《结构分析学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构分析学习.pptx（46页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 原子的概念至少可以追溯到一千年前，但在漫长的岁月中，原子还只是假设而并非可观测到的客体。因为，人的眼睛不能直接观察到比10-4m更小的物体或物质的结构细节 2)2)电子显微镜电子显微镜(SEM)(SEM)概述概述 光学显微镜使人类的视觉得以延伸，人们可以观察到像细菌、细胞那样小的物体，但由于光波的衍射效应，使得光学显微镜的分辨率只能达到10-7 m.第1页/共46页 电子显微镜的发明开创了物质微观结构研究的新纪元，SEM的分辨率为10-9m，而高分辨透射电子显微镜(HTEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)可以达到原子级的分辨率0.1 nm(10-10m)SEM主要用于观察固体表面的形貌，特
2、别是适用于粗糙表面和断口的分析观察.第2页/共46页扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)(SEM)的基本原理的基本原理 SEM的成像过程是用聚焦电子束在试样表面按一定时间、空间顺序作光栅状扫描(试样为块状或粉末颗粒)，聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射(以及其它物理信号)，经相应的探测器收集、检测、转换、放大、调制后，最终在显示系统上形成一幅反映试样形貌和成分特征的扫描图像。1)1)电镜与光镜的对比电镜与光镜的对比 第3页/共46页扫描电镜扫描电镜透射电镜透射电镜 光光 镜镜 肉眼玻璃透镜(目镜)投影镜玻璃透镜(物镜)样品玻璃透镜(聚光镜)光源(卤灯或汞灯)高压电子枪样品电磁透镜束偏
3、转器图像投到视屏上荧光屏光镜、透射电镜及扫描电镜的成像光路图解光镜、透射电镜及扫描电镜的成像光路图解 第4页/共46页电子显微镜与光学显微镜的异同点电子显微镜与光学显微镜的异同点电子显微镜与光学显微镜的异同点 1,000,0001,000放大倍数0.1 nm200100 nm分 辨 力电聚焦机械聚焦聚焦方式电磁透镜电磁透镜光学透镜光学透镜透透 镜镜真真 空空空空 气气介介 质质短：0.0030.008长：200750波长(nm)电子束电子束光光 束束照照 射射 光光电子显微镜光学显微镜第5页/共46页2)2)2)扫描电镜的结构与成像原理扫描电镜的结构与成像原理扫描电镜的结构与成像原理 扫描电镜
4、的基本结构扫描电镜的基本结构电子光学系统电子枪电磁透镜扫描线圈样品室信号的收集处理及显示系统真空系统供电保护系统等扫描电镜扫描电镜第6页/共46页扫描电子显微镜(SEM)第7页/共46页电子枪电磁透镜扫描线圈样品室信号的收集处理系统真空系统供电保护系统显示系统(显象管)(110KV)SEM第8页/共46页SEM原理第9页/共46页电子枪灯丝电子枪灯丝电磁电磁透镜透镜探测器探测器电磁电磁透镜透镜扫描线圈的扫描线圈的束偏转器束偏转器样品托样品托样品样品显象管显象管次级电子次级电子扫描电镜成像原理的简单图示扫描电镜成像原理的简单图示第10页/共46页扫描电镜的成像原理电子枪接 受、转变成光子放 大、
5、转换成电压信号电子束电磁透镜样品表面扫描线圈扫描线圈次级电子信号探测器光电倍增管显象管/荧光屏样品表面上相应点样品表面上相应点所发出的次级电子数所发出的次级电子数荧光点的亮度荧光点的亮度第11页/共46页抽真空的意义：=防止灯丝的氧化损伤；=确保电子束在运行过程中的运动轨迹不受空气分子干扰；=去除空气分子对样品的污染。真空系统第12页/共46页一般电镜超高压电镜真空系统 1.310-12Pa离子泵离子泵真空涡流泵真空涡流泵机械泵：机械泵：油扩散泵：油扩散泵：冷阱：冷阱：真空管道、阀门、储气罐等真空管道、阀门、储气罐等1 Pa 1.310-510-6Pa;1.310-6Pa 1.310-7 10
6、-9Pa1.310-9Pa 1.310-10Pa真空系统的组成部件：真空系统的组成部件：真空系统第13页/共46页优点：1)只需一次扫描.(AFM多次扫描)由于发射电子的强度随着样品表面的形貌和成分的不同而变化,因此,只需一次扫描就能对样品的表面形貌、成分和结构进行综合分析。2)图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。3)图像的放大倍率在很大范围内连续可变(101105)；都可以得到清晰的图片。4)分辨率高，一般为2-6 nm，最高可达0.5 nm。3)优点和局限性第14页/共46页5)可同时进行多种功能分析，如与X-射线能谱仪配合使用，可在观察形貌的同时进行元素的定性、定量分析。(6)扫描电
7、镜所用样品的制备方法简便(固定、干燥和喷金)，不需经过超薄切片；第15页/共46页(1)分辨率还不够高(110 nm)；(2)只能显示样品的表面形貌，无法显示内部详细结构。(3)表面要导电.近年来发展的环境扫描电镜可以直接观察含水样品和非导体,不需进行表面镀金,对样品表面结构不会造成破坏,为研究溶液中小晶体的生长过程提供了可能性。扫描电镜的局限性：扫描电镜的局限性：第16页/共46页在生物领域的应用实例第17页/共46页人耳听毛细胞的扫描电镜照片人耳听毛细胞的扫描电镜照片扫描电镜照片演示第18页/共46页人人RBCRBC的扫描电镜照片的扫描电镜照片有被小泡的扫描电镜照片有被小泡的扫描电镜照片转
