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临界点干燥简要介绍

发布时间:2021-07-27      点击次数:107

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应用手册


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临界点干燥程序是在SEM应用中对精密样本实施干燥的有效方法。临界点干燥保全了样本的表面结构,否则,当样本从液态变为气态时可能会因为表面张力而导致表面结构受破坏。在过去,临界点干燥是一个耗时的过程,由于手动操作太多造成了样本的重现性较低。许多生物样本通常在干燥前通过固定和脱水制备,干燥后进行金、铂或钯等金属镀膜使其表面导电,这样才能方便开展SEM分析。


临界点干燥 – 介绍

扫描电子显微镜(SEM)的用途之一是研究生物应用中的表面形态,这需要保全样本的表面细节。用于电子显微镜(EM)成像的样本需要干燥处理以便与显微镜的真空兼容。水分子的存在会干扰真空,进而影响成像。水分子还将导致所研究的结构体出现大规模变形或坍塌(见“空气和临界点干燥的比较")。水会对空气形成很高的表面张力。在蒸发(空气干燥)过程中,穿过从液相到气相的交界面,由表面张力引起的切向力会对样本的纳米和微观结构产生影响。


要保全样本形态,临界点干燥是先进的方法(见“CO2的压力/温度相图")。在临界点上,液体和气体的物理特性无法区分。处于临界点的化合物可以在不穿过液气界面的情况下转化为液相或气相,避免了破坏作用。使用水的临界点脱水是不可行的,因为位于374℃和229 bar的温度下时,任何生物样本都会被破坏。为了克服这一问题,可以用液态二氧化碳(CO2)代替水,其临界点为31℃和74 bar,所以更适合所有生物应用,技术上也相对容易维护。


但CO2作为过渡液体也存在一项严重的缺点;CO2不能与水混溶。因此,必须用乙醇或丙酮之类的交换液来代替水,这些液体可以在水和液态CO2中混溶。这两种交换液都不能用于临界点干燥,因为它们的临界点温度很高(乙醇:Pc 60 bar/Tc 241℃;丙酮:Pc 46 bar/Tc 235℃)。


在预临界点干燥步骤中,用交换液代替水,然后用液态CO2代替交换液,液态CO2被带到临界点并通过在恒定临界点温度下降低压力转化为气相。


CO2压力/温度相图


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三相点:固态、液态和气态下均为相同的物理特征。

临界点/超临界液:液态和固态下为相同的物理特征。


空气与临界点干燥之间的对比


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空气干燥样本(水蚤)


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临界点干燥样本(水蚤)


SEM分析工作流程

手动处理


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固定:交联蛋白提升机械和热稳定性。

脱水:交换液浓度升高后取代样本中的水。

CPD:液态CO2(预充)取代样本中的交换液,然后进行临界点干燥。

镀膜:样本具备导电性以后即可进行SEM分析。


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固定:交联蛋白提升机械和热稳定性。

脱水:交换液浓度升高后取代样本中的水。

CPD:液态CO2(预充)取代样本中的交换液,然后进行临界点干燥。

涂镀:样本具备导电性以后即可进行SEM分析。


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