На месте Характеристика бемит частиц в воде с использованием жидких SEM

Общая цель данной процедуры визуализации методом жидкостной сканирующей электронной микроскопии in situ заключается в предоставлении технических знаний для эффективной визуализации и анализа частиц в жидкостях с помощью обычного РЭМ в режиме высокого вакуума с использованием вакуумно-совместимого микрофлюидного модуля. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области микроскопии и микроанализа, такие как определение характеристик изменяющегося размера и морфологии частиц в ответ на изменения окружающей среды. Основным преимуществом данной методики является возможность прямой визуализации полидисперсных частиц в жидкости без высушивания или замораживания образца в режиме высокого вакуума, а также без использования ЭСМ с переменной давлением (environmental SEM).

Применение данной методики позволяет эффективно анализировать различные жидкие материалы и биологические образцы с помощью SEM, поскольку многие из них функционируют или существуют только в жидкой фазе. Визуальная демонстрация этого метода крайне важна, так как этапы простого монтирования и визуализации in situ сложно освоить, поскольку они отличаются от подготовки обычных твердых образцов. Начните выполнение данной процедуры с карбонизации системы для анализа на границе раздела жидкость-вакуум (устройство SALVI) согласно техническому протоколу.

Установка микрофлюидного устройства на предметный столик СЭМ имеет критическое значение для успешного проведения анализа с помощью жидкостной СЭМ in situ. Перед началом эксперимента убедитесь, что устройство надлежащим образом заземлено и закреплено для минимизации эффекта зарядки. Чтобы установить устройство SALVI на столик СЭМ, сначала осторожно откройте дверь камеры для образцов СЭМ после завершения процесса вентиляции.

Выберите держатель образцов для СЭМ. Закрепите держатель в центре предметного столика с помощью соответствующего болта и шестигранного ключа. Наклейте две полоски двусторонней углеродной ленты на держатель образцов.

Затем приклейте устройство SALVI к углеродной ленте, нанесенной на держатель, так, чтобы сторона с мембраной из нитрида кремния была обращена вверх. Надежно зафиксируйте SALVI на держателе образца, используя еще две полоски односторонней медной ленты для закрепления блока SALVI из PDMS на держателе образцов SEM. Кроме того, используйте медные ленты для создания электрического контакта между рамкой из нитрида кремния и металлическим держателем образца.

Убедитесь, что лента не перекрывает полностью мембрану из нитрида кремния. Чтобы откачать камеру с образцом, закройте дверцу камеры, выберите режим высокого вакуума в графическом интерфейсе пользователя (GUI) программного обеспечения СЭМ на странице управления пучком, затем нажмите кнопку откачки на этой же странице для начала создания вакуума. Прижмите дверцу камеры рукой до достижения необходимого уровня вакуума.

Затем с помощью сфокусированного ионного пучка (FIB) создайте апертуры в мембране из нитрида кремния, следуя протоколу технического специалиста. После завершения процедуры выключите электронный и ионный пучки для разгерметизации камеры, нажав кнопку «beam on», когда будет активирована соответствующая область визуализации пучка. Нажмите «vent» на странице управления пучком, чтобы выровнять давление в камере с образцом.

Осторожно откройте дверь камеры СЭМ после ее полного стравливания, оставив устройство SALVI на предметном столике в исходном положении. Наберите один миллилитр деионизированной воды в стерильный шприц и подсоедините шприц к входу микрофлюидного устройства с помощью адаптера из политетрафторэтиленовой трубки. Медленно вводите жидкость в течение трех-пяти минут.

Повторите этот процесс трижды, используя 1 мл оксигидроксида алюминия в концентрации 10 мкг/мл, чтобы гарантировать, что концентрация образца не будет снижена из-за предварительно загруженной деионизированной воды. После инъекции извлеките шприц. Соедините вход и выход SALVI с помощью соединителя из полиэфирэфиркетона.

Промокните любую жидкость снаружи SALVI лабораторными салфетками. Если в трубках или микроканале присутствуют пузырьки, повторите впрыск образца до тех пор, пока в трубках не исчезнут все пузырьки. Для получения изображений с помощью ETD во вторичном электронном режиме сначала закройте дверь камеры для образцов.

После создания необходимого вакуума в камере, как описано ранее, активируйте область визуализации электронным пучком, нажав на значок паузы на панели инструментов. Включите электронный пучок, нажав кнопку beam on на странице управления пучком. В выпадающем меню детекторов выберите ETD и режим вторичных электронов для визуализации.

При выборе оптимальных условий крайне важно иметь возможность получать высококачественные изображения. В данной работе мы продемонстрируем набор условий, подходящих для получения изображений вторичных электронов легких элементов, таких как алюминий и кремний. При анализе других элементов, например железа и никеля, условия работы следует изменить для оптимизации визуализации вторичных электронов.

