走査型電子顕微鏡（SEM）

SEMとは

SEM（Scanning Electron Microscopy、走査型電子顕微鏡）は、高解像度で試料の表面形態を観察するための技術です。電子ビームを試料表面に走査させ、その反射電子や二次電子を検出することで、微細な構造を詳細に描写します。例えば、金属材料の結晶構造や微細な表面欠陥、生物試料の細胞表面の詳細などを観察することができます。

SEMの測定原理
• SEMは、電子銃と呼ばれる装置で高エネルギーの電子ビームを生成します。この電子ビームは、磁場や電場を利用して試料の表面に向けて集束されます。
• この集束された電子ビームは、試料の表面を細かくスキャン（走査）します。
• 電子ビームが試料の表面に当たると、試料の表面と相互作用を起こします。この相互作用によって、さまざまな種類の電子が放出されます。
• 反射電子は、入射した電子ビームが試料の原子核と弾性的に散乱されたもので、試料の組成や密度の違いが反映されたコントラストが得られます。
• 二次電子は、入射した電子ビームが試料の表面近くの電子を励起し、その電子が放出されたもので、試料の表面形態や微細構造を詳細に描写するために重要です。

SEMの利点と限界

SEMには、いくつかの利点と限界があります。

利点
• 高解像度：ナノメートルスケールでの詳細な観察が可能です。
• 深い焦点深度：試料の立体的な観察が可能です。
• 広い応用範囲：多くの材料や試料に対して使用可能です。
限界
• 試料の導電性：非導電性試料は導電性コーティングが必要です。
• 試料の真空環境：試料は真空中で観察されるため、水分を含む試料は特殊な前処理が必要です。
• 高コスト：装置の導入や維持費用が高額です。

水処理におけるSEMの利用

水処理設備では、配管や膜フィルターなどにスケール（堆積物）やバイオフィルムが形成されることがあります。これらの堆積物は処理効率を低下させる原因となります。SEMを用いることで、スケールやバイオフィルムの構造や成分を詳細に解析できます。例えば、カルシウムやマグネシウムなどの無機物がスケールとして堆積しているかどうかを確認できます。この情報は、スケールの除去方法や防止対策を策定するために重要です。