DE102014008290A1 - Composition and method for sample preparation - Google Patents

Composition and method for sample preparation Download PDF

Info

Publication number
DE102014008290A1
DE102014008290A1 DE201410008290 DE102014008290A DE102014008290A1 DE 102014008290 A1 DE102014008290 A1 DE 102014008290A1 DE 201410008290 DE201410008290 DE 201410008290 DE 102014008290 A DE102014008290 A DE 102014008290A DE 102014008290 A1 DE102014008290 A1 DE 102014008290A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
paraformaldehyde
solvent
sample
carrier
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201410008290
Other languages
German (de)
Inventor
Johann Bauer
Stephan von der Au
Dirk Wandschneider
Stephan Urfels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of DE102014008290A1 publication Critical patent/DE102014008290A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36Embedding or analogous mounting of samples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/34Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel und ein Verfahren mit dem Partikel, insbesondere Nanopartikel, für eine Vermessung mittels mikroskopischer Verfahren vorbereitet und vereinzelt werden können. Das Mittel enthält zumindest Paraformaldehyd und ein Lösungsmittel.The present invention relates to an agent and a method with which particles, in particular nanoparticles, can be prepared and separated for a measurement by means of microscopic methods. The agent contains at least paraformaldehyde and a solvent.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel und ein Verfahren mit dem Partikel, insbesondere Nanopartikel, insbesondere für eine Vermessung mittels mikroskopischer Verfahren vorbereitet und vereinzelt werden können.The present invention relates to an agent and a method with which particles, in particular nanoparticles, can be prepared and separated in particular for a measurement by means of microscopic methods.

Im Bereich der Forschung, Herstellung und Verarbeitung partikelhaltiger Systeme hat neben der elementaren Zusammensetzung der Partikel die Partikelgröße, deren Anzahlverteilung und die Partikelform einen starken Effekt auf die Systemeigenschaften. Beispielsweise hängt die Koerzitivfeldstärke magnetischer Partikel sowohl von der Form als auch von der Größe der Partikel ab. Bei Pigmenten hängen auch die optischen Eigenschaften vom Aspektverhältnis und der Größenverteilung ab. Insbesondere für Partikel, die in mindestens einer Dimension < 100 nm sind (Nanoobjekte, insbesondere Nanopartikel), kommt diesen Größen nicht nur technische sondern auch rechtliche Bedeutung zu, wobei die Anzahlverteilung der Partikelgröße bei der rechtlichen Einordnung entscheidend sein wird [ EMPFEHLUNG DER KOMMISSION vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien; Amtsblatt der Europäischen Union, L 275/38-40, 2011 ].In the field of research, production and processing of particle-containing systems, apart from the elemental composition of the particles, the particle size, their number distribution and the particle shape have a strong effect on the system properties. For example, the coercive force of magnetic particles depends on both the shape and the size of the particles. In the case of pigments, the optical properties also depend on the aspect ratio and the size distribution. In particular for particles which are <100 nm in at least one dimension (nano-objects, in particular nanoparticles), these quantities are not only of technical but also legal significance, whereby the number distribution of the particle size will be decisive in the legal classification [ COMMISSION RECOMMENDATION of 18 October 2011 on the definition of nanomaterials; Official Journal of the European Union, L 275 / 38-40, 2011 ].

Dementsprechend wichtig und vom Gesetzgeber gefordert, sind geeignete Methoden zur Bestimmung der Partikelgröße, deren Anzahlverteilung sowie der Partikelform. Hierbei kommen hauptsächlich mikroskopische Verfahren in Betracht, die einzelne Partikel in Form und Ausdehnung erfassen können. Zur Charakterisierung von Nanopartikeln sind speziell elektronenmikroskopische Verfahren (REM, TEM, STEM) sowie Raster-Kraft und Raster-Tunnelmikroskopie relevant.Accordingly important and required by law, are suitable methods for determining the particle size, their number distribution and the particle shape. Here are mainly microscopic methods into consideration, which can detect individual particles in shape and extent. For the characterization of nanoparticles, especially electron microscopic methods (SEM, TEM, STEM) as well as raster-force and scanning tunneling microscopy are relevant.

Typischerweise neigen Partikel, abhängig von ihren gegenseitigen Wechselwirkungen und ihrer spezifischen Oberfläche mehr oder weniger stark zur Bildung von Aggregaten oder Agglomeraten (zur näheren Definition der Begriffe siehe ISO 14887 [ISO 14887, Sample preparation – Dispersing procedures for powders in liquids, 2000 ] aus den Primärpartikeln. Gerade Nanopartikel neigen durch ihre hohe spezifische Oberfläche zu extremer Aggregatbildung, getrieben von der hohen Oberflächenenergie des Systems. Dies stellt gerade für die mikroskopische Charakterisierung ein großes Problem dar, da eine sinnvolle Charakterisierung der Primärpartikel nur möglich ist, wenn sie vereinzelt vorliegen.Typically, depending on their mutual interactions and their specific surface area, particles tend more or less to form aggregates or agglomerates (for a more detailed definition of the terms see ISO 14887 [ISO 14887, Sample preparation - Dispersing procedures for powders in liquids, 2000 ] from the primary particles. Precisely because of their high specific surface area, nanoparticles tend to form extremely aggregates, driven by the high surface energy of the system. This represents a major problem especially for the microscopic characterization, since a meaningful characterization of the primary particles is only possible if they are isolated.

Entsprechend wichtig sind geeignete Methoden zur Probenpräparation für die oben genannten mikroskopischen Verfahren, die in der Lage sind, die Agglomerate und Aggregate bis zu den Primärpartikeln aufzubrechen und die von einander getrennten Partikel auf einen passenden Probenträger zu applizieren.Correspondingly important are suitable methods for sample preparation for the above-mentioned microscopic methods, which are able to break up the agglomerates and aggregates up to the primary particles and to apply the separated particles to a suitable sample carrier.

Darüber hinaus muss die Präparationsmethode die Anforderungen an Präparate für die Elektronenmikroskopie bzw. AFM (Rasterkraftmikroskopie) erfüllen können:

  • – Die Probe muss gleichmäßig auf den Probenträger appliziert werden, wobei der Probenträger selbst nur minimale Oberflächenrauheit aufweisen darf.
  • – Die Probe muss speziell für die Elektronenmikroskopie im Hochvakuum stabil sein.
  • – Die Partikel dürfen zur besseren (evtl. automatischen) Auswertung der Mikroskopaufnahmen nur in einer Monolage auf den Probenträger aufgebracht werden.
In addition, the preparation method must meet the requirements for preparations for electron microscopy or AFM (atomic force microscopy):
  • - The sample must be applied evenly to the sample carrier, whereby the sample carrier itself may only have minimal surface roughness.
  • - The sample must be stable especially for electron microscopy in a high vacuum.
  • - The particles may only be applied to the sample carrier in a monolayer for better (possibly automatic) evaluation of the microscope images.

