Name: xrf imaging for metal mapping
Uploaded: 2023-04-30T06:27:56.000Z
Duration: 7 min 45 s
Channel: JoVE
Description: X-ray fluorescence (XRF) is a type of induced radiation that gives spectroscopic information. It is used to detect emitted signals from metals after they are excited by X-rays. X-ray fluorescence microscopy is a non-destructive imaging method. It uses the fluorescence emission of metals to identify where they are found in a sample and to measure their spatial distribution.

K12 Standards

Tennessee Academic Standards

High School

Physics

waves-and-their-applications-in-technologies-for-information-transfer

Waves and Their Applications in Technologies for Information Transfer

PHYS.PS4.8

X-ray Fluorescence (XRF)

1. تحضير نوافذ نيتريد السيليكون
<ol>
	<li>استخدم ملاقط عكسية لالتقاط نافذة (سوف تتحطم نوافذ نيتريد السيليكون إذا سقطت).</li>
	<li>ضع النافذة على شريحة زجاجية ، بحيث يكون الجانب المسطح لأعلى.</li>
	<li>قم بلصق قطع صغيرة من الشريط اللاصق على جانبي النافذة ، واستخدمها للصق النوافذ في قاع طبق الثقافة.</li>
	<li>تعقيم النوافذ في أطباق الثقافة بالأشعة فوق البنفسجية. يمكن تحقيق ذلك من خلال إعداد الارتباط المتقاطع التلقائي على خزانة الربط المتشابك للأشعة فوق البنفسجية ، متبوعا بمزيد من الأشعة فوق البنفسجية تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية في غطاء التدفق الصفحي لمدة 1 ساعة تقريبا.</li>
</ol>
2. طلاء الخلايا على نوافذ نيتريد السيليكون المعقمة
<ol>
	<li>امسك الطبق مع إمالته بزاوية 45 درجة تقريبا.</li>
	<li>أضف الوسائط عن طريق سحب العينات باتجاه جانب الطبق وقم بتخفيف زاوية الإمالة ببطء لتغطية النافذة بالوسائط.</li>
	<li>أضف الخلايا إلى طبق الثقافة بنفس الطريقة واحتضنها.</li>
	<li>راقب الخلايا من حين لآخر باستخدام مجهر ضوئي لتحديد متى تكون جاهزة للاستخدام.</li>
</ol>
3. تثبيت وتجفيف الخلايا
<ol>
	<li>في غطاء التدفق الصفحي ، قم بإزالة الوسائط عن طريق الشفط اللطيف أثناء إمالة الطبق كما هو موضح أعلاه.</li>
	<li>أضف PBS ، مع سحب الماصة باتجاه جانب الطبق مع إمساكه بزاوية. قم بتخفيف زاوية الميل ببطء لطلاء النافذة ببرنامج تلفزيوني.</li>
	<li>قم بإزالة PBS بشفط لطيف.</li>
	<li>قم بسحب الماصات باتجاه جانب الطبق ، واحتفظ به بزاوية ، أضف 4٪ PFA / PBS ، درجة الحموضة 7 لتغطية الخلايا. احتفظ بهذا المحلول لمدة 20 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.</li>
	<li>قم بإزالة خليط PFA / PBS ، وتخلص منه كمادة خطرة.</li>
	<li>أضف PBS ، سحب العينات كما هو موضح أعلاه.</li>
	<li>كرر الخطوتين 3.5 و3.6 مرتين.</li>
	<li>قم بإزالة PBS عن طريق الشفط اللطيف.</li>
	<li>أضف 20 ملي مبايش ، 200 ملي سكروز ، درجة الحموضة 7.</li>
	<li>قم بإزالة الماوس / السكروز عن طريق الشفط اللطيف.</li>
	<li>كرر الخطوتين 2.8 و2.9 مرتين.</li>
	<li>قم بمسح الحواف والمسافة البادئة الخلفية للنافذة بسرعة باستخدام Kimwipe ، ثم ضع النافذة على سطح نظيف ، مثل حصيرة شبكية مطاطية ، حتى تجف.</li>
</ol>
4. التصوير الفلوري بالأشعة السينية للخلايا
<ol>
	<li>بمجرد أن تجف العينة ، تحقق من وجود خلايا على النوافذ باستخدام مجهر ضوئي.</li>
	<li>استخدم طلاء الأظافر لتأمين النوافذ بحامل من الألومنيوم الذي يوفره خط الشعاع.</li>
	<li>أدخل حامل الألمنيوم في حامل حركي ، ثم ضعه في موضعه عند النقطة المحورية للبصريات في مجهر الأشعة السينية ، وبزاوية حوالي 45 درجة على شعاع الأشعة السينية الساقط ، المثبت على مراحل تحديد المواقع النانوية للعينة.</li>
	<li>اخرج من منطقة أداة مجهر الأشعة السينية (عادة ما تكون قفصا مصنوعا من جدران الرصاص) ، وافتح الغالق. قم بإجراء الخطوات المتبقية عن بعد.</li>
