Ing. chimist Doroftei Florica Studiul materialelor polimerice prin microscopie electronică de baleiaj (ESEM) Referat realizat de: Ing. chimist Doroftei Florica

CUPRINS Microscopul electronic de baleiaj tip Quanta 200 cu sistem de analiza elementara EDX; Schema de principiu a unui microscop electronic de baleiaj si modul de functionare; Principiul de functionare al sistemului EDAX; Modul de pregătire a probelor pentru SEM; Aplicaţii ale Microscopiei electronice de baleiaj; Concluzii.

MICROSCOPUL ELECTRONIC DE BALEAJ (ESEM) TIP QUANTA 200 1 Tunul de electroni în partea superioară a coloanei aşa numită sursa de emisie de câmp; 2 Coloana cu lentile electromagnetice pentru direcţionarea şi focalizarea fasciculului de electroni din coloană; 3 Sistemul de realizare a vidului; 4 Camera pentru proba ce urmeaza a fi analizată; 5 Panoul de control cu accesoriile de focalizare, aliniere şi mărire ; 6 Unitate calculator cu ecran pentru meniu, prezentarea si examinarea imaginilor de microscopie; 7 Unitate calculator cu ecran pentru meniu, prezentarea spectrelor si analiza Edax; 8 Rezervor cu azot pentru racirea detectorului Edax; 9 Partea electronică a miscroscopului si unitatea pentru Edax. 8 11 1 2 2 2 7 6 3 5 4 9

Schema de principiu a unui microscop electronic de baleiaj si modul de functionare În urma iradierii probei apar o serie de produsi : electroni secundari care furnizează informaţii despre relieful geometric sau topografic al probei;(imagini pe baza de contrast topografic) electroni reflectaţi (retroîmprăştiaţi) care furnizează informaţii despre relieful geometric al probei (contrast compozitional-evidentiaza fazele diferite dintr-un amestec) electroni absorbiţi care dau informaţii despre compoziţie; raze X ce permit analiza elementară a probei şi distribuţia plană a elementelor selectate (Edax)

Principiu de functionare al sistemului de analiza EDX Exemplu preluare spectru cu EDX Electronii parasesc filamentul si sunt accelerati prin coloana cu un potential de ordinul kilovoltilor(5,10,15,30KV). Acest potential le da electronilor suficienta energie pentru a smulge electroni din proba. Razele X se emit atunci cand un electron de pe un strat exterior trece in locul unuia smuls de pe un strat apropiat, rezultand emiterea unei cuante de raze X Kα cu o energie specifica elementului din proba. Numarul cuantelor emise este contorizat de un detector si se obtine un spectru care da numarul de cuante de raze X functie de energia specifica a elementului identificat. Elementele pot fi apoi vizualizate sub forma de mape, spectre si sunt cuantificate procentual. Exemple preluare harti cu ajutorul EDX

Modul de pregatire a probelor Probele pot fi sub forma de: filme pelicule pulberi fibre tesaturi Metalizarea probelor Modul de examinare: HiVacuum-probe conductoare (acoperite cu Au) LowVacuum-probe neconductoare (neacoperite) ESEM-probe cu un continut de apa EDAX Aparat de metalizare EMITECH K550X

Aplicaţii ale Microscopiei Electronice

Studiul biodegradarii hidrogelurilor pe baza de PAAm Mod de examinare: ESEM, detector GSED Hidrogelurile au fost liofilizate. Observatii: Pori bine individualizati de forma aproximativ circulara, raspanditi uniform. Higrogel pe baza de PAAM inainte de biodegradare(martor)

Biodegradarea hidrogelurilor pe baza de PAAm fara aerare Mod de examinare: ESEM, detector GSED Observatii: distrugerea structurii celulare; colonizarea cu microorganisme anaerobe .

Biodegradarea hidrogelurilor pe baza de PAAm cu aerare (dupa 3 luni) Mod de examinare: ESEM, detector GSED Observatii: distrugerea partiala a structurii celulare; colonizarea cu microorganisme aerobe.

Biodegradarea hidrogelurilor pe baza de PAAm cu aerare (dupa 6 luni) Mod de examinare: ESEM, detector GSED Observatii: distrugerea totala a structurii celulare; proba este colonizata cu microorganisme aerobe.