Bekannt ist ein Verfahren, das zur Vermessung von Nanopartikeln verwendet wird, in dem pulverförmige Proben mit einem eutektischen Gemisch aus 60% Campher und 40% Naphthalin zum Disaggregieren manuell verknetet werden. Anschließend wird ein Stück der Mischung auf einen Objektträger platziert, ein Deckglas darüber gelegt und durch Schmelzen, Abkühlen und Entfernen des Deckglases eine Schicht der Mischung auf den Objektträger fixiert. Im Anschluss wird das Eutektikum aus Campher und Naphthalin im Vakuum sublimiert, so dass die Partikel auf dem Objektträger zurückbleiben und mikroskopisch untersucht werden können [ N. Thaulow and E. W. White; General method for dispersing and disaggregating particulate samples for quantitative SEM and opticla mircroscopic studies; Powder Technology, 6, 377–379 (19971172) ]Known is a method used to measure nanoparticles in which powdered samples are manually kneaded with a eutectic mixture of 60% camphor and 40% naphthalene for disaggregation. Subsequently, a piece of the mixture is placed on a slide, a coverslip placed over it and fixed by melting, cooling and removing the coverslip, a layer of the mixture on the slide. Subsequently, the camphor and naphthalene eutectic is sublimated in vacuo so that the particles remain on the slide and can be examined microscopically [ N. Thaulow and EW White; General method for dispersing and disaggregating particulate samples for quantitative SEM and opticla mircroscopic studies; Powder Technology, 6, 377-379 (19971172) ]

Weiterhin üblich ist die Präparation der partikelhaltigen festen Proben direkt als Feststoff (Trockendispergierung). Durch Prall- bzw. Scherkräfte wird dabei versucht, die eventuell vorliegenden Aggregate bzw. Agglomerate in die Primärpartikel aufzubrechen. Das so erzeugte Aerosol wird z. B. mittels Scanning Mobility Particle Sizer (SMPZ), bzw. einem Optical Particle Counter (OPC) analysiert [ S. Füchsel, K. Husemann und U. Peuker; Trockene Desagglomeration von Nanopartikelagglomeraten in einer Sichtermühle; Chemie Ingenieur Technik, 83, No. 8, 1262–1275, 2011 ].Furthermore, the preparation of the particle-containing solid samples directly as a solid (dry dispersion). By impact or shear forces is thereby trying to break up any aggregates or agglomerates present in the primary particles. The aerosol thus generated is z. B. using Scanning Mobility Particle Sizer (SMPZ), or an Optical Particle Counter (OPC) analyzed [ S. Füchsel, K. Husemann and U. Peuker; Dry deagglomeration of nanoparticle agglomerates in a classifier mill; Chemical Engineer Technology, 83, no. 8, 1262-1275, 2011 ].

Bei mikrospkopischen Untersuchungen von Nanopartikeln erfolgt die Bildauswertung in der Regel computergestützt und führt zu einer statistischen Interpretation (Größenverteilung). Insbesondere drei Aspekte sind bei der Probenpräparation von Nanopartikeln zur Mikroskopie (mit anschließender Bildauswertung) von Bedeutung:

  • – Herstellung einer stabilen Dispersion von Primärpartikeln aus einer Probe aus aggregierten bzw. agglomerierten Partikeln
  • – Fixierung der stabilen Dispersion von Primärpartikeln auf einen für REM, TEM, AFM geeigneten Probenträger
  • – Entfernung des Dispergiermedium, ohne dass eine Reaggregation stattfindet und die vollständig genug ist, so dass eine Auswertung möglich ist
In microspheroscopic investigations of nanoparticles, the image analysis is usually computer-aided and results in a statistical interpretation (size distribution). In particular, three aspects are important in the sample preparation of nanoparticles for microscopy (with subsequent image analysis):
  • Preparation of a stable dispersion of primary particles from a sample of aggregated or agglomerated particles
  • Fixation of the stable dispersion of primary particles to a sample carrier suitable for SEM, TEM, AFM
  • Removal of the dispersing medium, without any reaggregation taking place, which is complete enough so that an evaluation is possible

Bis auf die Campher Naphthalin Methode und die direkte Trockendispergierung sind keine ausreichend effektiven Methoden bekannt, die in der Lage sind, die oben genannte Problemstellung zu lösen. Die bestehenden Methoden haben jedoch Nachteile und Einschränkungen.Except for the camphor naphthalene method and the direct dry dispersion, no sufficiently effective methods are known which are able to solve the above problem. However, existing methods have disadvantages and limitations.

a) Campher Naphthalin Methodea) camphor naphthalene method

Die Methode ist sehr empfindlich, da sie nur genau am Eutektikum funktioniert. Eine Kristallbildung neben dem eutektischen Gemisch führt zum Zusammenschieben der Partikel durch die Bildung großer Kristalle. Nur am eutektischen Punkt sind die Kristalle klein genug.The method is very sensitive as it only works exactly on the eutectic. Crystal formation next to the eutectic mixture causes the particles to collapse by forming large crystals. Only at the eutectic point are the crystals small enough.

Zudem ist das System unpolar. Partikel mit polarerer Oberfläche neigen zur Entmischung/Segregation aus dem Campher Naphthalin System.In addition, the system is nonpolar. Particles with more polar surface tend to segregate / segregate from the camphor naphthalene system.

b) Trockendispergierungb) dry dispersion

Es können nur Stoffe dispergiert werden, die möglichst als reiner Feststoff vorliegen. Eine Präparation mit diesem Verfahren mit vorheriger Trocknung von Nanodispersionen kann zu irreversibler Aggregation und damit zur Verfälschung der Ergebnisse führen.Only substances which are present as pure solid as possible can be dispersed. Preparation by this method with prior drying of nanodispersions can lead to irreversible aggregation and thus falsification of the results.

Der Energieeintrag zur Deaggregation der Agglomerate und Aggregate ist beschränkt. Eine Stabilisierung der Primärpartikel (z. B. durch Hilfsstoffe) ist nicht möglich.The energy input for deaggregation of agglomerates and aggregates is limited. A stabilization of the primary particles (eg by auxiliaries) is not possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Mittel und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem partikelhaltige Proben so auf einen Träger aufgegeben werden können, dass die in der Probe vorhandenen Partikel möglichst vereinzelt, d. h. als Primärpartikel, und nicht durch Matrix-Rückstände verunreinigt vorliegen und vermessen werden können.The object of the present invention was therefore to provide a means and a method by means of which particle-containing samples can be applied to a carrier in such a way that the particles present in the sample are isolated as much as possible, d. H. present as primary particles, and not contaminated by matrix residues and can be measured.

Es wurde gefunden, dass eine Matrix aus Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel besonders gut geeignet ist, um Proben, die Nanopartikel enthalten, zu dispergieren und auf einen Träger aufzubringen. Das Lösungsmittel kann dann verdampft werden und das Paraformaldehyd depolymerisiert und so ebenfalls verdampft werden. Die auf dem Probenträger zurückbleibenden und durch das Dispergieren vereinzelten Partikel können mikroskopisch untersucht werden.It has been found that a matrix of paraformaldehyde and a solvent is particularly well suited to disperse and apply samples containing nanoparticles to a support. The solvent can then be evaporated and the paraformaldehyde depolymerized and thus also evaporated. The remaining on the sample carrier and separated by dispersing particles can be examined microscopically.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zum Aufbringen von partikelhaltigen Proben auf Träger gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

  • a) Mischen einer partikelhaltigen Probe zumindest mit Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel
  • b) Aufgabe der in Schritt a) erhaltenen Mischung auf einen Träger
  • c) Entfernen des Lösungsmittels und des Paraformaldehyds
The subject matter of the present invention is therefore a method for applying particle-containing samples to carriers characterized by the following method steps:
  • a) mixing a particle-containing sample at least with paraformaldehyde and a solvent
  • b) applying the mixture obtained in step a) to a support
  • c) removing the solvent and the paraformaldehyde

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) zunächst Paraformaldehyd mit einem Lösungsmittel gemischt und dann die partikelhaltige Probe zugegeben. Die Mischung aus Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel nennt man auch Matrix.In a preferred embodiment, paraformaldehyde is first mixed with a solvent in step a) and then the particle-containing sample is added. The mixture of paraformaldehyde and a solvent is also called matrix.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) als Lösungsmittel 1-Butanol, 2-Pentanol, Xylol, Butylacetat, Anisol, DMF (Dimethylformamid), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon), 1,1,2,2-Tetrachloroethan, Tripropylamin, n-Octan, Pyridiniumacetat, Pyridin, Methylpyridin oder Mischungen davon eingesetzt. Eine bevorzugte Mischung ist eine Mischung enthaltend Pyridin und Pyridiniumacetat.In a preferred embodiment, in step a) as solvent 1-butanol, 2-pentanol, xylene, butyl acetate, anisole, DMF (dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), 1,1,2,2-tetrachloroethane , Tripropylamine, n-octane, pyridinium acetate, pyridine, methylpyridine or mixtures thereof. A preferred mixture is a mixture containing pyridine and pyridinium acetate.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die in Schritt a) hergestellte Mischung zwischen 5 und 50 Gewichts%, bevorzugt zwischen 5 und 25 Gewichts% Paraformaldehyd.In a further preferred embodiment, the mixture prepared in step a) contains between 5 and 50% by weight, preferably between 5 and 25% by weight, of paraformaldehyde.

