應用手冊
臨界點干燥程序是在SEM應用中對精密樣本實施干燥的有效方法。臨界點干燥保全了樣本的表面結(jié)構(gòu),,否則,,當樣本從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時可能會因為表面張力而導致表面結(jié)構(gòu)受破壞。在過去,臨界點干燥是一個耗時的過程,,由于手動操作太多造成了樣本的重現(xiàn)性較低,。許多生物樣本通常在干燥前通過固定和脫水制備,干燥后進行金,、鉑或鈀等金屬鍍膜使其表面導電,,這樣才能方便開展SEM分析。
臨界點干燥 – 介紹
掃描電子顯微鏡(SEM)的用途之一是研究生物應用中的表面形態(tài),,這需要保全樣本的表面細節(jié),。用于電子顯微鏡(EM)成像的樣本需要干燥處理以便與顯微鏡的真空兼容。水分子的存在會干擾真空,,進而影響成像,。水分子還將導致所研究的結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)大規(guī)模變形或坍塌(見“空氣和臨界點干燥的比較")。水會對空氣形成很高的表面張力,。在蒸發(fā)(空氣干燥)過程中,,穿過從液相到氣相的交界面,由表面張力引起的切向力會對樣本的納米和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,。
要保全樣本形態(tài),,臨界點干燥是先進的方法(見“CO2的壓力/溫度相圖")。在臨界點上,,液體和氣體的物理特性無法區(qū)分。處于臨界點的化合物可以在不穿過液氣界面的情況下轉(zhuǎn)化為液相或氣相,,避免了破壞作用,。使用水的臨界點脫水是不可行的,因為位于374℃和229 bar的溫度下時,,任何生物樣本都會被破壞,。為了克服這一問題,可以用液態(tài)二氧化碳(CO2)代替水,,其臨界點為31℃和74 bar,,所以更適合所有生物應用,技術(shù)上也相對容易維護,。
但CO2作為過渡液體也存在一項嚴重的缺點,;CO2不能與水混溶。因此,,必須用乙醇或丙酮之類的交換液來代替水,,這些液體可以在水和液態(tài)CO2中混溶。這兩種交換液都不能用于臨界點干燥,,因為它們的臨界點溫度很高(乙醇:Pc 60 bar/Tc 241℃,;丙酮:Pc 46 bar/Tc 235℃)。
在預臨界點干燥步驟中,用交換液代替水,,然后用液態(tài)CO2代替交換液,,液態(tài)CO2被帶到臨界點并通過在恒定臨界點溫度下降低壓力轉(zhuǎn)化為氣相。
CO2壓力/溫度相圖
三相點:固態(tài),、液態(tài)和氣態(tài)下均為相同的物理特征,。
臨界點/超臨界液:液態(tài)和固態(tài)下為相同的物理特征。
空氣與臨界點干燥之間的對比
空氣干燥樣本(水蚤)
臨界點干燥樣本(水蚤)
SEM分析工作流程
手動處理
固定:交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(wěn)定性,。
脫水:交換液濃度升高后取代樣本中的水,。
CPD:液態(tài)CO2(預充)取代樣本中的交換液,然后進行臨界點干燥,。
鍍膜:樣本具備導電性以后即可進行SEM分析,。
固定:交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(wěn)定性。
脫水:交換液濃度升高后取代樣本中的水,。
CPD:液態(tài)CO2(預充)取代樣本中的交換液,,然后進行臨界點干燥。
涂鍍:樣本具備導電性以后即可進行SEM分析,。
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