Studiu privind deterioarea indusa de saruri in rocile Laspra si Repedea tratate cu produsi pe baza de derivati de silan Mod de examinare: High Vacuum, detector ETD Probele au fost acoperite cu materiale polimerice : Lotexan-N si nanocompozit hibrid cu unitati silsesquioxan(TMSPMA); 1.Imagini SEM pentru roca Laspra acoperita: a) cu material de acoperire din comert:Lotexan-N b) cu produs sinteza TMSPMA 1a) 1b) 2.Imagini SEM pentru roca Repedea acoperita: a) cu material de acoperire din comert:Lotexan-N b) cu produs sinteza TMSPMA 2a) 2b)

Studiu privind deterioarea indusa de saruri in rocile Laspra si Repedea tratate cu produsi pe baza de derivati de silan Mod de examinare: High Vacuum, detector ETD Probele au fost supuse actiunii unei solutii saturate de NaCl (ceata salina) 2a) 1a) 1b) 2b) 1.Imagini SEM pentru roca Laspra acoperita a) cu material de acoperire din comert Lotexan-N b) cu produs sinteza TMSPMA 2.Imagini SEM pentru roca Repedea acoperita a) cu material de acoperire din comert Lotexan-N b) cu produs sinteza TMSPMA

Analiza compozitionala Edx Mod de examinare: High vacuum Roca Laspra tratata cu Lotexan-N dupa expunerea la ceata salina Roca Laspra tratata cu TMSPMA dupa expunerea la ceata salina

Studiu privind deterioarea indusa de saruri in rocile Laspra si Repedea tratate cu produsi pe baza de derivati de silan Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Probele au fost expuse la atmosfera de SO2 a) a) b) b) Imagini SEM pentru roca Laspra acoperita a) cu material de acoperire din comert b) cu produs sinteza TMSPMA Imagini SEM pentru roca Repedea acoperita cu: a) material de acoperire din comert b) produs sinteza TMSPMA

Studiu privind deterioarea indusa de saruri in rocile Laspra si Repedea tratate cu produsi pe baza de derivati de silan Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Observatii: structura cristalina aciforma specifica compusilor anorganici datorita prezentei sarurilor ;

Perle hibride polimer natural-zeolit Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Harti de distributie Observatii: Analiza compozitionala EDX forma neregulata a particulelor de zeolit; structura globulara; dimensiunea perlelor este intre 700-1000micrometrii.

Schimbatori de ioni Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Observatii: structura de convolute specifica schimbatorilor de ioni.

Membrame tratate in plasma Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Observatii: pori raspanditi pe toata suprafata; pori bine individualizati si interconectati.

Filme polimerice tratate chimic si in plasma in vederea functionalizarii Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Film polimeric tratat chimic si in plasma Film polimeric tratat chimic si in plasma pe care s-a depus colagen Film polimeric tratat chimic Film polimeric tratat chimic pe care s-a depus colagen

Particule magnetice’’core-sheel’’ Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Observatii: Particule magnetice in care miezul este magnetita si coaja este un monomer silanic; Particule au forma sferica; Dimensiunea particulelor este de 100-200nm; Analiza compozitionala evidentiaza compozitia procentuala a elementelor din proba:C, O, Fe, Si.

PAAM in diverse stadii de biodegradare Mod de examinare: High vacuum , detector ETD Observatii: Porii sunt distrusi; Suprafata probei este total acoperita cu microorganisme.

Particule de Ag acoperite cu polimer pe baza de siloxan Mod de examinare: High vacuum, detector ETD saruri particule de Ag saruri Observatii: structura nu este evidentiata datorita prezentei sarurilor;

Fibre bumbac Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Fibre bumbac in stare cruda Fibre bumbac in stare cruda (detaliu) Fibre bumbac defibrilizate in urma procesului de albire

POLIMER PE BAZA DE γCD-PDMS Mod de examinare: High vacuum, detector ETD Observatii: compus cu structura lamelara lamele sunt de diferite grosimi lamelele sunt orientate diferit de la uscare.

Morfologia colagenului Mod de examinare: High vacuum, detector ETD zona amorfa fibrile structura fibrilara structura fibrilara Structura fibrilara specifica colagenului; Se pot identifica fibrilele. Partial se mai pastreaza structura fibrilara, proba este amorfa;

Imagini obtinute cu electroni retrodifuzati Mod de examinare: High vacuum, detector BSD Observatii: Electronii retrodifuzati se utilizeaza la filme pentru identificarea fazelor in amestecuri.

Concluzii Topografia suprafetei; Un microscop electronic de baleiaj tip Quanta 200 cu sistem de analiza compozitionala Edx poate fi utilizat pentru obţinerea informaţiilor despre: Topografia suprafetei; Modificarea suprafetei ca urmare a unor tratamente fizice si chimice; Identificarea unor aspecte de structura supramoleculara:structura micelara,fibrilara ,lamelara, sferulitica; Distributia fazelor in amestecuri; Tipul,dimensiunea si distributia porilor in membrame; Analiza elementara calitativa si cantitativa pe toate tipurile de probe.

Va multumesc!