In einer weiteren Ausführungsform wird die partikelhaltige Probe in Schritt b) vor dem Mischen mit der Matrix in einem Lösungsmittel suspendiert. Bevorzugt wird sie in dem Lösungsmittel suspendiert, das auch in der Matrix enthalten ist. In a further embodiment, the particle-containing sample in step b) is suspended in a solvent prior to mixing with the matrix. Preferably, it is suspended in the solvent which is also contained in the matrix.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt a) erhaltene Mischung vor der Aufgabe auf den Träger mit Ultraschallwellen behandelt.In a further preferred embodiment, the mixture obtained in step a) is treated with ultrasound waves before being applied to the carrier.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung aus Schritt a) auf den Träger gegeben, indem dieser darin eingetaucht wird. Diese Art der Aufgabe nennt man auch Dip-Coating.In a further preferred embodiment, the mixture from step a) is added to the carrier by immersing it therein. This kind of task is called dip-coating.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lösungsmittel entfernt, indem der Träger mit einem Stickstoffstrom behandelt wird.In a preferred embodiment, the solvent is removed by treating the carrier with a stream of nitrogen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Paraformaldehyd entfernt, indem der Träger im Stickstoffstrom auf bis zu 400°C erhitzt wird.In a preferred embodiment, the paraformaldehyde is removed by heating the support in a stream of nitrogen up to 400 ° C.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Mittel bestehend zumindest aus zwischen 5 und 50 Gewichts% Paraformaldehyd und einem oder mehreren Lösungsmitteln ausgewählt aus der Gruppe 1-Butanol, 2-Pentanol, Xylol, Butylacetat, Anisol, DMF, NMP, 1,1,2,2-Tetrachloroethan, Tripropylamin, n-Octan, Pyridiniumacetat, Pyridin und Methylpyridin.The present invention also provides an agent comprising at least from 5 to 50% by weight of paraformaldehyde and one or more solvents selected from the group of 1-butanol, 2-pentanol, xylene, butyl acetate, anisole, DMF, NMP, 1,1,2 , 2-tetrachloroethane, tripropylamine, n-octane, pyridinium acetate, pyridine and methylpyridine.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung von Probenträgern für mikroskopische Untersuchungen.The present invention also provides the use of the method according to the invention for providing sample carriers for microscopic examinations.

1 zeigt eine hochauflösende REM Aufnahme von Magnetit Nanopartikeln bei 5000 facher Vergrößerung. Die Auftragung auf den Träger erfolgte entsprechend Beispiel 1. 1 shows a high resolution SEM image of magnetite nanoparticles at 5000x magnification. The application on the carrier was carried out according to Example 1.

2 zeigt eine mögliche Vorrichtung zur Entfernung der Matrix. 2 shows a possible device for removing the matrix.

Nanopartikel sind erfindungsgemäß Partikel, die in jeder Dimension eine Ausdehnung von weniger als 100 nm haben. Mikroskopische Untersuchungen oder mikroskopische Verfahren sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere sind dies elektronenmikroskopische Verfahren wie REM, TEM und STEM sowie Rasterkraft- und Rastertunnelmikroskopische Verfahren. Auch FIB Mikroskopie und Lichtmikroskopie sind erfindungsgemäß mikroskopische Verfahren.According to the invention, nanoparticles are particles which have an extent of less than 100 nm in each dimension. Microscopic examinations or microscopic procedures are known to the person skilled in the art. In particular, these are electron microscopic methods such as SEM, TEM and STEM and atomic force and scanning tunneling microscopy methods. FIB microscopy and light microscopy are also microscopic methods according to the invention.

Ein Träger ist erfindungsgemäß jedes Mittel, das als Probenuntergrund bei mikroskopischen Untersuchungen verwendet werden kann. Typischerweise sind Träger flache Scheiben oder Stücke. Für mikroskopische Untersuchungen sind insbesondere Träger geeignet, die eine sehr geringe Oberflächenrauheit aufweisen und deren Oberfläche so eben ist, dass die zu untersuchenden Partikel in einer Fokusebene liegen. Dem Fachmann sind Träger für die jeweiligen mikroskopischen Verfahren bekannt. Beispiele sind Siliziumwafer, TEM-Träger aus Siliziumnitrid oder Glimmer. Ein Probenträger ist ein Träger, auf den eine Probe aufgebracht ist.A carrier according to the invention is any agent that can be used as a sample substrate in microscopic examinations. Typically, carriers are flat slices or pieces. Particularly suitable for microscopic investigations are substrates which have a very low surface roughness and whose surface is so flat that the particles to be examined lie in a focal plane. The person skilled in the art is aware of carriers for the respective microscopic methods. Examples are silicon wafers, silicon nitride or mica TEM substrates. A sample carrier is a carrier on which a sample is applied.

Eine partikelhaltige Probe ist eine Probe, die zumindest Partikel enthält. Partikelhaltige Proben enthalten bevorzugt zumindest Partikel im Mikrometer- oder Sub-Mikrometer-Bereich. Typischerweise handelt es sich um Partikel, deren größte Ausdehnung kleiner als 1 μm ist. Anwendbar ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch für Partikel, deren größte Ausdehnung größer als 1 μm ist, beispielsweise bei der Probenvorbereitung für die Lichtmikroskopie.. Besonders bevorzugt enthält die Probe Nanopartikel. Paraformaldehyd ist das kurzkettige Polymer des Formaldehyds, der Polymerisationsgrad liegt typischerweise zwischen 8 und 100. Es handelt sich um ein weißes Pulver, das in Wasser unter Erwärmung bzw. durch trockenes Erhitzen wieder in Formaldehyd aufgespalten wird. Die Formel von Paraformaldehyd mit einem Polymerisationsgrad von 8 bis 100 ist in Formel I dargestellt.A particle-containing sample is a sample containing at least particles. Particulate-containing samples preferably contain at least particles in the micrometer or sub-micron range. Typically, these are particles whose largest dimension is less than 1 μm. However, the method according to the invention is also applicable to particles whose largest dimension is greater than 1 .mu.m, for example during sample preparation for light microscopy. The sample particularly preferably contains nanoparticles. Paraformaldehyde is the short-chain polymer of formaldehyde, the degree of polymerization is typically between 8 and 100. It is a white powder, which is split back into formaldehyde in water under heating or by dry heating. The formula of paraformaldehyde with a degree of polymerization of 8 to 100 is shown in formula I.

