In Situ Caracterización de partículas de bohemita SEM líquido con agua

El objetivo general de este procedimiento de obtención de imágenes de microscopía electrónica de barrido de líquidos in situ es proporcionar conocimientos técnicos para la obtención de imágenes y el análisis eficientes de partículas en líquidos en SEM convencional de alto vacío utilizando un módulo microfluídico compatible con el vacío. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la microscopía y el microanálisis, como por ejemplo, cómo caracterizar la evolución del tamaño de partícula y la morfología en respuesta a los cambios ambientales. La principal ventaja de esta técnica es que podemos visualizar directamente partículas polidispersas en líquido sin necesidad de secar o congelar la muestra en modo de alto vacío y también sin recurrir al SEM ambiental.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el análisis eficiente de los diversos materiales líquidos y las muestras biológicas mediante SEM, ya que muchos de ellos solo funcionan o existen en líquido. La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos simples de montaje e imágenes in situ son difíciles de aprender porque son diferentes de las muestras sólidas regulares. Comience este procedimiento con el recubrimiento de carbono del sistema para su análisis en la interfaz de vacío líquido, o dispositivo SALVI, como se describe en el protocolo de la tecnología.

El montaje del dispositivo microfluídico en la etapa SEM es bastante crítico para el éxito del análisis SEM líquido in situ. Asegúrese de que el dispositivo esté correctamente conectado a tierra y asegurado para minimizar el efecto de carga antes del experimento. Para montar el dispositivo SALVI en la platina SEM, primero abra la puerta de la cámara de muestras SEM con cuidado una vez que se haya completado la ventilación.

Seleccione el portamuestras SEM. Fije el soporte en el centro de la plataforma con el perno y la llave hexagonal adecuados. Coloque dos tiras de cinta de carbono de doble cara en el soporte de muestras.

A continuación, pegue el dispositivo SALVI en la cinta de carbono colocada en el soporte con el lado de la membrana de nitruro de silicona hacia arriba. Inmovilice de forma segura el SALVI en el portamuestras utilizando dos tiras adicionales de cinta de cobre de una sola cara para unir el bloque SALVI PDMS al soporte de muestras SEM. Además, utilice las cintas de cobre para conectar el marco de nitruro de silicio y el portamuestras metálico.

Asegúrese de que la cinta no cubra completamente la membrana de nitruro de silicona. Para bombear la cámara de muestras, cierre la puerta de la cámara de muestras, seleccione el modo de alto vacío en la GUI del software SEM en la página de control del haz, haga clic en el botón de la bomba en la página de control del haz para comenzar a aspirar. Aplique presión con la mano sobre la puerta de la cámara hasta que se establezca el vacío deseado.

A continuación, realice aberturas en la membrana de nitruro de silicio utilizando un haz de iones enfocado, o FIB, como se describe en el protocolo de la tecnología. Siguiendo el procedimiento, apague tanto el haz de electrones como el haz de iones para ventilar la cámara haciendo clic en haz encendido cuando se active el área de imagen del haz correspondiente. Haga clic en ventilación en la página de control de haz para ventilar la cámara de muestras.

Abra con cuidado la puerta de la cámara SEM después de que esté completamente ventilada, dejando el dispositivo SALVI tal como está en el escenario. Extraiga un mililitro de agua desionizada en una jeringa estéril y conecte la jeringa con la entrada del dispositivo microfluídico mediante un accesorio adaptador de tubo de politetrafluoroetileno. Inyecte lentamente el líquido durante tres a cinco minutos.

Repita este proceso tres veces usando un mililitro de 10 microgramos por mililitro de oxihidróxido de aluminio para asegurarse de que la concentración de la muestra no se diluya por el agua desionizada precargada. Después de la inyección, retire la jeringa. Conecte la entrada y la salida de SALVI mediante una unión de cetonas de poliéter éter.

Seque cualquier líquido fuera del SALVI con toallitas de laboratorio. Si hay burbujas dentro del tubo o microcanal, repita la inyección de la muestra hasta que no se vean burbujas dentro del tubo. Para tomar imágenes utilizando el ETD y el modo de electrones secundarios, primero cierre la puerta de la cámara de muestras.

Después de establecer el vacío deseado en la puerta de la cámara como antes, active el área de imagen del haz de electrones haciendo clic en el icono de pausa en la barra de herramientas. Encienda el haz de electrones haciendo clic en el botón de haz en la página de control del haz. Seleccione el ETD y el modo de electrón secundario para obtener imágenes en el menú desplegable del detector.

A la hora de seleccionar las condiciones óptimas es muy importante poder conseguir imágenes de alta calidad. En este trabajo, le mostraremos un conjunto de condiciones adecuadas para una imagen electrónica secundaria de los elementos ligeros como el silicio de aluminio. Al analizar otros elementos como el hierro y el níquel, las condiciones de operación deben modificarse para optimizar las imágenes de electrones secundarios.

