So sánh kỹ thuật khối phổ thứ cấp với SEM, TEM và AFM

Nhiều ứng dụng trong lĩnh vực khoa học yêu cầu các nhà nghiên cứu phân tích các tính chất bề mặt của vật liệu, bao gồm thành phần nguyên tố, đồng vị và phân tử của chúng. May mắn thay, có nhiều kỹ thuật phân tích khác nhau sẵn có cho các nhà khoa học, và phương pháp phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu. Bài viết này sẽ xem xét bốn kỹ thuật chính được sử dụng trong phân tích bề mặt, bao gồm khối phổ thứ cấp (SIMS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực (AFM).

Khối phổ thứ cấp là gì?

SIMS được sử dụng để phân tích thành phần bề mặt và màng mỏng. Quá trình này được thực hiện bằng cách phun bề mặt vật liệu với một chùm ion sơ cấp tập trung và sau đó sử dụng máy khối phổ để phân tích các ion thứ cấp được bắn ra từ bề mặt mẫu. Có hai phân tích SIMS chính: SIMS động và SIMS tĩnh, và có ba loại máy khối phổ chính: Máy đo khối phổ ion thứ cấp thời gian bay (ToF-SIMS), Máy đo khối phổ ion thứ cấp trường quạt và Máy đo khối phổ ion thứ cấp tứ cực. Các thiết bị nào được sử dụng phụ thuộc vào lĩnh vực như sinh học, khoa học môi trường và khoa học vật liệu, cho phép xác định thành phần bề mặt, hồ sơ độ sâu nồng độ, các lớp polymer và các nguyên tố vi lượng. Một khía cạnh quý giá của phân tích SIMS là độ nhạy đồng vị cho phép sử dụng đồng vị trong các nghiên cứu khuếch tán và dấu vết.

Kính hiển vi điện tử quét – SEM

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: scanning electron microscopy, viết tắt: SEM) là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. SEM tạo ra hình ảnh độ phân giải nanomet của các vật liệu nano hoặc micro, cho phép các nhà khoa học so sánh mẫu mô và nghiên cứu thành phần bề mặt vật liệu. Với phân tích tia X, SEM có thể xác định các nguyên tố, nhưng không phải đồng vị, và độ phân giải chiều sâu kém hơn so với SIMS. Phát hiện tia X với SEM không thể phát hiện các nguyên tố nhẹ như lithium, điều mà SIMS dễ dàng làm được.

Kính hiển vi điện tử truyền qua – TEM

 Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy) khác với SEM vì nó sử dụng một chùm electron rộng, không phải chùm tập trung khi chụp ảnh mẫu. Ngoài kích thước chùm, TEM tạo ra hình ảnh của các tính chất nội tại của mẫu, bao gồm hình thái, thành phần và cấu trúc tinh thể. Kỹ thuật này thường được sử dụng để phân tích cấu trúc tế bào và phân tử của các mẫu nhỏ hơn và mỏng hơn. Nó tạo ra hình ảnh 2D, ban đầu trông đơn giản nhưng có thể chứa nhiều dữ liệu cấu trúc tinh thể phức tạp.

Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển – AFM

Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic force microscope) sử dụng một đầu dò siêu nhọn để phát hiện địa hình bề mặt với độ chính xác cao. Đây là một kỹ thuật mạnh mẽ cho phép chụp ảnh và đo lường nhiều bề mặt khác nhau, bao gồm mẫu sinh học, gốm sứ, composite, thủy tinh và polymer và cũng có thể đo các tính chất cơ học khác nhau của mẫu. Hình ảnh được tạo ra bởi AFM hiển thị dưới dạng 3D và có độ phân giải cao hơn SEM. Một lợi ích khác của AFM là nó có thể phân tích bề mặt trong không khí, không cần chân không như SIMS, TEM hoặc SEM.

Hiden Analytical và phân tích bề mặt

Như đã nêu trong bài viết này, nhiều kỹ thuật có sẵn cho các nhà khoa học để thực hiện phân tích bề mặt, với các phương pháp phổ biến nhất là SIMS, SEM, TEM và AFM. SIMS được sử dụng để phân tích thành phần bề mặt và màng mỏng, thực hiện bằng cách phun một chùm ion sơ cấp tập trung vào bề mặt mẫu và phân tích các ion thứ cấp được phát ra từ bề mặt. Tại Hiden Analytical, chúng tôi cung cấp các thiết bị SIMS cho nghiên cứu pin, ô nhiễm, điện tử, dược phẩm và nhiều ứng dụng khác trong nhiều lĩnh vực khoa học.

Liên hệ với một thành viên trong nhóm của chúng tôi hôm nay để biết thêm thông tin về việc lựa chọn phương pháp phân tích bề mặt phù hợp nhất cho các ứng dụng của bạn.

Xem thêm: Máy khối phổ ứng dụng trong lĩnh vực phân tích bề mặt