Aplicatii Ale Microscopiei Electronice De Baleiaj (meb) La Studiul Modificarilor De Suprafata A Fibrelor De Lana Tratate Cu Enzime [619943]

APLICATII ALE MICROSCOPIEI
ELECTRONICE DE BALEIAJ (MEB) LA
STUDIUL MODIFICARILOR DE
SUPRAFATA A FIBRELOR DE LANA
TRATATE CU ENZIME
– Metode moderne de investigare a textilelor –

Indrumator: Sef lucr. Dr. Ing. Iulia Balau
Liciu Vlad Costin
Grupa: 10 608
EFT

2
MICROSCOPIA ELECTRONICĂ

Avantaje: avantajul cel mai important este magnificarea mult crescuta fata de
microscoapele optice, de la 300.000 pana la 2.000.000 de ori (Hitachi S -5500), si nu in cele din
urma modurile multiple de investigare de pe urma carora se poate obtine o gama vasta de
informatii.
Dezavantaje: costul ridicat al aparaturii, sensibilitatea ridicata la diversi factori externi
(campuri electromagnetice, vibratii) si faptul ca unele probe (de exemplu tesuturile vii) trebuiesc
preparare in prealabil sau au nevoie de conditii spe ciale in timpul examinarii la microscop si, in
unele cazuri, chiar nu pot fi studiate eficient cu ajutorul unui microscop cu electroni.
După cum sa arătat deja în cadrul microscopiei optice, cu cât lungimea de undă a radiației
incidente este mai mică cu a tât rezoluția este mai mare, lungimile de undă cele mai mici, cu care
se poate lucra, situânduse în domeniul violet (cca. 400 nm). Un progres important sa realizat prin
folosirea ca sursă de radiație a unui fascicul de electroni puternic accelerat într -un câmp electric.
La impactul fasciculului de electroni cu substanța de analizat sunt emiși electroni secundari, care
sunt și purtători de informații despre topografia suprafeței analizate.
Principalul avantaj al microscopului electronic față de cel optic es te înalta capacitate de
rezoluție, în MET contemporane cu tensiunea acceleratoare de cîțiva MV se atinge 1Å .
Microscopia electronică, poate fi impartita in doua mari categorii: de transmisie , in cazul
specimenelor aproape bidimensionale (cu grosimi mai mici sau comparabile cu drumul liber
mediu al electronilor accelerati – zeci de nm ) sau cea sau de investigare a suprafetei in cazul
celor tridimensionale (cand dimensiunile depasesc drumul libe r mediu pe toate axele). In prima
categorie se incadreaza: Microscopul Electronic cu Transmisie (TEM – Transmission Electron
Microscope) si Microscopul Electronic cu Transmisie de Inalta Rezolutie (HRTEM – High –
Resolution Transmission Electron Microscopy) iar in cea de -a doua: Microscopul Electronic cu
Scanare (SEM – Scanning Electron Microscope), Microscopul Electronic cu Scanare in Mediu
(ESEM – Environmental SEM), Microscopul Electronic cu Reflexie (REM – Reflection Electron
Microscope), Microscopul cu Electroni de Energie Joasa (LEEM – Low-Energy Electron
Microscope) si Microscopul Electronic de Energie Joasa cu Polarizare a Spinului (SPLEEM –

