Hledání kritického napětí pro pozorování nepovrstvených vzorků dřeva v elektronové mikroskopii

Bc. Kristýna Těhníková

Master's thesis

Finding the voltage for the observation of wood samples with no conductive surface layer in electron microscopy

Abstract:

Náplní práce bylo nalézt takové napětí a nastavení elektronového mikroskopu, aby bylo možné pozorovat nevodivé vzorky dřeva bez další úpravy. Touto úpravou se myslí standardní vodivé povrstvení např. zlatem. Po nalezení vyhovujícího nastavení mikroskopu byly s daným nastavením pořízeny snímky jednotlivých vzorků dřeva. Prvním úkolem bylo zjistit a popsat přípravu vzorků vhodných pro pozorování v elektronovém mikroskopu a druhým porovnání zjištěného napětí v závislosti na dřevině a případně i směru pozorování. Metoda přípravy vzorků spočívala v jejich vymanipulování za pomoci obráběcích nástrojů na hranolky o daných rozměrech, z kterých následně byly odebírány vzorky pro vlastní pozorování. Nejvýhodnějším výsledkem pro tuto práci bylo, aby vzorky jednotlivých dřevin byly rozměrově unifikované. Pro odebírání vzorků musely být polotovary plastifikovány a následně jejich povrch upraven pomocí mikrotomu. Tím byla získána hladká plocha vzorku pro pozorování. Vlastní hledání kritického napětí bylo prováděno za pomoci elektronového mikroskopu ThermoFisher Scientific model Quattro. Principem bylo nastavení pevných parametrů jako rozlišení, pracovní vzdálenost, skenovací čas a hledání správného napětí při pozorování zobrazení dřeviny na monitoru. Úkolem bylo najít nastavení, při kterém byl obraz bez deformačních artefaktů způsobených nabíjením preparátu. Hlavních cílů se podařilo dosáhnout. Byla nalezena rozpětí, při kterých lze dané vzorky pozorovat bez opatření vodivé vrstvy. Při zjištěných napětích byly pořízeny snímky jednotlivých dřevin, které byly následně kolorovány za pomoci programu MIB – Microscopy Image Browser a jsou součástí obrazové přílohy. Přínosem této práce je s ohledem na výběr dřevin a zjištěné výsledky, že nepovrstvené vzorky pozorovat lze a podle výsledků se dá i pozorování v praxi urychlit, protože všechny dřeviny měly potřebné napětí v rozsahu 1 kV – 1,6 kV. Zároveň lze využít i zjištění, že optimální pro takové pozorování je použití detektoru sekundárních elektronů, protože i při použití relativně nízkých napětí získáme dostatečně silný signál pro pozorování. Naproti tomu při potřebě využití detektoru zpětně odražených elektronů, je výhodnější použít vzorky povrstvené, aby bylo možné pozorovat za vyšších napětí pro získání dostatečného signálu pro tento detektor.

Abstract:

The work aims to find the voltage and setting of an electron microscope to observe non-conductive wood samples without further modification. Standard conductive coating, such as gold, is considered a further modification. Once a suitable microscope setting is found, images of individual wood samples will be taken with that setting. The initial goal is to determine and describe the preparation of samples suitable for observation in an electron microscope, followed by comparing the observed voltage depending on the type of wood and possibly the direction of observation. Preparing the samples involves manipulating them using cutting tools into specified dimensions, from which samples were taken for observation. The ideal outcome for this work is for the individual wood samples to be unified in size. To obtain samples, it is necessary to plasticize the wood and then modify the surface using a microtome, resulting in an ideal sample surface for observation. The search for critical voltage was conducted using the ThermoFisher Scientific model Quattro electron microscope. The principle was to set fixed parameters such as resolution, working distance, and scan time and find the correct voltage for observing the wood sample on the monitor without deformation artifacts caused by specimen charging. The main goals were achieved. Ranges were found at which the samples could be observed without the need for a conductive layer, and images of individual woods were taken at the identified voltages, which were subsequently colorized using the MIB - Microscopy Image Browser program and are part of the image attachment. The contribution of this work, based on the wood selection and the results, is that non-coated samples can be observed, and based on the results, practical observation can be accelerated as all woods had the necessary tensions in the range of 1 kV - 1.6 kV. It was also discovered that a secondary electron detector is ideal for such observations, as it provides a strong signal even at relatively low voltages. Conversely, when using a backscattered electron detector, it is advantageous to use coated samples to allow for higher voltages to acquire a sufficient signal for this detector.

Keywords

elektronová mikroskopie, dřevina, napětí, vzorek, směr pozorování

Keywords

sample, direction of observation, voltage, electron microscopy, woody plant

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Monika Sarvašová Kvietková, PhD.
• Reader: Aleš Kolouch, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Wood Engineering