	<li>باستخدام لوحة المنطقة ، أو مرايا كيركباتريك بايز ، قم بتركيز شعاع الأشعة السينية أحادي اللون (عادة 10 كيلو فولت في الطاقة) وصولا إلى حجم بقعة دون ميكرون.</li>
	<li>باستخدام مراحل عينة تحديد المواقع النانوية ، وعرض موضع حزمة الأشعة السينية على العينة باستخدام كاميرا وميض مجرى النهر معايرة مسبقا ، حدد العرض والارتفاع المناسبين للمسح النقطي من أجل التقاط بيانات العينة.</li>
	<li>باستخدام كاشف انجراف السيليكون المشتت بالطول الموجي عند 90 درجة إلى الحزمة الساقطة ، وحوالي 3 مم أو أقل من العينة ، اجمع طيف اختبار بوقت سكون يتراوح من 1 إلى 2 ثانية.</li>
	<li>عند عرض طيف الاختبار ، اختر وقت مكوث مناسب للمسح ، لتوفير إشارة كافية إلى ضوضاء للعناصر ذات الاهتمام.</li>
	<li>اختر دقة مناسبة للمسح ، دقة ليست أصغر بكثير من الحجم الموضعي للحزمة على العينة ، ولا أكبر من الميزات ذات الأهمية في العينة.</li>
	<li>قم ببرمجة المسح الضوئي في برنامج المسح الضوئي ، واجمع الصورة.</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
التحليل الطيفي الفلوري للأشعة السينية ، أو XRF ، هو تقنية تحليلية غير مدمرة تستخدم لإجراء تحليل عنصري للعينات في درجة حرارة الغرفة.
يمكن تطبيق XRF على مجموعة واسعة من العينات ، بما في ذلك الأعمال البيولوجية والطب الشرعي والبيئي وحتى الأعمال الفنية. يمكن أن تتخذ العينات أيضا أشكالا متنوعة ، مثل المساحيق والبلورات والسوائل. في XRF ، يتم قصف عينة بحزمة من الأشعة السينية مما يجعلها تنبعث منها أشعة سينية ثانوية بطاقة أقل ، والتي تسمى الإشعاع الفلوري.
على الرغم من أنه يشار إليها على أنها تقنية مضان ، إلا أن XRF تختلف عن المجهر الفلوري التقليدي من حيث أنها لا تستخدم ضوءا مرئيا منخفض الطاقة أو جزيئات نشطة للضوء.
سيقدم هذا الفيديو أساسيات XRF ، ويوضح كيفية جمع خرائط عنصرية لعينة بيولوجية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
عندما يصطدم فوتون ذو طاقة كافية بذرة ، يتم امتصاص الطاقة ، مما يثير أحد إلكترونات الغلاف الخارجي. عندما يرتاح الإلكترون ، فإنه ينبعث منه فوتون ثانوي ، عادة ما يكون ذو طاقة أقل. تعرف هذه العملية باسم التألق. على عكس الفوتونات منخفضة الطاقة ، مثل تلك المستخدمة في الفحص المجهري الفلوري ، فإن فوتونات الأشعة السينية نشطة بما يكفي لطرد الإلكترونات المثبتة بإحكام تماما من الغلاف الداخلي. ثم يسقط إلكترون من غلاف عالي الطاقة في الوظيفة الشاغرة. يتم إطلاق فوتون يتناسب مع فرق الطاقة بين الغلافين. ينبعث كل عنصر من مجموعة فريدة من الفوتونات ، أو الطيف ، والتي يمكن استخدامها لتحديد العنصر وتحديد الكمية الموجودة. تعرف هذه الظاهرة باسم مضان الأشعة السينية.
بمجرد جمع الطيف الأولي ، يمكن عزل إشارات العناصر ذات الأهمية. يمكن إجراء القياسات في مواقع متعددة عبر العينة ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة ، بكسل واحد في كل مرة. تعرف هذه العملية باسم المسح الضوئي النقطي. يمكن إنشاء صور لجميع العناصر ذات الأهمية لاحقا. توفر هذه الخرائط الأولية معلومات قيمة حول العينة. من خلال فهم XRF ، فأنت الآن جاهز لإعداد عينة خلية بيولوجية لإنشاء خرائط عنصرية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
للبدء ، قم أولا بإعداد وتعقيم نافذة نيتريد السيليكون ، والتي ستحافظ على العينة في مكانها للفحص. توخي الحذر ، لأنها هشة للغاية. قم بتوجيه النافذة بحيث يكون جانبها مسطحا لأعلى. ثم ضع النافذة في طبق ثقافة ، وألصقها بالطبق باستخدام قطع صغيرة من الشريط اللاصق.
أخيرا ، قم بتعقيم نافذة نيتريد السيليكون بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 1 ساعة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
