能谱仪(EDS)在生命科学中的应用

样品中X射线光子的激发

入射电子束与试样相互作用会产生多种信号（如下图所示），其中，特征X射线激发过程大致分三步：

入射电子将能量转移给内层轨道电子得到能量的内层轨道电子脱离轨道，成为二次电子并在原轨道上留下空

位外层轨道电子继而跃迁至内层空位，多余的能量通过特征X射线（以及其它信号）的形式得以释放核外电子在不同能级间跃迁时所产生的特征X射线具有标记性，与元素

本身一一对应。EDS通过测量并分析样品所产生的这些特征X射线来获取试样成分信息。

染色与组织鉴别

进行电镜观察的生物样品制备过程中，很重要的一步是将细胞或组织根据需求进行染色以凸显不同结构间的衬度差别。EDS可以定性分析不同组织结构中是否含有染色元素，也可以定量分析被染色和未被染色的结构中的成分差异。

碘化锌锇(ZIO)会将植物细胞的内膜系统和其它细胞器进行染色。EDS可以通过区分Zn和Os的分布来快速鉴别细胞中的不同结构，而无需凭经验通过电子图像灰度差异来人为判断。如图1所示为经过ZIO染色后，Zn和Os在捕蝇草腺体细胞中的分布，可以通过面分布图和谱图清晰地显示不同的囊泡中Zn和Os的含量不尽相同。

图2是锇酸染色后的肝脏组织，从EDS结果中可以看出，Os在脂肪滴的含量更高，这就可以直接通过EDS区分脂肪滴与其他囊泡状结构，如溶酶体等。

图3所示为玉米根细胞中的Pb和Os分布，通过对比左侧的背散射电子图像可以看出，电子图像中灰度衬度相似的区域，Pb和Os的分布是不太一样的，下面的谱图比较也说明Pb和Os的含量差异。因此，在切片后进行染色并使用EDS分析染色元素的分布是研究新的组织结构以及尝试新的染色方法时的一种重要手段，因为染色可以突出显示超微结构，而不同的结构与不同染色剂的结合能力不同，那么就可以利用染色元素的分布来判断不同组织的超微结构。这也有助于更好地理解样品制备过程和染色规律。

图1 ZIO染色的捕蝇草腺细胞。样品包埋在树脂中，表面做喷C处理以导电。EDS探头型号为Ultim® Extreme，采集软件为AZtec®

图2 经过OsO 染色的肝脏细胞中元素分布。粉红色区域即为脂肪滴⁴，可见相较于其他结构，脂肪滴更易与Os结合。样品切片成100nm置于铜网上在扫描电镜中观察，能谱数据使用Ultim Extreme采集，AZtec软件进行分析及呈现。

生物样本中的固有元素分析

近来，生命科学领域对于超微结构与本征元素间关系的研究备受关注。样品制备对此类样品的分析至关重要，因为每一个步骤都可能改变其中本征元素的分布状态。

如果样品经过染色，那么EDS可以同时分析染色元素和样本固有元素，得到更加丰富的超微结构与生命体本征元素间的关系，如图4中经过染色的拟南芥叶片细胞中的叶绿体和高尔基体中的元素分布。样品在低真空中采用标准Karnovsky固定液进行固定后用ZIO技术在进行染色，再进行脱水、包埋、切片处理后再TEM 中进行观察分析。

如果样品经过染色，那么EDS可以同时分析染色元素和样本固有元素，得到更加丰富的超微结构与生命体本征元素间的关系，如图4中经过染色的拟南芥叶片细胞中的叶绿体和高尔基体中的元素分布。样品在低真空中采用标准Karnovsky固定液进行固定后用ZIO技术在进行染色，再进行脱水、包埋、切片处理后再TEM 中进行观察分析。