מאמר שיטה

בחיי עיר איפיון חלקיקים Boehmite במים באמצעות נוזלי SEM

DOI:

10.3791/56058

⸱

27 בספטמבר 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Earth & Biological Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים שגרה עבור הדמיה בזמן אמת וניתוח הרכב היסודות של חלקיקים boehmite במים יונים על-ידי בחיי עיר נוזלי מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בחיי עיר הדמיה אלמנטלים וניתוח של boehmite (AlOOH) חלקיקים במים ממומש באמצעות המערכת לניתוח ממשק ואקום נוזלי (SALVI), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). מאמר זה מתאר את השיטה והשלבים מפתח בתהליך שילוב של שואב האבק SAVLI תואם SEM, קבלת משני אלקטרונים (SE) תמונות של חלקיקים בנוזל בואקום גבוהה. אנרגיה ואנליזת הספקטרומטריה (EDX) משמש כדי להשיג לניתוח של חלקיקים בדגימות הנוזל ושליטה כולל יונים מים (DI) בלבד, ערוץ ריק גם כן. חלקיקים מסונתז boehmite (AlOOH) מושעה בנוזל משמשים כמודל באיור SEM נוזלי. התוצאות להדגים כי החלקיקים יכולים לדימות במצב SE עם רזולוציה טובה (קרי, 400 ננומטר). הקשת AlOOH EDX מראה האיתות משמעותי האלומיניום (Al) בהשוואה עם המים DI והפקד ערוצים ריקה. בחיי עיר SEM נוזלי היא טכניקה חזקה ללמוד חלקיקים בנוזל עם הרבה יישומים מרגש. הליך זה שואפת לספק את הידע הטכני על מנת לנהל הדמיה SEM נוזלי וניתוח EDX באמצעות SALVI וכדי להקטין ממלכודות הפוטנציאל בעת שימוש בגישה זו.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM) הוחל באופן נרחב כדי לחקור מגוון רחב של דוגמאות על ידי ייצור דימות ברזולוציה גבוהה1. האנרגיה ואנליזת הספקטרומטריה (EDX) המזוהה עם ה-SEM מאפשר קביעת הרכב היסודות1. באופן מסורתי, SEM מוחל הדמיה מוצק ויבש רק דוגמאות. ב-30 השנים האחרונות, SEM סביבתיים (ESEM) פותחה עבור ניתוח הדגימות hydrated חלקית אדי סביבה2,3,4,5. עם זאת, ESEM אין אפשרות תמונה הדגימות רטוב, מלא נוזלים עם רזולוציה גבוהה הרצוי6. רטוב SEM תאים פותחו גם כדי התמונה רטוב דגימות משתמש SEM7,8; יחד עם זאת, תאים אלה פותחו בעיקר עבור דגימות ביולוגיות backscattered אלקטרון הדמיה ו נגישים יותר עבור יישומים עם אלה עיצובים9,10.

כדי לטפל באתגרים בניתוח מדגמים שונים בסביבת נוזל מקורי שלהם באמצעות SEM, אנחנו המצאנו את התקן ואקום microfluidic תואם, מערכת לניתוח-נוזלי ואקום ממשק (SALVI), כדי לאפשר רזולוציה מרחבית גבוהה משני אלקטרון (SE) הדמיה וניתוח יסודיים של דגימות נוזלים באמצעות מצב ואקום גבוה בב-SEM. טכניקה חדשנית זו כוללת מאפיינים ייחודיים: 1) נוזל הוא נחקר ישירות בצוהר קטן של 1-2 מיקרומטר בקוטר; 2) נוזל מתקיים בתוך החור על ידי מתח; ו 3) SALVI הוא נייד, ניתן להתאים אחד או יותר פלטפורמה אנליטי11,12,13,14,15,16,17 ,18.

SALVI מורכב קרום ניטריד (חטא) סיליקון עבה 100 ננומטר, microchannel רחב מיקרומטר 200 גרם של רחוב polydimethylsiloxane (PDMS). החלון ממברנה חטא מוחל לאטום את microchannel. ייצור הפרטים ואת שיקולי עיצוב מרכזיים היו מפורטות עבודות קודמות, פטנטים11,19,20. כיום, יצרנית מובילה ומפיץ של מתכלים אספקת מיקרוסקופ רכשה את הרשיון למכור מכשירים SALVI מסחרית נוזלי SEM יישומים21,22.