Установите ускоряющее напряжение на 8 кэВ, а ток пучка — примерно на 0,47 нА, выбрав соответствующие значения в выпадающих списках на панели инструментов ГИУ в области формирования изображения электронного пучка. Установите рабочее расстояние на 7 мм, введя число 7 в текстовое поле координаты Z на странице навигации при выбранном режиме фактического расстояния. Увеличьте изображение объекта в 1000 раз и отрегулируйте ручки контрастности, яркости, грубой и точной настройки на ручном интерфейсе пользователя для оптимизации изображения частиц.

Центрируйте первое отверстие на живом изображении области сканирования электронного пучка, поворачивая ручки смещения по осям X и Y на панели ручного управления; увеличьте изображения с частицами до увеличения 200 000 X, поворачивая ручку увеличения на панели ручного управления. Выберите разрешение экрана 1 024 на 884 из выпадающего списка на панели инструментов. Затем установите скорость сканирования 30 microseconds из выпадающего списка на панели инструментов.

Нажмите клавишу F4, чтобы сделать снимок текущего изображения, отображаемого в области визуализации электронным пучком. Нажмите клавиши Ctrl и S, чтобы сохранить изображение в формате TIF в выбранном месте с заданным именем файла, включающим порядковый номер. Уменьшите масштаб, поворачивая ручку увеличения, чтобы найти следующее соседнее отверстие.

Повторите эти операции для получения изображений частиц оксигидроксида алюминия в остальных отверстиях. Для проведения элементного анализа методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) введите детекторы энергодисперсионной спектроскопии в камеру. Выберите ETD на мониторе управления микроскопом.

Затем выберите режим вторичных электронов для наблюдения за образцом в области визуализации электронным пучком и установите параметры, как указано ранее. Увеличьте частицы оксигидроксида алюминия в каждом отверстии до 200 000 X, поворачивая ручку увеличения на панели ручного управления. После этого откройте соответствующее программное обеспечение EDAC.

Нажмите «start recording new spectra» в пользовательском интерфейсе, чтобы собрать EDX-спектр. Выберите «peak ID» для определения вероятных элементов спектра. Затем введите обнаруженные элементы в поле элементов.

Нажмите «добавить», чтобы применить элемент к спектру. Нажмите «файл», а затем «сохранить как». Сохраните спектральные данные в формате CSV под нужным именем файла для последующего построения графиков с помощью программы для визуализации данных.

После завершения получения изображений и записи спектров для каждого отверстия выключите электронный пучок, нажав кнопку включения пучка на странице управления пучком, когда область получения изображений электронным пучком активна. Удалите вакуум из камеры СЭМ, нажав кнопку «vent» на этой же странице. После открытия дверцы камеры осторожно снимите образец с предметного столика, удалив всю закрепляющую ленту.

Повторите процедуру для проведения контрольных экспериментов, используя деионизированную воду и пустой микроканал. В завершение постройте спектр EDX согласно техническому протоколу. Благодаря использованию микрофлюидного интерфейса SALVI электронный пучок может напрямую бомбардировать небольшое отверстие микрометрного размера, под которым находится жидкость.

Изображения частиц бемита в деионизированной воде были сравнены с контролем деионизированной воды и контролем пустого канала на снимках вторичных электронов. Это служит прямым доказательством возможности получения изображений вторичных электронов частиц бемита в жидкости. Визуализация частицы в деионизированной воде внутри отверстия диаметром один микрометр демонстрирует возможность наблюдения частиц в жидкости in situ.

В образце бемита наблюдается интенсивный пик алюминия. Напротив, в деионизированном образце наблюдается только интенсивный пик кислорода, что указывает на наличие воды. В пустом канале видны остатки галлиевого фокусированного ионного пучка.

Пик кислорода довольно мал, так как внутри нет воды. После освоения эта процедура может быть выполнена за несколько часов при условии правильного проведения. Как правило, специалисты, впервые применяющие данный метод, сталкиваются с трудностями, поскольку в СЭМ при высоком вакууме сложно напрямую визуализировать жидкости.

После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как характеризовать частицы в жидкости с помощью жидкостного СЭМ in situ с использованием SALVI. При выполнении данной процедуры крайне важно помнить, что микрореактор должен быть герметичным перед установкой на предметный столик СЭМ. После применения этого метода можно использовать другие подходы, такие как TOF-SIMS или ЯМР, чтобы ответить на дополнительные вопросы, например, о молекулярном составе и картировании жидкостного поля.

После разработки эта методика позволила исследователям в области материаловедения, химического и ядерного машиностроения изучать изменения размера частиц и морфологии в едкой жидкой среде. Не забывайте, что при проведении анализа поверхности с помощью SEM необходимо использовать перчатки и защитные очки.