Sposób przygotowania próbki do badań mikroskopowych zależy przede wszystkim od tego, jakiego rodzaju badania chcemy wykonać.

Badania mikroskopowe można podzielić na trzy grupy, w zależności od użytego materiału:

  • badania metalograficzne,
  • badania materiałów ceramicznych,
  • badania materiałów organicznych.

Z punktu widzenia metaloznawstwa szczególnie ważna jest metoda cienkich folii, gdyż pozwala na ujawnienie wewnętrznej struktury badanej próbki. Cienkie folie można otrzymać różnymi metodami, ale najczęściej jest stosowana metoda pocierania płytek za pomocą chemicznego trawienia, bombardowania jonami lub elektrolitycznego rozpuszczania. Ta ostatnia metoda jest obecnie stosowana najczęściej, gdyż jest szybka, nie wymaga skomplikowanej aparatury i pozwala na zachowanie pierwotnej struktury próbki. Metoda cienkich folii pozwala na ujawnienie i badanie defektów struktury krystalicznej, jak dyslokacji i błędów ułożenia, które wywierają istotny wpływ na własności metalu. Możliwość ta opiera się na zasadzie wykorzystania kontrastu dyfrakcyjnego, który powstaje na skutek tego, że obecność defektów powoduje wygięcie lub przemieszczenie sieci. Cenną zaletą metody badania cienkich folii jest możliwość przeprowadzenia analizy fazowej poszczególnych składników preparatu oraz określenie ich wzajemnej orientacji krystalograficznej.

Istota metody pośredniej polega na prześwietlaniu nie samego obiektu, lecz jego repliki, to jest cienkiej błonki, dokładnie odwzorowującej strukturę badanej powierzchni. Repliki, poza koniecznością dokładnego odwzorowania wszystkich szczegółów strukturalnych, powinny łatwo oddzielać się od powierzchni i być odporne na działanie wiązki elektronów. Ze względu na to, że przy metodzie pośredniej wykorzystuje się kontrast rozproszeniowy, dobra replika powinna wykazywać możliwie zróżnicowanie grubości. Najczęściej stosuje się repliki tlenkowe, lakowe lub napylone otrzymane metodą jednostopniową lub dwustopniową.

Metoda jednostopniowa polega na formowaniu repliki bezpośrednio na badanej próbce. Repliki takie mogą jednak uszkodzeniu przy ich oddzielaniu od powierzchni. Ta wada jest wyeliminowana przy metodzie dwustopniowej, która polega na tym, że replikę do prześwietlania w mikroskopie kształtuje się na kopii badanej powierzchni (replice pośredniej). Wadą tych replik jest jednak gorsze odwzorowanie powierzchni i większa pracochłonność. Repliki tlenkowe można otrzymać na niektórych metalach i cechuje je duża zdolność rozdzielcza. Otrzymuje się je przez elektrolityczne utlenianie, a oddziela od powierzchni przez wytrawienie chemiczne metalu.

Repliki lakowe są sporządzane głównie z kolodium lub formwaru. Mają one jednak małą zdolność rozdzielczą i słaby kontrast, który można powiększyć przez cieniowanie, np. wstępne napylenie próbki przed wytwarzaniem repliki. Repliki napylone otrzymuje się przez odparowanie odpowiedniej substancji, która następnie kondensuje się na powierzchni badanej próbki, tworząc cienką błonkę, odwzorowującą jej strukturę. Zdolność rozdzielcza takich replik jest bardzo duża, do 1 [nm], dzięki czemu są one szeroko stosowane.

Poza fraktografią badania topograficzne obejmują także obserwacje powierzchni próbek poddanych działaniu czynników korozyjnych, po różnych rodzajach obróbki skrawaniem, po zużyciu ciernym, erozyjnym i innych.

Preparatyka niektórych z tych próbek jest bardziej złożona ze względu na konieczność zachowania wszystkich fragmentów warstwy wierzchniej. Dotyczy to zwłaszcza zgładów lub przełomów poprzecznych próbek z warstwami produktów korozji na powierzchni. Przygotowanie takich próbek do obserwacji polega najczęściej na wypełnieniu wszelkich nieciągłości i porów w warstwie zgorzeliny przez tworzywo polimeryzujące w temperaturze pokojowej mające na celu nie wykruszenie się części produktów korozji. Próbkę umieszcza się w pojemniku z monomerem, np. metakrylanem metylu, następnie wkłada do komory próżniowej i obniża ciśnienie, przez co powietrze zostaje usunięte nawet z najdrobniejszych pustek w warstwie powierzchniowej wypełniających się monomerem. Po polimeryzacji tworzywa próbkę taką można przeciąć lub złamać bez obawy wykruszenia lub złuszczenia części produktów korozji. Miejsca nieprzewodzące prądu na preparacie utrudniają jednak obserwację w mikroskopie skaningowym, gdyż elektrony nie są odprowadzane z tych obszarów, powodują odchylanie wiązki, materiałów przez to niestabilność i zniekształcenia obrazu. Zjawisku temu zapobiega się m.in. pokrywając preparat, najczęściej w napylarce próżniowej, cienką warstewką materiału przewodzącego, np. węgla ze złotem. Preparatyka taka jest niezbędna w przypadku badania próbek całkowicie nieprzewodzących, np. ceramicznych.