היישומים של SALVI ב מבוססי וואקום אנליטי הוכחו באמצעות מגוון של פתרונות מימית, תערובות נוזלי מורכבים לרבות biofilms, בתרבית של תאים, חלקיקים אלקטרודה חומרים12, 14 , 17 , 20 , 23 , 24. עם זאת, רוב העבודה הנ ל מנוצל יון משני זמן-של-טיסה ספקטרומטר מסה (תוף-SIMS) כמו מפתח כלי הניתוח, ובכך את היישום של נוזל יש SEM עם SALVI לא נחקרו באופן מלא. בעבודה זאת, שימש SALVI ללמוד חלקיקים גדולים יותר שאינה כדורית colloidal בנוזל באמצעות הדמיה SEM נוזלי וניתוח יסודיים EDX. המדגם מורכב AlOOH חלקיקים מסונתז מעבדה שלנו. חלקיקים בגודל submicrometer boehmite ידועים להתקיים ברמה גבוהה פסולת רדיואקטיבית באתר האנפורד. הם לאט להתמוסס, עלול לגרום לבעיות rheological הטיפול בפסולת. לכן, חשוב יש את היכולת לאפיין boehmite חלקיקי נוזל25. גישה טכנית זו ניתן ללמוד boehmite בתנאים physicochemical שונים על שיפור ההבנה של חלקיקים אלה הקשורים מאפייני rheological. חלקיקים אלה נוצלו להפגין צעד אחר צעד כיצד להחיל SALVI ואקום גבוה SEM ללימוד חלקיקים מושעה בנוזל. נקודות מפתח טכני עבור אינטגרציה SALVI ו- SEM ו- SEM קירור והקפאה מודגשים בתוך הנייר.

הפרוטוקול מספק הפגנה של ניתוח דגימת נוזל באמצעות SALVI הדמיה SEM נוזלי, עבור מי שמעוניין ניצול טכניקה זו הרומן ביישומים מגוונים של SEM נוזלי בעתיד.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. להכין דגימת נוזל AlOOH

הערה: אל תיגע הדגימה או משהו בתוך החדר SEM בידיים חשופות. אבקה כפפות חינם צריכים ללבוש כל הזמן כאשר טיפול ההתקן SALVI, זה גובר על גבי ה-SEM שלב על מנת למנוע זיהום פוטנציאליים במהלך ניתוח משטח.

  1. להפוך את פתרון מניות AlOOH (1 מ"ג/מ"ל)
    1. לפזר 10 מ ג של אבקת AlOOH ב- 10 מ"ל DI מים כדי ליצור 1 מ"ג/מ"ל פתרון מניות AlOOH.
    2. Ultrasonicate הפתרון מניות עבור 5 דק
      הערה: ה-pH של התמיסה מניות היא כ 4.6 נמדדת על ידי מד pH. הפתרון של pH לא מותאם ולא להשתמש בו גם ככה בעבודה זו.
  2. להפוך בתמיסה מדוללת של 10 µg/mL
    1. לדלל את 1 מ"ג/מ"ל לפתרון 10 µg/mL מניות AlOOH על ידי dispensing 1 מ"ל למים 99 mL DI via פיפטה.
    2. Ultrasonicate הפתרון עבור 5 דק
      הערה: ה-pH של התמיסה מניות הוא כ 5.8 נמדדת על ידי מד pH לאחר דילול.

2. להתיז המעיל החלון ממברנה SALVI חטא עם פחמן

  1. הוספה מוט פחמן לתוך המחזיק רוד.
    הערה: המחזיק רוד ניתן לזהות גם החלק המוצמד ל מכסה צירים.
  2. השתמש זוג מלקחיים, הסר בזהירות את הקלטת על SALVI ' s חטא ממברנה מסגרת החלון.
    הערה: הקלטת משמש כדי להגן על קרום חטא לפני ניתוח השטח.
  3. לאבטח את ההתקן SALVI זקוף בתוך החדר coater פחמן באמצעות הקלטת פחמן כדי לתקן את הצנרת טפלון של ההתקן SALVI על הבמה coater. סגור את המכסה.
  4. העיתונות " חשמל " לחצן כדי ליזום את משאבת ואקום.
  5. העיתונות " מתח " כפתור על הלוח הקדמי של coater פחמן וקבע את הערך כדי 4.6 V על-ידי התאמת הלמעלה (▲) ומטה (▼) לחצנים עבור פעולה זו.
    הערה: ההגדרה מתח עשוי להשתנות עקב התקנות ריסוס פחמן שונות.
    6. צג
  6. להפעיל עובי ציפוי על ידי מיתוג שלה " חשמל " לחצן. נקה את הקריאה מוצגות במסך של " עובי (ננומטר) " לאפס על-ידי לחיצה על הלחצן " אפס " אם הקריאה אינה אפס. הקש " טיימר "-coater פחמן ' s הלוח הקדמי כדי להגדיר את הזמן התצהיר 30 s על-ידי התאמת הלמעלה (▲) ומטה (▼) לחצני.
  7. לשמור את coater פחמן ' s מצב פעולה באופן אוטומטי על-ידי החלפת הכפתור " אוטומטי ◄ ► ידני " כדי " אוטומטית ". מתג " התחל/הפסק " על לחצן " להתחיל " כאשר הואקום מגיע לכ-4 mbar -4 × 10 כפי שהיא נמדדת על ידי מד ואקום-coater פחמן ' ימדק s.
  8. פעם מציין שהצג עובי הציפוי הפחמן הגיעה 20 ננומטר, הקש " להפסיק " כפתור כדי לסיים את תהליך ציפוי וכדי לפרוק הואקום.
  9. פתח את המכסה, להוציא את ההתקן SALVI פחמן מצופה באמצעות כפפות ויניל בעת טיפול המכשיר.
    הערה: ציפוי הדגימה עם פחמן יוצרת שכבה מוליך על הדגימה כדי לעכב את השפעת טעינה ולשפר את האות SE הדרושים עבור הדמיה SEM. באופן מאובטח לאחסן את המכשיר מצופה צלחת פטרי נקי עם כיסוי עד שההתקן מוכנה תותקן על הבמה SEM. על מנת להבטיח שהקרום חטא מספיק מצופה, מומלץ לבדוק את המכשיר באופן חזותי לאחר הציפוי. אם הציפוי לא עבה מספיק, בפעם השנייה של ציפוי לרעוד. להוציא יכול להיות מיושם עם העובי נמדד עד 10 ננומטר.

