In Situ Charakterystyka cząstek bemitu w wodzie przy użyciu ciekłego SEM

Ogólnym celem tej procedury obrazowania w ciekłej skaningowej mikroskopii elektronowej in situ jest dostarczenie wiedzy technicznej na temat wydajnego obrazowania i analizy cząstek w cieczach w konwencjonalnym wysokopróżniowym SEM przy użyciu kompatybilnego z próżnią modułu mikroprzepływowego. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie mikroskopii i mikroanalizy, takie jak sposób charakteryzowania zmieniającej się wielkości i morfologii cząstek reagujących na zmiany środowiskowe. Główną zaletą tej techniki jest to, że możemy bezpośrednio wizualizować cząstki polirozproszone w cieczy bez suszenia lub zamrażania próbki w trybie wysokiej próżni, a także bez uciekania się do środowiskowego SEM.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku wydajnej analizy różnych materiałów ciekłych i próbek biologicznych przy użyciu SEM, ponieważ wiele z nich funkcjonuje lub istnieje tylko w cieczy. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ proste etapy montażu i obrazowania in situ są trudne do nauczenia, ponieważ różnią się od zwykłych próbek stałych. Rozpocznij tę procedurę od nałożenia powłoki węglowej systemu do analizy na granicy faz próżni cieczy lub urządzenia SALVI zgodnie z opisem w protokole technicznym.

Zamontowanie urządzenia mikroprzepływowego na stopniu SEM ma kluczowe znaczenie dla powodzenia analizy SEM in situ. Przed eksperymentem upewnij się, że urządzenie jest prawidłowo uziemione i zabezpieczone, aby zminimalizować efekt ładowania. Aby zamontować urządzenie SALVI na stoliku SEM, najpierw ostrożnie otwórz drzwiczki komory na próbki SEM po zakończeniu odpowietrzania.

Wybierz uchwyt na próbki SEM. Zamocuj uchwyt na środku stolika za pomocą odpowiedniej i klucza imbusowego. Umieść dwa paski dwustronnej taśmy węglowej na uchwycie próbki.

Następnie przyklej urządzenie SALVI do taśmy węglowej umieszczonej na uchwycie stroną z membraną z azotku krzemu skierowaną do góry. Bezpiecznie unieruchom SALVI na uchwycie próbki za pomocą dodatkowych dwóch pasków jednostronnej taśmy miedzianej, aby przymocować blok SALVI PDMS do uchwytu próbki SEM. Ponadto użyj taśm miedzianych do połączenia ramy z azotku krzemu i metalowego uchwytu na próbki.

Upewnij się, że taśma nie zakrywa całkowicie membrany z azotku krzemu. Aby przepompować komorę na próbkę, zamknij drzwiczki komory na próbkę, wybierz tryb wysokiej próżni w graficznym interfejsie użytkownika oprogramowania SEM pod stroną sterowania wiązką, kliknij przycisk pompy na stronie sterowania wiązką, aby rozpocząć odkurzanie. Dociśnij ręcznie drzwi komory, aż do uzyskania żądanego podciśnienia.

Następnie wykonaj otwory w membranie z azotku krzemu za pomocą skupionej wiązki jonów lub FIB, zgodnie z opisem w protokole technologii. Zgodnie z procedurą wyłącz zarówno wiązkę elektronów, jak i wiązkę jonów, aby odpowietrzyć komorę, klikając wiązkę, gdy aktywowany jest odpowiedni obszar obrazowania wiązki. Kliknij odpowietrznik na stronie sterowania wiązką, aby odpowietrzyć komorę na próbkę.

Ostrożnie otwórz drzwi komory SEM po jej całkowitym odpowietrzeniu, pozostawiając urządzenie SALVI w takim stanie, w jakim znajduje się na scenie. Pobrać jeden mililitr wody dejonizowanej do sterylnej strzykawki i połączyć strzykawkę z wlotem urządzenia mikroprzepływowego za pomocą łącznika rurki z politetrafluoroetylenu. Powoli wstrzykiwać płyn przez trzy do pięciu minut.

Powtórz ten proces trzy razy, używając jednego mililitra 10 mikrogramów na mililitr tlenowo-wodorotlenku glinu, aby upewnić się, że stężenie próbki nie zostanie rozcieńczone przez wstępnie załadowaną wodę dejonizowaną. Po wykonaniu wstrzyknięcia należy wyjąć strzykawkę. Podłącz wlot i wylot SALVI za pomocą złącza polieterowo-eterowo-ketonowego.

Osusz wszelkie płyny znajdujące się na zewnątrz SALVI chusteczkami laboratoryjnymi. Jeśli w rurce lub mikrokanaliku znajdują się pęcherzyki, powtórz wstrzyknięcie próbki, aż w rurce nie będzie widać pęcherzyków. Aby wykonać zdjęcia w trybie ETD i elektronów wtórnych, najpierw zamknij drzwiczki komory na próbkę.

Po ustawieniu żądanej próżni na drzwiach komory, jak poprzednio, aktywuj obszar obrazowania wiązką elektronów, klikając ikonę pauzy na pasku narzędzi. Włącz wiązkę elektronów, klikając przycisk włączania wiązki na stronie sterowania wiązką. Wybierz ETD i tryb elektronów wtórnych do obrazowania z menu rozwijanego detektora.

Przy wyborze optymalnych warunków bardzo ważne jest, aby móc uzyskać obrazy wysokiej jakości. W tej pracy pokażemy Ci zestaw warunków odpowiednich do wtórnego obrazowania elektronowego pierwiastków lekkich, takich jak krzem aluminiowy. Podczas analizy innych pierwiastków, takich jak żelazo i nikiel, należy zmodyfikować warunki pracy, aby zoptymalizować wtórne obrazowanie elektronów.