Badania materiałów organicznych polegają na obserwowaniu wykształcenia powierzchni i morfologii obiektów. Pierwszym krokiem jest wybranie najbardziej reprezentatywnych obiektów. Zaletą badań topografii preparatu w mikroskopie skaningowym jest prostota przygotowania próbek. Jedyne zabiegi to wykonanie próbki o wymiarach ograniczonych konstrukcją stolika i komory preparatu oraz odtłuszczenie badanej powierzchni w celu ograniczenia jej zanieczyszczenia podczas obserwacji. Preparaty umieszczane są na płytkach aluminiowych na podłożu przylepnym oraz napylane warstwą przewodzącą, jeśli jest to konieczne. Preparaty skanowane w konwencjonalnym mikroskopie skaningowym elektronowym muszą dobrze przewodzić prąd elektryczny, a jak wiadomo większość obiektów biologicznych nie przewodzi dobrze elektryczności. W związku z tym konieczne jest przygotowanie preparatu, które obejmuje zamrożenie w ciekłym azocie, liofilizację (usunięcie wody i wysuszenie), napylenie w komorze próżniowej cienką warstwą metalu, zazwyczaj jest to złoto lub platyna. Próbki wilgotne należy wysuszyć w temperaturze pokojowej, lub w suszarce, w temperaturze 30 – 40 [°C]. W celu zwiększenia kontrastu obrazu replik wykonuje się cieniowanie, tj. napylanie ich w próżni pod odpowiednim kątem ciężkim pierwiastkami lub ich związkami. Repliki z tworzyw organicznych najlepiej jest cieniować po zdjęciu ze zgładu wraz z błonką wzmacniającą lub dopiero po jej rozpuszczeniu, kiedy repliki właściwie znajdują się na siateczkach nośnych. Jeśli w skład próbki wchodzą obiekty znacznie różniące się rozmiarami, to trzeba je podzielić na grupy o zbliżonej wielkości lub przesiać przez sita.

Obserwacja zmienności składu chemicznego badanego obiektu (np. budowy strefowej):

  • zalecane – polerowanie powierzchni zgładu,
  • wskazane – polerowanie powierzchni i napylenie warstwą przewodzącą.

Obserwacja katodoluminescencji:

  • zalecane – polerowanie powierzchni zgładu,
  • wskazane – polerowanie powierzchni i napylenie warstwą przewodzącą.

Przy przygotowywaniu próbek trzeba jednak brać pod uwagę również inne czynniki:

  • z jakiego rodzaju próbkami i jaką ich ilością mamy do czynienia.
  • jakiej dokładności wyników oczekujemy w przypadku analizy SEM.
  • jakimi środkami na przygotowanie próbek dysponujemy.
  • ile czasu możemy poświęcić na przygotowanie próbek.
  • czy próbka ma być poddana dalszym badaniom przy pomocy innych metod instrumentalnych.
Aby zwiększyć ilość informacji strukturalnych o danym preparacie, powinniśmy go wytrawić. Stosuje się najczęściej łagodne trawienie chemiczne ujawniające składniki strukturalne na powierzchni zgładów.

Wypolerowane i nietrawione zgłady o nieomal idealnie płaskiej powierzchni są najkorzystniejsze do ujawnienia kontrastu wynikającego umożliwiającego różnic składu chemicznego elementów mikrostruktury występujących na powierzchni zgładu. Płaski zgład umożliwia wyeliminowanie z obrazu składowej kontrastu topograficznego, który może w niektórych przypadkach całkowicie zdominować kontrast wynikający z różnic składu chemicznego. Najlepsze wyniki dają obserwację przy użyciu BSE wspomagane EDX. Do obserwacji przy użyciu SE zgład należy mocno wytrawić w celu uzyskania wyraźnych różnic topograficznych umożliwiających identyfikację składników strukturalnych.

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *