Метод аквапокрытия

Метод наблюдения за водой с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), когда вода остается в жидком состоянии. Этот метод называется методом Aqua Cover, потому что бумага (Aqua Cover), содержащая воду, используется для покрытия образца, чтобы предотвратить испарение воды в образце. Когда температура образца, давление в камере для образцов и парциальное давление водяного пара контролируются надлежащим образом, вода, водный раствор и вода, содержащиеся в образце, могут сохраняться в жидком состоянии с момента помещения образца в СЭМ до наблюдения. Этот метод позволяет нам наблюдать SEM-изображения воды и процесса испарения воды, а также образцов, все еще содержащих воду, с более высоким разрешением, чем оптические методы (оптический микроскоп).
Поскольку обычное СЭМ-наблюдение проводится в вакууме (<10^-2 Па: атмосферное давление: 1013 гПа), вода испаряется и поэтому ее невозможно наблюдать. Однако сочетание низкого вакуума и стадии охлаждения Пельтье позволяет достичь жидкого состояния воды (обозначено зеленой областью на рис. 1) в камере для образца. На самом деле температура образца и давление в камере для образцов установлены соответственно примерно на 0 °C и 650 Па.
Воду испаряют при вакуумировании камеры от атмосферного давления до 650 Па. Во избежание испарения образец накрывают аквачехлом для поддержания давления внутри чехла на уровне давления насыщенного водяного пара.
На рис. 2 показаны процедуры от установки образца до наблюдения с использованием метода [1]. Охлаждающий столик Пельтье устанавливается на предметный столик SEM, а образец помещается на охлаждающий столик и накрывается аква-покрытием, при этом температура образца поддерживается на уровне 0 °C за счет охлаждения (а). После откачки камеры для образцов водная оболочка захватывается стержнем для замены образцов, встроенным в камеру для предварительного вакуумирования, а затем опускается столик для охлаждения (b). Аквакрышка втягивается в предвакуумную камеру (в). Стадия охлаждения поднимается, и выполняется наблюдение с помощью SEM (d). Необходимо быстро наблюдать за образцом, так как после снятия аквачехла вода постепенно испаряется.
На рис. 3 показаны примеры наблюдения вытекания капель жидкости из жилок листа с помощью метода Aqua Cover. В ролике показано испарение капель воды на волокнах.
Метод позволяет успешно наблюдать мелкие движения капель воды при гидрофобизации, которые прилипают к поверхности листьев со структурой микрометрового порядка [2]. Этот метод также успешно применяется при детальных наблюдениях за богатыми водой образцами, такими как организмы и растения, и при наблюдениях за изменениями толщины волокон и зазоров между волокнами во время процессов набухания и сушки [3].
Существует метод наблюдения за образцом в жидком состоянии без использования метода аквапокрытия, при котором образец замораживают перед помещением в камеру для образцов и расплавляют после вакуумирования для последующего наблюдения. Однако, когда образец заморожен, он может быть поврежден из-за роста кристаллов льда или увеличения объема. Преимущество метода Aqua Cover заключается в том, что не требуется замораживание образца перед установкой образца.
Этот уникальный метод, который позволяет проводить наблюдение с помощью СЭМ, сохраняя воду в образце, разработан компанией JEOL впервые. В опубликованных статьях метод также называется методом мокрого покрытия.

Рис. 1 Схематическая диаграмма состояния воды.
Когда вода охлаждается примерно до 0 °C и атмосферное давление устанавливается примерно на уровне 650 Па, вода сохраняется в жидком состоянии.

Рис. 2 Процедуры наблюдения методом Aqua Cover.
(а) Предметный столик с охлаждением Пельтье установлен на предметном столике СЭМ при атмосферном давлении. Образец помещают на столик для охлаждения и выдерживают при температуре около 0°С. Затем образец накрывают водной крышкой, а камеру для образца откачивают до тех пор, пока давление не достигнет установленного давления 650 Па.
(b) После того, как давление достигает 650 Па и становится стабильным, аквапокрытие захватывается стержнем обмена образца, встроенным в камеру предварительного вакуумирования. Затем ступень охлаждения опускают.
(c) Аква-крышка втягивается в предвакуумную камеру.
(d) Стадия охлаждения поднимается и выполняется наблюдение с помощью СЭМ.

Рис. 3 Капли жидкости, просочившиеся из жилок листьев на тыльной стороне листьев Pachira aquatica. 
(а) Изображение оптического микроскопа
(б) Изображение в обратно рассеянных электронах (капли жидкости и листья окрашены соответственно в синий и зеленый цвета).
Ускоряющее напряжение: 25 кВ, давление в камере для образцов: 650 Па.