آماده سازی نمونه FESEM

آماده سازی نمونه FESEM

 یکی از ارکان مهم در تصویربرداری با میکروسکوپ­های الکترونی، آماده سازی نمونه می­ باشد و بهره­ گیری از روش­های آماده ­سازی نامناسب می­تواند برکیفیت نتایج و بهره­ وری دستگاه اثر نامطلوب بگذارند. نمونه­ های میکروسکوپ ­های الکترونی باید متناسب با ابعداد دستگاه، پایدار در شرایط خلاء و هادی جریان باشند. بطور کلی آماده سازی نمونه ­های میکروسکوپ الکترونی روبشی به ترتیب زیر می­ باشد:

 

  • نمونه­ برداری مناسب
  • تمیز و خشک کردن نمونه
  • چسباندن نمونه بر روی جا نمونه­ای
  • پوشش دهی نمونه (در صورت نیاز)
  • ایجاد اتصال الکتریکی بین نمونه و جا نمونه­ 

باید یادآور شد که برخی از مراحل فوق با تغییر نوع نمونه قابل تغییر یا حذف می­باشد.

 

در مجموع می­توان نمونه­ ها و نحوه آماده­ سازی آن­ها را به شش گروه عمده به شرخ زیر تقسیم نمود:

  • مواد فلزی و آلیاژهای فلزی
  • سرامیک­ها، مواد معدنی و انواع خاک­ها
  • پودرها
  • پلیمرها و موادی که دارای فشار بخار پایینی هستند
  • مواد زیستی و باکتری­ها
  • پوشش­ها

در ادامه به روش کلی چگونگی آماده سازی هرکدام از دسته­ بندی ­های فوق بصورت مجزا پرداخته می­شود.

مواد فلزی و آلیاژهای فلزی:

این دسته از مواد به لحاظ شیمیایی کاملا پایدار بوده و در برابر آسیب­های ناشی از برخورد پرتو و نمونه مقاوم هستند.

آماده سازی نمونه­ های فلزی و ترکیبات مواد فلزی و آلیاژهای فلزی:

الف: تمیزکاری نمونه

ب: اچ کردن نمونه در صورت نیاز و تمیزکاری پس از اچ کردن نمونه

ج: خشک کردن نمونه

د: پوشش­ دهی نمونه در صورت داشتن ترکیبات غیر رسانا

نکته: در بعضی از فلزات مانند منیزیم و آلومینیوم که دارای سطح ویژه بالایی هستند و نمونه در تماس با محیط به سرعت اکسید می­شود، بهتر است نمونه ها پوشش داده شوند.

 

سرامیک­ها، مواد معدنی و انواع خاک­ها

این مواد بسیار ترد و سخت هستند و دارای درصد بالایی تخلخل بوده که در برابر برخورد با پرتو الکترونی بسیار مقاوم هستند.

الف: تمیزکاری نمونه

ب: اچ کردن نمونه در صورت نیاز و تمیزکاری پس از اچ کردن نمونه

ج: خشک کردن نمونه

د: پوشش­ دهی نمونه

نکته1: با توجه به اینکه نمونه ­های سرامیکی معمولا دارای درصد تخلخل زیادی هستند، لذا پیشنهاد می­شود نمونه تا حد ممکن کوچک بریده شود تا هنگام خلاء شدن محفظه دستگاه مشکلی پس نیاید.

نکته2:  معمولا به علت تخلخل در نمونه ­های سرامیکی بهتر است نمونه ­ها در آون یا اتوکلاو در دمای بالاتر از 50 درجه خشک شوند.

 

پودرها

پودرها جزء دسته ای از مواد هستند که بررسی آن ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی کار نسبتا مشکلی است، چون پودرها به شدت آگلومره شده و به سختی روی سطح پراکنده می شوند. این امر سبب می­شود که هم لایه پوشش ایجاد شده روی آن­ها ناهمگن بوده و هم امکان جدا شدن پودر از نمونه آماده شده و به دنبال آن احتمال پایین آمدن کیفیت تصاویر بدست آمده وجود دارد.

آماده ­سازی نمونه ­های پودری به دو صورت کلی انجام می­شود:

الف: در صورت عدم نیاز به دیسپرس شدن می­توان مقدار بسیار کمی از پودر نمونه را بصورت مستقیم برروی چسب رسانا بروی جانمونه­ای ریخت و سپس جا نمونه ه­ا را کاملا تکان داده و در معرض دمش ناچیزی از هوا قرار داده تا ذراتی که به چسب رسانا نچسببیده اند جدا شده و مشکلی برای خلاء دستگاه ایجاد نکند.