3. לטעון את המכשיר ואת השימוש SEM/Focused יון קרן (שיקרתי) כדי להפוך פתחים על SALVI חטא ממברנה בעזרת שיקרתי

  1. לפתוח את תא הדגימה SEM
    1. פתח תוכנת שליטה מיקרוסקופ המשויך על הכלי SEM בקרת מחשב.
      הערה: התוכנה שליטה עשויים להשתנות עקב SEMs שונים.
    2. וונט תא הדגימה על ידי לחיצה על " פתח " על ממשק המשתמש הגרפי (GUI) של תוכנת שליטה מיקרוסקופ המשויך תחת " שליטה קרן " טאב כדי לפתוח את דלת חדרי.
    3. פתח את הדלת קאמרית בקפידה (פעם אוורור השלימה).
  2. הר ההתקן SALVI לבמה SEM
    הערה: לבדוק את פני השטח של קרום חטא כדי לראות אם זה תקין גם מבחינה ויזואלית או באמצעות מיקרוסקופ אור לפני הרכבה. ההתקן SALVI רכוב על הבמה SEM אסור לגעת הגלאי גלאי Thornley אברהארט (משוערת) בתוך החדר הדגימה.
    1. בחר תצורת ה-SEM סטנדרטיים דוגמת מחזיק stub. תקן ה-stub במרכז הבמה באמצעות הבורג המתאים ברגים hex.
    2. במקום שתי רצועות של פחמן דו-צידית קלטת על ה-stub.
    3. מקל ההתקן SALVI על הקלטת פחמן מונחת לספח עם ממברנה חטא בצד הפונה למעלה
    4. בצורה מאובטחת לשתק את SALVI על ה-stub של שימוש של שתי רצועות נוספות של קלטת נחושת חד צדדית כדי לאגד את הבלוק SALVI PDMS לספח מתכת SEM. בנוסף, משתמשים בקלטות נחושת כדי לחבר את המסגרת החטא ואת ה-stub של מתכת. ודא כי הקלטת לא מכסה לחלוטין את הקרום חטא.
      הערה: השימוש של קלטות פחמן ונחושת לסייע להבטיח נתיב הארקה מתמשך עבור הסרת תשלום של קרום חטא במהלך מדידת SEM. המיקום של הקלטת על קצה המסגרת החטא הוא די חשוב, כי זה מבטיח הארקה ומפחית טעינה במהלך ניתוח. בתחתית המכשיר יש גם קשר מלא עם ה-SEM stub באמצעות הקלטת פחמן דו-צידית. הקלטת לא חייב לכסות את הממברנה חטא כדי למנוע נזק אפשרי בטיפול.
  3. משאבה למטה תא הדגימה
    1. לסגור את הדלת תא הדגימה. בחר " ואקום גבוה " מצב על התוכנה SEM GUI תחת " שליטה קרן " דף.
    2. לחץ " משאבת " בסרגל " שליטה קרן " כדי להתחיל לשאוב הפעילו לחץ בעבודת יד לדלת החדר עד הריק הרצוי מוקמת.
      הערה: הלחץ קאמרית חייב להגיע לפחות 1.0 × 10 -5 טנדר של גוה של, חייבים להישאר בהתמדה או תחתיו את הערך לפני הדמיה. זהו צעד חשוב כדי לאפשר את הרזולוציה נפתרה מאוד עבור הדמיה. ניתן לנטר את הגדרת לחץ מ בפינה הימנית של GUI.
  4. להפוך פתחים בקרום החטא באמצעות שיקרתי
    1. להפעיל את קרן אלקטרונים הדמיה אזור על-ידי לחיצה " הפסקה " סמל בסרגל הכלים. להפעיל את קרן אלקטרונים על ידי לחיצה " קרן על " על הלחצן " שליטה קרן " דף. בחר את גלאי משוערת ולמצב SE עבור הדמיה של " גלאי " הנפתחת תפריט.
      הערה: הגלאי עשויים להשתנות עקב תצורה שונה של SEMs. הגלאי בעדשה ישימה גם לאנליזה SEM.
    2. קישור ז לתאם ערך Fre בפועלe ערך המרחק עובד (FWD) על-ידי לחיצה " קישור " בשורת הכלי. להגדיר את המרחק עובד (WD) כמו 10 מ מ על-ידי הקלדת המספר 10 לתוך תיבת הטקסט של קואורדינטות " Z "-" ניווט " עמוד כאשר " בפועל " מרחק נבחרה.
      הערה: WD עשויים להשתנות עקב SEMs שונים.
    3. מוגדר כשקרן האלקטרונים הנוכחי נה 0.47, המתח מאיץ 8 קוו, את הרזולוציה כדי 1,024 × 884 מ המתאים מוצג בסרגל הכלים ב כשקרן האלקטרונים הדמיה אזור בתיבות רשימה.
      הערה: זרם, מתח הגדרה עשויים להשתנות עקב SEMs שונים.
