في الموقع توصيف الجسيمات بويهميتي في المياه باستخدام SEM السائل

الهدف العام من إجراء التصوير المجهري الإلكتروني للسائل في الموقع هو توفير المعرفة التقنية للتصوير والتحليل الفعال للجسيمات في السوائل في SEM التقليدية عالية الفراغ باستخدام وحدة ميكروفيليديك متوافقة مع الفراغ. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الفحص المجهري والتحليل المجهري مثل كيفية توصيف حجم الجسيمات المتطور والتشكل الذي يستجيب للتغيرات البيئية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكننا تصور الجسيمات المتعددة المشتتة مباشرة في السائل دون تجفيف أو تجميد العينة في وضع الفراغ العالي وأيضا دون اللجوء إلى SEM البيئي.

يمتد تأثير هذه التقنية نحو التحليل الفعال أو المواد السائلة المختلفة والعينات البيولوجية باستخدام SEM لأن العديد منها يعمل فقط أو موجود في السائل. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث يصعب تعلم خطوات التركيب البسيط والتصوير في الموقع لأنها تختلف عن العينات الصلبة العادية. ابدأ هذا الإجراء بطلاء الكربون للنظام للتحليل في واجهة التفريغ السائل ، أو جهاز SALVI ، كما هو موضح في بروتوكول التكنولوجيا.

تركيب جهاز الموائع الدقيقة على مرحلة SEM أمرا بالغ الأهمية لنجاح تحليل SEM السائل في الموقع. تأكد من تأريض الجهاز بشكل صحيح وتثبيته لتقليل تأثير الشحن قبل التجربة. لتركيب جهاز SALVI على مرحلة SEM ، افتح أولا باب غرفة عينة SEM بعناية بمجرد اكتمال التنفيس.

حدد حامل عينة SEM. ثبت الحامل في وسط المسرح باستخدام الترباس المناسب ومفتاح الربط السداسي. ضع شريطين من شريط الكربون على الوجهين على حامل العينة.

ثم قم بلصق جهاز SALVI على شريط الكربون الموجود على الحامل بحيث يكون جانب غشاء نيتريد السيليكون متجها لأعلى. قم بتثبيت SALVI بإحكام على حامل العينة باستخدام شريطين إضافيين من الشريط النحاسي أحادي الجانب لربط كتلة SALVI PDMS بحامل عينة SEM. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم الأشرطة النحاسية لتوصيل إطار نيتريد السيليكون وحامل العينة المعدنية.

تأكد من أن الشريط لا يغطي غشاء نيتريد السيليكون بالكامل. لضخ غرفة العينة ، أغلق باب غرفة العينة ، وحدد وضع الفراغ العالي على واجهة المستخدم الرسومية لبرنامج SEM أسفل صفحة التحكم في الشعاع ، وانقر فوق زر المضخة في صفحة التحكم في الشعاع لبدء التنظيف بالمكنسة الكهربائية. اضغط يدويا على باب الغرفة حتى يتم إنشاء الفراغ المطلوب.

بعد ذلك ، قم بعمل فتحات في غشاء نيتريد السيليكون باستخدام شعاع أيوني مركز ، أو FIB ، كما هو موضح في بروتوكول التكنولوجيا. بعد الإجراء ، قم بإيقاف تشغيل كل من شعاع الإلكترون والحزمة الأيونية لتنفيس الغرفة عن طريق النقر فوق الشعاع عند تنشيط منطقة تصوير الحزمة المقابلة. انقر فوق فتحة التهوية في صفحة التحكم في الشعاع لتنفيس غرفة العينة.

افتح باب غرفة SEM بعناية بعد تهويته بالكامل تاركا جهاز SALVI كما هو على المسرح. اسحب ملليلتر واحد من الماء منزوع الأيونات في حقنة معقمة وقم بتوصيل المحقنة بمدخل جهاز الموائع الدقيقة باستخدام تركيب محول أنبوب بولي تترافلورو إيثيلين. حقن السائل ببطء لمدة ثلاث إلى خمس دقائق.

