学术⼲货⼁扫描电镜冷冻制样及传输系统（Cryo-SEM）的应⽤ 常规扫描电镜的样品室为⾼真空(10-3Pa)环境，要求观察的样品⼲燥⽆挥发，⽽⼀些样品在⼲燥过程中会发⽣结构变化(如囊泡等⾃组装结构、凝胶、⽣物样品等)，致使⽆法观察其真实结构，扫描电镜的低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)可实现对液体、半液体及对电⼦束敏感样品的观察。 1. 扫描电镜冷冻制样及传输系统简介
冷冻扫描电镜的制样过程分为冷冻固定、冷冻断裂、升华及导电性喷涂，⾸先是将样品进⾏冷冻固定，冷冻固定过程尽量保持样品的结构，使⽔在固化的过程中不结晶⽽成为玻璃态的⽔，这样⽔的体积不会膨胀从⽽不会破坏样品的原始结构，通常采⽤⾼压冷冻的⽅法和液氮泥快速冷冻⽅法。⾼压冷冻⽅法是在2100个⼤⽓压的压⼒下⽤液氮将样品冷冻，在此条件下⽔呈玻璃态。液氮泥是将液氮置于真空环境(约 0.1Pa)，此时液氮为“泥”状，不沸腾，可快速冷冻样品，减少样品中⽔结晶的可能。冷冻固定后的液态样品，经特殊的装置在真空且低温(-100℃)的环境下将样品断裂，露出新鲜的断⾯，然后在真空且温度为-90℃的条件下，⽔进⾏升华，将包裹样品的⽔升华后，进⾏导电性喷涂(⼀般喷 Pt)。⾄此，冷冻制样⼯作完成，即可将样品通过冷冻传输系统置于扫描电镜的冷台上（温度可低⾄-160℃）进⾏观察。
图1是分析测试中⼼电镜室配置的扫描电镜冷冻制样及扫描电镜的冷台(配置于扫描电镜 S-4300)，包括⾼压冷冻仪(及我们⾃⾏研制的液氮泥冷冻装置)、冷冻断裂及喷涂仪、真空冷冻传输装置及扫描电镜中
的冷台。
⾼压冷冻⇒冷冻断裂/喷涂⇒真空冷冻传输⇒Cryo-SEM
地磁指数预报2.冷冻扫描电镜(cryo-SEM)的应⽤实例
图2为酵母细胞(由酵母粉加⽔发酵制得)分别经⾼压冷冻和直接液氮冷冻制样，然后冷冻断裂并进⾏导电性喷涂后置于扫描电镜中观察到的结构，可以看出两种制样⽅法都可观察到不同截⾯断裂的酵母细胞，⾼压冷冻的制样⽅法较完整的保持了酵母细胞的结构，⽽直接投⼊液氮冷冻的⽅法使得酵母细胞的结构受挤压发⽣变形。
棘轮棘爪图 3 为表⾯活性剂形成的囊泡样品(胶体界⾯与热⼒学实验室样品)通过⾼压冷冻制样，经冷冻断裂并导电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表⾯形貌，可以看出经冷冻断裂，有些囊泡保持了完整的球型结构，有些则从中间断裂，从⽽可以看到空囊的结构。若以常温的扫描电镜观察，样品需要先⼲燥，⽽在⼲燥过程中囊泡会塌陷，⽆法保持其结构。喂猪料槽
图 4 为⾼分⼦/SiO2 复合微球样品(⾼分⼦物理与化学实验室样品)经⾼压冷冻制样，冷冻断裂并导电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表⾯形貌，可以看出此微球是由⼀个 SiO2球 (直径约 200nm)和⼀个⾼分⼦球(直径约 400nm)组成，由裂开的球看出⾼分⼦球为空⼼结构， SiO2 球内嵌在其中，整个微球表⾯是⽐较光滑的，在溶液中还散落些⼩颗粒的物质，这些散落的颗粒物质并没有包覆在球上，这证明在溶液中微球的表⾯并没有⼩颗粒物质吸附。⽽若应⽤常温扫描电镜观察，在样品⼲燥的过程中，⼩颗粒会沉积在样品表⾯，⽆法判断⼩颗粒在溶液中是否吸附在微球表⾯。
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图 5 为⽔凝胶样品(胶体与界⾯实验室样品)经经冷冻固定、冷冻断裂并导电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表⾯形貌，可以看出此⽔凝胶为⽹状结构，相⽐于⽔升华 6min.得到的形貌，升华 30min.可以将⽹状结构中的⽔充分升华，从⽽能够显现⽔凝胶的三维⽹状结构。因此，在实际样品制备中，需要根据样品摸索合适的⽔升华时间。
华，从⽽能够显现⽔凝胶的三维⽹状结构。因此，在实际样品制备中，需要根据样品摸索合适的⽔升华时间。
光伏组件检测总之，扫描电镜冷冻制样及传输系统可实现溶液样品及含⽔样品的冷冻扫描电镜观察，避免了⼲燥过程样品结构的改变，预计将在胶体、有机⾼分⼦、⽣物等样品的微观结构表征中发挥重要作⽤。但是冷冻扫描电镜只适⽤于浓度较⾼的溶液或悬浊液样品，对于浓度很稀的样品，由于扫描电镜只能看到表⾯⼀层的结
构，所以很难到样品，需要⽤冷冻透射电镜进⾏观察。
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