8、转化化细细胞胞扫描电镜照片演示第19页/共46页细胞褶皱的扫描电镜照片细胞褶皱的扫描电镜照片分裂沟的扫描电镜照片分裂沟的扫描电镜照片扫描电镜照片演示第20页/共46页v可观察到样品的内部结构；v可观察到富有立体感的图像；v提高了分辨率。冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术(freeze etching)(freeze etching)(freeze etching)：利用“复膜(replica)”在透射电镜下观察：第21页/共46页冰冻蚀刻电镜照片演示第22页/共46页细胞质膜的冰冻蚀刻电镜照片细胞质膜的冰冻蚀刻电镜照片冰冻蚀刻电镜照片演示第23页/共46页核膜核膜紧密连结的冰冻蚀刻电镜照片紧
9、密连结的冰冻蚀刻电镜照片微绒毛的冰冻蚀刻电镜照片微绒毛的冰冻蚀刻电镜照片连结子连结子基膜基膜冰冻蚀刻电镜照片演示第24页/共46页在配合物研究中的应用1)对配合物晶体的形貌结构观察 Schiff碱及其某些配合物具有杀菌、抗癌等生物活性，其生理活性与配合物分子的几何形状、自旋状态等有关。利用SEM可以直接对其晶体的形貌进行观察。第25页/共46页如水杨醛缩邻氨基苯酚(L)的配合物，不同配合物的形貌明显不同。LCr颗粒较大，几何形状不甚规则；L2Cr颗粒较小，平均粒径约0.5 m。LCo及L2Co都为长条状，但L2Co宽度明显较小。(a)LCr;(b)L2Cr;(c)LCo;(d)L2Co.图11
10、 水杨醛缩邻氨基苯酚(L)与Cr、Co配合物的SEM图17第26页/共46页图12中所示的为一种新型聚电解质膜壳聚糖/羧甲基壳聚糖配合物多孔膜表面和截面的SEM照片。可以看出，多孔膜具有良好的多孔结构，孔洞之间彼此贯穿，平均孔径约20 m，完全符合作为膜色谱基质材料的要求。18杨前荣,陈新,邵正中.化学学报,2005,63:259-262.图12 多孔壳聚糖/羧甲基壳聚糖配合物膜的表面(a)和截面(b)的SEM照片.The bar:100 m 181第27页/共46页 由于一维纳米材料具有优异的物理、化学、机械等性能，在光学、磁学、微电子学等领域得到了广泛的应用，引起了许多科学家的注意和研究。
11、2)对纳米晶体结构的观察 第28页/共46页 采用溶液化学反应法，利用7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷(TCNQ)制备金属有机配合物Ag(TCNQ)微米结构的SEM(图15).晶体为单根准一维微米结构，形状有管状(图15a)、线状(图15b)及螺旋状(图15c)。螺旋状晶体的生成可以认为是晶核在一维生长过程中其径向受到某种力的干扰所致。图15 单根Ag(TCNQ)晶体的SEM图21 2)对纳米晶体结构的观察 21曹冠英,叶春暖,徐华华.物理化学学报,2005,21:47-51.第29页/共46页在泌尿系结石中的应用 Escolar等5用SEM分析了胱氨酸结石的内部结构和混合在其中的其它组分。
12、SEM观察表明，结石内的胱氨酸晶体呈六边形棱柱状(图1a);胱氨酸结石中常见到小球状的磷灰石(图1b)，甚至在几乎纯的胱氨酸结石中也能见到.此外，在一些胱氨酸结石中还含有层状结构的透钙磷石，图1c为一例含有透钙磷石的胱氨酸结石的SEM；极少量的胱氨酸结石中还含有少量的尿酸盐(常为尿酸铵和尿酸钾)，图1d为与大块胱氨酸晶体共存的束状尿酸盐晶体的SEM。第30页/共46页胱氨酸结石中不同组分晶体的SEM 5。(c)扇形的透磷酸钙晶体；(d)与大块胱氨酸晶体同存在的束状尿酸盐混合物.(a)六边形棱柱状的胱氨酸晶体；(b)胱氨酸结石中常见到小球状的磷灰石；5 Escolar E,Bellanato J
13、.Biospectroscopy,1999,5(4):237-242.第31页/共46页SEM研究尿石的基质形貌 图 2 不同形式存在的基质的SEM(a)地毯状基质；(b)苔藓状基质；(c)弧状纤维基质尿石是由无机矿物和有机基质组成，基质在矿化中起着关键作用。1)地毯状：基质多而厚，表面呈隆起状，系深层结石晶体突起所致(图2a)；2)苔藓状：基质少而薄，苔藓般物质附着在晶体表面，可见深层晶体(图2b);3)木耳状：结石基质较少，如木耳状卷曲潜藏于晶体间隙中(图2c)。第32页/共46页溶解尿石基质后，暴露出深层的尿石晶体，有鲕状晶体(图3a)或粒状晶体(图3b)。7 谭保斌,等.中华泌尿外科杂
14、志,1998,19(8):451-453.图3.基质完全溶解后的尿石晶体形状的SEM 7SEM研究尿石晶体的形貌 (a)鲕状晶体；(b)粒状晶体。第33页/共46页 采用双扩散法在凝胶体系中研究了 1)尿液中存在的小分子物质:谷氨酸、镁，磷酸盐、焦磷酸盐、多磷酸盐和不同结构羧酸对CaOxa的调控作用，2)研究了过饱和度、结晶时间、温度和pH等因素对CaOxa晶体成核、取向和生长的影响。1)凝胶体系中尿小分子对草酸钙生物矿化的影响第34页/共46页1)The ability to inhibit the aggregation of CaOx follows the sequence:Na2ed
15、ta Na3citNa2tart NaAc.2)The ability to induce bipyramidal COD:Na2edta Na3cit Na2tart NaAc.(a)NaAc (b)Na2tart(c)Na3cit (d)Na2edta (e)no addition SEM images of CaOx crystals grown in gel in presence of sodium carboxylatesCODAggregated COM(27,the bar:100 m)第35页/共46页 This was due to the complexation-dis