Figure DE102014008290A1_0002
Figure DE102014008290A1_0002

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine partikelhaltige Probe mit Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel gemischt. Geeignete Lösungsmittel werden im Folgenden unter „Herstellung der Paraformaldehyd Matrix” genannt. Es können alle Komponenten gemischt werden. Da Paraformaldehyd in den meisten Lösungsmitteln nur schlecht löslich ist, kann auch zunächst eine Mischung aus Paraformaldehyd und dem Lösungsmittel erzeugt werden. Diese Mischung wird auch Matrix genannt. Die Probe wird dann mit der Matrix gemischt. Um eine möglichst homogene Mischung zu erzeugen, wird die Probe bevorzugt in der Matrix dispergiert und homogenisiert. Dazu sind Methoden geeignet, die die Probe Scherkräften aussetzen. Das sind z. B. Ultraschall, Rotor-Stator Homogenisatoren (Ultra Thurrax) und Flusshomogenisatoren (Disperser). Bevorzugt enthält die hergestellte Mischung aus Probe, Lösungsmittel und Paraformaldehyd zwischen 5 und 50 Gewichts%, bevorzugt zwischen 5 und 25 Gewichts% Paraformaldehyd. Der Anteil der Probe in der Mischung ist typischerweise sehr gering. Geeignete Werte liegen beispielsweise zwischen 20 und 500 ppm (g/g). dies kann jedoch je nach Dichte des Probenmaterials variieren. Es sollte so viel Probenmaterial zugegeben werden, dass auf einer bestimmten Trägerfläche möglichst viele Partikel möglichst vereinzelt dargestellt werden können. To carry out the method according to the invention, a particle-containing sample is mixed with paraformaldehyde and a solvent. Suitable solvents are hereinafter referred to as "preparation of the paraformaldehyde matrix". All components can be mixed. Since paraformaldehyde is poorly soluble in most solvents, a mixture of paraformaldehyde and the solvent can first be produced. This mixture is also called matrix. The sample is then mixed with the matrix. In order to produce as homogeneous a mixture as possible, the sample is preferably dispersed in the matrix and homogenized. For this purpose, methods are suitable which expose the sample to shear forces. These are z. As ultrasonic, rotor-stator homogenizers (Ultra Thurrax) and flow homogenizers (dispersers). Preferably, the prepared mixture of sample, solvent and paraformaldehyde contains between 5 and 50% by weight, preferably between 5 and 25% by weight, of paraformaldehyde. The proportion of the sample in the mixture is typically very low. Suitable values are for example between 20 and 500 ppm (g / g). however, this may vary depending on the density of the sample material. It should be added so much sample material that as many particles as possible can be represented as isolated as possible on a particular carrier surface.

Die so erzeugte möglichst homogene Mischung wird dann auf den Träger gegeben. Bevorzugt sind dabei Auftrageverfahren, die eine möglichst homogene und dünne Verteilung der Mischung auf dem Träger erzeugen. Bevorzugt wird der Träger (z. B. ein Siliziumwafer) durch Eintauchen in die Mischung mit der Probe benetzt (Dipcoating). Alternativ kann die Mischung beispielsweise auch auf den Träger aufgebracht, z. B. getropft und dort verteilt werden. Dies ist insbesondere bei Transmissionsaufnahmen bevorzugt, da hierbei Partikel auf der Unterseite des Trägers, wie sie beim Dip-Coating auftreten, stören würden. Anschließend wird die Matrix bestehend aus Lösungsmittel und Paraformaldehyd entfernt. Je vollständiger die Matrix entfernt wird, desto genauer können die Ergebnisse der mikroskopischen Untersuchung werden. Dies kann beispielsweise durch Erhitzen, Anlegen eines Vakuums oder in einem Gasstrom erfolgen. Auch können mehrere dieser Möglichkeiten kombiniert werden. Typischerweise wird zunächst das Lösungsmittel entfernt. Bevorzugt erfolgt die Entfernung des Lösungsmittels im Gasstrom. Der Gasstrom kann aus jedem inerten Gas oder Luft oder Sauerstoff bestehen. Bevorzugt ist es ein Stickstoff-Strom. Dieser wird über den Träger geleitet, so dass das Lösungsmittel entfernt wird. Die Wahl des Gases für den Gasstrom hängt von der Beschaffenheit der Probe ab. Bei Oxidations-sensitiven Proben sollte auf den Einsatz von Sauerstoff oder Luft verzichtet werden.The most homogeneous mixture thus produced is then placed on the carrier. In this case, application methods which produce as homogeneous and thin a distribution of the mixture as possible on the carrier are preferred. The support (eg a silicon wafer) is preferably wetted by immersion in the mixture with the sample (dipcoating). Alternatively, the mixture may for example also be applied to the carrier, for. B. dripped and distributed there. This is particularly preferred in transmission recordings, since this would disturb particles on the underside of the carrier, as they occur in dip coating. Subsequently, the matrix consisting of solvent and paraformaldehyde is removed. The more complete the matrix is removed, the more accurate the results of the microscopic examination can be. This can be done for example by heating, applying a vacuum or in a gas stream. Also, several of these possibilities can be combined. Typically, the solvent is first removed. The removal of the solvent preferably takes place in the gas stream. The gas stream may consist of any inert gas or air or oxygen. It is preferably a nitrogen stream. This is passed over the carrier so that the solvent is removed. The choice of gas for the gas flow depends on the nature of the sample. For oxidation-sensitive samples, the use of oxygen or air should be avoided.

Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels bleibt eine dünne Schicht aus Paraformaldehyd mit darin dispergierten Partikeln auf dem Probenträger zurück.After evaporation of the solvent, a thin layer of paraformaldehyde with particles dispersed therein remains on the sample carrier.

Zur Entfernung des Paraformaldehyds reicht ein Gasstrom typischerweise nicht aus. Hierzu muss zusätzlich erhitzt werden. Es wurde gefunden, dass Paraformaldehyd im Gasstrom bei einer Temperatur zwischen 200 und 500°C, bevorzugt zwischen 300 und 400°C entfernt werden kann. Alternativ kann es auch im Vakuum bei Temperaturen zwischen 20 und 200°C, bevorzugt zwischen 50 und 200°C entfernt werden oder in wässrigen, bevorzugt sauren Lösungen, oder in sauren Dämpfen. Dabei depolymerisiert das Paraformaldehyd und die Monomere können verdampft werden. Die vereinzelten Partikel bleiben auf dem Träger zurück.To remove the paraformaldehyde, a gas stream is typically insufficient. For this purpose must be heated in addition. It has been found that paraformaldehyde in the gas stream at a temperature between 200 and 500 ° C, preferably between 300 and 400 ° C can be removed. Alternatively, it can also be removed in vacuo at temperatures between 20 and 200 ° C, preferably between 50 and 200 ° C or in aqueous, preferably acidic solutions, or in acidic vapors. The paraformaldehyde depolymerizes and the monomers can be vaporized. The isolated particles remain on the carrier.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Matrix in einem Gasstrom, indem ein Gasstrom über den Träger geleitet wird, während über einen Zeitraum zwischen 10 und 30 Minuten die Temperatur stetig bis zur maximal gewünschten Temperatur erhöht wird.In a preferred embodiment, the removal of the matrix takes place in a gas stream by passing a gas stream over the carrier, while over a period of between 10 and 30 minutes, the temperature is steadily increased to the maximum desired temperature.

In einer Ausführungsform kann nach dem Verdampfen des Lösungsmittels und des Paraformaldehyds mittels eines Gasstroms eines inerten Gases und gegebenenfalls erhöhter Temperatur zum Abschluss bei der Höchsttemperatur statt des inerten Gases für kurze Zeit mit Sauerstoff oder Luft begast werden. Durch den Sauerstoff können eventuell noch vorhandene Reste der Matrix durch Oxidation entfernt werden. Typischerweise sind hierfür 5 bis 10 Minuten ausreichend.In one embodiment, after evaporation of the solvent and paraformaldehyde by means of a gas stream of an inert gas and optionally elevated temperature to completion at the maximum temperature instead of the inert gas may be gasified for a short time with oxygen or air. The oxygen can be used to remove any remaining residues of the matrix by oxidation. Typically, 5 to 10 minutes are sufficient for this.

Alternativ kann die Matrix auch entfernt werden, indem in Anwesenheit von Wasser erhitzt wird. Dies ist insbesondere bei Lösungsmitteln anwendbar, die mit Wasser mischbar sind, z. B. bei Pyridiniumacetat oder Pyridin. Durch die Zugabe von Wasser zersetzt sich das Paraformaldehyd und kann dann mit dem Lösungsmittel zusammen abgedampft oder abgezogen werden. Bevorzugt wird nach der Zugabe des Wassers auf Temperaturen zwischen 60 und 90°C erhitzt.Alternatively, the matrix can also be removed by heating in the presence of water. This is particularly applicable to solvents which are miscible with water, e.g. As for pyridinium acetate or pyridine. By the addition of water, the paraformaldehyde decomposes and can then be evaporated or stripped off together with the solvent. Preferably, after the addition of the water to temperatures between 60 and 90 ° C is heated.