ب: در صورت نیاز به دیسپرس شدن: مقدار ناچیزی از نمونه­ مدنظر را به یک محلول مانند اتانول، ایزوپروپانول و یا استون اضافه می­شود و ظرف حاوی محلول را به مدت 10 دقیقه داخل آلتراسونیک قرار می­گیرد، بعد از اتمام آلتراسونیک یکه یا دو قطره از نمونه را توسط قطره چکان و یا پیپت بروی فویل آلومینیوم چسبیده شده بروی جا نمونه­ای چکانده می­شود.

نکته: باید توجه داشت که محلول استفاده شده تأثیری روی نمونه از لحاظ ساختار و ترکیب شیمیایی نمونه نداشته باشد. در مورد پودرهای بیولوژیکی و آلی، چون این دسته از مواد دارای درصد قابل توجهی آب هستند حتما باید قبل از قرار گرفتن در محفظه دستگاه، کاملا خشک و عاری از هرگونه رطوبت شوند.

 

پلیمرها و موادی که دارای فشار بخاری پایینی هستند

نکته مشترک در مورد بیشتر پلیمرها این است که نارسانا بوده و حتماً نیاز به پوشش دهی دارند و از طرف دیگر به علت دارا بودن ساختار زنجیره ای با استحکام پایین، با قرار گرفتن در معرض پرتو الکترونی ممکن است زنجیره گسسته شده و مانع از نتیجه­گیری مطلوب و همچنین باعث آلودگی دستگاه SEM شوند، در این مورد می­توان با استفاده از دستگاه FESEM در شرایط ولتاژ و جریان پایین تصویربرداری نمود.

مراحل آماده سازی نمونه­ های پلیمری و ترکیبات آن­ها:

الف: برش نمونه برحسب جنس و سایز نمونه در صورت نیاز

ب: تمیزکاری نمونه

ج: خشک کردن نمونه

د: پوشش­ دهی نمونه

 

مواد زیستی و باکتری­ها

بطور کلی به دسته­ای از مواد اطلاق می­شود که معمولا زنده بوده و ترکیبی از عناصر سبک با عدد اتمی بین 1-20 هستند و ممکن است در ترکیب آن­ها درصد ناچیزی از عناصر کمیاب هم دیده شود و درصد قابل توجهی از ترکیب آن­ها را آب تشکیل می­دهد.این دسته از مواد دارای فشار بخار پایین و نارسانا بوده و بیشتر آن­ها در برخورد با پرتو الکترونی دچار تخریب می­شوند.

 

مراحل آماده سازی نمونه­ های بیولوژیک:

الف: نمونه گیری و تمیز کردن

ب: تثبیت شیمیایی: این فرایند بمنظور پایدار کردن و جلوگیری از تخریب اولیه نمونه انجام می­شود و به گونه­ای است که نمونه نزدیک­ترین حالت را به حالت اولیه خود داشته باشد.

ج: آب زدایی و خشک کردن: در این مرحله یک حلای آبی مثل استون یا اتانول به عنوان عامل آب­زدایی جایگزین آب نمونه شده و سپس این حلال آبی در دمای بحرانی کاملا از نمونه حذف می­شود.

شایان ذکر است که در برخی از نمونه­ های بیولوژیکی آماده­ سازی ­های مذکور جوابگو نبوده و حتما باید از روش انجماد سریع نمونه در شرایط معین استفاده شود.

 

پوشش­ دهی نمونه:

در مورد نمونه هایی که نیمه رسانا و یا نارسانا هستند، با برخورد بیم الکترونی به نمونه، الکترون­ها متجمع شده و پدیده ای به نام شارژ رخ داده که هم زمان باعث انحراف بیم الکترونی از مسیر مستقیم آن می­گردد. این پدیده به شکل نقاط بسیار روشن در نمونه دیده می­شود؛ به همین علت نمونه ­ها توسط لایه بسیار نازکی از یک ماده رسانا که معمولا طلا، طلا/ پالادیوم، پلاتین و یا کربن هستند، پوشش داده می شوند.

برای آنالیز شیمیایی نمونه از پوشش کربن استفاده می شود که علت آن عدد اتمی پایین عنصر کربن است که کمترین تاثیر را روی نتایج آنالیز شیمیایی دارد.