如何防止掃描式電子顯微鏡的樣品因氧化損傷

標題

主題

氧氣是一種極活潑的氣體,有些材料無法與之相處融洽。某些樣品一旦暴露於大氣中,就會產生氧化,在大多數情況下會永久地影響樣品的結構和特性。文中將說明如何防止樣品氧化損傷,以及如何在不影響樣品本身結構的情況下對氧敏感樣品進行SEM分析。

 

樣品和氧化作用

每種物體對於氧化反應的速率也不相同:鐵生鏽需要數年,而甲烷燃燒僅需數毫秒。

而鋰基化合物與氧氣接觸時會產生極強的反應,這使得用於電池電極的新材料的開發更加複雜困難。

同理,磷、氟和周期表中的其他幾種元素也是如此。有些化合物對氧氣非常敏感,以至於在點火時它們甚至可能會引發爆炸反應。

 

缺氧對微生物的生長也有很巨大的影響,也是區分在發酵過程中或是有時候抑制微生物生長的正常細胞的參數。後一種作用主要用於食品的生產和保存,其中N2是一種具有高化學惰性的氣體,取代食品包裝中的氧氣,或用來建立一個防止病原體生長的安全環境。另一個方面來說,該技術可以防止食品上的氧化反應,而讓食品保持新鮮並具有較長的保存期限。

 

如何在實驗室中防止對樣品的氧化損傷

相同的技術大量使用在需要無氧環境中製成或製備樣品的實驗室,也是我們所稱的”手套箱”,手套箱是一個密封的環境,裡面的空氣替換成高化學惰性的氣體:通常是氮氣或氬氣。對於在兩種氣體中選擇使用哪種,通常取決於樣品的性質和操作環境。

example glovebox environment

圖一、實驗室手套箱操作環境

 

當暴露在高壓下時,氮氣會產生氮自由基,此時氮自由基可與樣品相互作用並改變其結構。反之,氬氣是稀有氣體,因此其化學惰性甚至高於氮氣,使得氮氣成為手套箱氣體的最終解決方案。

一個手套箱以及充滿整個空間的大量氣體需要昂貴的花費,使得在手套箱裡的空間顯得極為珍貴。這就是為什麼當需要SEM分析時,桌上型的儀器是唯一的首選。另一方面,氬氣對高壓環境敏感,當暴露在高壓環境時,容易產生火花。由於使用電子顯微鏡涉及高壓電子束,這會使得觀看樣品影像或是做EDS元素分析增加難度。儘管如此,仍然存在防止這種效應的桌上型電子顯微鏡,並且可以提供高解析度的圖像和對敏感樣品準確的EDS元素分析。

 

作者介紹

 Luigi Raspolini

Luigi Raspolini是Thermo Fisher Scientific Phenom 桌上型電子顯微鏡SEM的應用工程師。Luigi一直在探索新的材料表徵,表面粗糙度測量和成分分析的方式。他熱衷於提升用戶體驗,並提供每種樣本進行成像的最佳方法。

 

原文網址:https://blog.phenom-world.com/oxidative-damage-sample-scanning-electron-microscope

 

了解更多

Thermofisher Phenom Pharos SEM電子顯微鏡icon  Thermofisher Phenom ProX SEM電子顯微鏡icon

Thermofisher Phenom XL SEM電子顯微鏡iconThermofisher Phenom Pro SEM電子顯微鏡icon

 

KCT PhenomSEM Applications

合作夥伴