2 zeigt eine mögliche Vorrichtung zur Entfernung der Matrix. Dabei wird der Träger mit der darauf befindlichen Matrix mit Partikeln in eine Flusskammer eingebracht. Der Träger kann nun wahlweise gleichzeitig oder zeitlich versetzt erhitzt werden, es kann Gas zugeführt werden und/oder Vakuum angelegt werden. 2 shows a possible device for removing the matrix. The carrier with the matrix located thereon is introduced with particles into a flow chamber. The carrier can now optionally be heated simultaneously or at different times, gas can be supplied and / or vacuum can be applied.

Zusätzlich bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, der Matrix Hilfsstoffe (z. B. oberflächenaktive Stoffe zuzusetzen, um eine Reaggregation der Partikel durch sterische und oder elektrostatische Abstoßung zu verhindern. Beispiele für Hilfsstoffe finden sich in der ISO 14887 Abschnitt 8.5.3 sowie Annex B . Auf diese Weise ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren stabile Dispersionen vereinzelter Partikel in Hilfsstoffen herzustellen, die sich besonders für die Präparation herkömmlicher Probenträger für die Transmission Elektronenmikroskopie (TEM) eignen. Bei direktem Einsatz der Hilfsstoffe ohne vorherige Vereinzelung der Partikel führt dies in den meisten Fällen nur zu einer mehr oder weniger stabilen Dispersion von Aggregaten. In addition, the process according to the invention offers the possibility of adding auxiliaries (for example surface-active substances) to the matrix in order to prevent reaggregation of the particles by steric and / or electrostatic repulsion ISO 14887 section 8.5.3 and Annex B , In this way, the method according to the invention makes it possible to produce stable dispersions of isolated particles in auxiliaries which are particularly suitable for the preparation of conventional sample carriers for transmission electron microscopy (TEM). In the case of direct use of the auxiliaries without prior separation of the particles, this leads in most cases only to a more or less stable dispersion of aggregates.

Herstellung der Paraformaldehyd MatrixPreparation of paraformaldehyde matrix

Zur Herstellung der Mischung, die zumindest aus Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel besteht, werden die Bestandteile gemischt.To prepare the mixture, which consists at least of paraformaldehyde and a solvent, the ingredients are mixed.

Da Paraformaldehyd in den meisten Lösungsmitteln praktisch unlöslich ist, wird bevorzugt zunächst das Paraformaldehyd zusammen mit dem Lösungsmittel bis nahe zum Schmelzpunkt, der bei 120°C liegt, erhitzt. Hierbei entstehen in der Regel keine klaren Lösungen, es findet vielmehr eine Quellung statt. Geeignete Lösungsmittel sind alle Lösungsmittel, die nicht mehr als 0,2% (Gewichts%) Wasser enthalten. Da die Matrix nach dem Auftragen der Probe wieder entfernt werden soll, sollten auch die Lösungsmittel wieder gut zu entfernen sein. Bevorzugt haben die Lösungsmittel daher bei 20°C einen Dampfdruck von mindestens 20 mbar.Since paraformaldehyde is practically insoluble in most solvents, it is preferred to first heat the paraformaldehyde together with the solvent to near the melting point, which is 120 ° C. As a rule, no clear solutions arise, but rather a swelling takes place. Suitable solvents are all solvents containing not more than 0.2% (weight%) of water. Since the matrix should be removed after applying the sample, the solvents should also be easy to remove again. The solvents therefore preferably have a vapor pressure of at least 20 mbar at 20 ° C.

Bevorzugt sind weiterhin Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über 110°C, da zum Quellen des Paraformaldehyds bevorzugt auf ca. 110°C erhitzt wird. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Alkohole, wie 2-Pentanol oder 1-Butanol, Aromaten, wie o-Xylol, Ether wie Diethylenglycoldimethylether, Anisol oder Ethylenglycolmonomethylether, Ester wie Butylacetat, Amide, wie N,N-Dimethylformamid, Alkane wie Oktan, Amine wie Pyridin oder Tripropylamin, Ketone wie Isobutylmethylketon oder N-Methyl-2-pyrolidon, Halogenalkane wie 1,1,2,2 Tetrachlorethan, organische Säuren wie Essigsäure, organische Salze wie Pyridiniumacetat. Auch Mischungen zweier oder mehrerer Lösungsmittel können erfindungsgemäß als Lösungsmittel eingesetzt werden. Geeignete Lösungsmittel sind auch ionische Flüssigkeiten, wobei in diesem Fall ionische Flüssigkeiten bevorzugt werden, die z. B. durch gezielte Zersetzung wieder entfernt werden können. Bevorzugte Lösungsmittel sind 1-Butanol, 2-Pentanol, Xylol, Butylacetat, Anisol, DMF (Dimethylformamid), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon), 1,1,2,2-Tetrachlorethan, Tripropylamin, n-Octan, Pyridiniumacetat, Pyridin, Methylpyridin (geeignet sind alle Isomere) oder Mischungen davon. Auch Mischungen von Pyridiniumacetat und Essigsäure sind geeignet. Bevorzugt sind DMF, NMP und 1,1,2,2-Tetrachlorethan.Preference is also given to solvents having a boiling point above 110 ° C., since the swelling of the paraformaldehyde is preferably heated to about 110 ° C. Suitable solvents are, for example, alcohols such as 2-pentanol or 1-butanol, aromatics such as o-xylene, ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, anisole or ethylene glycol monomethyl ether, esters such as butyl acetate, amides such as N, N-dimethylformamide, alkanes such as octane, amines such as pyridine or tripropylamine, ketones such as isobutyl methyl ketone or N-methyl-2-pyrolidone, haloalkanes such as 1,1,2,2-tetrachloroethane, organic acids such as acetic acid, organic salts such as pyridinium acetate. Mixtures of two or more solvents can be used according to the invention as a solvent. Suitable solvents are also ionic liquids, in which case ionic liquids are preferred, the z. B. can be removed by targeted decomposition again. Preferred solvents are 1-butanol, 2-pentanol, xylene, butyl acetate, anisole, DMF (dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), 1,1,2,2-tetrachloroethane, tripropylamine, n-octane, pyridinium acetate , Pyridine, methylpyridine (all isomers are suitable) or mixtures thereof. Also, mixtures of pyridinium acetate and acetic acid are suitable. Preferred are DMF, NMP and 1,1,2,2-tetrachloroethane.

Alternativ kann Paraformaldehyd zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel mittels Ultraschallbehandlung und dadurch erfolgender Quellung des Polymers zu einem viskosen Gel umgesetzt werden.Alternatively, paraformaldehyde may be reacted with a suitable solvent by sonication to thereby swell the polymer to a viscous gel.

Die partikelhaltige Probe wird in dieses Gel aus Paraformaldehyd und Lösungsmittel dispergiert.The particle-containing sample is dispersed in this gel of paraformaldehyde and solvent.

Bevorzugt werden zur Herstellung der Matrix wasserfreie Lösungsmittel eingesetzt.Anhydrous solvents are preferably used to prepare the matrix.

Geringe Mengen (< 0,2% gew.) Wasser stören im Verfahren aber nicht. Bei größeren Mengen an Wasser kann es zur Zersetzung des Paraformaldehyds kommen, da sich dieses in Wasser bei Erhitzung vollständig zersetzt und eine Formaldehyd Lösung bildet. Es wurde jedoch gefunden, dass eine entsprechend konzentrierte (1–4% Feststoffgehalt) wässrige Dispersion der Probe mit einem geeigneten wasserfreien Lösungsmittel verdünnt werden und auch als Probe eingesetzt werden kann.However, small amounts (<0.2% by weight) of water do not disturb the process. With larger amounts of water it can lead to the decomposition of the paraformaldehyde, since this completely decomposes in water when heated and forms a formaldehyde solution. However, it has been found that a suitably concentrated (1-4% solids content) aqueous dispersion of the sample can be diluted with a suitable anhydrous solvent and can also be used as a sample.

