用于粒度分析的电子显微镜

电子显微镜 (TEM 和 SEM)

电子显微镜，特别是透射电子显微镜和扫描电子显微镜（TEM和SEM），是一般纳米级样品表征的金标准，包括纳米粒子尺寸和形貌分析。

为了制备用于电子显微镜的样品，样品通常必须干燥。例如，在研究含有纳米颗粒的流体样品时，将从几毫升的流体中干燥样品。在某些情况下，干燥后的样品涂上一层纳米厚的导电碳或金，以防止观察样品时产生杂散电荷。然后将干燥并涂覆的样品放置在显微镜的样品分析室中；虽然更昂贵的现代电子显微镜允许在空气中进行样品检查，但最常见的情况是在真空中进行。

然后用阴极产生的高能电子束照亮样品；电子的能量范围从几千伏到几百千伏，并通过同轴磁铁聚焦到直径为0.1到1纳米的焦点。在扫描电镜中，该焦点在样品上扫描，而在透射电镜中，光束穿过样品，散射发生在穿过内部的过程中，之后散射的电子在电荷耦合探测器（CCD）上成像。散射电子或在某些情况下由主束电子产生的二次电子或两者都被收集并投影到成像系统中。以这种方式可以形成样品，特别是纳米颗粒的高分辨率图像，并使用使用校准标准在显微镜上校准的精密测量工具进行分析。右侧的图像中显示了一个示例。在透射电镜中，甚至可以在观察晶体样品时，对组成样品的原子成像，并从这些图像中确定晶体结构。

使用这种成像技术，可以非常精确地测量粒子直径，并在图像中显示每个粒子的几何细节。通过形成许多图像并使用自动化软件，可以计算颗粒的尺寸分布，并计算浓度与颗粒直径的关系。SEM图像下方的右侧显示了一个示例。

样品制备和样品成像以及图像分析非常耗时。TEM和在较小程度上SEM是大型、充满房间的设备，需要具有低振动、低杂散磁场和良好温度控制的特殊空间。在成本和时间方面，将此方法用作常规样本测量技术显然是不可取的。这些数据通常用作此处讨论的其他一些技术的正交验证。

由于扫描电镜和透射电镜分析的费用和耗时性，研究人员一直在寻找替代方法，尤其是当他们需要大量样本的数据时。如果样品是悬浮在液体中的纳米颗粒，则Spectradyne nCS1^TM 提供了电子显微镜金标准的下一个最佳替代品：这种独特的微流控仪器可以检测每个 单个纳米颗粒 并在几微秒内测量其几何体积，从而在几分钟的测量时间内测量数千或几十万个粒子。每个粒子的几何体积可以转换为等效直径；根据用于分析的特定微流控盒，nCS1可以测量30-40 nm和数微米的粒径。

作为一个比较示例，右侧的图表显示了以三种不同方式测量的三个相同的尿细胞外小泡样品的结果：使用“金标准”透射电子显微镜（TEM：绿线），使用Spectradyne的nCS1^TM （nCS1：蓝点和蓝线），并使用纳米粒子跟踪分析（NTA：红线）。数据显示非常好 定量性的 TEM分析与nCS1的结果一致，但NTA在直径小于150 nm的较小颗粒直径处失败非常严重。

注意，nCS1^TM 数据仅在几分钟内采集，总样本量为3μm；五十、 使用成本仅为扫描电镜成本一小部分的仪器。

扫描电子显微镜拍摄的典型纳米颗粒图像 (SEM).

用三种方法测量膀胱：使用“金标准”透射电子显微镜（TEM：绿线），使用Spectradyne的nCS1^TM（nCS1：蓝点和蓝线），并使用纳米粒子跟踪分析（NTA：红线）。

数据表明TEM分析与nCS1^TM的结果非常吻合,但是，NTA在直径小于150 nm的较小粒子直径处失效严重。垂直线表示浓度的统计不确定性。