Ustaw napięcie przyspieszające na osiem kiloelektronowoltów, a prąd wiązki na około 0,47 nanoampera z odpowiednich pól listy wyświetlanych na pasku narzędzi GUI w obszarze obrazowania wiązką elektronów. Ustaw odległość roboczą na siedem milimetrów, wpisując siedem w polu tekstowym współrzędnej Z na stronie nawigacji, gdy wybrana jest rzeczywista odległość. Powiększ funkcję do 1 000 X i przekręć pokrętła kontrastu, jasności, zgrubnego i precyzyjnego w ręcznym interfejsie użytkownika, aby zoptymalizować obraz funkcji cząstek.

Wyśrodkuj pierwszy otwór w obrazie na żywo obszaru obrazowania wiązką elektronów, przekręcając pokrętła zmiany biegów X i Y na płytce ręcznego interfejsu użytkownika, powiększ obrazy z cząstkami do powiększenia 200 000 X, przekręcając pokrętło powiększenia na ręcznej płytce interfejsu użytkownika. Wybierz rozdzielczość ekranu na 1, 024 na 884 z listy na pasku narzędzi. Następnie ustaw szybkość skanowania na 30 mikrosekund od pola listy na pasku narzędzi.

Naciśnij F4, aby zrobić migawkę bieżącego obrazu pokazanego w obszarze obrazowania wiązką elektronów. Naciśnij Control i S, aby zapisać obraz jako plik TIF w żądanej lokalizacji ze zdefiniowaną nazwą pliku zawierającą numer przyrostowy. Pomniejsz, przekręcając pokrętło powiększenia, aby zlokalizować następny sąsiedni otwór.

Powtórz te operacje, aby zobrazować cząsteczki tlenowo-wodorotlenku glinu w pozostałych otworach. Aby przeprowadzić analizę elementarną za pomocą spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii lub EDX, należy włożyć detektory spektroskopii dyspersji energii do komory. Wybierz ETD na monitorze sterującym mikroskopu.

Następnie wybierz tryb elektronów wtórnych do przeglądania próbki w obszarze obrazowania wiązką elektronów i ustaw parametry jak poprzednio. Powiększ cząsteczki tlenowo-wodorotlenku glinu w każdym otworze o powiększenie 200 000 X, przekręcając pokrętło powiększenia na ręcznej płytce interfejsu użytkownika. Następnie otwórz powiązane oprogramowanie EDAC.

Kliknij rozpocznij nagrywanie nowych widm w interfejsie użytkownika, aby zebrać widmo EDX. Wybierz identyfikator piku, aby wybrać prawdopodobne elementy widma. Następnie wpisz obserwowane elementy w polu elementu.

Kliknij przycisk Dodaj, aby zastosować element do widma. Kliknij plik, a następnie kliknij zapisz jako. Zapisz dane spektralne w formacie CSV przy użyciu żądanej nazwy pliku do wykreślenia za pomocą oprogramowania do tworzenia wykresów.

Po zakończeniu obrazowania i zapisu widma dla każdego z otworów, wyłącz wiązkę elektronów, klikając przycisk włączania wiązki na stronie sterowania wiązką, gdy obszar obrazowania wiązki elektronów jest włączony. Odpowietrz komorę SEM, klikając odpowietrznik na tej samej stronie. Ostrożnie zdejmij próbkę ze sceny, usuwając wszystkie taśmy po otwarciu drzwi komory.

Powtórz procedurę, aby przeprowadzić eksperymenty kontrolne przy użyciu wody dejonizowanej i pustego mikrokanału. Na koniec wykreśl widmo EDX zgodnie z opisem w protokole technicznym. Korzystając z interfejsu mikroprzepływowego SALVI, wiązka elektronów może bezpośrednio bombardować mały otwór o rozmiarach mikrometru cieczą znajdującą się pod spodem.

Cząstki bemitu w wodzie dejonizowanej porównano z kontrolą wody dejonizowanej i kontrolą pustego kanału na ich wtórnych obrazach elektronów. Dostarcza to bezpośrednich dowodów na wtórne obrazowanie elektronów cząstek Boehmitu w cieczy. Wizualizacja cząstki w wodzie dejonizowanej w otworze o średnicy jednego mikrometra pokazuje możliwość obserwacji cząstek w cieczy in situ.

W próbce Boehmite'a obserwuje się silny pik aluminium. Natomiast w próbce dejonizowanej obserwuje się tylko silny pik tlenu, co wskazuje na obserwację wody. W pustym kanale widoczna jest resztka wiązki jonów skupionej na galu.

Szczyt tlenu jest dość mały, ponieważ w środku nie ma wody. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu kilku godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowicjuszami w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ trudno jest bezpośrednio wizualizować ciecze w SEM o wysokiej próżni.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak charakteryzować cząstki w cieczy za pomocą płynnego SEM in situ z SALVI. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że mikroreaktor powinien być wolny od wycieków przed montażem do stopnia SEM. Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak TOF-SIMS lub NMR, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak skład molekularny i mapowanie pola płynowego.

Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny nauk o materiałach, inżynierii chemicznej i inżynierii jądrowej do badania wielkości cząstek i zmian morfologicznych w środowisku cieczy. Nie zapominaj, że podczas pracy z analizą powierzchni za pomocą SEM podczas wykonywania tej procedury należy nosić rękawice i okulary.