วิธี Aqua Cover

วิธีการสังเกตน้ำโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) โดยทำให้น้ำอยู่ในสถานะของเหลว วิธีการนี้เรียกว่าวิธี Aqua Cover เนื่องจากกระดาษ (aqua cover) ที่มีน้ำถูกใช้เพื่อปิดตัวอย่างเพื่อป้องกันการระเหยของน้ำในตัวอย่าง เมื่ออุณหภูมิของชิ้นงานทดสอบ ความดันของห้องตัวอย่างและความดันบางส่วนของไอน้ำได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม น้ำ สารละลายในน้ำ และน้ำที่บรรจุอยู่ในชิ้นงานทดสอบสามารถคงสภาพเป็นของเหลวได้ตั้งแต่การใส่ตัวอย่างลงใน SEM ไปจนถึงการสังเกต วิธีนี้ช่วยให้เราสามารถสังเกตภาพ SEM ของน้ำและกระบวนการระเหยของน้ำ และของชิ้นงานทดสอบที่ยังคงมีน้ำอยู่ที่ความละเอียดสูงกว่าวิธีการทางแสง (กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง)
เนื่องจากการสังเกต SEM แบบธรรมดาจะดำเนินการในสุญญากาศ (<10^-2 Pa: ความดันบรรยากาศ: 1013 hPa) น้ำระเหยและไม่สามารถสังเกตได้ อย่างไรก็ตาม การรวมกันของสุญญากาศต่ำและขั้นตอนการระบายความร้อนด้วยเพลเทียร์ทำให้เกิดสถานะของเหลว (ระบุโดยพื้นที่สีเขียวในรูปที่ 1) ในห้องตัวอย่าง อันที่จริง อุณหภูมิของชิ้นงานทดสอบและความดันในห้องตัวอย่างถูกตั้งค่าไว้ที่ประมาณ 0 °C และ 650 Pa ตามลำดับ
น้ำจะระเหยระหว่างการอพยพของห้องจากความดันบรรยากาศถึง 650 Pa เพื่อหลีกเลี่ยงการระเหย ชิ้นงานทดสอบจะถูกปิดด้วยฝาครอบน้ำเพื่อรักษาแรงดันภายในฝาครอบไว้ที่แรงดันไอน้ำอิ่มตัว
รูปที่ 2 แสดงขั้นตอนตั้งแต่การตั้งค่าชิ้นงานทดสอบไปจนถึงการสังเกตโดยใช้วิธี [1] ขั้นการทำความเย็นแบบเพลเทียร์จะติดตั้งบนสเตจของชิ้นงานทดสอบ SEM และชิ้นงานทดสอบจะถูกวางบนสเตจการหล่อเย็นและปิดด้วยฝาครอบในน้ำในขณะที่อุณหภูมิของชิ้นงานทดสอบจะถูกเก็บไว้ที่ 0 °C โดยการทำให้เย็นลง (a) หลังจากที่ห้องตัวอย่างถูกอพยพ ฝาครอบน้ำจะถูกจับโดยแท่งแลกเปลี่ยนตัวอย่างที่รวมอยู่ในห้องก่อนการอพยพ จากนั้น ขั้นตอนการหล่อเย็นจะลดลง (b) ฝาครอบน้ำถูกหดกลับเข้าไปในห้องเตรียมอพยพ (c) ระยะการทำความเย็นสูงขึ้นและดำเนินการสังเกต SEM (d) จำเป็นต้องสังเกตตัวอย่างอย่างรวดเร็ว เนื่องจากน้ำจะค่อยๆ ระเหยไปหลังจากการถอดฝาครอบน้ำออก
รูปที่ 3 แสดงตัวอย่างการสังเกตของหยดของเหลวที่รั่วออกจากเส้นเลือดโดยใช้วิธี Aqua Cover ภาพยนตร์แสดงการระเหยของหยดน้ำบนเส้นใย
วิธีนี้ช่วยให้เราสังเกตการเคลื่อนไหวของหยดน้ำได้สำเร็จในระหว่างการกันน้ำ ซึ่งเกาะติดกับพื้นผิวของใบไม้ด้วยโครงสร้างที่มีขนาดไมโครเมตร [2] วิธีการนี้ยังประสบความสำเร็จในการสังเกตอย่างละเอียดของตัวอย่างที่มีน้ำมาก เช่น สิ่งมีชีวิตและพืช และการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความหนาของเส้นใยและช่องว่างระหว่างเส้นใยระหว่างกระบวนการบวมตัวและทำให้แห้ง [3]
มีวิธีการสังเกตตัวอย่างในสถานะของเหลวโดยไม่ใช้วิธีการปิดผิวน้ำ ซึ่งตัวอย่างจะถูกแช่แข็งก่อนนำไปวางในห้องตัวอย่าง และจะละลายหลังจากการอพยพด้วยสุญญากาศเพื่อการสังเกตในภายหลัง อย่างไรก็ตาม เมื่อชิ้นงานทดสอบถูกแช่แข็ง อาจเกิดความเสียหายได้เนื่องจากการเติบโตของผลึกน้ำแข็งหรือการขยายปริมาตร วิธีการปิดผิวน้ำมีข้อดีคือไม่จำเป็นต้องแช่แข็งชิ้นงานทดสอบล่วงหน้าก่อนการตั้งค่าของชิ้นงานทดสอบ
วิธีการที่ไม่เหมือนใครนี้ ซึ่งช่วยให้สามารถสังเกต SEM ในขณะที่เก็บน้ำไว้ในตัวอย่าง ได้รับการพัฒนาโดย JEOL เป็นครั้งแรก วิธีการนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธี Wet Cover ในเอกสารที่ตีพิมพ์

มะเดื่อ 1 แผนผังของแผนภาพสถานะของน้ำ
เมื่อน้ำเย็นลงเหลือประมาณ 0 °C และความดันบรรยากาศตั้งไว้ที่ประมาณ 650 Pa น้ำจะคงสภาพเป็นของเหลว

รูปที่ 2 ขั้นตอนการสังเกตโดยใช้วิธี Aqua Cover
(a) ขั้นการทำความเย็นแบบเพลเทียร์ถูกติดตั้งบนสเตจของชิ้นงานทดสอบ SEM ที่ความดันบรรยากาศ วางชิ้นงานทดสอบบนสเตจการหล่อเย็นและเก็บไว้ที่ประมาณ 0 °C จากนั้น คลุมชิ้นงานทดสอบด้วยแผ่นปิดน้ำ และอพยพห้องตัวอย่างออกจนกว่าแรงดันจะถึงแรงดันที่ตั้งไว้ 650 Pa
(b) หลังจากที่ความดันถึง 650 Pa และมีเสถียรภาพ ฝาครอบน้ำจะถูกจับโดยแท่งแลกเปลี่ยนตัวอย่างที่รวมอยู่ในห้องเตรียมการอพยพ จากนั้นระยะการทำความเย็นจะลดลง
(c) ฝาครอบ Aqua ถูกหดกลับเข้าไปในห้องเตรียมการอพยพ
(d) ระยะการทำความเย็นสูงขึ้นและดำเนินการสังเกต SEM

รูปที่ 3 หยดของเหลวไหลออกมาจากเส้นใบที่ด้านหลังใบของป.ชิระอควากา 
(ก) ภาพกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล
(b) ภาพอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจาย (หยดของเหลวและใบไม้มีสีตามลำดับเป็นสีน้ำเงินและสีเขียว)
แรงดันไฟเร่ง: 25 kV, แรงดันห้องตัวอย่าง: 650 Pa.