臨界點干燥簡要介紹

應用手冊

臨界點干燥程序是在SEM應用中對精密樣本實施干燥的有效方法。臨界點干燥保全了樣本的表面結構，否則，當樣本從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時可能會因為表面張力而導致表面結構受破壞。在過去，臨界點干燥是一個耗時的過程，由于手動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固定和脫水制備，干燥后進行金、鉑或鈀等金屬鍍膜使其表面導電，這樣才能方便開展SEM分析。

臨界點干燥 – 介紹

掃描電子顯微鏡（SEM）的用途之一是研究生物應用中的表面形態(tài)，這需要保全樣本的表面細節(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。水分子的存在會干擾真空，進而影響成像。水分子還將導致所研究的結構體出現(xiàn)大規(guī)模變形或坍塌（見“空氣和臨界點干燥的比較"）。水會對空氣形成很高的表面張力。在蒸發(fā)（空氣干燥）過程中，穿過從液相到氣相的交界面，由表面張力引起的切向力會對樣本的納米和微觀結構產生影響。

要保全樣本形態(tài)，臨界點干燥是先進的方法（見“CO₂的壓力/溫度相圖"）。在臨界點上，液體和氣體的物理特性無法區(qū)分。處于臨界點的化合物可以在不穿過液氣界面的情況下轉化為液相或氣相，避免了破壞作用。使用水的臨界點脫水是不可行的，因為位于374℃和229 bar的溫度下時，任何生物樣本都會被破壞。為了克服這一問題，可以用液態(tài)二氧化碳（CO₂）代替水，其臨界點為31℃和74 bar，所以更適合所有生物應用，技術上也相對容易維護。

但CO₂作為過渡液體也存在一項嚴重的缺點；CO₂不能與水混溶。因此，必須用乙醇或丙酮之類的交換液來代替水，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干燥，因為它們的臨界點溫度很高（乙醇：Pc 60 bar/Tc 241℃；丙酮：Pc 46 bar/Tc 235℃）。

在預臨界點干燥步驟中，用交換液代替水，然后用液態(tài)CO₂代替交換液，液態(tài)CO₂被帶到臨界點并通過在恒定臨界點溫度下降低壓力轉化為氣相。

CO₂壓力/溫度相圖

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

臨界點/超臨界液：液態(tài)和固態(tài)下為相同的物理特征。

空氣與臨界點干燥之間的對比

空氣干燥樣本（水蚤）

臨界點干燥樣本（水蚤）

SEM分析工作流程

手動處理

固定：交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(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（預充）取代樣本中的交換液，然后進行臨界點干燥。

鍍膜：樣本具備導電性以后即可進行SEM分析。

固定：交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(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（預充）取代樣本中的交換液，然后進行臨界點干燥。

涂鍍：樣本具備導電性以后即可進行SEM分析。

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