16、sociation balance between carboxylates and Ca2+ions in the gel.The Ca2+ions on the surface of CaOx and especially the Ca2+ions at the tips and the edges of COM crystals are ceaselessly dissolved by the complexation of additives in gel.At the same time,the Ca2+ions in the gel are unceasingly deposite
17、d on the surface of COM.Such an incessant dissolution made the edges of COM become rounded and blunt.(a)NaAc (b)Na2tart (c)Na3cit (d)Na2edta The shape of COM become more and more rounded and blunt as the COO-groups in the molecules increased,the sequence follows:NaAc Na2tart Na3cit Na2edta SEM image
18、s of typical COM crystals grown in gel in presence of carboxylates Ouyang J-M,Deng S-P,Tieke B,Chinese Science B(中国科学),2004,47(4):311-319 第36页/共46页3.3 Crystallization of Calcium Oxalate in Gel Systems 第37页/共46页 a)in the presence of Na3cit at different temperature.(a)57 (b)27 (c)7As the temperature d
19、ecreases,i)the content of COD increases;ii)The size of COM and COD decrease.crystallization time:10 d,bar:100 m.第38页/共46页 b)in the presence of Na2edta at different temperature (a)67 (b)47 (c)17A similar result as Na3cit was obtained.As T,COD%,size of crystals;However,the shape of COD differ from tha
20、t in presence of Na3cit.Na3cit:symmetric bipyramidal COD crystals Na2edta:asymmetric crisscross type COD crystals.crystallization time:10 d,bar:1000 m.1000 m 1000 m 1000 m Ouyang J-M,Deng S-P,Tieke B,et al.Chinese Science B(中国科学),2004,47(4):311-319 第39页/共46页 比较研究正磷酸盐Na3PO4、焦磷酸盐Na4P2O7和三聚磷酸盐Na5P3O10对
21、CaOxa结晶的影响。加入Na4P2O7和Na5P3O10后，欧阳健明,陈德志.无机化学学报,2004,20(5):613-616.不同结构的磷酸盐的影响 a)no additive b)sodium orthophosphate c)sodium pyrophosphate d)sodium triphosphate 第40页/共46页郑辉，李祥平,等.无机化学学报,2005,21(9):1375-1378.固定Oxa2-=0.5 M改变Ca2+浓度对CaOxa结晶的影响Ca2+=0.1 M(a)0.1 M,(b)0.5 M (c)2.0 M 固定Ca2+=0.5M改变Oxa2-浓度对CaO
22、xa结晶的影响.Oxa2-=0.1 M(a)0.1 M,(b)0.3 M (c)1.2 M 草酸根和Ca2+离子浓度的影响:Oxa2-的影响大于Ca2+离子第41页/共46页增加离子强度可促进晶体聚集，因而促进尿石形成。因此，肾结石患者应该多饮水，以降低CaOxa的过饱和度和尿液中的离子强度，减少COM的聚集；图6.离子强度对CaOxa晶体生长的影响.NaCl=(a)0.1 M,(b)0.5 M (c)1.5 M 离子强度的影响第42页/共46页好的SEM：明亮、棱角边清晰；一张照片中2-20个晶体怎样拍摄较好的SEM照片第43页/共46页较好的SEM照片第44页/共46页不好的SEM照片 太暗 晶体太小；不清晰,晶体重叠;晶体太多;太乱;晶体位置不在中间；不清楚;第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页