3
Spin-Polarized Low -Energy Electron Microscopy). Exista insa si o combinatie a celor doua sub
forma Microscopulu i Electronic de Transmisie de Scanare (STEM – Scanning Transmission
Electron Microscope). O diferenta majora intre cele doua metode este rezolutia care ar putea fi
teoretic atinsa: 0.5 Angstromi in cazul unui TEM la o marire de 50 de milioane de ori si cu o
corectie de sfericitate suficienta fata de 0.4 nm in cazul unui SEM la o marire de 2 milioane de
ori.
Microscopia electronică de baleiaj
Este o metodă de analiză microstructurală bazată pe reflexie. Avantajele acestei metode
față de microscopia optică c lasică cu reflexive constau, în ordinele de mărire mult mai mari care
se pot obține prin acest procedeu și în creșterea deosebită a puterii de separație pe verticală și
orizontală (max. 0,005 μm), ceea ce permite obținerea unor imagini clare a unor probe d eosebit
de rugoase sau a unor suprafețe de rupere. Dezavantajul principal al MEB este legat de faptul că
proba trebuie să fie să fie bună conducătoare de electricitate. Totuși, materialele neconductoare
electric pot fi și ele examinate prin MEB numai după ce pe suprafața lor a fost depus prin
condensare un strat subțire conductor (de exemplu, Au).
Principiul care stă la baza microscopiei de baleiaj este analiza electronilor secundari,
emiși de suprafața probei de analizat atunci când aceasta este bombardat ă de un fascicul de
electroni primari, de înaltă energie. Electronii secundari sunt purtători de informație referitoare la
structură și starea suprafeței, deoarece ei provin de pe suprafața probei. Pe lângă electronii
secundari, proba mai emite electroni r eemiși, care au energie mai mare decât cea a electronilor
secundari și radiații X.
Circa jumătate din electroni secundari (ES) se produc în imediata apropierii a locului de
impact a fasciculului de electroni primari (EP) cu proba de analizat. Acești elect roni secundari
(ES1) dau cea mai bună rezoluție în plan orizontal, aceștia conținând cele mai multe informații
despre topografia de studiat și dau imaginile cele mai clare. Electronii secundari (ES3) și (ES4)
proveniți prin reemisie de pe probă, respectiv de pe peretele camerei în care se găsește proba,
formează radiația reziduală și provoacă o înrăutățire a contrastului (ce poate fi corectată pe cale
electronică).

4
Fasciculul de electroni primari de înaltă energie conduce și la emisia de raze X. Pe baza
măsurării intensității emisiei caracteristice unui anumit element, se poate determina concentrația,
compoziția microzonei (zonei de impact) determinânduse, pe baza poziției liniei spectrale în
spectrul radiației emise. Echipamentul de analiză a radiațiilor X emise se numește microsondă
electronică, cu ajutorul acestuia putând fi examinată compoziția distribuțiilor elementare, a
incluziunilor, a separărilor, segregațiilor, limitelor de fază etc.
La interacțiunea fasciculului de electroni cu proba – țintă apar numeroase efecte fizice care
servesc ca surse de diverse tipuri de semnale. La ele se referă radiația X, catodoluminiscența,
electronii reflectați, absorbiți, secundari, transmiși și Auger, curentul indus de sonda electronică
și tensiunea electromotoare i ndusă de sarcină.
Semnalele formate de detectoarele respective se amplifică și se utilizează la dirijarea
strălucirii ecranului tubului catodic (TC). Pentru fiecare punct al probei există un punct pe
ecranul TC strălucirea căruia este condiționată de semn alul detectorului obținut ca rezultat al
interacției sondei electronice cu proba. Dacă interacția ar fi aceeași în toate punctele probei,
atunci pe ecranul TC ar fi o strălucire uniformă, în realitate, din cauza variației proprietăților
locale ale probei, interacția fasciculului electronic în diferite locuri ale probei este diferită.
Asupra caracterului de interacție al fascicului cu proba pot influența topografia,
componența chimică, structura cristalină, cîmpul electric și magnetic și alte proprietăți al e probei.
Deoarece caracterul de interacție variază de la un punct la alt punct al suprafeței probei semnalele
formate de detectori, prin urmare și strălucirea punctelor respective pe ecranul TC, de asemenea
vor varia. Asupra formării imaginii influențează fiecare semnal de interacție al electronilor cu
proba. Aceste semnale în microscopia electronică cu baleiaj se utilizează pentru obținerea
informației despre componența calitativă și cantitativă a substanței, despre proprietățile fizice,
fizico – chimice și cristalochimice ale acesteia. Unele semnale (emisia electronică secundară,
catodoluminiscența, curentul indus de sonda electronică) se utilizează pentru studiul
dispozitivelor cu semiconductori în regimurile static și dinamic.
În figura de mai jos este reprezentată schema de principiu a unui microscop electronic cu
baleiaj.

