電子顯微鏡可以看清氨基和羧基嗎？
首先, 觀察納米級別的分子, 最好能將分子吸附在物質表面觀察, 如石墨烯, 或者是金屬,增加隧穿電流, 提高解析度.
下面給出一幅圖, 是CO-tip的原子力顯微鏡(AFM)和傳統的掃描隧道顯微鏡(STM)對pentacene的觀察結果.
(A) 單分子pentacene的化學結構
(B) STM的觀察結果
(C) CO-tip 的AFM對單pentacene觀察結果
(D) CO-tip 的AFM對多pentacene觀察結果
圖片摘自:
Science 28 August 2009:
Vol. 325 no. 5944 pp. 1110-1114
DOI: 10.1126/science.1176210
- Report
The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy
附:CO-tip的AFM是上文中的一種技術, 現在針尖上吸附了CO, 然後去觀察分子. 不同於傳統的AFM
如下圖所示:
所以, 樓主的問題, 要觀察羧基和氨基, 用上文的方法應該是可行的, 傳統的STM可能效果差些. ====以下為2013.06.01 更新， 最新Science上的相關研究和圖片 =========================
圖片解釋：「The original reactant molecule, resting on a flat silver surface, is imaged both before and after the reaction, which occurs when the temperature exceeds 90 degrees Celsius. The two most common final products of the reaction are shown. The three-angstrom scale bars (an angstrom is a ten-billionth of a meter) indicate that the reactant and product molecules are about a billionth of a meter across. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley」
原理圖片：
科技已經發展到這種程度了，牛，看來只怕想不到，不怕做不到。。
@楊皓哲的答案中也說了，@趙亮的答案其實不是在說電子顯微鏡。而@楊皓哲的答案中並未涉及目前解析度最高的電子顯微鏡手段——冷凍電鏡三維重構技術。
這種技術把切成薄層的樣品速凍至100K以下，然後放在極強的透射電鏡下取得透射圖樣，並且在一定角度範圍內轉動樣品，取得不同方向的透射圖樣。再利用傅立葉變換等數學手段，依據隱藏在透射圖樣中的相位信息，復現樣品的電子密度函數的三維分布，也就是分子的原子結構。
利用冷凍電鏡三維重構技術，目前國際上做得最好的是美國的一個中國人帶的研究組，可以達到接近3埃的解析度。
一般研究材料的人喜歡用納米做單位，表示10的負9次方米。但研究原子結構的人喜歡用埃，也就是10的負10次方米，作為單位。3埃是一道坎，略低於3埃的解析度，只能看清蛋白質的二級結構單元，也就是beta片層和alpha螺旋，算作是低解析度結構。高於3埃才能有效判斷組成蛋白質的氨基酸殘基的側鏈，才算是高解析度結構。
我們研究蛋白質結構，真正的高解析度手段是X射線晶體學，一般都在3埃以上，能達到2埃左右的解析度。極個別的情況下能達到1埃以上的超高解析度，可以看到氫原子的電子。
而冷凍電鏡三維重構也有它的理論極限，大概是略高於3埃左右。
所以，現在回答這個問題：用電子顯微鏡很難看清單個氨基酸的氨基與羧基，但對於較大的蛋白質來說，可以利用冷凍電鏡三維重構技術看到整體結構，有可能判斷出該蛋白質的氨基端和羧基端各自在哪兒。
樓上@趙亮 說的使用掃描隧道顯微鏡STM和分子吸附輔助原子力顯微鏡AFM的確是可以基本上達到原子量級的解析度沒有問題.不過有一點就是題主的問題是電子顯微鏡,一般而言電子顯微鏡的是使用electron beam 來進行成像的手段,主要也就是TEM和SEM兩大種,當然還有就是這兩種設備的一些輔助功能,諸如高分辨的TEM和Stem.不知樓主的提問是想知道不論任何方式能夠看到羥基和羧基就可以,還是需要用 電子顯微鏡 這種手段來進行分析.
掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡都是利用距離跟進,一個產生隧穿電流,一個是范德瓦耳斯力,而直接相當於描出表面的形貌.
但對於電子顯微鏡,首先對於SEM,也就是掃描電子顯微鏡而言,是必然無法看到羥基和羧基的,甚至是連大分子都無法看到.如果不去考慮研究晶體取向的問題的話,可以吧掃描電鏡看成是一個牛逼的放大鏡,傳說最牛逼的解析度能到0.8nm,但是一般情況能達到1.5nm的個人感覺就挺牛逼了.
對於TEM,目前想要高解析度就一般是使用HRTEM,也就是好點的透射電鏡的高分辨功能了.但是高分辨功能是通過電子衍射成像,也就是呈現一個格子像,具體圖像可以參看@Perovskite的對於問題http://www.zhihu.com/question/20481039中的圖片
右下角的圖片是高分辨的格子像,對於這種照片的解析度可以達到0.4埃左右,貌似能夠達到分辨基團的能力,但是你可以看一下圖中的點陣並非實際存在的點陣,具體解釋起來比較複雜,簡單來說就是這個格子能表現原子排列的狀態,卻又不是實際的原子分部,也不是右下角圖中圖的衍射斑點的倒空間狀態.所以單看一個羥基和一個羧基而言,TEM也是不甚可能的.
如果用高解析度的SEM的話，是看不清具體基團的，但是有可能模糊的看到氨基-羧基形成的鍵（就是模糊的一條線）。
真的如樓上幾位所說的，顯微鏡下就是看到這種圖像還是經過加工處理後才顯示出這種圖像的？
我一直有一個疑問，正好藉此機會表達一下。根據我所了解的物理，原子由原子核和電子組成，原子核很小，外圍廣闊的空間是電子云的空間，電子在這個空間里「運動」，根據量子理論，電子是觀測不到的，也就是說原子是不具備明確的外形的，因此我不相信能看到一個球形的原子，頂多就看到一個球形的原子核
另外，即便是能看到圓形的原子，也不應該像圖片上這樣，這兩個原子之間的距離太遠，不是一個分子內兩個原子，而是兩個單原子分子
第三、化學鍵是共享的電子，電子是觀測不到的，那麼化學鍵也不是能夠觀測的到的。電子不能被觀測不是精度問題，而是量子問題，電子不是我們想像的像地球繞著太陽那樣圍繞原子核做運動的。
所以我覺得上面給出的圖片是加工過的，不是微觀世界的真實形態。
我是外行，希望行家來指點，幫我搞清楚我一直想不通的問題
氨基和羧基應該是看不清的，因為太小了而且在蛋白質中太普遍了。但是如果蛋白中的主鏈上連有部分大側鏈殘基比如組氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸等等要麼帶環、要麼帶鏈的基團，通過CryoEM的3D 電子密度重建是可以看出符合那些結構特徵的區域的。
嗯，應該看不到，誰有光子掃描隧道顯微鏡的照片沒
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