その場で液体の SEM を用いた水中のベーマイト粒子のキャラクタリゼーション
Summary
その場で液体走査型電子顕微鏡によってリアルタイム イメージングおよび脱イオン水にベーマイト粒子の元素組成分析の手順を紹介します。
Abstract
液体真空インターフェイス (サルヴィ) と走査型電子顕微鏡 (SEM) での解析システムを用いたin situイメージングおよび元素ベーマイト (AlOOH) 中の異物分析水を実現します。本稿では、法と真空を統合することの重要なステップ SEM と二次電子の高真空下での液体中の粒子の (SE) 画像を得るに互換性のある SAVLI。エネルギー分散型 x 線分光 (EDX) を使用 (DI) 純水のみと同様空のチャネルを含む液とコントロールのサンプル中の粒子の元素分析を取得します。液中粒子合成ベーマイト (AlOOH) は、液体の SEM 図にモデルとして使用されます。結果は良好な分解能を持つ SE モードで粒子がイメージ化されることを示す (すなわち、400 nm)。AlOOH EDX スペクトルは、アルミニウム (Al) ・ ディ ・水と比較すると、空のチャネル コントロールから重要な信号を示しています。液体 SEMその場では、多くのエキサイティングなアプリケーションと液体中の粒子を研究する強力な手法です。この手順は、液体の SEM 画像とサルヴィを用いた EDX 分析を実施するために、このアプローチを使用する場合、潜在的な落とし穴を減らすために技術的なノウハウを提供するために目指しています。
Introduction
走査型電子顕微鏡 (SEM) は、高解像度イメージング1を生産することによって様々 な標本の調査に広く適用されています。エネルギー分散型 x 線分光 (EDX)、SEM に関連付けられているは、元素組成1の決定を可能。 にします。伝統的に、イメージングのだけ乾燥した固体サンプルの SEM が適用されます。最後の 30 年で環境 SEM (フラッディングガス) は、蒸気環境2,3,4、5の部分的な水和物サンプルを分析するため開発されました。ただし、フラッディングガスは目的の高解像度6でウェット、完全流体のサンプルをイメージできません。ウェットの SEM 細胞も濡れている画像試料の SEM7,8; を使用して開発されました。それにもかかわらず、これらの細胞が電子イメージングを後方散乱し、それらデザイン9,10アプリケーションのアクセシビリティの高いに生体試料を中心に開発されました。
SEM を使用して、ネイティブの液体環境の様々 なサンプルを分析する際の課題に対処するため、我々 は真空対応マイクロ流体デバイス、分析で、液体真空インターフェイス (サルヴィ)、高空間分解能セカンダリを有効にするためのシステムを発明しました。SEM の高真空モードを用いた液体試料の電子 (SE) イメージングと元素分析この手法には、次のユニークな機能が含まれています: 1) 液体が直接では、直径 1-2 マイクロメートルの小さな開口部でプローブ2) 液体は表面張力によって穴内に保持されます。・ 3) サルヴィはポータブルで、1 つ以上分析プラットフォーム11,12,13,14,15,16,17 に適応することができます ,18。
サルヴィは 100 nm 厚のシリコン窒化 (罪) 膜で構成されています、200 μ m の広いマイクロ製ポリジメチルシロキサン (PDMS) ブロック。罪膜ウィンドウは、マイクロをシールに適用されます。作製の詳細と重要な設計上の考慮事項は、以前の論文と特許11,19,20詳細いた。現在、大手メーカーと顕微鏡用消耗品の供給のディストリビューターは、液体 SEM アプリケーション21,22の市販サルヴィ デバイスを販売するためのライセンスを購入しています。
分析機器の真空ベースのサルヴィのアプリケーションは、さまざまな水溶液とバイオ フィルム、哺乳類細胞、ナノ粒子、および電極材料12,を含む複雑な液体混合物を使用して実証されています。14,17,20,23,24します。 ただし、前述の仕事のほとんどは従って液体のアプリケーション キー分析ツールとして飛行時間二次イオン質量分析 (TOF-SIMS) を利用サルヴィの SEM が十分に検討されていません。今回、サルヴィは液体の SEM 画像と EDX 元素分析を用いた液体の大きい非球状粒子の研究に使用されています。サンプルは研究室で合成された AlOOH 粒子から成っています。サブマイクロ メーター サイズ ベーマイト粒子は、ハンフォード ・ サイトで高レベル放射性廃棄物に存在する知られています。溶解する遅く、廃棄物処理にレオロジーの問題を引き起こす可能性があります。したがって、液体25ベーマイト粒子を特徴付ける機能を持つことが重要です。この技術的なアプローチは、これらの粒子と関連のレオロジー特性の改善された理解の様々 な物理化学的条件のベーマイトを研究に使用できます。これらの粒子は、液体中に浮遊する粒子を研究するために高真空 SEM にサルヴィを適用する方法を示すステップバイ ステップを利用しました。サルヴィと SEM の統合および SEM データ集録のための重要な技術的なポイントは、用紙内で強調表示されます。
プロトコルは、将来的に液体の SEM の多様なアプリケーションでこの手法を活用に興味がある人のためサルヴィと液体の SEM イメージングを用いた液体試料解析のデモを提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