    4. לאתר את microchannel (0.2 מ"מ x 1.5 מ"מ) על ידי סיבוך " X ", " Y " משמרת ידיות על הלוח ממשק משתמש ידני (MUI) כדי לבחון את התמונה בשידור חי על המסך שליטה. צייר קו הוקרב כדי microchannel מקצה אחד לשני באמצעות העכבר. לחץ על " xT בתכונה יישור " מן הנפתחת של " הבמה " על סרגל הכלים ובחרו לשונית " אופקי " כדי ליישר את microchannel.
    5. מוגדר בהטה שלב 0 ° על-ידי בחירת הערך מ " T " תיבת רשימה " ניווט " דף. אתר תכונה חלקיקים נפרדים ליד microchannel את מרכז זה תחת צלב צהוב על-ידי הזזת את הבמה באמצעות " X ", " Y " משמרת ידיות. להגדיל את התכונה 1,000 X ולסובב " החדות ", " בהירות ", " גס ", ו " בסדר " ידיות על ה-MUI כדי למטב את התמונה של התכונה חלקיקים.
    6. להטות את הבמה כדי 15 ° על-ידי בחירת הערך מ " T " תיבת רשימה " ניווט " דף. שימוש " Z-פקד " על-ידי לחיצה הגלגל על העכבר וגרור התכונה חזרה תחת צלב צהוב על המסך של קרן אלקטרונים הדימות באזור לאחר השלב מטים.
      1. להטות את הבמה שוב כדי 30 ° ולהביא התכונה מתחת באמצעות לחצות " Z-פקד ". להטות את הבמה כדי 0 ° ולבחון את המיקום של תכונה זו; הוא אישר את גובה eucentric, אם התכונה אינו שינוי משמעותי.
        הערה: איתור הגובה eucentric מבוצע כדי לשמור את יון קרן קרן אלקטרונים ממוקד במיקום זהה כדי להשיג טוב שיקרתי כרסום דיוק. חזור על התהליכים בשלב 3.4.6 הרעלה-הכרה אם התכונה משתנה באופן משמעותי אחרי הטיית השלב לחזור 0 °. הגובה eucentric צריך להיות מותאם עבור כל דגימה נטען חדש על הדיוק הגדול.
    7. להטות את הבמה ° 52 על-ידי בחירת הערך מ " T " תיבת רשימה " ניווט " דף.
      הערה: מידת הטיית עשויים להשתנות עקב SEMs שונים.
    8. Deactivate " הפסקה " סמל בסרגל הכלים על ידי לחיצה על הלחצן כדי לוודא כי הקרן יון הדמיה האזור נמצא. הפעלת הקרן יון גליום מקור על ידי לחיצה על " קרן-" כפתור מתחת " שליטה קרן " דף.
      1. להגדיר את המתח מאיץ של הקורה יון 30 קוו וקרן הנוכחי כדי 0.3 נה על-ידי בחירת ערכים אלה מתח המתאימים, תיבות רשימה הנוכחי ממוקם על הכלים. להביא את microchannel למרכז זה הדמיה באזור.
    9. לבחור את העיגול כמו התבנית על-ידי בחירת תכונה זו מתוך תיבת הרשימה של " דפוס "-" תכנים " דף. להגדיר " הקוטר החיצוני " 1 מיקרומטר, " הפנימית קוטר " 0 מיקרומטר, " Z גודל " 500 ננומטר, ואת " להתעכב זמן " כדי 1 µs בתיבת הטקסט המתאימה.
      1. סוג " סי ", " יישום " תיבת הטקסט כי המרכיב העיקרי של חלון זיהוי על-כדי-להיות-פיקנטיים סיליקון ניטריד. ולחץ " תכנים תפריט/התחלה המתבנת " כפתור כדי להתחיל כרסום החורים על החלון זיהוי שכיסה את microchannel. חזור על תהליך כרסום מספר פעמים כדי לקבל סדרה של חורים עגולים. בניסוי, ניתן לבצע מספר חורים.
        הערה: החורים הם בנפרד, מצד אחד של microchannel השני 100 מיקרומטר. לזוז מהר למזער את הנזק קרן על קרום חטא. שיקרתי SEM כרסום תהליך בדרך כלל מתחיל מהצד או מאוד השמאלי או הימני של microchannel על מנת לעקוב אחר, מספר פתחים בקלות. המפעיל יכול לבחור ללכת מן למטה או למעלה בהתאם הכיוון של הערוץ ושל העדפה אישית. להבטיח הטחינה SEM שיקרתי שהושלמו והולם אז הדגימה פתור בתוך פתחים.
  5. לפרוק את החדר לאחר SEM/שיקרתי
    1. להטות את הבמה כדי 0 ° על-ידי בחירת 0 מ " T " תיבת רשימה " ניווט " דף. לבטל את קרן אלקטרונים והן יון קרן על-ידי לחיצה על " קרן על " כאשר מופעלת הקרן המתאימה הדמיה באזור. לחץ על " פתח "-" שליטה קרן " דף לפרוק תא הדגימה.

