在透射电子显微镜（TEM）样品制备中，辉光放电（Glow Discharge）是一种常用的碳膜表面改性方法，通过低压等离子体引入含氧官能团，使表面由疏水转为亲水。有许多用户指出，在相同放电参数下，碳膜亲水化效果存在显著波动。本文结合实验室经验，分析了辉光放电中环境湿度对放电效率与表面改性效果的关键影响，并提出针对性解决策略。
在常规TEM样品制备流程中，碳支持膜通常经过辉光放电处理以提升液滴铺展性。然而，某些实验室在夏季高湿环境（相对湿度>50%）下发现，即使在相同电流与时间设置下（如20 mA，60 s），部分样品的表面仍呈现明显的疏水残留或亲水不均，影响后续生物样品吸附与冷冻电镜制样稳定性。更极端情况下，长时间放电（5 min @ 20 mA）仍无法去除碳层，表明放电活化过程失效。
经过系统排查后，排除了设备故障、样品位置差异、首次放电效应等因素，怀疑主要原因与室内湿度波动及空气成分变化相关。
湿度在辉光放电机制中的作用
辉光放电依赖于低压气体放电产生的等离子体，该等离子体中的活性粒子（O₂⁺、H₂O⁺、OH⁻、O⁻等）与碳膜表面反应，生成羟基、羧基等极性官能团，从而提高表面能和润湿性。
QuickGlow辉光放电仪的技术手册指出，“水蒸气在放电气体中起到关键作用，可显著提升表面亲水化效果。”
在过干环境中（低湿空气或经干燥气瓶输入），放电区中水分子密度过低，氧化性活性物种减少，表面官能团化程度不足，导致改性效率下降。更极端情况下，碳膜会因电荷积聚或局部放电不稳定而被击穿或产生火花。
相反，在高湿环境中，水蒸气含量上升会增强放电中OH自由基的生成，提升亲水化速率，但若湿度过高，则放电电流可能变得不稳定，且部分水分可能在样品表面凝结形成薄膜，影响碳层表面反应均匀性。
典型现象与实验观察
在湿度>50%时，市面上常见的辉光放电仪均表现出放电效率下降、表面不均匀亲水化现象；
个别批次碳膜（特别是超薄2–3 nm）在干燥空气下更易受损；
当空气过干时，部分用户报告碳膜自燃或击穿；
清洁不充分的腔体（玻璃壁或金属块污染）会导致放电不稳定、电流波动或等离子体闪烁现象；
不同批次Quantifoil或Formvar碳膜亲水化响应差异明显，湿度敏感度也不同。
解决方案
1、环境控制
将辉光放电仪器置于相对湿度40–60%可控环境；
对于夏季高湿实验室，可考虑局部除湿罩或空调微环境控制；
若使用干燥空气源（压缩空气瓶），应通过控制阀调节，使系统保持略高于室压状态，并确保干燥空气管路不引入额外污染。
2、腔体湿度微调法
在高真空下，直接调控气氛湿度较困难。实践中，可采用以下简单方法：
在放电前，用略微潮湿的无尘布擦拭放电腔玻璃内壁，使腔内残留少量水汽；
若放电过度潮湿，可用乙醇擦拭并干燥以快速恢复干燥状态。
该方法经过验证，能显著改善碳膜表面润湿性的一致性。
3、清洁与维护
定期用异丙醇或乙醇清洁放电块和玻璃腔；
对于明显污染（油蒸气或聚合物沉积），可使用丙酮或氯仿；
避免油封泵返油污染，可加装油雾过滤器或改用干式泵；
保持放电电流稳定（波动<10%）是判断系统清洁与气氛稳定的关键。
