一直以来，分辨率被认为是衡量显微镜分辨能力最重要的指标。但对于扫描电镜而言，由于缺少合适标样进行约束，该指标普遍存在厂家随意标定、客户难以有效验证等突出问题。如何正确认识并有效解决上述问题？本文结合实例，深入探讨扫描电镜商业化以来广泛采用的金颗粒标样分辨率验证方法存在的不足；论证介孔、微孔材料是当前分级验证扫描电镜分辨能力及操作人员电镜实操水平的优选方案。

一、金标样验证扫描电镜分辨率存在的问题

显微镜分辨率最权威的定义：显微镜所能分辨的两物点间最小距离。

依据显微镜分辨率的定义，当前扫描电镜分辨率验证方案为：拍摄金颗粒标样的超高分辨（100万倍以上）形貌像，测量并识别金颗粒间的最小距离，如下组图所示：

以上组图为两类典型金颗粒标样的高分辨形貌像，这类图像常被用于验证扫描电镜分辨率。 左图为用于验证日立冷场扫描电镜分辨率的金颗粒标样，金颗粒尺寸普遍小于5 nm，说服力优于其他电镜厂商所用金颗粒标样；右图中标样的金颗粒尺寸普遍大于10 nm，最大颗粒尺寸接近 200 nm，颗粒间隙大多大于2 nm，说服力较弱。

放大倍率达到200万倍时，在左图中可轻松地测得小于1 nm 的间隙。这些间隙信息能否佐证扫描电镜的实际分辨率，首先需要判断金颗粒样品是否满足标样的三项基本要求。

CMA（中国检验检测机构资质认定）对标样有明确要求：任何样品作为标样，必须同时具备明确标识、稳定性、可溯源性三个要素。实际上，各类金颗粒样品均无法满足上述任一要素，因此严格来说，金颗粒不能作为验证扫描电镜分辨率指标的标样。

1、能够提供图形信息的样品，其明确标识主要体现在两方面：

样品结构规整一致，并附带可对该结构进行核验的定量文件，如下图：用于验证放大倍率的光栅标样。

2、在样品微观细节上具备可核验的定量标识。

金颗粒样品不满足以上两点，扫描电镜测得结果也无法借助其他非扫描电镜设备进行第三方核验。因此，从金颗粒样品上测得的颗粒间隙数据，不能表征扫描电镜的真实分辨率。

除样品本身的局限外，测量不确定性也显著降低了验证方法的科学性。目前扫描电镜分辨率测量主要有两种方式：1）人工测量，最贴合扫描电镜分辨率定义，但人为误差大，特征尺寸越小误差越突出，纳米尺度颗粒的测量误差极易超过 100%；2）软件测量，能够规避人工测量偏差，但无法保证测量点位符合分辨率定义，多数情况下测量到的是图像噪声，而非样品真实结构信息。

有不少专家认为：只要扫描电镜标尺经光栅校准准确，测量结果就一定可靠。该观点属于本末倒置，因为分辨率验证的对象是样品本身，而非图像。标尺准确，不代表被测结构不是电子束展宽带来的形貌假象或是图像噪声。因此，标尺准确不能等同于测量结果可靠。

部分厂商提出多边统计计算方法，但该方法与扫描电镜分辨率定义并无关联。多边统计法虽被厂商宣传为最优方案，实际上并不具备科学性。

综上，现行扫描电镜分辨率验收方案存在标样不可信、测量不可靠的固有缺陷。采用该方式核验分辨率仅为形式化流程，不具备实际价值，无法反映扫描电镜真实分辨能力。

是否存在可行方案，能够有效验证扫描电镜分辨能力？

二、扫描电镜分辨能力的有效验证方案

想要有效验证扫描电镜分辨能力，首要条件是选取具备说服力的样品。若严格对标标样三要素，很难找到合适样品，这也是部分电镜厂商可以随意标注分辨率指标的重要原因。透射电镜分辨率指标可信度相对更高，核心在于拥有成熟可靠的验证手段。

退一步而言，寻找可第三方核验、能够充分检验扫描电镜分辨能力的样品是可行的，介孔与微孔材料就是典型代表。原因在于：这类材料可通过 BET 测试获得平均孔径数据，结构具备较好稳定性；介孔孔径可稳定数年，微孔孔径可稳定3–6个月。其中，介孔孔径范围2–10 nm，可分级考核扫描电镜高分辨性能；微孔孔径小于2 nm，适合分级考核扫描电镜超高分辨性能。

目前业内部分观点不认可该思路，认为不具备可行性。究其原因，主要是相关人员技术储备不足，难以完成这类样品的观测，尤其是微孔样品。事实上，获取这类样品的清晰形貌像并非无法实现，而是对仪器性能和操作人员水平都有较高要求，下述案例即可佐证。因此，介孔、微孔材料是验证扫描电镜分辨能力与操作人员技术水平的有力样品，也是有效的验证方案。

孔径小于10 nm 的介孔材料SBA-15，结构规整，测试难度适中，对操作人员要求适中，是检验电镜操作人员是否熟练掌握扫描电镜操作的入门级样品。钨灯丝扫描电镜分辨能力不足以分辨该尺度介孔，因此它同时也是判定扫描电镜是否具备高分辨能力的入门样品。

随着介孔孔径减小，测试难度同步提升，对扫描电镜分辨能力和操作人员技术水平的要求也更高。想要稳定获得高质量图像，扫描电镜需要更强的高分辨性能，操作人员也需要更娴熟的操作技能。2–3 nm 介孔是考核扫描电镜高分辨性能与操作人员能力的进阶样品。下图所示平均孔径 2 nm、生长于玻璃基底上的介孔硅，即为该类样品代表。

小于2 nm 的微孔样品，已经接近扫描电镜分辨极限。宣称具备超高分辨性能的扫描电镜，对微孔样品的观测效果是有力佐证；若无法实现，则其超高分辨能力存疑。下图中1.5 nm 的 MCM-41、ZIF-8 属于这类典型样品。

最贴合日常检测场景、最能考验扫描电镜分辨能力的，是大工作距离（能谱测试工作距离）、低加速电压（1 kV）条件下的高分辨成像能力，即在10万倍下观测小于10nm介孔。工作距离越大，电子束发散程度越高，探测器信号接收效率越低，获取高质量高分辨图像的难度越高，对电镜高分辨性能要求也越严苛。现阶段，日立冷场扫描电镜 Regulus8230可在10mm工作距离下获得SBA-15以及难度更高的KIT-6高分辨形貌像，如下图所示：

微孔与介孔材料可以分级验证扫描电镜高分辨、超高分辨性能，同时分级考核操作人员的实操水平。这类样品制备工艺成熟，多数高校材料实验室均可自主合成，且已有商业化产品，采购便捷。 综上，利用介孔、微孔材料评价扫描电镜分辨能力以及操作人员实操水平，是有效且具备落地性的优选方案。

注：本文由安徽大学现代实验技术中心林中清老师供稿，不代表本网观点，仅用于行业交流，欢迎各位同行交流探讨。