基于现场的扫描电子显微镜 (SEM) 正在改变传统实验室环境之外进行表面成像和微分析的方式。

标准 SEM 系统通常体积庞大、固定不动且依赖于稳定的真空条件，而现场 SEM 则不同，它结构紧凑、可移动，专为在现实环境中使用而设计。

各行各业对无损、原位和高分辨率成像的需求日益增长，尤其是在易碎或时间敏感的样品难以运输的情况下。从偏远地区考古学家到现场研究飞机部件的工程师，便携式扫描电镜系统都能在最需要的地方提供快速分析。

为了满足这些需求，现场扫描电镜已进行了改进，具备以下特点：占地面积更小，便于移动；低真空或环境扫描电镜 (ESEM) 模式，用于对未涂层样品进行成像；简化的软件，易于使用；移动电源；以及在难以进入的区域进行远程操作的选项。

虽然这些系统通?；嵛欢ǖ姆直媛屎脱救萘坷椿蝗”阈裕窃谑导视τ弥械母咝酝阋悦植拐庑┚窒扌?。它们在像素完美度方面的不足，却通过便捷性、速度和多功能性得到了弥补。

案例研究和应用

文化遗产保护

事实证明，实地扫描电子显微镜 (SEM) 在文化遗产?；ぶ蟹⒒幼挪豢晒懒康淖饔?。它使研究人员无需将样品从原始位置移走即可分析历史颜料和文物表面。

在一项研究中，Falcon等人利用 SEM 结合能量色散 X 射线光谱(EDS) 绘制了历史艺术品中使用的天然土壤颜料的元素组成图。

该团队分析了赭石黄、焦赭红、红土和绿土等颜料。扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）揭示了独特的元素特征——例如，焦赭红的铁含量较高，且缺乏锰，这表明烧制工艺不同。绿土和红土颜料的成分差异与其地质成因有关。

该研究还参考了GBW-07404和NIST-SRM 2586等参考材料，这些材料显示出以硅酸盐为主的剖面，钛和铁的含量各不相同。这些特征有助于深入了解颜料的来源，并为?；げ呗院图üぷ魈峁┎慰肌?/span>

通过实现现场高分辨率分析，基于现场的 SEM 可以最大限度地减少样品处理和干扰，使?；ふ吣芄辉谙殖”４嫖奈铮被袢∮泄仄涑煞趾屠返墓丶?。

环境科学：利用扫描电子显微镜 (SEM) 追踪微塑料

在环境研究中，实地扫描电子显微镜 (SEM) 已成为研究微塑料 (MP) 的必备工具。微塑料是海洋生态系统和食物链中日益增多的塑料小碎片。与标准成像技术不同，SEM 能够提供高分辨率的表面细节，帮助研究人员了解环境条件如何影响塑料的长期降解。

在Miserli等人的研究中，他们从海水和鱼类的胃肠道中提取了MP。在使用ATR-FTIR和微拉曼光谱识别聚合物类型后，该团队使用SEM检查了表面形貌。

显微照片显示，由聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 和聚苯乙烯 (PS) 等材料制成的 MP 表面明显粗糙、有裂纹，且有毛刺和空洞。

这些不规则性与参考塑料的光滑表面形成了鲜明的对比，表明机械磨损、紫外线辐射和微生物活动等环境因素会随着时间的推移显著改变塑料材料。

基于现场的 SEM 不仅提供降解的直接视觉证据，而且还有助于区分不同的 MP 类型，使其成为跟踪塑料污染和了解其长期生态影响的实用、可部署工具。

采矿和地质

在采矿和环境修复中，现场扫描电镜在矿物的实时识别和表征中发挥着至关重要的作用，特别是在评估原位处理策略的成功性时。

一个值得注意的例子涉及镍污染地下水的修复，其中注入可发酵碳源以促进微生物介导的硫化镍（NiS）沉淀。

为了追踪这一过程，Divine等人使用了 Min-Traps（一种放置在监测井中 64 天的采样装置）来收集修复过程中形成的矿物沉淀物。取回的样品采用包括扫描电子显微镜 (SEM-EDS) 在内的一系列技术进行分析。由此产生的元素图谱清晰地显示了镍和硫在矿物结构中共定位。

通过实现现场矿物分析，现场扫描电镜 (SEM) 使研究人员能够确认污染物的地球化学转化，并评估修复效果，而无需依赖延迟的场外测试。更广泛地说，这个例子说明了便携式扫描电镜系统如何通过及时、可操作的洞察来增强现场环境监测和矿产勘探。

法医：犯罪现场痕迹证据分析

现场扫描电子显微镜 (SEM) 因其能够快速、高分辨率地分析痕量证据（尤其是在犯罪现场发现的毛发样本）的能力，在法医调查中正日益受到青睐。在此类案件中，一个常见的挑战是区分人发和动物毛发，这对于缩小嫌疑人范围或验证证词至关重要。

传统方法通常依赖光学显微镜来检查毛发结构，但 SEM 能够提供更精细的表面细节，从而能够识别细微的形态差异。10例如，OF Chernova 的一项研究使用 SEM 以更高的准确度区分人类和灵长类动物的毛发，提供了传统技术无法实现的视觉细节水平。

虽然早期的法医方法侧重于从发干中提取核DNA，但由于DNA含量天然较低，成功率有限。如今，在头发中含量更丰富的线粒体DNA (mtDNA) 已成为鉴定降解或陈旧样本的宝贵工具。

在此背景下，便携式扫描电镜系统的关键优势在于其能够在现场提供高分辨率成像，最大限度地降低污染风险，并实现更快的分析，无需将精密样品运送到实验室。这在偏远地区或时间敏感的犯罪现场尤其有用，因为在这些情况下，每一小时都可能影响调查结果。

展望与机遇

随着人们对移动实验室部署、现场诊断和远程实时分析的兴趣日益浓厚，现场扫描电镜 (SEM) 的应用正在迅速扩展。这些便携式系统在灾难响应、生产现场质量控制和自主环境监测等领域的价值日益凸显。

随着与云平台集成以及人工智能图像分析技术的进步，远程协作和自动化报告变得越来越便捷。这些工具在教育和现场培训方面也拥有巨大的潜力，无需传统的实验室基础设施即可实现实践学习。

未来的发展方向可能包括提升分辨率、延长电池续航时间、增强无线连接以及融入机器学习，实现自动模式识别。随着硬件尺寸不断缩小，软件操作更加便捷，基于现场的扫描电镜 (SEM) 有望从专业用途转变为各行各业的标准应用。

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  厂家：Ladd Research Industries

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