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臨界點(diǎn)干燥簡(jiǎn)要介紹

更新時(shí)間:2021-07-28      點(diǎn)擊次數(shù):1009

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應(yīng)用手冊(cè)


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臨界點(diǎn)干燥程序是在SEM應(yīng)用中對(duì)精密樣本實(shí)施干燥的有效方法。臨界點(diǎn)干燥保全了樣本的表面結(jié)構(gòu),否則,當(dāng)樣本從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)可能會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩Χ鴮?dǎo)致表面結(jié)構(gòu)受破壞。在過(guò)去,臨界點(diǎn)干燥是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程,由于手動(dòng)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(guò)固定和脫水制備,干燥后進(jìn)行金、鉑或鈀等金屬鍍膜使其表面導(dǎo)電,這樣才能方便開(kāi)展SEM分析。


臨界點(diǎn)干燥 – 介紹

掃描電子顯微鏡(SEM)的用途之一是研究生物應(yīng)用中的表面形態(tài),這需要保全樣本的表面細(xì)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(huì)干擾真空,進(jìn)而影響成像。水分子還將導(dǎo)致所研究的結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)大規(guī)模變形或坍塌(見(jiàn)“空氣和臨界點(diǎn)干燥的比較")。水會(huì)對(duì)空氣形成很高的表面張力。在蒸發(fā)(空氣干燥)過(guò)程中,穿過(guò)從液相到氣相的交界面,由表面張力引起的切向力會(huì)對(duì)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(diǎn)干燥是先進(jìn)的方法(見(jiàn)“CO2的壓力/溫度相圖")。在臨界點(diǎn)上,液體和氣體的物理特性無(wú)法區(qū)分。處于臨界點(diǎn)的化合物可以在不穿過(guò)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(diǎn)脫水是不可行的,因?yàn)槲挥?74℃和229 bar的溫度下時(shí),任何生物樣本都會(huì)被破壞。為了克服這一問(wèn)題,可以用液態(tài)二氧化碳(CO2)代替水,其臨界點(diǎn)為31℃和74 bar,所以更適合所有生物應(yīng)用,技術(shù)上也相對(duì)容易維護(hù)。


但CO2作為過(guò)渡液體也存在一項(xiàng)嚴(yán)重的缺點(diǎn);CO2不能與水混溶。因此,必須用乙醇或丙酮之類的交換液來(lái)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(diǎn)干燥,因?yàn)樗鼈兊呐R界點(diǎn)溫度很高(乙醇:Pc 60 bar/Tc 241℃;丙酮:Pc 46 bar/Tc 235℃)。


在預(yù)臨界點(diǎn)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(diǎn)并通過(guò)在恒定臨界點(diǎn)溫度下降低壓力轉(zhuǎn)化為氣相。


CO2壓力/溫度相圖


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三相點(diǎn):固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)下均為相同的物理特征。

臨界點(diǎn)/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(diǎn)干燥之間的對(duì)比


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空氣干燥樣本(水蚤)


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臨界點(diǎn)干燥樣本(水蚤)


SEM分析工作流程

手動(dòng)處理


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固定:交聯(lián)蛋白提升機(jī)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(yù)充)取代樣本中的交換液,然后進(jìn)行臨界點(diǎn)干燥。

鍍膜:樣本具備導(dǎo)電性以后即可進(jìn)行SEM分析。


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固定:交聯(lián)蛋白提升機(jī)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(yù)充)取代樣本中的交換液,然后進(jìn)行臨界點(diǎn)干燥。

涂鍍:樣本具備導(dǎo)電性以后即可進(jìn)行SEM分析。


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