Präparation von ProbenträgernPreparation of sample carriers

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hervorragend zur Beschichtung von Trägern. Dem Fachmann ist bekannt, dass für bestimmte mikroskopische Untersuchungen bestimmte Anforderungen an den Träger gestellt werden. Typischerweise sollte der Träger eine glatte Oberfläche haben, wobei die Oberflächenrauigkeit bevorzugt mindestens eine Größenordnung kleiner ist als der kleinste Partikel der Probe. Für den Einsatz in der Elektronenmikroskopie gilt zusätzlich, dass der Träger bevorzugt elektrisch leitfähig sein sollte, um Verfälschungen durch Aufladungseffekte zu verhindern. Durch Bedampfen (Sputtern) mit geeigneten Stoffen (z. B. C, Pd, Pt, Au) können auch nicht oder nicht ausreichend leitfähige Träger eingesetzt werden. Das Sputtern kann, abhängig von der Probe, sowohl vor als auch nach der Präparation erfolgen. Durch das Sputtern kann das Messergebnis negativ beeinflusst werden (z. B. Überdeckung der Partikel durch die Sputterschicht).The process according to the invention is outstandingly suitable for coating carriers. It is known to the person skilled in the art that specific requirements are made of the carrier for certain microscopic examinations. Typically, the support should have a smooth surface, with the surface roughness preferably being at least an order of magnitude smaller than the smallest particle of the sample. In addition, for use in electron microscopy, the carrier should preferably be electrically conductive in order to prevent adulteration due to charging effects. By vapor deposition (sputtering) with suitable materials (eg C, Pd, Pt, Au) it is also possible to use non-conductive or insufficiently conductive supports. Depending on the sample, sputtering can be done both before and after preparation. Sputtering can negatively influence the measurement result (eg covering of the particles by the sputtering layer).

Die folgende Tabelle nennt beispielhaft geeignete Träger für verschiedene mikroskopische Untersuchungen. REM TEM AFM Lichtmikroskopie Aluminium Siliciumnitrid Glimmer Glas Kohlenstoff Siliciumoxid Glas Quarz Gold Kohlenstoff Silicium Silicium Siliciumnitrid Siliciumoxid The following table gives examples of suitable carriers for various microscopic examinations. REM TEM AFM light microscopy aluminum silicon nitride mica Glass carbon silica Glass quartz gold carbon silicon silicon silicon nitride silica

Für den Auftrag der Mischung der Matrix mit der Probe ist jede Art von Auftrag geeignet, die eine gleichmäßig dünne Schicht der Mischung auf dem Träger erzeugt. Beispielsweise kann die Mischung der Matrix mit der Probe auf den Träger gegeben werden und dort gleichmäßig verstrichen werden. Bevorzugt erfolgt der Auftrag durch Dipcoating. Durch einfaches kurzes Eintauchen des Probenträgers in die partikelhaltige Paraformaldehydmatrix (Dipcoating) bleibt ein sehr homogener Film auf dem Träger haften, der sich auch während der thermischen Zersetzung des Polymers nicht zusammenzieht, abblättert oder aufplatzt.For the application of the mixture of the matrix with the sample any type of application is suitable, which produces a uniformly thin layer of the mixture on the support. For example, the mixture of the matrix with the sample can be placed on the support and spread there evenly. The order is preferably carried out by dipcoating. Simply by briefly immersing the sample carrier in the particle-containing paraformaldehyde matrix (dipcoating), a very homogenous film remains adhering to the carrier, which does not contract, peel off or burst during the thermal decomposition of the polymer.

Der so erzeugte Probenträger kann nach dem oben beschriebenen Entfernen der Matrix nun mittels mikroskopischer Verfahren untersucht werden.The sample carrier thus produced can now be examined by means of microscopic methods after the above-described removal of the matrix.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach in seiner Durchführung und bietet zudem folgende Vorteile:

  • – Es ist geeignet für Feststoffe und Dispersionen
  • – Es ist geeignet für polare und unpolare Stoffe, da durch Wahl des Lösungsmittels und der Hilfsstoffe eine entsprechende Anpassung erfolgen kann
  • – Auch stark wechselwirkende Partikel (auch magnetische Partikel) werden deagglomeriert.
  • – Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung stabiler Dispersionen durch Zersetzen des Paraformaldehyd-Polymers in Lösung nach Aufbrechen der Agglomerate.
  • – Das Aufbringen auf den Träger kann durch einfaches Dipcoating erfolgen.
  • – Das Verfahren ist reproduzierbar in hoher Qualität.
  • – Das Verfahren kann sehr variabel z. B. in Bezug auf Lösungsmittel, Hilfsstoffe, Polymerkonzentration, Polymereigenschaften, Temperatur, Ultraschallbehandlung etc. durchgeführt werden und ist damit optimierbar auf das jeweilige Stoffsystem
  • – durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den gesamten Träger gleichmäßig mit der Probe zu beschichten, so dass nicht nur bestimmte Teile des Trägers sondern der gesamte Träger für mikroskopische Untersuchungen herangezogen werden kann.
  • – Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Probenvorbereitung für viele verschiedene mikroskopische Verfahren, beispielsweise auch für TEM (STEM) und AFM einsetzbar.
The inventive method is very simple in its implementation and also offers the following advantages:
  • - It is suitable for solids and dispersions
  • - It is suitable for polar and nonpolar substances, since by choosing the solvent and the auxiliaries can be made a corresponding adjustment
  • - Even strongly interacting particles (also magnetic particles) are deagglomerated.
  • The process according to the invention makes it possible to prepare stable dispersions by decomposing the paraformaldehyde polymer in solution after breaking up the agglomerates.
  • - The application to the carrier can be done by simple dipcoating.
  • - The process is reproducible in high quality.
  • - The process can be very variable z. B. in relation to solvents, auxiliaries, polymer concentration, polymer properties, temperature, ultrasound treatment, etc., and is thus optimized for the respective material system
  • - By the inventive method, it is possible to uniformly coat the entire carrier with the sample, so that not only certain parts of the carrier but the entire carrier can be used for microscopic examinations.
  • The method according to the invention can be used for sample preparation for many different microscopic methods, for example also for TEM (STEM) and AFM.

Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.Even without further statements, it is assumed that a person skilled in the art can use the above description to the greatest extent. The preferred embodiments and examples are therefore to be considered as merely illustrative, in no way limiting as in any way limiting disclosure.

Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, insbesondere der korrespondierenden Anmeldung EP 13003493.7 , eingereicht am 10.Juli 2013, ist durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.The complete disclosure of all applications, patents and publications listed above and below, in particular the corresponding application EP 13003493.7 , filed on Jul. 10, 2013, is incorporated by reference into this application.

BeispieleExamples

  • 1. Präparation einer wässrigen Dispersion von Magnetit-Nanopartikeln für REM-Aufnahmen: In ein 1,5 mL Eppendorf-Gefäß werden 14,3 mg wässrige Magnetitdispersion aus einer Copräzipitation (3,51% gew., BET 23,434 m2/g) und 0,8415 g einer Pyridin/Essigsäure Mischung (Molverhältnis Pyridin:Essigsäure 1,993:1) eingewogen und 2–3 Sekunden mittels einer Sonotrode bei 3–5 W Leistungseintrag homogenisiert. 44,6 mg dieser Dispersion werden mit 0,1952 g Paraformaldehyd und 2,3806 g der o. g. Pyrdin/Essigsäure-Mischung in ein 4 mL Probenglas gegeben und 65 Minuten mittels einer Sonotrode homogenisiert, wobei sich die Mischung erhitzt. Sofort nach Beendigung der Ultraschallbehandlung wird ein ca. 1 × 1 cm großes Siliciumwafer-Bruchstück durch kurzes Eintauchen in die gelartige Lösung benetzt und in ein waagerecht montiertes Glasrohr mit einseitigem Gasanschluss und einem Innendurchmesser von ca. 1,5–2 cm abgelegt. Im Stickstoffstrom (400 mL/min) wird zunächst das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft. Die Temperatur im Glasrohr wird über mehrere Stufen auf bis zu ca. 400°C gesteigert und am Schluss wird von Stickstoff auf Luft bei 400 mL/min umgestellt. Nach dem Abkühlen wird das Waferbruchstück auf einen REM Träger fixiert und am REM untersucht. zeigt eine hochauflösende REM Aufnahme von Magnetit Nanopartikeln, die auf diese Weise auf einen Träger aufgebracht wurden, bei 5000 facher Vergrößerung.1. Preparation of an aqueous dispersion of magnetite nanoparticles for SEM images: Into a 1.5 mL Eppendorf tube, 14.3 mg of aqueous magnetite dispersion are obtained from a coprecipitation (3.51% wt., BET 23.434 m 2 / g) and 0.8415 g of a pyridine / acetic acid mixture (molar ratio pyridine: acetic acid 1.993: 1) and homogenized for 2-3 seconds by means of a sonotrode at 3-5 W power input homogenized. 44.6 mg of this dispersion are added with 0.1952 g of paraformaldehyde and 2.3806 g of the above-mentioned pyridine / acetic acid mixture in a 4 mL sample vial and homogenized for 65 minutes by means of a sonotrode, the mixture is heated. Immediately after completion of the ultrasound treatment is a Wrapped about 1 × 1 cm large silicon wafer fragment by briefly immersing in the gel-like solution and placed in a horizontally mounted glass tube with one-sided gas connection and an inner diameter of about 1.5-2 cm. In the nitrogen stream (400 mL / min), the solvent is first evaporated at room temperature. The temperature in the glass tube is increased over several stages up to approx. 400 ° C and at the end is converted from nitrogen to air at 400 ml / min. After cooling, the wafer fragment is fixed on a SEM carrier and examined by SEM. shows a high-resolution SEM image of magnetite nanoparticles deposited on a support in this manner at 5000X.
  • 2. Präparation einer wässrigen Dispersion von Magnetit-Nanopartikeln für AFM-Aufnahmen: In ein 1,5 mL Eppendorf-Gefäß werden 14,5 mg wässrige Magnetitdispersion aus einer Copräzipitation (4,59% gew., BET 21,7474 m2/g) und 0,9827 g einer Pyridin/Essigsäure Mischung (Molverhältnis Pyridin:Essigsäure 1,985:1) eingewogen und 2–3 Sekunden mittels einer Sonotrode bei 3–5 W Leistungseintrag homogenisiert. 80,8 mg dieser Dispersion werden mit 0,1976 g Paraformaldehyd und 2,4121 g der o. g. Pyrdin/Essigsäure-Mischung in ein 4 mL Probenglas gegeben und 60 Minuten mittels einer Sonotrode homogenisiert, wobei sich die Mischung erhitzt. Sofort nach Beendigung der Ultraschallbehandlung wird ein ca. 1 × 1 cm großes Siliciumwafer Bruchstück durch kurzes Eintauchen in die gelartige Lösung benetzt und in ein waagerecht montiertes Glasrohr mit einseitigem Gasanschluss und einem Innendurchmesser von ca. 1,5–2 cm abgelegt. Im Stickstoffstrom (400 mL/min) wird zunächst das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft. Die Temperatur im Glasrohr wird über mehrere Stufen auf bis zu ca. 400°C gesteigert und am Schluss wird von Stickstoff auf Luft bei 400 mL/min umgestellt. Nach dem Abkühlen wird das Waferbruchstück auf einen AFM Träger fixiert mit 15 nm Platin gesputtert und anschließend untersucht.2. Preparation of an Aqueous Dispersion of Magnetite Nanoparticles for AFM Images: 14.5 mg of aqueous magnetite dispersion from a coprecipitation (4.59% by wt., BET 21.7474 m 2 / g) are introduced into a 1.5 mL Eppendorf vessel ) and 0.9827 g of a pyridine / acetic acid mixture (molar ratio pyridine: acetic acid 1.985: 1) and homogenized for 2-3 seconds by means of a sonotrode at 3-5 W power input. 80.8 mg of this dispersion are added with 0.1976 g of paraformaldehyde and 2.4121 g of the above-mentioned pyridine / acetic acid mixture in a 4 mL sample vial and homogenized for 60 minutes by means of a sonotrode, the mixture is heated. Immediately after completion of the ultrasound treatment, an approximately 1 × 1 cm large silicon wafer fragment is wetted by brief immersion in the gel-like solution and placed in a horizontally mounted glass tube with one-sided gas connection and an inner diameter of about 1.5-2 cm. In the nitrogen stream (400 mL / min), the solvent is first evaporated at room temperature. The temperature in the glass tube is increased over several stages up to approx. 400 ° C and at the end is converted from nitrogen to air at 400 ml / min. After cooling, the wafer fragment is fixed on an AFM support sputtered with 15 nm platinum and then examined.
  • 3. Präparation einer wässrigen Dispersion von TiO2 Nanopartikeln für REM aufnahmen: In ein 1,5 mL Eppendorf-Gefäß werden 3,6 mg TiO2 Pulver (TTO-N5E8 Lot. Nr SH88 LA 47-10/1) und 1,075 g einer Pyridin/Essigsäure Mischung (Molverhältnis Pyridin:Essigsäure 1,993:1) eingewogen und 2–3 Sekunden mittels einer Sonotrode homogenisiert. 7,5 mg dieser Dispersion werden mit 0,1756 g Paraformaldehyd und 2,1666 g o. g. Pyrdin/Essigsäure-Mischung in ein 4 mL Probenglas gegeben und 65 Minuten mittels einer Sonotrode bei 3–5 W Leistungseintrag homogenisiert, wobei sich die Mischung erhitzt. Sofort nach Beendigung der Ultraschallbehandlung wird ein ca. 1 × 1 cm großes Siliciumwafer Bruchstück durch kurzes Eintauchen in die gelartige Lösung benetzt und in ein waagerecht montiertes Glasrohr mit einseitigem Gasanschluss und einem Innendurchmesser von ca. 1,5–2 cm abgelegt. Im Stickstoffstrom (400 mL/min) wird zunächst das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft. Die Temperatur im Glasrohr wird über mehrere Stufen auf bis zu ca. 400°C gesteigert und am Schluss wird von Stickstoff auf Luft bei 400 mL/min umgestellt. Nach dem Abkühlen wird das Waferbruchstück auf einen REM Träger fixiert und untersucht.3. Preparation of an aqueous dispersion of TiO 2 nanoparticles for SEM images: In a 1.5 mL Eppendorf tube are added 3.6 mg of TiO 2 powder (TTO-N5E8 Lot No. SH88 LA 47-10 / 1) and 1.075 g of a Weighed pyridine / acetic acid mixture (molar ratio of pyridine: acetic acid 1,993: 1) and homogenized for 2-3 seconds by means of a sonotrode. 7.5 mg of this dispersion are added with 0.1756 g of paraformaldehyde and 2.1666 g of the above pyridine / acetic acid mixture in a 4 mL sample glass and homogenized for 65 minutes by means of a sonotrode at 3-5 W power input, the mixture is heated. Immediately after completion of the ultrasound treatment, an approximately 1 × 1 cm large silicon wafer fragment is wetted by brief immersion in the gel-like solution and placed in a horizontally mounted glass tube with one-sided gas connection and an inner diameter of about 1.5-2 cm. In the nitrogen stream (400 mL / min), the solvent is first evaporated at room temperature. The temperature in the glass tube is increased over several stages up to approx. 400 ° C and at the end is converted from nitrogen to air at 400 ml / min. After cooling, the wafer fragment is fixed on a SEM carrier and examined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 13003493 [0055] EP 13003493 [0055]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • EMPFEHLUNG DER KOMMISSION vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien; Amtsblatt der Europäischen Union, L 275/38-40, 2011 [0002] COMMISSION RECOMMENDATION of 18 October 2011 on the definition of nanomaterials; Official Journal of the European Union, L 275 / 38-40, 2011 [0002]
  • ISO 14887 [ISO 14887, Sample preparation – Dispersing procedures for powders in liquids, 2000 [0004] ISO 14887 [ISO 14887, Sample preparation - Dispersing procedures for powders in liquids, 2000 [0004]
  • N. Thaulow and E. W. White; General method for dispersing and disaggregating particulate samples for quantitative SEM and opticla mircroscopic studies; Powder Technology, 6, 377–379 (19971172) [0007] N. Thaulow and EW White; General method for dispersing and disaggregating particulate samples for quantitative SEM and opticla mircroscopic studies; Powder Technology, 6, 377-379 (19971172) [0007]
  • S. Füchsel, K. Husemann und U. Peuker; Trockene Desagglomeration von Nanopartikelagglomeraten in einer Sichtermühle; Chemie Ingenieur Technik, 83, No. 8, 1262–1275, 2011 [0008] S. Füchsel, K. Husemann and U. Peuker; Dry deagglomeration of nanoparticle agglomerates in a classifier mill; Chemical Engineer Technology, 83, no. 8, 1262-1275, 2011 [0008]
  • ISO 14887 Abschnitt 8.5.3 sowie Annex B [0041] ISO 14887 Section 8.5.3 and Annex B [0041]