الآن بعد أن تم تعقيم النافذة ، يمكن تثبيت العينة عليها. أولا ، أمسك طبق الثقافة بزاوية وأضف الوسائط إلى جانب الطبق. تخفيف الميل ببطء لتغطية النافذة. أضف الخلايا إلى الطبق بنفس الطريقة ، واحتضنها.
راقب الخلايا بشكل دوري تحت المجهر الضوئي حتى تصبح جاهزة للاستخدام.
في غطاء التدفق الصفحي ، استنشق الوسائط برفق من الطبق.
ثم اشطف الخلايا بمحلول ملحي مخزن بالفوسفات لإزالة الوسائط الزائدة.
استنشق PBS ، وإصلاح الخلايا باستخدام بارافورمالدهايد. بعد 20 دقيقة ، قم بإزالة الخليط وتخلص منه كنفايات خطرة.
قم بإزالة النافذة من الطبق ، وقم بمسح الحواف والمسافة البادئة الخلفية للنافذة بسرعة باستخدام Kimwipe. ضع النافذة على سطح نظيف حتى تجف.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
بمجرد أن تجف العينة ، تحقق من وجود خلايا على النافذة باستخدام مجهر ضوئي.
باستخدام طلاء أظافر شفاف ، قم بتثبيت النافذة على حامل من الألومنيوم.
أدخل حامل العينة في حامل الجهاز ، ثم ضع الحامل على مرحلة تحديد موضع مجاهر الأشعة السينية.
ضع نافذة العينة في النقطة المحورية لبصريات مجهر الأشعة السينية، بزاوية 45 درجة على الحزمة الساقطة.
اخرج من منطقة الجهاز وقم بإجراء الخطوات المتبقية عن بعد لتقليل التعرض للأشعة السينية.
افتح الغالق ، واستخدم البصريات لتركيز شعاع الأشعة السينية أحادي اللون إلى حجم بقعة دون ميكرومتر.
يمكن تصوير موضع البقعة بكاميرا معايرة مسبقا. باستخدام مراحل تحديد المواقع، حدد العرض والارتفاع المناسبين اللازمين للنقط فوق العينة.
اجمع طيف اختبار لعنصر الاهتمام بوقت مكوث من 1 إلى 2 ثانية.
من طيف الاختبار ، اختر وقت مسح مناسب لتوفير نسبة إشارة إلى ضوضاء كافية للعناصر ذات الاهتمام.
بعد ذلك ، حدد الدقة المطلوبة للعينة. يجب أن تكون الدقة أصغر من الميزات ذات الأهمية ، ولكنها أكبر من حجم البقعة. أخيرا ، قم ببرمجة المسح الضوئي في برنامج المسح الضوئي ، واجمع الصورة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
في هذه التجربة ، تم إجراء خريطة عنصرية للخلية لعدة عناصر مختلفة. العديد من المعادن ، مثل النحاس والحديد والزنك هي عناصر غذائية مهمة في الخلية ، وتم تحديدها بوضوح داخل الخلية.
من خلال تحديد مكان وجود كل معدن في الخلية ، يمكن توضيح معلومات قيمة حول عملياته الخلوية الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن فهم الأمراض القائمة على المعادن.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_6">
يستخدم مضان الأشعة السينية في مجموعة واسعة من المجالات العلمية. تتيح الطبيعة غير المدمرة ل XRF استخدامها في دراسة القطع الأثرية التاريخية. يستخدم مؤرخو الفن هذه التقنية لتحديد الأصباغ المستخدمة في الأصل في الأعمال الفنية. يمكن أن يوضح هذا معلومات حول العمل ، مثل المصدر والألوان التي تلاشت بمرور الوقت والأصالة. يستخدم علماء الطب الشرعي أيضا XRF في التحقيق في مسرح الجريمة. عندما يتم إطلاق مسدس ، يتم تغطية المنطقة المحيطة ببقايا طلقات البندقية. تحتوي بقايا طلقات البندقية على بارود ، وبرايمر إشعال ، ومعدن من الغلاف والرصاصة. يمكن للمعلومات التي تم جمعها باستخدام XRF تحديد الجاني والسلاح المستخدم.
مجال آخر للدراسة يفسح المجال لمضان الأشعة السينية هو علم الحفريات. هنا ، يتم جمع المعلومات الأولية من أحفورة ثلاثية الفصوص ، وهي مفصليات بحرية عاشت منذ أكثر من 250 مليون سنة.
من خلال توصيف التركيب الأولي للحفريات ، يمكن الحصول على معلومات جديدة حول الحياة المنقرضة الطويلة. يمكن أن توفر العينات المحفوظة بشكل أفضل تكوين الأنسجة الرخوة التي تدهورت منذ فترة طويلة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_7">
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE عن مضان الأشعة السينية. يجب أن تفهم الآن نظرية التحليل الطيفي للأشعة السينية وكيفية جمع المعلومات الأولية من مجموعة واسعة من المصادر.
شكرا للمشاهدة!
</div>

