色谱边缘效应消除办法

数据研究证明，纸质包装是塑料包装的最佳替代品。因此市场上推出了许多新的纸基和塑料纸混合包装。虽然纸基材料更可持续，制造成本更低，但纹理和不规则表面会导致边缘扩散和气体入侵。因此这种材料很难评估渗透性。MOCON新开发的纸基材料测试舱盒，既节省了时间又提高了实验室的效率，使这项繁杂的任务变得简单了。纸质阻隔膜通常是涂层或多层结构，这使得渗透测试更加困难涂布纸或纹理薄膜的工艺和结构意味着评估这些材料通常是困难和主观的。测试时样品的边缘部位给气体横向扩散创造了条件，测试气体和载气通过其进入测试腔并影响测试结果。因为正在分析的测试气体流量可能会被稀释，从而产生较低的渗透率，或者通过泄漏造成传感器感应到额外的测试气体，从而增加气体流量。涂层纸结构突出了扩散机制和边缘泄漏MOCON涂层纸渗透测试解决方案消除边缘扩散并简化样品制备传统测试使用铝箔面罩来测试薄膜渗透率，需要大量的准备时间和复杂的设置，增加了人为因素的风险，导致可重复的数据更少。边缘效应舱盒能够在不使用面罩、油脂或环氧树脂的情况下测试涂布纸或带纹理的薄膜。测试过程非常简单，只需放置好裁剪样品并扭紧其周边螺钉即可。凸起的圆形边缘限定了测试区域（5cm² 或10cm² ），在形成气密密封的同时消除了边缘扩散的可能性。一旦扭紧螺钉，凸起的边缘就会径向压紧薄膜，防止气体在测试区域外横向流动（图1）。因为密封是通过压缩力实现的，所以不需要铝箔面罩和环氧树脂，从而提高了测试效率。图1.消除纸张结构中的边缘扩散传统测试情况下，铝箔面罩无法完全粘附到所有涂层和基底上，导致了高于准确结果的氧气透过率（OTR）值。与传统测试相比，边缘效应舱盒可以对表面粗糙或纹理薄膜形成密封，OTR的数值更准确（图2）。图2.使用传统面罩与边缘效应舱盒的OTR结果对比这种专用的边缘效应测试舱盒与MOCON所有的新型渗透仪器兼容，使您能够更轻松地获得涂布纸或者纹理薄膜的可靠测试数据。MOCON的测试方案样品制备只需要5分钟就可以完成，不论是用于生产还是实验室研发，测试结果稳定性更好。

高精度光学元件广泛用于航天领域12 月 27 日，长征五号遥三运载火箭在文昌航天发射场发射升空，标志着我国航天技术再上新的台阶。航天及空间观测领域是“高、精、尖”光学技术应用最为广泛、深入的领域。遥感技术、激光技术、空间望远镜等技术或设备对高精度光学元件有着旺盛的需求，传统研磨或抛光技术很难满足高精度光学元件的制作要求，而磁流变抛光技术（MRF）很好地解决了这一需求。MRF 技术被认为是近年来光学加工领域创新技术之一，通常通过数控技术，利用磁场控制含有磁性颗粒的研磨粉浆，对光学元件进行精密抛光处理，达到更高的加工精度及光学元件表面质量。图 1. 磁流变抛光技术示意图航天技术转民用如今，这种先进的抛光技术应用到了 5800/5900 ICP-OES 自由曲面光学系统（FreeForm）的制作过程中。采用先进的磁流变抛光技术，经过 37 道工序加工制作而成了的自由曲面准直镜，加工精度达到了纳米级别，独一无二的曲面大大提升了 ICP-OES 的检测性能。图 2. ICP-OES 中的准直镜ICP-OES 中的准直镜起着非常关键的作用：来自于狭缝的点光源非平行光，准直镜的作用就是将其反射并准直为平行光，最终到达光栅分光。如果没有来自准直镜的平行光线，光栅无法准确地进行波长分光。图3. 准直镜的工作原理示意图每一波长的光进入光学系统，都会有微小的路径差异。因此，每一波长的光都需要独特的准直镜角度才可获得准确的聚焦。如果仅仅采用单一曲面的聚焦镜来同时反射光源光线，就会产生像差，从而导致分辨率差、峰形差以及检出限差等一系列偏差。每一波长的光经过光栅和棱镜组件的色散后，会产生一定的偏移，并反射到聚焦镜的不同区域。神奇的 FreeForm5800/5900 ICP-OES 系统的核心创新点 “FreeForm”，其特殊的表面曲率极大程度上消除了像散和聚焦的边缘效应，获得更低检出限，以及更卓越的分辨率。