結(jié)構(gòu)分析-22-SEM-0658課件

2.2掃描電子顯微鏡

2.2.1各種電子顯微鏡概述和分類2.2.2掃描電子顯微鏡的基本原理1)電鏡與光鏡的對比

2)掃描電鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理

3)2.2.3SEM在生物領(lǐng)域的應(yīng)用實例2.2.4SEM在配合物研究中的應(yīng)用2.2.5SEM在泌尿系結(jié)石中的應(yīng)用2.2.6怎樣拍攝較好的SEM照片根據(jù)電子束和樣品之間作用方式的不同，可將電鏡分為4大類:1)電鏡的分類1)物體透射電子：

透射電子顯微鏡(TEM),觀察和分析樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2)物體發(fā)射電子：掃描電子顯微鏡(SEM),觀察和分析樣品的表面立體形貌;STEM:Scanningtansmissionelectronmicroscope同時看表面和內(nèi)部3)物體反射電子4)物體吸收電子

2.2.1各種電子顯微鏡概述和分類原子的概念至少可以追溯到一千年前，但在漫長的歲月中，原子還只是假設(shè)而并非可觀測到的客體。因為，人的眼睛不能直接觀察到比10-4m更小的物體或物質(zhì)的結(jié)構(gòu)細節(jié)

2)電子顯微鏡(SEM)概述光學(xué)顯微鏡使人類的視覺得以延伸，人們可以觀察到像細菌、細胞那樣小的物體，但由于光波的衍射效應(yīng)，使得光學(xué)顯微鏡的分辨率只能達到10-7m.2.2.2掃描電子顯微鏡(SEM)的基本原理SEM的成像過程是用聚焦電子束在試樣表面按一定時間、空間順序作光柵狀掃描(試樣為塊狀或粉末顆粒)，聚焦電子束與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子發(fā)射(以及其它物理信號)，經(jīng)相應(yīng)的探測器收集、檢測、轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制后，最終在顯示系統(tǒng)上形成一幅反映試樣形貌和成分特征的掃描圖像。1)電鏡與光鏡的對比掃描電鏡透射電鏡光鏡肉眼玻璃透鏡(目鏡)投影鏡玻璃透鏡(物鏡)樣品玻璃透鏡(聚光鏡)光源(鹵燈或汞燈)高壓電子槍樣品電磁透鏡束偏轉(zhuǎn)器圖像投到視屏上熒光屏光鏡、透射電鏡及掃描電鏡的成像光路圖解

電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的異同點

1,000,0001,000放大倍數(shù)0.1nm200~100nm分辨力電聚焦機械聚焦聚焦方式電磁透鏡光學(xué)透鏡透鏡真空空氣介質(zhì)短：0.003~0.008長：200~750波長(nm)電子束光束照射光電子顯微鏡光學(xué)顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)電子槍電磁透鏡掃描線圈樣品室信號的收集處理系統(tǒng)真空系統(tǒng)供電保護系統(tǒng)顯示系統(tǒng)(顯象管)(1~10KV)SEMSEM原理掃描電鏡的成像原理電子槍接受、轉(zhuǎn)變成光子放大、轉(zhuǎn)換成電壓信號電子束電磁透鏡樣品表面掃描線圈次級電子信號探測器光電倍增管顯象管/熒光屏樣品表面上相應(yīng)點所發(fā)出的次級電子數(shù)熒光點的亮度抽真空的意義：防止燈絲的氧化損傷；確保電子束在運行過程中的運動軌跡不受空氣分子干擾；去除空氣分子對樣品的污染。真空系統(tǒng)一般電鏡超高壓電鏡真空系統(tǒng)

1.310-12Pa離子泵真空渦流泵機械泵：油擴散泵：冷阱：真空管道、閥門、儲氣罐等1Pa1.310-5~10-6Pa;1.310-6Pa1.310-7~10-9Pa1.310-9Pa