4. לטעון SALVI עם דגימות נוזלים

  1. ניקוי SALVI את שימוש המים DI
    1. בזהירות לפתוח את הדלת קאמרית SEM אחרי זה לחלוטין פרקו, ולהשאיר את ההתקן SALVI גם ככה על הבמה.
      הערה: כדי לחסוך זמן טעינת המכשיר, התמקדות, מומלץ מאוד לשמור את המכשיר על הבמה בעת טעינת המדגם.
    2. לצייר 1 מ"ל DI מים לתוך מזרק סטרילי, לחבר את המזרק עם הים של המכשיר microfluidic באמצעות מתאם צינור טפלון הולם, לאט לאט להחדיר את הנוזל על 3-5 דקות
      הערה: מזרק משאבה מומלצת כל השלבים שבו הזרקת פתרונות לתוך SALVI נדרשת. זה יכול להיעשות בשלב זה על-ידי הגדרת סטרילי מזרק 1 מ"ל המכיל הפתרון קצב זרימה של µL 100-250/ניצול מזרק משאבה בספיקה קבועה-מינימלית יכול להקטין את הסבירות של נזק למוח חטא.
    3. חזור על שלב 4.1.2 שלוש פעמים באמצעות 1 מיליליטר 10 µg/mL AlOOH, מוכן בשלב 1, על מנת להבטיח את הריכוז של המדגם לא לטשטש ליד המים DI שנטענו מראש.
    4. אחרי הזריקה, להסיר את המזרק. מחברים את כניסת עודפים של SALVI באמצעות האיחוד קטון אתר פוליאטר. יבש כל נוזל החוצה SALVI עם מגבונים מעבדה. אם יש בועות בתוך צינור טפלון או microchannel, לחזור הזרקה מדגם AlOOH עד אין בועות ניתן לראות בתוך הצנרת טפלון.
      הערה: אצבע-להדק את האיחוד קטון אתר פוליאטר. אל תשתמש בכוח רב מדי בעת הידוק האיחוד כדי להימנע מיצירת עלייה משמעותית הלחץ הפנימי בתוך ההתקן SALVI, אשר יכול לגרום נזק למוח חטא.
      הערה: הבועות בתוך microchannel עשוי להשפיע על סריקה ולגרום התמונה sh: אי.... כל נוזל מחוץ ההתקן ישפיעו על מצב ואקום, ולכן החלק החיצוני של SALVI, אבובים טפלון צריך להיות ביסודיות מיובש לפני הוספתו אל התא ואקום. בנוסף, המכשיר לא צריך נזק פיזי (למשל, חתך לאורך צינור, שבור חלון ממברנה חטא) שמוביל דולף. אחרת, קאמרית הלחץ לא יכול להגיע ואקום גבוה הרצוי של בועות עשוי בצורה צינורות, המדגם נוזלי יאבדו במהלך שאיבת אבק.