高精度的表面设计及精确控制的加工技术，让自由曲面最佳地匹配每一波长所需的准直形状。其反射到聚焦镜的光学影像并不是仅仅是中心聚焦，而是可根据不同波段的需求，更加准确地聚焦到检测器，从而消除了像散等边缘效应。图 4. 自由曲面准直镜与最佳拟合球面半径的偏差低至 2.5 nm由于肉眼无法看到曲率，这面镜子看起来就像球面镜，但是其中微小的变化对多色仪的性能产生了巨大的影响。图 5. 有 FreeForm（左）和无 FreeForm（右）的效果对比 下一代 ICP-OES 性能提升的奥秘所有的多色仪都有光学像散以及检测器边缘效应的问题，但是 FreeForm 极大地消除了这种情况。通过 FreeFrom 准直镜，光线集中在更小的区域，从而提高了分辨率，改善了检出限，让光室进一步小型化，也令 ICP-OES 技术发展到了新的高度。图 6. Agilent 5800 ICP-OES 系统推荐阅读：1. Agilent 5800 ICP-OES 仪器 https://www.agilent.com/zh-cn/products/icp-oes/icp-oes-instruments/5800-icp-oes-instrument2. 璀璀璨星空，飞天逐梦 —— 安捷伦 ICP-OES 助力航天材料测试标准 https://www.agilent.com/zh-cn/icp-oes关注“安捷伦视界”公众号，获取更多资讯。

“TESCAN电镜学堂”又跟大家见面了，利用扫描电镜观察样品时会关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性、其他分析的需要等等，不同的关注点之间需要不同的拍摄条件，有时甚至相互矛盾。 今天主要谈一谈如何根据样品类型以及所关注的问题选择合适的加速电压？ 这里是TESCAN电镜学堂第9期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！ 第三节 常规拍摄需要注意的问题 平时电镜使用者都进行常规样品的观察，常规样品不像分辨率标准样品那么理想，样品比较复杂，而且有时候关注点并不相同。因此我们要根据样品类型以及所关注的问题选择合适的电镜条件。 关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性、其它分析的需要等等，不同的关注点之间需要不同的电镜条件，有时甚至相互矛盾。因此我们必须明确拍摄目的，寻找最适合的电镜条件，而不是贸然的追求大倍数。 电镜的工作条件包括很多，加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等。这一期将为大家介绍加速电压的选择。 §1. 加速电压的选择 任何电镜都是加速电压越高分辨率越高，但并不意味着任何试样都是电压越大越好。电压的选择是电镜中各个工作条件中最重要的一个。有各种因素需要考虑，而各个因素之间也有矛盾相悖的，这个时候还需要适当进行综合考虑或者采取其它办法。 ① 样品损伤和荷电因素 选择的加速电压不能对试样产生明显的辐照损伤或者荷电，否则观察到的图像不是试样的真实形貌。如果有荷电的产生，需要将电压降至到V2以下，这点在前面电荷效应中已经详细阐述，这里不再重复。 对于金属等导电导热均良好的试样，可以用较高的电压进行观察，如10kV及以上；对于一些导电性不是很好但是比较稳定的试样，可以中等加速电压，如5kV左右；对一些容易损伤的样品，比如高分子材料、生物材料等，可能需要较低的电压，如2kV或以下。 ② 电子产额因素 对于单相材料来说，因为成分没有差别，我们选择电子产额最大的区间V1～V2即可，但是对于混合物相材料来说，我们希望在有形貌衬度的同时还能有较好的成分衬度，这样的图片显得衬度更好，信息量也最大，往往我们也会认为这样的图片最清晰。因此我们需要选择二次电子产额相差较大的区域进行拍摄。 