5

Schema bloc a unui microscop electronic cu baleiaj; 1 -catod, 2 – grila de comandă, 3 – anod, 4,5 – lentile
electromagnetice condensatoare și de focalizare, 6 – proba de analizat, 7-fotomultiplicator, 8,9 – sursa de tensiune,
10- unitate de baleiere, 11 – unitate de mărire, 12 -amplificator, 13 – unitate de afișare și procesare.

Accelerarea electronilor are loc întrun tun electronic format dintrun catod (1), o grilă de
comandă (2), un anod (3), lentile condensatoare electromagnetice (4) și lentile de focalizare
electromagnetice (5). În tunul electronic vidat se găsește proba de analizat (6) și detectorul optic
(fotomultiplicatorul) (7). Ca unități de deservire, respectiv de prelucrare a datelor, mai sunt
folosite: sursa de alimentare de joasă și înaltă tensiune (8), sursa de alimentare a lentilelor
electromagnetice (9), unitatea de baleiere (10), unitatea de mărire (11), amplificatorul (12) și
unitatea de procesare și afișare (13). Fasc iculul de electroni de înaltă energie bombardează proba
(6), determinând apariția emisiei de electroni secundari și a radiațiilor X.
În MEB moderne dirijarea fasciculului se realizează cu ajutorul computerului. Sonda
electronică, fiind fixată pe o durată mică de timp, pe o regiune mică a suprafeței probei, prin salt
este deplasată pe o altă regiune.
Particularitatea caracteristică a imaginilor obținute în MEB, în comparație cu cele optice,
este marea adîncime a clarității: aproximativ cu două ordine de mă rime mai mare decît într -un
microscop optic obișnuit. Acest efect "pozitiv" este condiționat de cel "negativ" – de marea
aberație sferică a lentilelor electromagnetice, care micșorează apertura unghiulară a fasciculului
electronic.
Formarea imaginii în MEB "punct cu punct" (dimensiunea "punctului" aproximativ
corespunde diametrului sondei electronice pe probă) esențial simplifică interpretarea imaginilor

6
obținute în acesta față de cele obținute în MET, care se formează, practic, în a celași moment cu
interferența fasciculelor electronice, transmise prin diferite "puncte" ale probei. Transformarea
informației despre starea suprafeței probei în cod temporal permite utilizarea diverselor metode
radiotehnice la prelucrarea videosemnalului: de a îngusta sau a lărgi banda de transmisiune, de a
îmbunătăți raportul semnal/zgomot, de a realiza transformarea neliniară a semnalului (așa -numita
corecția – Y) pentru îmbunătățirea contrastului imaginii etc. Datorită acestor particularități de
obținer e a videosemnalului și de formare a imaginii MEB au o largă utilizare în diverse domenii
ale științei și tehnicii contemporane.
Una dintre importantele performanțe ale MEB reprezintă numeroasele moduri de obținere
a informației despre probă, fiind rezulta tul varietăților mecanismelor fizice de interacție a
fasciculului electronic cu corpul solid .
MODIFICAREA SUPRAFETEI LANII PRIN TRATAREA CU ENZIME
Lâna este o fibră naturală complexă compunsa în principal din proteine (97%) si lipide
(1%) cu o structura morfologica enterogena. Acesta poate fi privit ca un material compozit în
principal format din proteine cheratinizate.
Dezvoltarea tehnologiilor, cum ar fi procesele enzimatice de finisare, sunt o prioritate.
Biotehnologia aplicată în industria textile cu utilizarea enzimelor a contribuit la reducerea
costurilor energiei si deasemenea la reducerea emisiilor de poluare.
În prezent, se utiliz eaza enzimele pentru a obtine o lână rezistenta si un alb foarte bun.
Enzimele sunt utilizate ca agenti auziliari pen tru vopsirea lanii.
Enzimele proteice sunt capabile sa atace keratina naturala, hidrolizand unele legaturi
peptidice. In acest studiu s -au folosit diferite enzime proteolitice (papaina, pepsin, tripsina si
pronaza) asupra lanii si s -au urmarit efectele asu pra fibrei.
 Materiale – Lana Merinos cu diametrul fibrei de 26 μm. Enzime: papaina, pepsin,
tripsina si pronaza
 Metode – Prespalarea – inainte de tratamentul enzymatic fibrele de lana au fost
supuseunei spalari cu SDS (detergent anionic, sigma) 1 gl-1; 25% amoniac 0.7 gl –