5. לערוך הדמיה SEM נוזלי וניתוח יסודיים

  1. תמונות באמצעות גלאי משוערת. מצב SE
    1. לסגור את הדלת תא הדגימה. בחר " ואקום גבוה " מצב על התוכנה SEM GUI תחת " שליטה קרן " דף. לחץ " משאבת " על הלחצן " שליטה קרן " כדי להתחיל לשאוב הפעילו לחץ יד לדלת החדר עד הריק הרצוי הוא הוקם.
    2. להפעיל את קרן אלקטרונים הדמיה אזור על-ידי לחיצה " הפסקה " סמל בסרגל הכלים. להפעיל את קרן אלקטרונים על ידי לחיצה " קרן על " על הלחצן " שליטה קרן " דף. בחר את גלאי משוערת ולמצב SE עבור הדמיה של " גלאי " הנפתחת תפריט.
      1. להגדיר את המתח מאיץ 8 קוו וקרן הנוכחי ל נה 0.47 מ המתאים מוצג בסרגל הכלים GUI-כשקרן האלקטרונים הדמיה אזור בתיבות רשימה. כערכה של WD 7 מ מ על-ידי הקלדת המספר " 7 " לתוך תיבת הטקסט של ה " Z "-" ניווט " עמוד כאשר " בפועל " מרחק נבחרה.
        הערה: הפרמטרים של קרן מתח, זרם, ומרחק עבודה עשויים להשתנות עקב SEMs שונה.
    3. להגדיל את התכונה 1,000 × ולסובב " החדות ", " בהירות ", " גס ", ו " בסדר " ידיות על ה-MUI כדי למטב את התמונה של התכונה חלקיקים.
    4. למרכז הגומה הראשונה בדמות חיה כשקרן האלקטרונים הדמיה האזור על ידי סיבוך " X ", " Y " משמרת ידיות על הלוח MUI. להגדיל את התמונות עם חלקיקי ההגדלה 200,000 × על ידי סיבוך " הגדלה " כפתור בלוח MUI. בחר את רזולוציית המסך " 1,024 × 884 " מתוך תיבת הרשימה בסרגל הכלים.
    5. להגדיר את קצב הסריקה 30 µs מתוך תיבת הרשימה בסרגל הכלים. לחץ על המקש F4 כדי לקחת את תמונת המצב של התמונה הנוכחית המוצגת כשקרן האלקטרונים הדמיה באזור.
    6. הקש Ctrl + מקשי S כדי לשמור את קובץ as.tif התמונה למיקום הרצוי עם הקובץ מוגדר כולל מספר מצטבר של.
    7. זום החוצה על ידי סיבוך " הגדלה " כפתור כדי לאתר את החור הסמוך הבא. חזור על הפעולות בשלבים 5.1.4 - 5.1.6 לשיקוף החלקיקים AlOOH בשאר החורים.
  2. לערוך ניתוח היסודות באמצעות EDX
    1. להוסיף את גלאי אנרגיה ואנליזת ספקטרוסקופיה (EDS) לתוך התא.
    2. בחר את גלאי משוערת על צג בקרה מיקרוסקופ ועל מצב SE לצפייה המדגם על האזור הדמיה של אלומת אלקטרונים. הגדר את המתח מאיץ 8 קוו, הזרם נה 0.47, של WD 7 מ"מ כפי שמתואר בשלב 5.1.2.
    3. להגדיל את החלקיקים AlOOH כל חור עם הגדלה 200,000 X על ידי סיבוך " הגדלה " כפתור בלוח MUI.
      הערה: שמור כשקרן האלקטרונים התמקדו באותו מקום כדי לספק יותר מידע אלמנטלים מקומי. תמונה של AlOOH מסופק ב איור 1a.
    4. פתח את התוכנה המשוייכת EDAX.
      הערה: התוכנה המשוייכת עשויים להשתנות עקב מכשירים שונים ' תצורות.
    5. לחץ " להתחיל להקליט ספקטרה חדש " בממשק המשתמש (UI) לאסוף את הספקטרום EDX. בחר " שיא מזהה " לבחור את הרכיבים סביר של הספקטרום. מקליד רכיבים שנמדדו, למשל, חמצן, במקרה הזה, " יסוד " שדה. לחץ על " הוסף " כדי להחיל את הרכיב הספקטרום.
    6. לחץ על " קובץ " ולאחר מכן לחץ על " שמירה בשם ". שמור את התבנית in.csv נתונים ספקטראליים באמצעות שם הקובץ הרצוי להתוויה נוספת באמצעות תוכנה graphing.
    7. חזור על הפעולות בשלבים 5.3.3 - 5.3.6 להקליט את הספקטרום EDX מן כל חור.
    8. לאחר שסיים את ההדמיה ואת ספקטרום הקלטה עבור כל אחד החורים, לבטל את קרן אלקטרונים על ידי לחיצה " קרן על " על הלחצן " שליטה קרן " עמוד כשקרן האלקטרונים הדמיה האזור מופעלת. וונט תא SEM על ידי לחיצה " פתח " באותו עמוד. בזהירות לקחת את הדגימה מהבמה על-ידי הסרת כל הקלטות לאחר פתיחת הדלת תא.
    9. שוב את ההליך כדי לנהל הניסויים שליטה באמצעות המים DI microchannel ריק של.