كرر هذه العملية ثلاث مرات باستخدام مليلتر واحد من 10 ميكروغرام لكل مليلتر من أوكسي هيدروكسيد الألومنيوم لضمان عدم تخفيف تركيز العينة بواسطة الماء منزوع الأيونات المحمل مسبقا. بعد الحقن ، قم بإزالة المحقنة. قم بتوصيل مدخل ومخرج SALVI باستخدام اتحاد كيتون البولي إيثر

جفف أي سائل خارج SALVI بمناديل المعمل. إذا كانت هناك أي فقاعات داخل الأنبوب أو القناة الدقيقة ، فأعد حقن العينة حتى لا تظهر فقاعات داخل الأنبوب. لالتقاط الصور باستخدام ETD ووضع الإلكترون الثانوي ، أغلق أولا باب غرفة العينة.

بعد إنشاء الفراغ المطلوب على باب الغرفة كما كان من قبل ، قم بتنشيط منطقة تصوير شعاع الإلكترون بالنقر فوق رمز الإيقاف المؤقت على شريط الأدوات. قم بتشغيل شعاع الإلكترون بالنقر فوق الزر تشغيل الشعاع في صفحة التحكم في الحزمة. حدد ETD ووضع الإلكترون الثانوي للتصوير من القائمة المنسدلة للكاشف.

عند اختيار الظروف المثلى ، من المهم حقا أن تكون قادرا على الحصول على صور عالية الجودة. في هذا العمل ، سنعرض لك مجموعة من الشروط المناسبة للتصوير الإلكتروني الثانوي للعناصر الضوئية مثل سيليكون الألومنيوم. عند تحليل عناصر أخرى مثل الحديد والنيكل ، يجب تعديل ظروف التشغيل لتحسين تصوير الإلكترون الثانوي.

اضبط الجهد المتسارع على ثمانية كيلو إلكترون فولت وتيار الحزمة على حوالي 0.47 نانوأمبير من مربعات القائمة المقابلة المعروضة على شريط أدوات واجهة المستخدم الرسومية في منطقة تصوير شعاع الإلكترون. قم بتعيين مسافة العمل على أنها سبعة ملليمترات عن طريق كتابة سبعة في مربع نص الإحداثيات Z في صفحة التنقل عند تحديد المسافة الفعلية. قم بتكبير الميزة إلى 1 ، 000 X وقم بتحريف التباين والسطوع والمقابض الخشنة والدقيقة على واجهة المستخدم اليدوية لتحسين صورة ميزة الجسيمات.

قم بتوسيط الثقب الأول في الصورة الحية لمنطقة تصوير شعاع الإلكترون عن طريق لف مقابض الإزاحة X و Y على لوحة واجهة المستخدم اليدوية ، وقم بتكبير الصور بالجسيمات إلى التكبير 200 ، 000 X عن طريق لف مقبض التكبير على لوحة واجهة المستخدم اليدوية. حدد دقة الشاشة إلى 1 ، 024 × 884 من مربع القائمة على شريط الأدوات. ثم اضبط معدل المسح الضوئي على 30 ميكروثانية من مربع القائمة على شريط الأدوات.

اضغط على المفتاح F4 لالتقاط لقطة للصورة الحالية الموضحة في منطقة تصوير شعاع الإلكترون. اضغط على مفتاحي التحكم و S لحفظ الصورة كملف TIF في الموقع المطلوب باسم الملف المحدد بما في ذلك رقم تزايدي. قم بالتصغير عن طريق لف مقبض التكبير لتحديد موقع الفتحة المجاورة التالية.

كرر هذه العمليات لتصوير جزيئات أوكسي هيدروكسيد الألومنيوم في بقية الثقوب. لإجراء تحليل العناصر باستخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة ، أو EDX ، أدخل كاشفات التحليل الطيفي المشتتة للطاقة في الغرفة. حدد ETD على شاشة التحكم في المجهر.