7
1. Prespalarea a fost efectuata timp de 25 min, iar timp de 15 minute compozitia a
fost incalzita la 90 ° C. Ulterior, lâna se clăte•te •i se răce•te simultan pentru încă
30 min.
Pregatirea tampoanelor – deoarece fiecare dintre enzime reactioneaza in anumite
conditii s -au utilizat enzyme cu un pH optim. Tratamentul enzymatic s -a realizat
pe 100 mg lana superioara ce a fost pusa intr -un recipient de 10 cm 3 si 5mg de
enzima.

La temperature optima se amesteca fiecare enzima in parte la viteza de 60 r.p.m.
pentru 20, 60 si 120 de minute.
Dupa spalare – dupa tratamentul enzimatic pentru dezactivarea enzimelor se
scufunda in apa clocotita timp de 10 minute iar apoi se clateste cu apa de la
robinet si se usuca in aer liber.
Micrografie – fibrele tratate si netratate au fost acoperite cu aur vizivile cu SEM.

Fig1

Enzimă Tampon pH
Papaina Citratul / fosfat 6
Tripsină Fosfat 8
Pepsină HCl / KCl 2
Pronaza Citratul / fosfat 7

8
 Rezultate – in aspectul suprafetei unei fibrte de lana netratatase poate observa ca fibra
este mai solzoasa, aspect characteristic lanii.

 In prezentarea micrografica din Fig1 se ofserva ca solzii fibrei tratate cu
papaina au cre scut in jumatate de ora, iar dupa o ora de tratament primul
strat a fost complet distrus iar umatorul strat a fost atacat de enzima. Dupa
doua ore straturile au fost complet distruse conferind o suprafata neteda
fara solzi. Dupa jumatate de ora si dupa o o ra tratamentul fibrelor cu
tripsina nu are o evolutie foarte clara. Cu toate acestea pe o perioada mai
lunga de doua ore efectele atacurilor tripsinei acupra solzilor sunt prezente.
Aparent agitarea mecanica in timpul tratamentului enzymatic determina
distrugerea solzilor si indepartarea lor de pe fibra de lana.
Efectul pronazei a inceput dupa o jumatate de ora si dupa doua ore solzii s –
au marit pe suprafata fibrei. Cu toate acestea, eliminarea la scara mare nu a
fost complete si a fost nevoie de mai mult t imp.
In cazul fifrelor tratate cu pepsina, atacul a inceput cupa jumatate de ora iar
dupa doua ore straturile au crescut, indepartand total solzii si lasand in urma
o suprafata neteda pe fibra.
In ceea ce priveste activitatea enzimatica, se poate concluzio na ca papaina
are un efect mult mai puternic pe suprafata lanii.
 Concluzii – aceasta lucrare a comparat efectul unui numar mare de enzime
proteolice pe o fibra de lana. Cu toate acestea ar trebui sa continuam
identificarea unor enzime mult mai eficiente.

9
BIBLIOGRAFIE :
1. Suport curs master MMIT
2. Comparison of Surface Modification of Wool Fibres Using Pronase, Trypsin, Papain and
Pepsin – Department of Textile Engineering, Faculty of Engineering, Azad University