6. להתוות את הספקטרום EDX

  1. קובץ הייבוא the.csv הספקטרום לתוך תוכנה graphing.
  2. מגרש הספקטרום באמצעות רמת אנרגיה כמו ציר ה-x לבין עוצמת התקבל, עיבדה EDX כמו ציר ה-y כדי להציג את ספקטרום המשוחזרת, כפי שמוצג דמויות 2a , 2b ו- 2 c-

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התוצאות נציג מוצגים כדי להראות איך הם החלקיקים עם תמונה, נותחה באמצעות בחיי עיר נוזלי הדמיה SEM בשילוב עם EDX. התוצאות כוללות תמונות SE EDX ספקטרה. הדימויים SE התקבלו ב 100,000 X ו- 200,000 רמות הגדלה X באיור1. איור 1a מציג את התמונה SE של AlOOH, איור 1b DI מים ו- איור 1 c החור ערוץ ריק. התמונות התקבלו על-ידי החלת SE עם 8 מתח מאיץ קוו ו- 0.47 nA לשגר זרם. רזולוצ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

SEM הוא טכניקה חזקה במשטח אפיון חומרים אורגניים ואנאורגניים ברמה ננו (ננומטר) עם רזולוציה גבוהה1. כך למשל, הוא משמש לניתוח הדגימות של חומרים מוצקים כגון חומרים גיאולוגי26 ומוליכים למחצה27. עם זאת, יש לו חוקים באפיון הדגימות ועונה נוזלי בשל בעיית אי התאימות של נוזל בתוך הסביבה מאוד שאבה את הריצפה הדרושות מיקרוסקופ אלקטרונים1. הכנת הדוגמא SEM לעיתים קרובות דורשת התייבשות או ליופיליזציה עבור דגימה רטוב, במיוחד עבור דגימות ביולוגי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנחנו אסירי תודה על הפסיפי הלאומי מעבדה (PNNL) גרעיני תהליך המדע יוזמה (NPSI)-קרן המעבדה ביימה למחקר, פיתוח (LDRD) לקבלת תמיכה. ד ר Sayandev מוזיקה סיפק את החלקיקים boehmite מסונתז. גישה אינסטרומנטלית סופק באמצעות הצעה משתמש כללי W. R. ויילי סביבתיים מולקולרית מדעי מעבדה (EMSL). EMSL הוא מתקן משתמש מדעיים לאומיים בחסות את Office הביולוגיים ואת הסביבה מחקר (בער) ב- PNNL. PNNL מופעל על ידי Battelle על האלמונית תחת חוזה דה-AC05-76RL01830.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
ציפוי פחמןקרסינגטון208 פחמןהוא מלווה בצג עובי MTM-10.
SEMFEIQuanta 3D FEGהוא מספק מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ברזולוציה גבוהה וניתוח יסודות.
מערכת לניתוח בממשק ואקום נוזלי (SALVI)המעבדה הלאומית של צפון מערב האוקיינוס השקטN/ASALVI היא תא מיקרופלואידית ייחודי תואם ואקום המאפשר אפיון הדגימה הנוזלית באמצעות מכשיר מדעי מבוסס ואקום.
PEEK UnionValcoZU1TPKאיחוד קטון אתר פוליאתר משמש לחיבור הכניסה והיציאה של מזרק SALVI
BD309659 1 מ"ל
פיפטהתרמו פישר מדעי21-377-821טווח: 100 עד 1,000 מ"ל
קצה פיפטה 1נפטון2112.96.BS1,000 ומיקרו; L
קצה פיפטה 2Rainin1700186520 ומיקרו; L
משאבת מזרקמנגנון הרווארד70-2213הוא משמש להזרקת דגימת הנוזל למכשיר SALVI.
מד pHFisher Scientific/accumet13-636-AP72הוא משמש למדידת ה-pH של AlOOH במי DI.
מערכת מים אולטרה-טהורים של בארנסטד, יהלום UV/UFThermo Scientific BarnsteadNanopure D11931הוא משמש לייצור מים DI.
צינורות צנטריפוגהפישר סיינטיפיק/פלקון15-527-9015 מ"ל
מנקה קולי ברנסוניקסיגמא-אולדריץ'2510הוא משמש לאולטרסאונד של דגימת הנוזל AlOOH.
BalanceMettler Toledo11106015XS64
AlOOHהמעבדה הלאומית פסיפיק נורת'ווסטN/Aהוא מסונתז על ידי מדענים במעבדה הלאומית פסיפיק נורת'ווסט.
בקרת מיקרוסקופ xTFEIQuanta 3D FEGתוכנת בקרת מיקרוסקופ ברירת מחדל של SEM Quanta 3D FEG
EDAX Genesis תוכנהEDAXN/Aהתוכנה משמשת לאיסוף המידע היסודי EDX של הדגימות.
צינורות טפלוןSUPELCO58697-Uהוא משמש להחדרת הדגימה למיקרו-ערוץ ולהחזקת נפח נוזל נאות.