يمكن أن يكون التصوير بالأشعة السينية أداة مفيدة في العديد من المجالات بما في ذلك علوم الأرض وعلوم الطب الشرعي وعلوم المواد وعلم الأحياء وحتى في دراسة تراثنا الثقافي. في علم المواد ، يمكن أن يساعد في العثور على عيوب في الرقائق والمحفزات المصنوعة من المعادن. في أعمال التراث الثقافي ، تم استخدامه لتحديد المعادن السامة في شعر الموتى المشهورين (مثل بيتهوفن) ، وتحديد مصدر الدهانات المستخدمة في الفن. في علم الأحياء ، يتم استخدامه لدراسة المعادن الطبيعية التي تؤدي الكيمياء الحيوية المهمة. في علوم الأرض ، غالبا ما يتم استخدامه لد...

مضان الأشعة السينية (xrf)

المصدر: مختبر الدكتورة ليديا فيني - مختبر أرغون الوطني
مضان الأشعة السينية هو إشعاع مستحث منبعث يمكن استخدامه لتوليد معلومات الطيفية. الفحص المجهري الفلوري بالأشعة السينية هو تقنية تصوير غير مدمرة تستخدم الانبعاث الفلوري المستحث للمعادن لتحديد توزيعها المكاني وتحديده كميا.

تظهر خريطة مضان الأشعة السينية للخلية الملتصقة في الشكل 1 . توضح كل لوحة توزيع عنصر معين (على سبيل المثال ، النحاس والحديد والزنك ، إلخ) على الخلية. تظهر اللوحة المسماة "s_a" امتصاص الأشعة السينية. 
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/5498/5498fig1.jpg"> 
الشكل 1. خريطة مضان بالأشعة السينية لخلية ملتصقة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/5498/5498fig1large.jpg" target="_...

مضان الأشعة السينية (XRF)

Source: Laboratory of Dr. Lydia Finney &#8212; Argonne National Laboratory
X-ray fluorescence is an induced, emitted radiation that can be used to ...

