以上运行过程中可能遇到的情况后，可以尝试单击“stop view”，重新插入。插入相机前调节好荧光屏内的光圈大小，旋转控制面板上intensity旋钮将光铺开略大于全屏合适，CCD往往以初始插入时的光线强度为基准采集呈像，这使CCD呈像后的画面中的图像完整，光线明暗适中。

3. 经过上述调节得到亮度正常的完整图像后，view视窗内仍存在噪点和背景，需要进一步进行扣除背底操作，处理如下：①关掉电子束，单击“camera—prepare dark reference—ok”，等待约10min；②选择空白、无样品区，放大倍数调至10000—20000倍，把光散开，使其大于荧光屏，单击“camera—prepare gain reference—target intensity 7000—ok”，运行过程中出现不同波段的颜色条提示，需通过调节“intensity”旋钮调节，使选取区域控制在绿色条区域，单击“proceed”后等待约5min，直至运行结束会有提示。问题得到解决。扣除背底处理周期1次/周。

故障三：电镜CCD使用过程中弹出对话框显示各种报错，连接不畅

故障现象：打开Gatan CCD软件出现 “orius camera controller power failure”提示，插入CCD后，开始寻找视野“camera insert—Start view”，不断弹出Digital Micrograph信息框提示“Microscope is not initialized. Try Microscope Setup dialog”“（Tecnai Remote）command‘！EVT1’Failed:Failed to get reply（time out=5000ms）”“high level microscope is not initialized”，无法进行图像数据正常采集。

解决方案：以上信息分别提示图像接收系统CCD镜头和控制器之间以及CCD和电镜之间连接不畅。解决问题首先考虑是否有CCD软件设置中常规参数的变更，检查工具栏内Microscope Setup信息设置无异常后，问题未见解决；接着考虑连线是否松动，确定各处连线接触完全后，关掉软件，重启CCD显示器下面的控制器，重启CCD控制电脑，打开软件，建立CCD控制器与电脑之间的连接，恢复电脑与镜头之间的数据传送；最后双击电镜控制电脑上的“Ganta Remote TEM ”，在“microscope”下拉菜单内选择“FEI tecnai/Titan OCR”选择OK，重新建立电镜与CCD之间的连接，故障可以排除。

故障四：遇到意外停电后，样品操作杆失灵， X、Y、Z轴示数不变

故障现象：不可预见停电发生后，需要第一时间关闭循环水。防止室温过高造成大量水滴渗出集聚，损坏机器。待机器状况稳定后，重新开机、抽真空后仪器运行正常，但样品台上红色真空指示灯不灭，提示真空异常。移动样品操作杆，无法移动样品位置，X、Y、Z轴示数不变^[3]。

解决方案：首先考虑是否是正常状态下的不灵活，抽真空偶然可以造成样品杆在一定方向上移动不灵活，属于正常现象；如果不是正常状态，考虑操控面板失灵，需要拔掉控制面板与电脑之间的USB连线重新插回，然后观察面板上“Diffraction”是否亮起，若亮起需按一下，使之恢复正常工作；如果仍然不能恢复工作，则需进行一次样品操作杆的重置。样品台内如有样品需先移除样品，或将样品堵头拿掉后，找到菜单栏内“search—setting—enabled”，此时“enabled”显示黄色，单击“√”后“enabled”变成灰色；重新单击“enabled”显示框由灰色变黄色，此时见下方信息栏内提示“！”后，选择无样品杆，此时真空灯熄灭。电镜随即进行10min自检。完成后移动样品操作杆，右下角X，Y，Z轴示数有变化，恢复正常使用。

故障五：观察时样品托意外掉入样品台内无法取出

故障现象：我室采用的是同时可以加三个样品的样品杆（三倾杆），观察过程中调整样品位置时，发现找不到样品，及时关闭灯丝、高压后拔出样品杆，发现样品及样品托一同掉入样品台内，无法取出。

解决方案：

1.首先关闭灯丝、高压、有光阑需移出。拿手电筒照射样品台上样品杆入口处，从入口处向内观察，确定入口附近是否可以看到样品托。如果看到可以用合适尺寸的镊子将样品托取出即可。

2.如从样品杆入口处观察未见样品托则需要进行进一步操作。 关闭灯丝冷却30min以上，通氮气注意观察压力表输出压力小于0.02Mpa，单击“Gun/Col  Air—Gun Air”即有气体进入电镜，此时可以打开样品台的盖子查找样品。若打开样品台的盖子后发现样品，需要使用合适尺寸的镊子将样品托取出，安装好盖子，单击“setup-control- Gun/Col  Air”，关闭氮气后，等待过夜即可抽真空。另外，抽真空的方式也可以人工操作，优点耗时短，但操作略复杂。操作如下：单击“start-run-tempsy-ok”，蓝色标志的V1、V3、V6、V5阀门依次打开后，打开手动模式“manual mode”为了使油扩散泵抽镜筒电子枪保持很好的真空，电子枪镜筒真空指示良好时打开IGP1，关掉”manual mode”模式，将“vacuum standby”打钩即可等待真空抽完。完成后透射电镜可以正常运行。若未发现样品托，则表示样品托可能掉入更深处如观察荧光屏内，则需联系工程师解决。

故障六：更换样品时，当样品杆拔出时，掉高压，真空度破坏

故障现象：拔取样品杆过程中，电镜发出异常气体漏气声响，电镜控制电脑上信息提示“STATUS：Pro. only”样品台真空指示灯红灯亮起。电镜显示屏上高压指示按钮由黄色变为虚线灰色，单击屏幕上高压按钮无法恢复高压。重新按下电镜上的高压按钮启动高压无效，电镜无法正常工作。

解决方案：拔样品杆过程中电镜发出异常声响同时真空指示灯红灯亮起，表示真空受到破坏，高压指示按钮由黄色变为虚线灰色，提示高压被破坏。考虑在拔出样品杆的过程中没有将样品杆持平，样品杆与样品台插孔内周围配件有接触，真空和高压被破坏。需要尝试重新抽真空。单击工具栏内“Set up-contry-to ready”选择“√”，信息提示“STATUS ：starting up”等待真空抽取完毕，待信息提示“STATUS ：COL VALVES”即为正常真空状态，方可继续恢复高压后观察，抽真空等待时间在30min~8h之间不等。

结语：

透射电镜属于大型精密仪器，由于实验室观察样品较多，电镜使用频繁，为了更好地为广大教师和科研工作者服务，在使用过程中，作为仪器操作人员，可以通过采取一些日常的保养和维护措施，减少故障发生。通过进行初步的常见故障排查和处理工作，减少仪器日常保养、维护、维修成本，减少等待维修的时间，从而提高仪器利用率、发挥仪器的最大功效^[4]。

参考文献：

[1]龚丹,曾立波,张宏波,吴琼水,江益, 透射电镜CCD数字图像系统的研制[J].分析测试技术与仪器，2005.6, 11 ( 2):133-136.

[2]冯善娥，张锋，陈木子.Tecnai G2 20型透射电镜常见故障及维修[J].分析仪器，2015，(2):99-100.

[3]刘文波，张丽霞，杨成. JEM-1400型透射电镜维护体会[J].现代科学仪器，2008,（5）:126-127.

[4] 方勤方，韩勇，葛江，等.H-8100型透射电镜冷却系统所引发的故障及其维修方法3 例[J]. 电子显微学报，2011，( 6) : 571-573．