На месте Характеристика бемит частиц в воде с использованием жидких SEM

Общая цель этой процедуры сканирования жидкостной электронной микроскопии in situ заключается в предоставлении технических знаний для эффективной визуализации и анализа частиц в жидкостях в обычном высоковакуумном РЭМ с использованием вакуум-совместимого микрофлюидного модуля. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области микроскопии и микроанализа, такие как характеристика изменяющегося размера и морфологии частиц, реагирующих на изменения окружающей среды. Основное преимущество этой методики заключается в том, что мы можем непосредственно визуализировать полидисперсные частицы в жидкости без сушки или замораживания образца в режиме высокого вакуума, а также не прибегая к СЭМ окружающей среды.

Применение этого метода распространяется на эффективный анализ различных жидких материалов и биологических образцов с использованием СЭМ, поскольку многие из них функционируют или существуют только в жидкости. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку простые этапы монтажа и визуализации in situ трудно освоить, поскольку они отличаются от обычных твердых образцов. Начните эту процедуру с углеродного покрытия системы для анализа на границе раздела жидкостного вакуума, или устройства Salvi, как описано в протоколе технического специалиста.

Установка микрофлюидного устройства на столик СЭМ имеет решающее значение для успеха анализа жидкостных СЭМ in situ. Перед экспериментом убедитесь, что устройство правильно заземлено и надежно закреплено, чтобы свести к минимуму эффект зарядки. Чтобы установить устройство SALVI на столик SEM, сначала осторожно откройте дверцу камеры для образцов SEM после завершения вентиляции.

Выберите держатель образца SEM. Закрепите держатель в центре сцены с помощью соответствующего болта и шестигранного ключа. Поместите две полоски двусторонней угольной ленты на держатель образца.

Затем наклейте устройство SALVI на угольную ленту, размещенную на держателе стороной мембраны из нитрида кремния вверх. Надежно закрепите SALVI на держателе образца с помощью двух дополнительных полос односторонней медной ленты, чтобы привязать блок SALVI PDMS к держателю образца SEM. Кроме того, используйте медные ленты для соединения каркаса из нитрида кремния и металлического держателя образца.

Следите за тем, чтобы лента не полностью покрывала мембрану из нитрида кремния. Чтобы откачать пробную камеру, закройте дверцу камеры для образцов, выберите режим высокого вакуума в графическом интерфейсе программного обеспечения SEM на странице управления лучом, нажмите кнопку насоса на странице управления лучом, чтобы начать вакуумирование. Надавливайте вручную на дверцу камеры до тех пор, пока не будет достигнут желаемый вакуум.

Затем сделайте отверстия в мембране из нитрида кремния с помощью сфокусированного ионного луча, или FIB, как описано в техническом протоколе. После этой процедуры выключите электронный пучок и ионный пучок, чтобы проветрить камеру, щелкнув лучом при активации соответствующей области визуализации пучка. Нажмите кнопку «Вентиляционное отверстие» на странице управления лучом, чтобы проветрить камеру для образцов.

Осторожно откройте дверцу камеры SEM после того, как она будет полностью проветрена, оставив устройство SALVI как есть на сцене. Наберите один миллилитр деионизированной воды в стерильный шприц и соедините шприц с входом микрофлюидного устройства с помощью переходного фитинга для трубки политетрафторэтилена. Медленно вводите жидкость в течение трех-пяти минут.

Повторите этот процесс три раза, используя один миллилитр 10 микрограммов на миллилитр оксигидроксида алюминия, чтобы убедиться, что концентрация образца не разбавляется предварительно загруженной деионизированной водой. После инъекции извлеките шприц. Соедините вход и выход SALVI с помощью соединения полиэфирэфиркетонов.

Вытрите любую жидкость за пределами SALVI лабораторными салфетками. Если внутри трубки или микроканала есть пузырьки, повторите впрыск образца до тех пор, пока внутри трубки не будет видно пузырьков. Чтобы получить изображения с использованием режима ETD и вторичных электронов, сначала закройте дверцу камеры для образцов.

После создания желаемого вакуума на дверце камеры, как и раньше, активируйте область визуализации электронного луча, щелкнув значок паузы на панели инструментов. Включите электронный луч, нажав кнопку включения луча на странице управления лучом. Выберите ETD и режим вторичных электронов для получения изображений в раскрывающемся меню детектора.

При выборе оптимальных условий очень важно уметь получать высококачественные изображения. В этой работе мы покажем вам набор условий, подходящих для получения изображений на вторичных электронах легких элементов, таких как алюминий-кремний. При анализе других элементов, таких как железо и никель, условия работы должны быть изменены для оптимизации визуализации вторичных электронов.

