میکروسکوپ الکترونی روبشی شرایط محیطی (Environmental scanning electron microscope)

محدودیتهای تصویربرداری میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی (SEM) به خوبی شناخته شده اند. به عنوان مثال حتی در نمونه هایی که دارای پوشش با هدایت الکتریکی بالا هستند، بر روی سطوح شکست یا در مواد متخلخل و فوم ها تجمع بار مشاهده می شود. این تجمع بار می تواند باعث کاهش کیفیت تصویربرداری شود. علاوه بر این، پسماندهای آلی، انواع چسبها و بایندرها مثل روغن، مواد روانساز و دیگر مواد افزودنی ممکن است در خلأ بالا تبخیر شده و تصویرسازی نمونه را با مشکل مواجه نماید. در این موارد می توان از میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی استفاده نمود. از این رو ضعف بزرگ میکروسکوپ‌های SEM که عدم تصویر برداری از نمونه‌های زنده است در این میکروسکوپ‌ها برطرف شده است ولی باید توجه داشت که در میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی شرایط محیطی مانند میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی معمولی، نمونه در محفظه خلا قرار می‌گیرد ولی خلاء آن بسیار کمتر از خلاء میکروسکوپ معمولی SEM است و فشار محفظه به فشار هوا نزدیک‌تر است. همین تفاوت فشار باعث می‌شود این میکروسکوپ بتواند نمونه‌های مرطوب (نمونه‌هایی دارای مقدار خیلی کمی فاز حلال) را مورد بررسی قرار بدهد. برای بررسی ساختارهای زیستی بسیار مهم است تا نمونه کاملا خشک نشود از این رو این میکروسکوپ برای تصویر برداری از نمونه‌های زیستی در بزرگ‌نمایی‌های بیشتر از میکروسکوپ نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی باید توجه داشت که این خلا نسبتا کم محفظه نمونه در میکروسکوپ‌های SEM شرایط محیطی باعث کاهش کیفیت تصویر برداری در بزرگ‌نمایی‌های بالا می‌شود. آنالیز ESEM ، میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی (ESEM) مدلی از انواع SEM است که توانایی تصویربرداری از نمونه های تر، پوشش داده نشده و یا هر دو را با ایجاد یک محیط گازی در محفظه نمونه دارد. قابلیت منحصر به فرد دیگر این دستگاه امکان تهیه تصاویر در محدوده دمایی ۳۰- تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد است. این قابلیت باعث می‌شود تا بتوان از تغییرات فازی و استحاله‌ها در دمای بالا و یا دمای پایین بررسی کرد و یا با دقت بالا ضریب انبساط حرارتی مواد را بررسی کرد.

مزایای میکروسکوپ الکترونی روبشی شرایط محیطی ESEM:

میکروسکوپ الکترونی محیطی روبشی، عموماً ویژگی‌های اساسی SEM نظیر قدرت تفکیک، عمق تمرکز، تنوع سیگنالها و پردازش سیگنالها را حفظ کرده است. علاوه بر اینکه در ESEM نیازی به هادی کردن نمونه (صرفنظر از مقدار ولتاژ شتاب‌دهنده) نیست. ESEM امکان ایجاد یک سیستم تزریق مایع را نیز فراهم کرده است. همچنین مشاهده دینامیک سیستم گاز- مایع- جامد در میکروسکوپ الکترونی محیطی امکانپذیر است. نکته دیگر در ESEM، کوتاه کردن زمان پمپ کردن (۶۰ تا ۹۰ ثانیه) و محفظه نمونه بزرگتر می‌باشد. به دلیل عدم حساسیت به نور می توان روزنه دید در آنها تعبیه نمود. این دریچه های دید به طور چشمگیری قراردادن نمونه را در جای خود تسهیل می کند. بنابراین تصویرسازی سریعتر و راحتتر انجام می گیرد. محدودیت دیگری نیز در کاربرد میکروسکوپهای الکترونی روبشی متداول روی می دهد. آشکارسازی الکترون ثانویه SE با استفاده از آشکارسازهای۸E-T انجام می گیرد. این آشکارسازها در پتانسیلهای مثبت بالای ۱۰۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ ولت کار می‌کنند. در محفظه‌ای که فشار از ۲ تا ۱۰ پاسکال تجاوز نماید، شکست الکتریکی رخ داده و آشکارسازها را غیر کارآمد می سازد. بنابراین از آشکارسازهای E-T فقط در میکروسکوپ‌های الکترونی متداول که در خلأ بالا کار می کنند، می توان استفاده نمود.

مشخصات فنی دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی شرایط محیطی ESEM:

  • خلا: ۱۰ تا ۲۶۰۰ پاسکال
  • ولتاژ شتاب: ۳۰ کیلوولت
  • استیج: ۴ درجه آزادی حرکت
  • قابلت تصویر برداری: الکترون ثانویه و بازگشتی
  • قابلیت تصویر برداری در طول موج مرئی و مادون قرمز
  • مدل دستگاه FEI Quanta 200

توانایی‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی شرایط محیطی ESEM:

  • بررسی نمونه‌های زیستی مرطوب
  • بررسی نمونه‌های مرطوب
  • بررسی نمونه‌های حاوی حلال و یا مایعات
  • بررسی بررسی سطح مواد بدون پوشش رسانای طلا
  • بررسی سطحی مواد در دمای بین ۳۰- تا ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد

 

نکات مهم

تصویربرداری از نمونه های مرطوب و روغنی، پوشش داده نشده و زیستی