التحليل الطيفي الفلوري للأشعة السينية ، أو XRF ، هو تقنية تحليلية غير مدمرة تستخدم لإجراء تحليل عنصري للعينات في درجة حرارة الغرفة.يمكن تطبيق XRF على مجموعة واسعة من العينات ، بما في ذلك الأعمال البيولوجية والطب الشرعي والبيئي وحتى الأعمال الفنية. يمكن أن تتخذ العينات أيضا أشكالا متنوعة ، مثل المساحيق والبلورات والسوائل. في XRF ، يتم قصف عينة بحزمة من الأشعة السينية مما يجعلها تنبعث منها أشعة سينية ثانوية بطاقة أقل ، والتي تسمى الإشعاع الفلوري.على الرغم من أنه يشار إليها على أنها تقنية مضان ، إلا أن XRF تختلف عن المجهر الفلوري التقليدي من حيث أنها لا تستخدم ضوءا مرئيا منخفض الطاقة أو جزيئات نشطة للضوء.سيقدم هذا الفيديو أساسيات XRF ، ويوضح كيفية جمع خرائط عنصرية لعينة بيولوجية.عندما يصطدم فوتون ذو طاقة كافية بذرة ، يتم امتصاص الطاقة ، مما يثير أحد إلكترونات الغلاف الخارجي. عندما يرتاح الإلكترون ، فإنه ينبعث منه فوتون ثانوي ، عادة ما يكون ذو طاقة أقل. تعرف هذه العملية باسم التألق. على عكس الفوتونات منخفضة الطاقة ، مثل تلك المستخدمة في الفحص المجهري الفلوري ، فإن فوتونات الأشعة السينية نشطة بما يكفي لطرد الإلكترونات المثبتة بإحكام تماما من الغلاف الداخلي. ثم يسقط إلكترون من غلاف عالي الطاقة في الوظيفة الشاغرة. يتم إطلاق فوتون يتناسب مع فرق الطاقة بين الغلافين. ينبعث كل عنصر من مجموعة فريدة من الفوتونات ، أو الطيف ، والتي يمكن استخدامها لتحديد العنصر وتحديد الكمية الموجودة. تعرف هذه الظاهرة باسم مضان الأشعة السينية.بمجرد جمع الطيف الأولي ، يمكن عزل إشارات العناصر ذات الأهمية. يمكن إجراء القياسات في مواقع متعددة عبر العينة ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة ، بكسل واحد في كل مرة. تعرف هذه العملية باسم المسح الضوئي النقطي. يمكن إنشاء صور لجميع العناصر ذات الأهمية لاحقا. توفر هذه الخرائط الأولية معلومات قيمة حول العينة. من خلال فهم XRF ، فأنت الآن جاهز لإعداد عينة خلية بيولوجية لإنشاء خرائط عنصرية.للبدء ، قم أولا بإعداد وتعقيم نافذة نيتريد السيليكون ، والتي ستحافظ على العينة في مكانها للفحص. توخي الحذر ، لأنها هشة للغاية. قم بتوجيه النافذة بحيث يكون جانبها مسطحا لأعلى. ثم ضع النافذة في طبق ثقافة ، وألصقها بالطبق باستخدام قطع صغيرة من الشريط اللاصق.أخيرا ، قم بتعقيم نافذة نيتريد السيليكون بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 1 ساعة.الآن بعد أن تم تعقيم النافذة ، يمكن تثبيت العينة عليها. أولا ، أمسك طبق الثقافة بزاوية وأضف الوسائط إلى جانب الطبق. تخفيف الميل ببطء لتغطية النافذة. أضف الخلايا إلى الطبق بنفس الطريقة ، واحتضنها.راقب الخلايا بشكل دوري تحت المجهر الضوئي حتى تصبح جاهزة للاستخدام.في غطاء التدفق الصفحي ، استنشق الوسائط برفق من الطبق.ثم اشطف الخلايا بمحلول ملحي مخزن بالفوسفات لإزالة الوسائط الزائدة.استنشق PBS ، وإصلاح الخلايا باستخدام بارافورمالدهايد. بعد 20 دقيقة ، قم بإزالة الخليط وتخلص منه كنفايات خطرة.قم بإزالة النافذة من الطبق ، وقم بمسح الحواف والمسافة البادئة الخلفية للنافذة بسرعة باستخدام Kimwipe. ضع النافذة على سطح نظيف حتى تجف.بمجرد أن تجف العينة ، تحقق من وجود خلايا على النافذة باستخدام مجهر ضوئي.باستخدام طلاء أظافر شفاف ، قم بتثبيت النافذة على حامل من الألومنيوم.أدخل حامل العينة في حامل الجهاز ، ثم ضع الحامل على مرحلة تحديد موضع مجاهر الأشعة السينية.ضع نافذة العينة في النقطة المحورية لبصريات مجهر الأشعة السينية، بزاوية 45 درجة على الحزمة الساقطة.اخرج من منطقة الجهاز وقم بإجراء الخطوات المتبقية عن بعد لتقليل التعرض للأشعة السينية.افتح الغالق ، واستخدم البصريات لتركيز شعاع الأشعة السينية أحادي اللون إلى حجم بقعة دون ميكرومتر.يمكن تصوير موضع البقعة بكاميرا معايرة مسبقا. باستخدام مراحل تحديد المواقع، حدد العرض والارتفاع المناسبين اللازمين للنقط فوق العينة.اجمع طيف اختبار لعنصر الاهتمام بوقت مكوث يبلغ 1 و 2 ثانية.من طيف الاختبار ، اختر وقت مسح مناسب لتوفير نسبة إشارة إلى ضوضاء كافية للعناصر ذات الاهتمام.بعد ذلك ، حدد الدقة المطلوبة للعينة. يجب أن تكون الدقة أصغر من الميزات ذات الأهمية ، ولكنها أكبر من حجم البقعة. أخيرا ، قم ببرمجة المسح الضوئي في برنامج المسح الضوئي ، واجمع الصورة.في هذه التجربة ، تم إجراء خريطة عنصرية للخلية لعدة عناصر مختلفة. العديد من المعادن ، مثل النحاس والحديد والزنك هي عناصر غذائية مهمة في الخلية ، وتم تحديدها بوضوح داخل الخلية.من خلال تحديد مكان وجود كل معدن في الخلية ، يمكن توضيح معلومات قيمة حول عملياته الخلوية الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن فهم الأمراض القائمة على المعادن.يستخدم مضان الأشعة السينية في مجموعة واسعة من المجالات العلمية. تتيح الطبيعة غير المدمرة ل XRF استخدامها في دراسة القطع الأثرية التاريخية. يستخدم مؤرخو الفن هذه التقنية لتحديد الأصباغ المستخدمة في الأصل في الأعمال الفنية. يمكن أن يوضح هذا معلومات حول العمل ، مثل المصدر والألوان التي تلاشت بمرور الوقت والأصالة. يستخدم علماء الطب الشرعي أيضا XRF في التحقيق في مسرح الجريمة. عندما يتم إطلاق مسدس ، يتم تغطية المنطقة المحيطة ببقايا طلقات البندقية. تحتوي بقايا طلقات البندقية على بارود ، وبرايمر إشعال ، ومعدن من الغلاف والرصاصة. يمكن للمعلومات التي تم جمعها باستخدام XRF تحديد الجاني والسلاح المستخدم.مجال آخر للدراسة يفسح المجال لمضان الأشعة السينية هو علم الحفريات. هنا ، يتم جمع المعلومات الأولية من أحفورة ثلاثية الفصوص ، وهي مفصليات بحرية عاشت منذ أكثر من 250 مليون سنة.من خلال توصيف التركيب الأولي للحفريات ، يمكن الحصول على معلومات جديدة حول الحياة المنقرضة الطويلة. يمكن أن توفر العينات المحفوظة بشكل أفضل تكوين الأنسجة الرخوة التي تدهورت منذ فترة طويلة.لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE عن مضان الأشعة السينية. يجب أن تفهم الآن نظرية التحليل الطيفي للأشعة السينية وكيفية جمع المعلومات الأولية من مجموعة واسعة من المصادر.شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

