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Microscopía electrónica de barrido (SEM)

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Análisis de microscopia electrónica, o SEM, es una técnica poderosa usada en química y material de análisis que utiliza un haz de electrones escaneadas para analizar la estructura de la superficie y composición química de una muestra.

Microscopios ópticos modernos están limitados por la interacción de las ondas de luz visibles con un objeto, llamado difracción. La más pequeña distancia puede resolver entre dos objetos, o la resolución lateral, varía dependiendo del tamaño del patrón de difracción en comparación con el tamaño del objeto. Como resultado, microscopios ópticos tienen un aumento máximo de hasta 1.000 X y una resolución lateral de hasta 200 nm en situaciones ideales.

SEM no está limitado por la difracción, ya que utiliza un haz de electrones en lugar de luz. Por lo tanto, un SEM puede alcanzar aumentos de hasta 1 millón X con resolución lateral sub-nanométrica. Además, SEM no se limita a imágenes características sólo en el plano focal, como con microscopía de luz. Así, los objetos fuera del plano focal se resuelven, en comparación con microscopia ligera donde aparecen borrosas. Esto proporciona hasta 300 veces mayor profundidad de campo SEM.

Químicos utilizan ampliamente SEM para analizar composición superficial, la estructura y la forma de entidades a nanoescala, como las partículas de catalizador.

Este video se describen los principios del instrumento SEM y demostrar los fundamentos de la operación en el laboratorio y preparación de muestras SEM.

En SEM, las muestras deben ser conductoras para la proyección de imagen convencional. Muestras no conductoras están recubiertas con una capa delgada de metal, tales como el oro. Imágenes luego se generan mediante la exploración de un haz concentrado de electrones de alta energía a través de la muestra.

El haz de electrones en el SEM se genera por un cañón de electrones, dotado de un cátodo de filamento de tungsteno. Los electrones son impulsados hacia el ánodo, en la dirección de la muestra, por un campo eléctrico.

El haz de electrones se enfoca entonces en lentes de condensador y entra en la lente del objetivo. El objetivo debe ser calibrado por el usuario para enfocar el haz de electrones en una posición fija en la muestra. La viga enfocada es raster escaneados a través de la muestra.

Cuando los electrones primarios interactúan con la muestra, del túnel a una profundidad que depende de la energía del haz de electrones. Esta interacción con la superficie da lugar a la emisión de electrones secundarios y retrodispersados, que luego se miden por sus detectores respectivos.

La intensidad de los electrones secundarios emitidos varía dependiendo del ángulo de la muestra. Las superficies perpendiculares a la viga suelte menos electrones secundarios y por lo tanto aparecen más oscuras. En el borde de las superficies, más electrones se liberan y el área aparece más brillante. Este fenómeno produce imágenes con un aspecto 3D bien definido, como se muestra en este análisis de SEM de amianto.

Por el contrario, los electrones de backscattered se reflejan en la dirección opuesta del haz de electrones. Detección de intensidad aumenta con el aumento del número atómico de la muestra, lo que permite la adquisición de información de composición de la superficie, como se muestra en esta imagen de retrodispersión de inclusiones en el vidrio.

Ahora que los principios del instrumento SEM han sido esbozados, el funcionamiento básico de un SEM se demostrará en el laboratorio.

Para empezar, sputter coat la muestra colocando sobre un trozo de muestra. Asegúrese de que la muestra esté completamente seca y desgasificada. Si es necesario, se puede usar cinta conductiva de carbón de doble cara para adherir la muestra para el talón. Coloque la muestra en un sistema de pulverización catódica. Farfullar unos pocos nanómetros de oro sobre la muestra. El espesor de la capa de oro variará dependiendo de si la capa interfiere con la morfología de la muestra.

Retire la muestra del sistema de pulverización catódica. Asegúrese de que hay un puente conductor de la superficie de la muestra para el trozo de metal.

Una vez que la muestra ha sido cubierta, está lista para ser fotografiada. Para ello, primero ventilar la cámara de muestras SEM y deje que la cámara a presión nominal.

Abra el compartimento de muestra de SEM y eliminar la etapa de la muestra. Coloque el trozo en el escenario de la muestra y apriete el trozo en el lugar.

Si la distancia entre la lente y la muestra, llamada la distancia de trabajo, no puede ser controlada por el software, asegúrese de que la etapa y el trozo tiene la altura apropiada para obtener una imagen.

