超微粉末的扫描电镜观察法
屈 平1，陈冠华1，吴国江1，赵树朋2
(河北农业大学11生命科学学院，21机电工程学院，河北保定071001)
扫描电镜分辨率高，景深大，放大倍数连续可变，可应用扫描电镜对小直径粉末样品的超微结构、几何尺寸进行观测。用扫描电镜观察超微粉末样品涉及：试样制备技术，观察时工作条件的选择等两个方面。
1 超微粉末样品的制备技术
1.1 超微粉末的制备
选择的试样要有代表性，要求粉末颗粒能很好地分散开，在分散过程中，如果使用分散剂，应严防颗粒溶解、变形或被污染，并防止粉末结块或凝聚以及不同粉末之间串样等情况的发生。由于粉末试样的表面能比较高，粒子通常聚集成团相互叠加在一起，在制备扫描电镜试样时，如果不能将粉末粒子分散开，就不能准确地观察粒子形态、大小及分布状态，有时还会因假象导致错误的结论。
1.2 超微粉末试样的分散及粘贴的方法
(1)拨针分散法：用中医针灸用银针的针尖粘取少量粉末样品，在新取出的复印纸上不同区域用针尖点击，随着针尖的弯曲弹开，粉末样品被分散，采用目测或光学显微镜镜检的方式，在粉末分散均匀的区域，用双面胶带的一面直接粘取粉末，这种方法对于颗粒直径小于10μm生物类非导电且容易粘连、堆积的粉末效果较好(图1，图2)。
图1 用拨针法分散黄芪细胞破壁的超微粉末。
图2 拨针法分散淫羊藿细胞破壁的超微粉末。
(2)瓶壁分散粘贴法：对于粉末样品量很少而无法用银针挑取的粉末样品，可将样品放于5ml干燥洁净的青霉素小瓶中，快速摇晃振荡小瓶使得粉末样品依附在瓶内壁上，用双面胶带直接粘取均匀分布在瓶内壁上的粉末样品(图3)此法适合于样品干燥不易粘连的粉末试样。
图3 瓶壁分散法可用双面胶带直接粘取附着
图4 静电法分散的百合花花粉群体。
在青霉素瓶内壁上的凤仙花粉。
(3)静电吸附粘帖法：找一绝缘性能非常好的橡胶棒，将其前端作出相互平行的间距约为1mm，表面积约6mm×10mm的两个平面并打磨光滑，直接用丝绸织物或羊毛布料摩擦橡胶薄片(橡胶棒前端平面)，使橡胶薄片产生静电，然后用该橡胶薄片靠近粉末试样，在静电的作用下，粉末粒子能均匀地吸附到橡胶薄片上，用一块大小适当的双面胶带在橡胶薄片上粘取均均分布的超微粉末，然后将双面胶带粘在试样台上，喷金或喷碳后即可在扫描电镜下观察测试，这种方法对大、小粉末颗粒均可，对于导电的粉末样品尤为见效(图4～图6)，对于如花粉、中药粉末制剂稍差。分散的方法还有液体分散法、表面活性剂分散法等，其缺点是不能用于可溶性试样，另外用液体作分散剂在液体干燥的过程中，已经分散了的粒子往往会重新聚集成团；表面活性剂分散法虽对超细粒子分散效果较好，但对可溶性或同表面活性剂起化学反应的粉末粒子不适用，故液体分散法、表面活性剂分散这两种方法不常使用。
图5 百合花粉颗粒整体。
图6 静电法分散的复印机专用碳粉。
1.3 镀膜处理
分散粘贴后的样品需要表面镀膜处理，可采用离子溅射仪溅射4min喷镀约20nm的黄金层，若有条件最好先喷5nm～10nm的碳层，碳粒子颗粒更小能够更好地填充在粉末与基座及粉末之间的空隙，然后再喷金约10nm即可。
2 超微试样的观察方法
对超微粉末试样观察时观察条件的选择非常重要。第一，放大倍数与粉末尺寸匹配问题，直径小的粉末试样，放大倍数为几千倍甚至上万倍才能观察出粒界的情况，如粒径小于1μm～017μm的粉末，需要在2万～3万倍下才能使粒界明显。在观察较大颗粒粉末粒子时只需要很小的放大倍数，这时要考虑低倍下的畸变以及景深问题；第二，加速电压的选择，一般30kV即可获得好的图版资料，对于导电性能不好容易出现充放电效应、边缘效应的样品，一般可通过降低加速电压(10kV～20kV)的方式即可观察拍照；第三，探针电流的选择，扫描电子探针直径随着聚光镜励磁电流增大而越小越好，但探针电流变小会导致二次电子信号变弱，图像信噪比降低质量下降，综合考虑粉末试样样品的吸收电流约为10-10A～10-11A时图像质量较高。
3 结论
对于不同类型的超微粉末样品，选择合适的分散方法和固定于样品台的方法至关重要，对于大多数样品可采用静电吸附粘贴法，该方法简单快捷且可根据静电力的大小掌握分散密度及均匀性，对于不容易吸附的样品，可多次摩擦橡胶薄片并缩短橡胶薄片与粉末试样间距，提高吸附率，粘帖的方法最好选用碳双面胶，或铜皮单面胶(图7)，特别后者导热及导电性能好，在离子溅射仪中不容易在热效应中变形(图8)，使得图像背景清晰，粉末粒子容易凸出在铜皮表面，增加粉末粒子的立体感(图9)。对于加速电压的选择也要灵活掌握，一般20kV～30kV之间都可获得良好的图像资料，若无明显的边缘效应则尽可能选择较高的加速电压。选择合适的超微粉末样品的制备方法，调整好电镜合适的工作条件即可获得理想的观测结果，拍出好的图片资料。
图7 静电法分散粘附在铜皮单面胶上的铁粉。
图8 普通双面胶上的铁粉，双面胶带变形。
图9 铁粉表面微观结构。
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