Claims (10)

Verfahren zum Aufbringen von partikelhaltigen Proben auf Träger gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Mischen einer partikelhaltigen Probe mit zumindest Paraformaldehyd und einem Lösungsmittel b) Aufgabe der in Schritt a) erhaltenen Mischung auf einen Träger c) Entfernen des Lösungsmittels und des ParaformaldehydsMethod for applying particle-containing samples to carriers characterized by the following method steps: a) mixing a particle-containing sample with at least paraformaldehyde and a solvent b) applying the mixture obtained in step a) to a support c) removing the solvent and the paraformaldehyde Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) als Lösungsmittel 1-Butanol, 2-Pentanol, Xylol, Butylacetat, Anisol, DMF (Dimethylformamid), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon), 1,1,2,2-Tetrachloroethan, Tripropylamin, n-Octan, Pyridiniumacetat, Pyridin, Methylpyridin oder Mischungen davon eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that in step a) as solvent 1-butanol, 2-pentanol, xylene, butyl acetate, anisole, DMF (dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), 1,1,2 , 2-tetrachloroethane, tripropylamine, n-octane, pyridinium acetate, pyridine, methylpyridine or mixtures thereof. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt a) hergestellte Mischung zwischen 5 und 50 Gewichts%, bevorzugt zwischen 5 und 25 Gewichts% Paraformaldehyd enthält.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the mixture prepared in step a) contains between 5 and 50% by weight, preferably between 5 and 25% by weight, of paraformaldehyde. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zunächst die partikelhaltige Probe und das Paraformaldehyd getrennt in einem Lösungsmittel suspendiert werden und die beiden Suspensionen anschließend gemischt werden.Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that in step a) first the particle-containing sample and the paraformaldehyde are suspended separately in a solvent and the two suspensions are then mixed. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt a) erhaltene Mischung vor der Aufgabe auf den Träger mit Ultraschallwellen behandelt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the mixture obtained in step a) is treated before the task on the carrier with ultrasonic waves. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Schritt a) auf den Träger gegeben wird, indem dieser in die Mischung eingetaucht wird.Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the mixture from step a) is added to the carrier by immersing it in the mixture. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel entfernt wird, indem der Träger mit einem Stickstoffstrom behandelt wird.Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the solvent is removed by treating the carrier with a stream of nitrogen. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Paraformaldehyd entfernt wird, indem der Träger im Stickstoffstrom auf bis zu 400°C erhitzt wird.Method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the paraformaldehyde is removed by the carrier is heated in a stream of nitrogen up to 400 ° C. Mittel bestehend zumindest aus zwischen 5 und 50 Gewichts% Paraformaldehyd und einem oder mehreren Lösungsmitteln ausgewählt aus der Gruppe 1-Butanol, 2-Pentanol, Xylol, Butylacetat, Anisol, DMF (Dimethylformamid), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon), 1,1,2,2-Tetrachloroethan, Tripropylamin, n-Octan, Pyridiniumacetat, Pyridin und MethylpyridinMeans consisting of at least from 5 to 50% by weight of paraformaldehyde and one or more solvents selected from the group consisting of 1-butanol, 2-pentanol, xylene, butyl acetate, anisole, DMF (dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), 1,1,2,2-tetrachloroethane, tripropylamine, n-octane, pyridinium acetate, pyridine and methylpyridine Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Bereitstellung von Probenträgern für mikroskopische Untersuchungen.Use of the method according to one or more of claims 1 to 8 for the provision of sample carriers for microscopic examinations.
DE201410008290 2013-07-10 2014-06-03 Composition and method for sample preparation Withdrawn DE102014008290A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13003493.7 2013-07-10
EP13003493 2013-07-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014008290A1 true DE102014008290A1 (en) 2015-01-15

Family

ID=48874745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201410008290 Withdrawn DE102014008290A1 (en) 2013-07-10 2014-06-03 Composition and method for sample preparation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014008290A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106769162A (en) * 2017-02-20 2017-05-31 广西大学 A kind of transmission electron microscope magnetic sample preprocessor

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EMPFEHLUNG DER KOMMISSION vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien; Amtsblatt der Europäischen Union, L 275/38-40, 2011
ISO 14887 [ISO 14887, Sample preparation - Dispersing procedures for powders in liquids, 2000
ISO 14887 Abschnitt 8.5.3 sowie Annex B
N. Thaulow and E. W. White; General method for dispersing and disaggregating particulate samples for quantitative SEM and opticla mircroscopic studies; Powder Technology, 6, 377-379 (19971172)
S. Füchsel, K. Husemann und U. Peuker; Trockene Desagglomeration von Nanopartikelagglomeraten in einer Sichtermühle; Chemie Ingenieur Technik, 83, No. 8, 1262-1275, 2011

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106769162A (en) * 2017-02-20 2017-05-31 广西大学 A kind of transmission electron microscope magnetic sample preprocessor
CN106769162B (en) * 2017-02-20 2023-06-06 广西大学 Transmission electron microscope magnetic sample preprocessor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105873858B (en) The preparation method of graphene and the dispersive composition of graphene
CN107108226B (en) Method for preparing graphene by utilizing high-speed homogenization pretreatment and high-pressure homogenization
DE102017203069A1 (en) SILVER NANOPARTICLE INK
DE112004001399T5 (en) Fine particulate silver powder and process for its preparation
TWI579365B (en) Electroconductive paste
DE112004001403T5 (en) Fine particulate silver powder and process for its preparation
DE112015000957T5 (en) Silver paste with excellent low temperature sinterability and process for making this silver paste
WO2014170050A1 (en) Sintering paste having coated silver oxide on high-grade and low-grade surfaces that are difficult to sinter
EP4026630A1 (en) Silver particles
Bourdo et al. Physicochemical characteristics of pristine and functionalized graphene
DE102015013220A1 (en) Process for the preparation of silver nanowires
WO2011101078A1 (en) Diamond particles and method for obtaining diamond particles from aggregate structures
Neumeier et al. Microparticle production as reference materials for particle analysis methods in safeguards
DE10394287T5 (en) Nanocomposite solution with complex functions and process for its preparation
DE112020000740T5 (en) Aqueous MONODISPERSE STARCH GOLD NANOPARTICLES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
DE102005008068A1 (en) Method for analyzing a metal element on a wafer
DE102014008290A1 (en) Composition and method for sample preparation
CN109072012A (en) conductive adhesive
Cuddy et al. A weight-of-evidence approach to identify nanomaterials in consumer products: a case study of nanoparticles in commercial sunscreens
DE10354787B4 (en) Method and device for performing a spatially resolved local and distributional analysis and for the quantitative determination of elemental concentrations
JP2021128103A (en) Sample preprocessing method for photographing with scanning electron microscope
DE112016006981B4 (en) Sample for measuring particles, method for measuring particles and device for measuring particles
DE112016003707B4 (en) Aluminium pigment, process for the production of aluminium pigments and their use
DE102018127407A1 (en) Process for the preparation and analysis of a powder by means of instrumental analysis and use
Tarek et al. Synthesis and Characterization of Silver Nanoparticles Using Simple Polyol Method

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination