不能不知道的掃描式電子顯微鏡(SEM)微粒分析技術

勀傑科技 著

在科技的日新月異下,樣品的觀測不再受光波的波長所局限,電子顯微鏡的發明突破了光學顯微鏡的解析度瓶頸,造就了探索與開啟奈米世界的鑰匙,而粉末微粒便是奈米世界中的小巨人,微小的顆粒卻能影響甚至改變各種物質的變化,其影響領域不僅僅只侷限在工業領域(高分子材料),近年來以奈米科技延伸發展出的微粒分析技術,也已拓展至醫療、紡織、食品等各領域中。

 

每逢端午時節,你或許從書籍中提及或聽過耆老說到,端午要準備雄黃(酒)用以驅五毒,甚至在民間傳說《白蛇傳》中,聽聞雄黃酒讓千年白蛇精現形的故事,不免讓人好奇“雄黃”到底是什麼?

 

在資訊發達的時代只要稍微搜尋一下,或許你能很快地知道,雄黃主要是由S(硫)與As(砷)兩種元素所組成的天然礦物石,不過好像還是對這個礦物石感到陌生。

 

秉持專業研究的職人精神,勀傑科技將日常生活中容易取得雄黃粉末作為觀測樣品,並透過美國科技大廠Thermo Fisher Scientific旗下的Phenom Pharos桌上型掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopes,簡稱 SEM)進行觀測,可快速清晰地看到雄黃微粒的表面形貌(圖一)。

 

圖一:Phenom Pharos 桌上型掃描式電子顯微鏡 SEM成像圖1

Phenom Pharos桌上型掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopes,簡稱 SEM)採用FEG燈絲源,解析度可達到奈米等級的影像分辨率;透過SEM內建的量測系統,可直覺式快速獲得觀測樣品大小(圖二)。

 

圖二:Phenom Pharos桌上型掃描式電子顯微鏡SEM成像圖2

若再搭配多款Phenom SEM專門分析軟體,如:EDS/EDX元素分析、孔徑統計分析、顆粒統計等軟體進行量測,更可精準地獲得各項分析數據及相關資訊。

 

以Phenom Pharos桌上型掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopes,簡稱 SEM)的EDS元素分析功能註1,對雄黃的化學式進行推論,可發現雄黃微粒樣品確實是由S(硫)與As(砷)兩者所組成,再透過元素分析比例及EDS光譜(圖三),可了解到兩個元素在雄黃微粒樣品中的比例。

註1:Energy-dispersive X-ray spectroscopy,英文縮寫可稱:EDS、EDX、EDXS或XEDS,中文稱:X射線能量散布分析儀或能量散射X射線譜,是一種用於元素分析和化學表徵分析的功能。

 

圖三:雄黃微粒的EDS元素分析比例及EDS光譜

Phenom Pharos桌上型掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopes,簡稱 SEM)的EDS元素分析功能,也能讓我們清楚看到不同元素在雄黃樣品中的分布情況(圖四);透過了解樣品中的分布情形,有助於不同產業界或學術單位識別觀測樣品是否存在缺陷。

 

圖四:雄黃微粒的EDS元素分布

根據國家環境毒物研究中心的資料顯示,砷廣泛存在於地殼中的自然元素之一,土壤、空氣、水中都可能含有極微量的砷元素。而砷的各類化合物具不同濃度的毒性,古代傳說中常被用於環境驅蟲,甚至拿來避邪,也因此可以合理解釋《白蛇傳》中白素貞喝了雄黃酒而原形畢露;然而攝取過量或長期暴露在砷化合物濃度較高的環境下,會對人體有害,可能導致砷中毒,甚至有致癌的風險。

 

在砷的化合物中,最廣為人知的莫過於常出現於古代故事中的砒霜,又別名為鶴頂紅(高純度的砒霜為白色,不純的略帶紅色,故有此別名),其分子式為三氧化二砷(As2O3),少量多次使用會導致慢性中毒。

 

砷元素雖然含有毒性,但也不全然無益處,近代的醫藥研究顯示,只要劑量使用恰當,砷的各種化合物也是能作為中西醫的藥用處方之一,適量的砷化合物能用於治療許多疾病;但無論是哪種砷的化合物,使用時皆須遵從醫師指示服用,以免造成砷中毒而影響自身健康。

 

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更多電鏡影像知識與延伸閱讀:

>>>電鏡樣品前製備技術-粉末顆粒之粒徑分析與檢測
>>>桌上型電子顯微鏡與藥物開發:檢測API在增量劑上的分佈
>>>分析樣品元素,你需要的是EDS 還是EDX呢?

 

【參考文獻】

國家環境毒物研究中心:http://nehrc.nhri.org.tw/toxic/toxfaq_detail_mobile.php?id=24

砒霜的臨床應用:https://www.taiwan-pharma.org.tw/magazine/101/146-150.pdf

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