ثم حدد وضع الإلكترون الثانوي لعرض العينة على منطقة تصوير شعاع الإلكترون وقم بتعيين المعلمات كما كان من قبل. قم بتكبير جزيئات أوكسي هيدروكسيد الألومنيوم في كل ثقب بتكبير 200 ، 000 X عن طريق لف مقبض التكبير على لوحة واجهة المستخدم اليدوية. بعد ذلك ، افتح برنامج EDAC المقترن.

انقر فوق بدء تسجيل أطياف جديدة في واجهة المستخدم لتجميع طيف EDX. حدد معرف الذروة لاختيار العناصر المحتملة للطيف. ثم اكتب العناصر المرصودة في حقل العنصر.

انقر فوق إضافة لتطبيق العنصر على الطيف. انقر فوق ملف ثم انقر فوق حفظ باسم. احفظ البيانات الطيفية بتنسيق CSV باستخدام اسم الملف المطلوب للرسم باستخدام برنامج رسم بياني.

بعد الانتهاء من التصوير وتسجيل الطيف لكل ثقب ، قم بإيقاف تشغيل شعاع الإلكترون بالنقر فوق زر تشغيل الحزمة في صفحة التحكم في الحزمة عندما تكون منطقة تصوير شعاع الإلكترون قيد التشغيل. قم بالتنفيس عن غرفة التسويق عبر محرك البحث عن طريق النقر فوق فتحة التهوية في نفس الصفحة. أخرج العينة بحذر من المسرح عن طريق إزالة جميع الأشرطة بعد فتح باب الغرفة.

كرر الإجراء لإجراء تجارب التحكم باستخدام الماء منزوع الأيونات وقناة دقيقة فارغة. أخيرا ، ارسم طيف EDX كما هو موضح في بروتوكول التكنولوجيا. باستخدام واجهة SALVI microfluidic ، يمكن لشعاع الإلكترون أن يقصف مباشرة الفتحة الصغيرة بحجم الميكرومتر بسائل تحتها.

تمت مقارنة جزيئات البوهميت في المياه منزوعة الأيونات مع التحكم في المياه منزوعة الأيونات والتحكم في القناة الفارغة في صورها الإلكترونية الثانوية. يوفر هذا دليلا مباشرا على تصوير الإلكترون الثانوي للجسيمات لجزيئات البوهميت في السائل. يوضح تصور الجسيم في الماء منزوع الأيونات داخل ثقب ميكرومتر واحد جدوى مراقبة الجسيمات في السائل في الموقع.

في عينة Boehmite ، لوحظت قمة قوية من الألومنيوم. في المقابل ، لوحظت ذروة أكسجين قوية فقط في العينة منزوعة الأيونات مما يشير إلى ملاحظة الماء. في القناة الفارغة ، يظهر بقايا شعاع الأيونات المركز على الغاليوم.

ذروة الأكسجين صغيرة جدا لأنه لا يوجد أي ماء بالداخل. بمجرد إتقان هذه التقنية ، يمكن القيام بها في غضون ساعتين إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأنه من الصعب تصور السوائل مباشرة في SEM عالي الفراغ.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية توصيف الجسيمات في السائل باستخدام SEM السائل في الموقع مع SALVI. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم حقا أن تتذكر أن المفاعل الدقيق يجب أن يكون خاليا من التسريبات قبل الصعود إلى مرحلة SEM. باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء طرق أخرى مثل TOF-SIMS أو NMR من أجل الإجابة على أسئلة إضافية مثل التركيب الجزيئي ورسم خرائط المجال السائل.

بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال علوم المواد والهندسة الكيميائية والهندسة النووية لاستكشاف حجم الجسيمات والتغيرات المورفولوجية في بيئة سائلة كاوية. لا تنس أنه عند العمل مع تحليل السطح باستخدام SEM ، يجب ارتداء القفازات والنظارات الواقية عند تنفيذ هذا الإجراء.