Establezca el voltaje de aceleración en ocho kiloelectronvoltios y la corriente del haz en aproximadamente 0,47 nanoamperios desde los cuadros de lista correspondientes que se muestran en la barra de herramientas de la GUI en el área de imágenes del haz de electrones. Establezca la distancia de trabajo en siete milímetros escribiendo siete en el cuadro de texto de la coordenada Z en la página de navegación cuando se selecciona la distancia real. Amplíe la función a 1.000 X y gire las perillas de contraste, brillo, grueso y fino en la interfaz de usuario manual para optimizar la imagen de la característica de partículas.

Centre el primer orificio en la imagen en vivo del área de imágenes del haz de electrones girando las perillas de cambio X e Y en la placa de interfaz de usuario manual, amplíe las imágenes con partículas a un aumento de 200, 000 X girando la perilla de aumento en la placa de interfaz de usuario manual. Seleccione la resolución de pantalla a 1, 024 por 884 en el cuadro de lista de la barra de herramientas. A continuación, establezca la velocidad de escaneo en 30 microsegundos desde el cuadro de lista de la barra de herramientas.

Presione la tecla F4 para tomar la instantánea de la imagen actual que se muestra en el área de imágenes del haz de electrones. Presione las teclas Control y S para guardar la imagen como un archivo TIF en la ubicación deseada con el nombre de archivo definido, incluido un número incremental. Aléjese girando la perilla de aumento para ubicar el siguiente orificio adyacente.

Repita estas operaciones para obtener una imagen de las partículas de oxihidróxido de aluminio en el resto de los orificios. Para realizar análisis elementales utilizando espectroscopia de rayos X de dispersión de energía, o EDX, inserte los detectores de espectroscopia de dispersión de energía en la cámara. Seleccione el ETD en el monitor de control del microscopio.

A continuación, seleccione el modo de electrones secundarios para ver la muestra en el área de imagen del haz de electrones y configure los parámetros como antes. Amplíe las partículas de oxihidróxido de aluminio en cada orificio con un aumento de 200, 000 X girando la perilla de aumento en la placa de interfaz de usuario manual. A continuación, abra el software EDAC asociado.

Haga clic en comenzar a grabar nuevos espectros en la interfaz de usuario para recopilar el espectro EDX. Seleccione ID de pico para elegir los elementos probables del espectro. A continuación, escriba los elementos observados en el campo de elemento.

Haga clic en Agregar para aplicar el elemento al espectro. Haga clic en archivo y luego haga clic en guardar como. Guarde los datos espectrales en formato CSV utilizando el nombre de archivo deseado para trazarlos con un software de gráficos.

Después de finalizar la toma de imágenes y el registro del espectro para cada uno de los agujeros, apague el haz de electrones haciendo clic en el botón de encendido del haz en la página de control del haz cuando el área de imágenes del haz de electrones esté activada. Ventile la cámara SEM haciendo clic en ventilación en la misma página. Retire con cuidado la muestra del escenario quitando todas las cintas después de que la puerta de la cámara esté abierta.

Repita el procedimiento para realizar los experimentos de control utilizando agua desionizada y un microcanal vacío. Finalmente, trace el espectro EDX como se describe en el protocolo de la tecnología. Usando la interfaz microfluídica SALVI, el haz de electrones puede bombardear directamente la pequeña apertura del tamaño de un micrómetro con líquido debajo.

Las partículas de boehmita en agua desionizada se compararon con el control de agua desionizada y el control de canal vacío en sus imágenes de electrones secundarios. Esto proporciona evidencia directa de imágenes de electrones secundarios de partículas de Boehmita en el líquido. La visualización de la partícula en agua desionizada dentro del agujero de un micrómetro demuestra la viabilidad de observar partículas en líquido in situ.

En la muestra de Boehmita, se observa un fuerte pico de aluminio. Por el contrario, solo se observa un fuerte pico de oxígeno en la muestra desionizada, lo que indica la observación de agua. En el canal vacío, se ven residuos del haz de iones enfocado en galio.

El pico de oxígeno es bastante pequeño porque no hay agua en su interior. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en un par de horas si se realiza correctamente. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque es difícil visualizar directamente los líquidos en el SEM de alto vacío.

Después de ver este vídeo, deberías tener una buena comprensión de cómo caracterizar partículas en líquido utilizando SEM líquido in situ con SALVI. Al intentar este procedimiento, es muy importante recordar que el microrreactor debe estar libre de fugas antes de montarlo en la etapa SEM. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como TOF-SIMS o RMN para responder a preguntas adicionales como la composición molecular y el mapeo de campos fluídicos.

Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de las ciencias de los materiales, la ingeniería química y la ingeniería nuclear exploraran el tamaño de las partículas y los cambios morfológicos en un entorno líquido cáustico. No olvide que cuando se trabaje con análisis de superficies mediante SEM, se deben usar guantes y gafas para realizar este procedimiento.