如何在掃描電鏡中測(cè)量顆粒的大小和分布
日期:2024-09-13
在掃描電子顯微鏡(SEM)中,測(cè)量顆粒的大小和分布通常需要結(jié)合圖像采集和后期圖像處理分析。以下是具體步驟:
1. 樣品制備
樣品制備是顆粒測(cè)量的關(guān)鍵步驟。確保顆粒分布均勻,避免團(tuán)聚,這將有助于更準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量。
樣品清潔:確保樣品表面清潔,避免污染。
導(dǎo)電處理:對(duì)非導(dǎo)電樣品進(jìn)行鍍金、鍍碳等處理,避免充電效應(yīng)影響成像。
顆粒分散:使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(如超聲、離心等)將顆粒均勻分散在樣品臺(tái)上。
2. 圖像獲取
在 SEM 中獲取圖像時(shí),需要確保圖像的分辨率和對(duì)比度足夠高,以便能夠清晰地看到顆粒的邊界和形狀。
選擇適當(dāng)?shù)募铀匐妷海阂话闶褂幂^低的加速電壓(如 1-5 kV)以獲得清晰的表面形貌,避免穿透樣品。
優(yōu)化焦距和工作距離:根據(jù)樣品的尺寸和形狀優(yōu)化焦距和工作距離,以確保顆粒的邊緣清晰可見。
獲取多張圖像:采集多個(gè)視野的圖像,確保不同區(qū)域的顆粒均勻分布。
3. 圖像處理與分析
3.1 圖像導(dǎo)入
將采集到的 SEM 圖像導(dǎo)入圖像處理軟件中進(jìn)行分析。常用的軟件包括 ImageJ、Igor Pro、Matlab 等。
使用 ImageJ:這是一個(gè)免費(fèi)的開源圖像處理軟件,適用于各種顆粒分析。
3.2 圖像預(yù)處理
圖像的預(yù)處理步驟包括增強(qiáng)對(duì)比度、去除噪聲等,以便更好地識(shí)別顆粒邊界。
灰度處理:將彩色或原始圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像,以便更好地識(shí)別顆粒。
3.3 圖像閾值分割
使用閾值法將顆粒從背景中分離出來(lái)。這是圖像分割的關(guān)鍵步驟,可以通過(guò)調(diào)整閾值參數(shù)將顆粒與背景區(qū)分開來(lái)。
手動(dòng)閾值:Image → Adjust → Threshold
自動(dòng)閾值:可以使用自動(dòng)閾值方法(如 Otsu 閾值法)來(lái)自動(dòng)識(shí)別顆粒的邊界。
3.4 邊緣檢測(cè)與顆粒分割
通過(guò)邊緣檢測(cè)算法識(shí)別顆粒的邊界。常用的邊緣檢測(cè)算法包括 Sobel 算子、Canny 邊緣檢測(cè)等。
邊緣檢測(cè):Process → Find Edges
顆粒填充:確保分割后的顆粒是閉合區(qū)域,并填充顆粒內(nèi)部區(qū)域。
3.5 顆粒測(cè)量
在圖像處理完成后,可以使用軟件的分析功能來(lái)測(cè)量顆粒的大小和分布。
顆粒測(cè)量:使用 Analyze Particles 工具對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行測(cè)量,得到其面積、直徑等參數(shù)。
在設(shè)置中,可以指定最小和最大顆粒尺寸,以排除雜質(zhì)或背景噪聲。
測(cè)量參數(shù):
面積(Area)
等效圓直徑(Equivalent Circle Diameter)
周長(zhǎng)(Perimeter)
顆粒長(zhǎng)軸和短軸(Major Axis, Minor Axis)
軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算這些參數(shù),并生成顆粒大小的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
4. 顆粒分布分析
在獲取顆粒尺寸后,可以進(jìn)一步分析其尺寸分布。常見的分布分析方法包括:
4.1 直方圖
根據(jù)顆粒尺寸生成直方圖,顯示顆粒尺寸的頻率分布??梢允褂媒y(tǒng)計(jì)軟件或圖像分析軟件來(lái)繪制顆粒尺寸的直方圖。
使用 Igor Pro:在 Igor Pro 中可以使用 Histogram 函數(shù)生成顆粒尺寸的直方圖:Histogram/ binnedData=顆粒尺寸數(shù)據(jù)
4.2 顆粒分布擬合
可以將顆粒分布數(shù)據(jù)與常見的分布模型進(jìn)行擬合,例如正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布,以獲得顆粒的統(tǒng)計(jì)特性(如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等)。
使用 Igor Pro 擬合:CurveFit / Gauss 顆粒尺寸數(shù)據(jù)
5. 高級(jí)分析(可選)
如果顆粒的形態(tài)復(fù)雜或分布不均勻,可能需要更高級(jí)的分析工具,例如:
形態(tài)學(xué)分析:分析顆粒的形狀、長(zhǎng)寬比等特征。
三維顆粒分析:如果需要分析顆粒的三維形態(tài),可以結(jié)合 SEM 的立體成像功能或其他三維表面測(cè)量工具。
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作者:澤攸科技