1.310-10Pa真空系統(tǒng)的組成部件：真空系統(tǒng)5)可同時進行多種功能分析，如與X-射線能譜儀配合使用，可在觀察形貌的同時進行元素的定性、定量分析。(6)掃描電鏡所用樣品的制備方法簡便(固定、干燥和噴金)，不需經(jīng)過超薄切片；(1)分辨率還不夠高(1~10nm)；(2)只能顯示樣品的表面形貌，無法顯示內(nèi)部詳細結(jié)構(gòu)。(3)表面要導(dǎo)電.近年來發(fā)展的環(huán)境掃描電鏡可以直接觀察含水樣品和非導(dǎo)體,不需進行表面鍍金,對樣品表面結(jié)構(gòu)不會造成破壞,為研究溶液中小晶體的生長過程提供了可能性。掃描電鏡的局限性：2.2.3SEM在生物領(lǐng)域的應(yīng)用實例人RBC的掃描電鏡照片有被小泡的掃描電鏡照片轉(zhuǎn)化細胞掃描電鏡照片演示細胞褶皺的掃描電鏡照片分裂溝的掃描電鏡照片掃描電鏡照片演示可觀察到樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；可觀察到富有立體感的圖像；提高了分辨率。冰凍蝕刻技術(shù)(freezeetching)：利用“復(fù)膜(replica)”在透射電鏡下觀察：細胞質(zhì)膜的冰凍蝕刻電鏡照片冰凍蝕刻電鏡照片演示核膜緊密連結(jié)的冰凍蝕刻電鏡照片微絨毛的冰凍蝕刻電鏡照片連結(jié)子基膜冰凍蝕刻電鏡照片演示圖12中所示的為一種新型聚電解質(zhì)膜——殼聚糖/羧甲基殼聚糖配合物多孔膜表面和截面的SEM照片?？梢钥闯?，多孔膜具有良好的多孔結(jié)構(gòu)，孔洞之間彼此貫穿，平均孔徑約20μm，完全符合作為膜色譜基質(zhì)材料的要求。

[18]楊前榮,陳新,邵正中.化學(xué)學(xué)報,2005,63:259-262.

圖12多孔殼聚糖/羧甲基殼聚糖配合物膜的表面(a)和截面(b)的SEM照片.Thebar:100μm[181]由于一維納米材料具有優(yōu)異的物理、化學(xué)、機械等性能，在光學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，引起了許多科學(xué)家的注意和研究。

2)對納米晶體結(jié)構(gòu)的觀察

采用溶液化學(xué)反應(yīng)法，利用7,7,8,8-四氰基對苯醌二甲烷(TCNQ)制備金屬有機配合物Ag(TCNQ)微米結(jié)構(gòu)的SEM(圖15).晶體為單根準(zhǔn)一維微米結(jié)構(gòu)，形狀有管狀(圖15a)、線狀(圖15b)及螺旋狀(圖15c)。螺旋狀晶體的生成可以認為是晶核在一維生長過程中其徑向受到某種力的干擾所致。

圖15單根Ag(TCNQ)晶體的SEM圖[21]2)對納米晶體結(jié)構(gòu)的觀察

[21]曹冠英,葉春暖,徐華華.物理化學(xué)學(xué)報,2005,21:47-51.2.2.5在泌尿系結(jié)石中的應(yīng)用Escolar等[5]用SEM分析了胱氨酸結(jié)石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和混合在其中的其它組分。SEM觀察表明，結(jié)石內(nèi)的胱氨酸晶體呈六邊形棱柱狀(圖1a);胱氨酸結(jié)石中常見到小球狀的磷灰石(圖1b)，甚至在幾乎純的胱氨酸結(jié)石中也能見到.此外，在一些胱氨酸結(jié)石中還含有層狀結(jié)構(gòu)的透鈣磷石，圖1c為一例含有透鈣磷石的胱氨酸結(jié)石的SEM；極少量的胱氨酸結(jié)石中還含有少量的尿酸鹽(常為尿酸銨和尿酸鉀)，圖1d為與大塊胱氨酸晶體共存的束狀尿酸鹽晶體的SEM。胱氨酸結(jié)石中不同組分晶體的SEM[5]。(c)扇形的透磷酸鈣晶體；(d)與大塊胱氨酸晶體同存在的束狀尿酸鹽混合物.(a)六邊形棱柱狀的胱氨酸晶體；(b)胱氨酸結(jié)石中常見到小球狀的磷灰石；[5]EscolarE,BellanatoJ.Biospectroscopy,1999,5(4):237-242.SEM研究尿石的基質(zhì)形貌圖2不同形式存在的基質(zhì)的SEM(a)地毯狀基質(zhì)；(b)苔蘚狀基質(zhì)；(c)弧狀纖維基質(zhì)尿石是由無機礦物和有機基質(zhì)組成，基質(zhì)在礦化中起著關(guān)鍵作用。1)地毯狀：基質(zhì)多而厚，表面呈隆起狀，系深層結(jié)石晶體突起所致(圖2a)；2)苔蘚狀：基質(zhì)少而薄，苔蘚般物質(zhì)附著在晶體表面，可見深層晶體(圖2b);3)木耳狀：結(jié)石基質(zhì)較少，如木耳狀卷曲潛藏于晶體間隙中(圖2c)。溶解尿石基質(zhì)后，暴露出深層的尿石晶體，有鮞狀晶體(圖3a)或粒狀晶體(圖3b)。[7]譚保斌,等.中華泌尿外科雜志,1998,19(8):451-453.圖3.基質(zhì)完全溶解后的尿石晶體形狀的SEM[7]SEM研究尿石晶體的形貌(a)鮞狀晶體；(b)粒狀晶體。采用雙擴散法在凝膠體系中研究了1)尿液中存在的小分子物質(zhì):谷氨酸、鎂，磷酸鹽、焦磷酸鹽、多磷酸鹽和不同結(jié)構(gòu)羧酸對CaOxa的調(diào)控作用，2)研究了過飽和度、結(jié)晶時間、溫度和pH等因素對CaOxa晶體成核、取向和生長的影響。1)凝膠體系中尿小分子對草酸鈣生物礦化的影響1)TheabilitytoinhibittheaggregationofCaOx

followsthesequence:

Na2edta＞Na3cit＞Na2tart＞NaAc.

2)TheabilitytoinducebipyramidalCOD:Na2edta＞Na3cit＞Na2tart＞NaAc.(a)NaAc(b)Na2tart(c)Na3cit(d)Na2edta(e)noadditionSEMimagesofCaOxcrystalsgrowningelinpresenceofsodiumcarboxylatesCODAggregatedCOM(27℃,thebar:100μm)

Thiswasduetothecomplexation-dissociationbalancebetweencarboxylatesandCa2+ionsinthegel.TheCa2+ionsonthesurfaceofCaOxandespeciallytheCa2+ionsatthetipsandtheedgesofCOMcrystalsareceaselesslydissolvedbythecomplexationofadditivesingel.Atthesametime,theCa2+ionsinthegelareunceasinglydepositedonthesurfaceofCOM.SuchanincessantdissolutionmadetheedgesofCOMbecomeroundedandblunt.

(a)NaAc(b)Na2tart(c)Na3cit(d)Na2edta

TheshapeofCOMbecomemoreandmoreroundedandbluntastheCOO-groupsinthemoleculesincreased,thesequencefollows:NaAc<Na2tart<Na3cit<Na2edtaSEMimagesoftypicalCOMcrystalsgrowningelinpresenceofcarboxylates

OuyangJ-M,DengS-P,TiekeB,ChineseScienceB(中國科學(xué)),2004,47(4):311-3193.3CrystallizationofCalciumOxalateinGelSystems

3.3.1Effectsofmultifunctionalsodiumcarboxylatesingelsystem

3.3.2Effectsoftemperatureingelsystem3.3.3Effectofcounterionsofcarboxylicacidingelsystem

a)inthepresenceofNa3citatdifferenttemperature.

(a)57℃(b)27℃(c)7℃Asthetemperaturedecreases,i)thecontentofCODincreases;ii)ThesizeofCOMandCODdecrease.crystallizationtime:10d,bar:100μm.

b)inthepresenceofNa2edtaatdifferenttemperature

(a)67℃(b)47℃(c)17℃AsimilarresultasNa3citwasobtained.AsT,COD%,sizeofcrystals;However,theshapeofCODdifferfromthatinpresenceofNa3cit.Na3cit:symmetricbipyramidalCODcrystalsNa2edta:asymmetriccrisscrosstypeCODcrystals.

crystallizationtime:10d,bar:1000μm.1000μm

1000μm

1000μm

OuyangJ-M,DengS-P,TiekeB,etal.ChineseScienceB(中國科學(xué)),2004,47(4):311-3193.3.2EffectsoftemponcrynofCaOxingelsystem

比較研究正磷酸鹽Na3PO4、焦磷酸鹽Na4P2O7和三聚磷酸鹽Na5P3O10對CaOxa結(jié)晶的影響。加入Na4P2O7和Na5P3O10后，

歐陽健明,陳德志.無機化學(xué)學(xué)報,2004,20(5):613-616.不同結(jié)構(gòu)的磷酸鹽的影響

a)noadditiveb)sodiumorthophosphatec)sodiumpyrophosphated)sodiumtriphosphate鄭輝，李祥平,等.無機化學(xué)學(xué)報,2005,21(9):1