Установите ускоряющее напряжение на восемь килоэлектронвольт, а ток пучка — примерно на 0,47 наноампер из соответствующих списков, отображаемых на панели инструментов графического интерфейса пользователя в области визуализации электронного пучка. Установите рабочее расстояние равным семи миллиметрам, введя семь в текстовое поле с координатой Z на странице навигации при выборе фактического расстояния. Увеличьте функцию до 1 000 X и покрутите ручки контрастности, яркости, грубости и мелкости в ручном пользовательском интерфейсе, чтобы оптимизировать изображение функции частиц.

Центрируйте первое отверстие в живом изображении области отображения электронного пучка, поворачивая ручки сдвига X и Y на плате ручного пользовательского интерфейса, увеличивайте изображения с частицами до увеличения 200 000 Х, поворачивая ручку увеличения на плате ручного пользовательского интерфейса. Выберите разрешение экрана 1, 024 на 884 в списке на панели инструментов. Затем установите скорость сканирования равной 30 микросекундам в списке на панели инструментов.

Нажмите клавишу F4, чтобы сделать снимок текущего изображения, отображаемого в области электронно-лучевой визуализации. Нажмите клавиши Control и S, чтобы сохранить изображение в виде файла TIF в нужном месте с определенным именем файла, включая инкрементный номер. Уменьшите масштаб, повернув ручку увеличения, чтобы найти следующее соседнее отверстие.

Повторите эти операции, чтобы получить изображение частиц оксигидроксида алюминия в остальных отверстиях. Для проведения элементного анализа с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) необходимо вставить в камеру детекторы энергодисперсионной спектроскопии. Выберите ETD на мониторе управления микроскопом.

Затем выберите режим вторичных электронов для просмотра образца на области электронно-лучевой визуализации и задайте параметры, как и раньше. Увеличьте частицы оксигидроксида алюминия в каждом отверстии с увеличением в 200 000 раз, повернув ручку увеличения на плате ручного пользовательского интерфейса. Затем откройте соответствующее программное обеспечение EDAC.

Нажмите кнопку «Начать запись новых спектров» в пользовательском интерфейсе, чтобы собрать спектр EDX. Выберите идентификатор пика, чтобы выбрать вероятные элементы спектра. Затем введите наблюдаемые элементы в поле элемента.

Нажмите кнопку «Добавить», чтобы применить элемент к спектру. Нажмите на файл, а затем нажмите «Сохранить как». Сохраните спектральные данные в формате CSV, используя нужное имя файла для построения графиков с помощью программного обеспечения для построения графиков.

После завершения визуализации и записи спектра для каждого из отверстий выключите электронный пучок, нажав кнопку включения луча на странице управления лучом, когда область визуализации электронного пучка включена. Проветрите камеру SEM, нажав кнопку «Вентиляция» на той же странице. Осторожно снимите образец со сцены, сняв все ленты после того, как дверца камеры будет открыта.

Повторите процедуру для проведения контрольных экспериментов с использованием деионизированной воды и пустого микроканала. Наконец, построите график спектра EDX, как описано в техническом протоколе. Используя микрофлюидный интерфейс LEAVI, электронный пучок может напрямую бомбардировать маленькую, микрометровую апертуру жидкостью, находящейся под ней.

Частицы бемита в деионизированной воде сравнивались с контролем деионизированной воды и контролем пустого канала в их вторичных электронных изображениях. Это дает прямое доказательство получения вторичной электронной визуализации частиц бемита в жидкости. Визуализация частицы в деионизированной воде в пределах одного микрометра отверстия демонстрирует возможность наблюдения частиц в жидкости in situ.

В образце Бемита наблюдается сильный алюминиевый пик. Напротив, в деионизированном образце наблюдается только сильный пик кислорода, что указывает на наблюдение за водой. В пустом канале виден остаток ионного пучка, сфокусированного на галлии.

Пик кислорода довольно маленький, потому что внутри нет воды. После освоения этой техники ее можно сделать за пару часов, если она выполнена правильно. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, испытывают трудности, потому что трудно напрямую визуализировать жидкости в высоковакуумном СЭМ.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как характеризовать частицы в жидкости с помощью жидкого SEM in situ с SALVI. При выполнении этой процедуры очень важно помнить, что микрореактор должен быть без утечек перед монтажом на ступень СЭМ. После этой процедуры можно использовать другие методы, такие как TOF-SIMS или ЯМР, чтобы ответить на дополнительные вопросы, такие как молекулярный состав и картирование жидкостных полей.

После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области материаловедения, химической инженерии и ядерной инженерии для изучения размера частиц и морфологических изменений в едкой жидкой среде. Не забывайте, что при работе с анализом поверхностей с помощью СЭМ при выполнении этой процедуры следует надевать перчатки и защитные очки.