如图5-13，左图是碳和金的二次电子产额，中间图片是金颗粒在1kV下的二次电子图像，右图是200V下的二次电子图像。显然，在200V下碳和金的产额一样，所以此时拍摄的图像仅呈现出形貌上的差别，而碳和金的成分差异无论怎么调节明暗对比度也不会出现。而在1kV下，碳和金的电子产额差异达到最大，所以除了形貌衬度外，还表现出极好的成分衬度。 图5-13 金和碳在电子产额（左）及1kV（中）、200V（右）电压下的SE图像 对于一些金属材料来说，往往较高的加速电压下有相对较大的产额差异，而对于一些低原子序数试样，较低的电压往往电子产额差异更大。 如图5-14，试样为碳银混合材料。左图为5kV SE图像，右图为20kV SE图像。5kV下不但能表现出比20kV更好的成分衬度，还有更好的表明细节。 图5-14 碳银混合材料在5kV（左）、20kV（右）电压下的SE图像 如图5-15，试样为铜包铝导线截面，左图为5kV SE图像，右图为20kV SE图像。20kV下能够更好的将外圈的铜层和内部的铝层做更好的区分。 图5-15 铜包铝导线截面在5kV（左）、20kV（右）电压下的SE图像 对于有些本身差别很小的物相，如果能找到二次电子产额差异最大所对应的电压，也可将其区分。当然有的产额没有参考曲线，需要经过诸多尝试才能找到。比如图5-16，试样为掺杂半导体基底上的本征半导体薄膜，其电子产额差异在1kV达到最大，对应1kV的图像能将两层膜就行区分，而其它电压则没有太好的衬度。 图5-16 半导体薄膜在不同电压下的衬度对比 ③ 衬度的平衡 虽然通过上一点提到的加速电压的选择可以将成分衬度达到最大，但有时该条件并不是观察形貌最佳的电压。此时我们需要考虑究竟是注重形貌还是注重成分衬度，使用二次电子来进行观察，还是用背散射电子进行观察，或者用折中的办法进行观察。这都需要操作者根据电镜照片想说明的问题来进行选择。 要获得好的形貌衬度图像和原子序数图像所需的电压条件一般都不一样，也有另外的办法可以适当解决。对最佳形貌衬度和最佳原子序数衬度单独拍摄照片，后期在电镜软件中通过图像叠加的方式，将不同的照片（位置需要完全一样）按照一定的比例进行混合，形成一张兼有两者衬度的图片。 ④ 有效放大率因素 一般电镜在不同的电压下都有着不一样的极限分辨率，其对应的有效放大率也随之而改变。拍摄特定倍数的电镜照片，特别是高倍照片，需要选择电压对应的有效放大率能够达到需求。否则，视为图像出现了虚放大。虚放大后，图像虽然也在放大，但是并没有出现更多的信息，而且虚放大而会有更多环境因素的影响。 所以如果出现虚放大，可以提高加速电压，以增加有效放大率；如果电压不能改变，可以考虑增加图像的采集像素，来获得类似放大的效果。此时受环境因素或者样品损伤因素更小。 ⑤ 穿透深度因素 前面已经详细的讲述了加速电压和电子散射之间的关系。加速电压越高，能量越大，电子的散射区域就越大。那么产生的二次电子或背散射电子中，从更深处发射的比例则更多。因此较大的加速电压虽然有更好的水平方向的分辨率，但是却忽略了试样很多的表面细节；而低电压虽然水平方向分辨率相对较差，但是却对深度方向有着更好的灵敏度，可以反映出表面更多的形貌细节。 如图5-17，试样为表面修饰的二氧化硅球，5kV电压看不出任何表面细节，而2kV下则能观察到明显的颗粒。再如图5-18，纳米颗粒粉末在不同电压下的表现，因为颗粒团聚严重，所以在5kV电压下无法将团聚颗粒很好的区分，显得粒径更大，而1kV下则能观察到相对更细小的颗粒。 图5-17 SiO2球在5kV（左）、1kV（右）电压下的图像 图5-18 纳米颗粒在5kV（左）、1kV（右）电压下的图像 当加速电压降低到200V左右的超低水平后，电子束的作用区域变得很小，常规的边缘效应或者尖端效应基本可以去除，如图5-19。 图5-19 200V左右的电压可以消除边缘效应 更多详情内容请关注“TESCAN公司”微信公众号