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Goldstein, J., et al. Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis: A Text for Biologists, Materials Scientists, and Geologists. , 2nd ed, (1992).
  2. Donald, A. M. The use of environmental scanning electron microscopy for imaging wet and insulating materials. Nat Mater. 2 (8), 511-516 (2003).
  3. Rossi, M. P., et al. Environmental Scanning Electron Microscopy Study of Water in Carbon Nanopipes. Nano Lett. 4 (5), 989-993 (2004).
  4. Nune, S. K., et al. Anomalous water expulsion from carbon-based rods at high humidity. Nat Nano. 11 (9), 791-797 (2016).
  5. Soumya, E. A., et al. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Environmental SEM: Suitable Tools for Study of Adhesion Stage and Biofilm Formation. , (2012).
  6. Thiberge, S. Y., Nechushtan, A., Sprinzak, D., Moses, E. Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (10), 3346-3351 (2004).
  7. Thiberge, S., et al. Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (10), 3346-3351 (2004).
  8. Thiberge, S., Zik, O., Moses, E. An apparatus for imaging liquids, cells, and other wet samples in the scanning electron microscopy. Rev Sci Instrum. 75 (7), 2280-2289 (2004).
  9. QuantomiX WETSEM®. , Available from: http://www.wetsem.com/ (2017).
  10. Wet Cell Kit. , Available from: http://www.2spi.com/catalog/instruments/silicon-nitride-wet-cell-kits-use-instructions.html (2017).
  11. Yu, X. -Y., et al. Systems and methods for analyzing liquids under vacuum. USA patent. , 8,555,710 (2011).
  12. Yang, L., et al. In situ SEM and ToF-SIMS analysis of IgG conjugated gold nanoparticles at aqueous surfaces. Surf Interface Anal. 46 (4), 224-228 (2014).
  13. Liu, B., et al. In situ chemical probing of the electrode-electrolyte interface by ToF-SIMS. Lab Chip. 14 (5), 855-859 (2014).
  14. Ding, Y., et al. In situ Molecular Imaging of the Biofilm and Its Matrix. Anal Chem. 88 (22), 11244-11252 (2016).
  15. Hua, X., et al. Two-dimensional and three-dimensional dynamic imaging of live biofilms in a microchannel by time-of-flight secondary ion mass spectrometry. Biomicrofluidics. 9 (3), 031101(2015).
  16. Hua, X., et al. Chemical imaging of molecular changes in a hydrated single cell by dynamic secondary ion mass spectrometry and super-resolution microscopy. Integr Biol. 8 (5), 635-644 (2016).
  17. Hua, X., et al. In situ molecular imaging of a hydrated biofilm in a microfluidic reactor by ToF-SIMS. Analyst. 139 (7), 1609-1613 (2014).
  18. Yu, J., et al. Capturing the transient species at the electrode-electrolyte interface by in situ dynamic molecular imaging. Chem Commun. 52 (73), 10952-10955 (2016).
  19. Yang, L., et al. Making a hybrid microfluidic platform compatible for in situ imaging by vacuum-based techniques. J Vac Sci Technol, A. 29 (6), (2011).
  20. Yang, L., et al. Probing liquid surfaces under vacuum using SEM and ToF-SIMS. Lab Chip. 11 (15), 2481-2484 (2011).
  21. SPI Supplies Inc. , Available from: http://www.2spi.com/ (2017).
  22. Wet Cell II Liquid Probe System for SEM/EDS, EPMA and TOF-SIMS. , Available from: http://www.2spi.com/item/12130-ab/ (2017).
  23. Yao, J., et al. Switchable 1,8-diazabicycloundec-7-ene and 1-hexanol ionic liquid analyzed by liquid ToF-SIMS. Surf Sci Spectra. 23 (1), 9-28 (2016).
  24. Yu, J., et al. Capturing the transient species at the electrode-electrolyte interface by in situ dynamic molecular imaging. Chem Commun. 52 (73), 10952-10955 (2016).
  25. Clark, S. B., Buchanan, M., Wilmarth, B. Basic Research Needs for Environmental Management. , Department of Energy. (2016).
  26. Mills, O. P., Rose, W. I. Shape and surface area measurements using scanning electron microscope stereo-pair images of volcanic ash particles. Geosphere. 6, 805-811 (2010).
  27. Li, S., Jiang, F., Yin, Q., Jin, Y. Scanning electron acoustic microscopy of semiconductor materials. Solid State Commun. 99 (11), 853-857 (1996).
  28. Dohnalkova, A. C., et al. Imaging Hydrated Microbial Extracellular Polymers: Comparative Analysis by Electron Microscopy. Appl Environ Microbiol. 77 (4), 1254-1262 (2011).
  29. Yu, X. -Y., Liu, B., Yang, L. Imaging liquids using microfluidic cells. Microfluid Nanofluid. 15 (6), 725-744 (2013).
  30. Barshack, I., et al. A Novel Method for "Wet" SEM. Ultrastruct Pathol. 28 (1), 29-31 (2004).
  31. Cameron, R. E., Donald, A. M. Minizing sample evaporation in the Environmental Scanning Microscope. J Microsc. (Oxford, U. K.). 173 (3), 227-237 (1994).
  32. Danilatos, G. D. REVIEW AND OUTLINE OF ENVIRONMENTAL SEM AT PRESENT. J Microsc (Oxford, U.K.). 162 (3), 391-402 (1991).
  33. Stokes, D. J. Recent advances in electron imaging, image interpretation and applications: environmental scanning electron microscopy. Philos Trans R Soc, A. 361 (1813), 2771-2787 (2003).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

SALVIEDX

מאמרים קשורים