SEM は、高分解能1ナノ (nm) レベルの有機・無機材料における表面キャラクタリゼーションの強力な手法です。たとえば、地質試料26と半導体27などしっかりと乾燥試料を解析する広く使用されます。しかし、電子顕微鏡1に必要な高真空環境の中で液体の不適合による湿式、液体のサンプルを特徴付けることの制限がありま…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
太平洋の北西国立研究所 (なり) 核プロセス科学イニシアティブ (NPSI) 感謝しております-支援のため監督研究と開発 (LDRD) 基金。・ チャタジー博士 Sayandev は、合成ベーマイト粒子を提供されています。インストゥルメンタル アクセスが w. r. ワイリー環境分子科学研究所 (EMSL) 一般ユーザーの提案書を提供されました。EMSL はオフィスの生物と環境研究 (BER) なりで主催国立科学ユーザー施設です。バテル契約 DE AC05 76RL01830 下 DOE のなりが運営しています。
Materials
| Carbon Coater | Cressington | 208 Carbon | It is accompanied with thickness monitor MTM-10. |
| SEM | FEI | Quanta 3D FEG | It provides highly resolved scanning electron microscopy and elemental analysis. |
| System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) | Pacific Northwest National Laboratory | N/A | SALVI is a unique, vacuum compatible microfluidic cell that enables the characterization of the liquid sample using vacuu- based scientific instrument. |
| PEEK Union | Valco | ZU1TPK | The polyether ether ketone union is used for connecting the inlet and outlet of SALVI |
| Syringe | BD | 309659 | 1 mL |
| Pipette | Thermo Fisher Scientific | 21-377-821 | Range: 100 to 1,000 mL |
| Pipette Tip 1 | Neptune | 2112.96.BS | 1,000 µL |
| Pipette Tip 2 | Rainin | 17001865 | 20 µL |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 70-2213 | It is used to inject the liquid sample into the SALVI device. |
| pH meter | Fisher Scientific/accumet | 13-636-AP72 | It is used for measuring the pH of AlOOH in DI water. |
| Barnstead Ultrapure Water System, UV/UF | Thermo Scientific Barnstead | Nanopure diamond D11931 | It is used for producing DI water. |
| Centrifuge tubes | Fisher scientific/Falcon | 15-527-90 | 15 mL |
| Bransonic ultrasonic cleaner | Sigma-Aldrich | 2510 | It is used to ultrasonicate the AlOOH liquid sample. |
| Balance | Mettler Toledo | 11106015 | XS64 |
| AlOOH | Pacific Northwest National Laboratory | N/A | It is synthesized by scientists at Pacific Northwest National Laboratory. |
| xT microscope Control | FEI | Quanta 3D FEG | Default microscope control software of SEM Quanta 3D FEG |
| EDAX Genesis software | EDAX | N/A | The software is used for collecting the EDX elemental information of the samples. |
| Teflon tubing | SUPELCO | 58697-U | It is used for introducing the sample into the microchannel and holding adequate volume of liquid. |
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