Ponga el escenario de la muestra en la cámara de muestra y cerrar el compartimiento.

Encender las bombas de vacío y permitir que el sistema la bomba abajo.

Para comenzar la proyección de imagen, abra el software de SEM. Seleccione la deseada operación voltaje que van desde 1 a 30 kV. Con materiales de alta densidad, se deben utilizar voltajes de aceleración mayores. Seleccione el voltaje de aceleración baja para materiales de baja densidad.

La mayoría del software SEM incluye una función de enfoque automático. Esto adquirirá un enfoque de la muestra a utilizar como punto de partida.

Establezca el aumento en el nivel mínimo de zoom de 50 X.

SEM tiene modos de escaneo diferentes como escaneo rápido y escaneo lento. Modo más rápido de exploración proporciona más rápida tasa de refresco de la pantalla con una calidad más baja. Seleccione el modo de análisis rápido para comenzar, con el fin de encontrar la muestra y comenzar el enfoque grueso.

Ajuste el enfoque del curso hasta que la imagen se vuelve más aguda. A continuación, ajuste la posición de la etapa para que la región de interés se puede ver en la pantalla.

Primero, se centra en el aumento más bajo usando el foco grueso. Luego, aumentar el nivel de ampliación hasta que se observe la característica deseada. Ajuste el enfoque del curso para más o menos enfocar la imagen en este aumento. Si es necesario, ajustar un foco grueso cuando la magnificación aumenta.

A continuación, ajuste el enfoque fino para mejorar aún más la imagen. Repita estas enfocando a pasos cada vez que se aumenta la magnificación.

Distorsiones de viga asimétrica pueden provocar desenfoque de la imagen, llamada astigmatismo, incluso cuando la muestra está bien enfocada. Para disminuir este efecto, aumentar la ampliación hasta el nivel máximo y enfocar la imagen mediante el enfoque fino. Luego, ajustar la stigmation en dirección x e y para cambiar la forma de la viga.

Mantener los ajustes de enfoque y stigmation de ajuste hasta que la imagen es como posible en el nivel de ampliación mayor.

Volver al nivel de ampliación deseado.

La imagen de SEM puede ser adquirida en modo de "Foto rápida" o "foto lento". El modo "Foto rápida" crea una imagen de calidad inferior, pero se adquiere más rápido. El modo "lento foto" crea una imagen de calidad superior, pero puede saturar la superficie con los electrones.

Para medir características dentro de la imagen capturada, utilizar herramientas de medición de software.

Mayoría de los instrumentos incluye opciones tales como longitud, área y ángulo de medición.

Para determinar longitud, seleccione la distancia a medir sobre la imagen de SEM. Haga clic en la imagen para crear los puntos de referencia que será analizada por el software.

Cuando haya terminado, apague el SEM según las directrices del fabricante.

Microscopía electrónica de barrido se utiliza para una amplia gama de muestras de la imagen.

SEM puede utilizarse para obtener imágenes de materiales altamente estructurados y complejos, como una membrana de fibra de carbono.

La muestra mostró un alto grado de porosidad y estructura dimensional tres; una propiedad que es muy conveniente para los usos tales como catálisis.

SEM puede utilizarse también para obtener imágenes de muestras biológicas, como las bacterias. En este ejemplo, el cabello como apéndices, o pili, del intestino bacterias eran reflejadas con el SEM.

Helicobacter pylori se cultivaron en placas de agar sangre y las bacterias sembradas en cubreobjetos de vidrio.

Las muestras completamente secas fueron montadas y cubiertas con 5 nm de paladio y oro para hacer la muestra conductora.

Finalmente, la muestra fue fotografiada usando SEM. H. pylori eran fácilmente visibles, con pili de nanoescala medibles.

Este ejemplo describe cómo el tejido cerebral puede ser embebido en una resina estable y luego reflejada en tres dimensiones mediante una viga de ion enfocada y SEM.

En primer lugar, tejido cerebral era fijo e incrustado en resina. Luego la región de interés identificado y cortado con un micrótomo.

La muestra entonces fue insertada en el ion enfocada viga microscopio electrónico para la proyección de imagen tridimensional. La viga de ion enfocada entonces fue utilizada para quitar secuencialmente capas finas de la muestra. Cada capa fue fotografiada antes de retirar con rayos SEM.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para microscopía electrónica de barrido. Ahora debe entender los principios básicos de funcionamiento del SEM y cómo preparar y analizar una muestra de SEM.

¡Gracias por ver!

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