الكيمياء

Analytical Chemistry

الكيمياء التحليلية

xrf imaging for metal mapping

X-ray fluorescence (XRF) is a type of induced radiation that gives spectroscopic information. It is used to detect emitted signals from metals after they are excited by X-rays.

X-ray fluorescence microscopy is a non-destructive imaging method. It uses the fluorescence emission of metals to identify where they are found in a sample and to measure their spatial distribution.

XRF Imaging for Metal Mapping

sample preparation for analytical characterization

sample-preparation-for-analytical-characterization

Why Sample Prep Affects Measurement Error

Sample preparation affects how accurate a chemical measurement will be. In analytical chemistry, a sample must be treated carefully before analysis so it can serve as a standard or an unknown sample. Errors in analytical methods are usually grouped as random or systematic. Random errors come from change and are often linked to noise in the instrument. Systematic errors come from investigator bias or instrumental bias, which creates an offset in the measured value. Errors made during sample...

internal standards

Reducing Sample Loss in Chemical Analysis

Accurate chemical analysis depends on careful sample handling and transfer. When a sample is moved or prepared, some of it can be lost. That loss can make it harder to measure the true concentration of an unknown sample. One way to improve accuracy is to reduce the number of handling steps. For example, a solid sample can be weighed directly into the flask where the solution will be made. If a sample must be moved from one flask to another during a dilution, triple rinsing the glassware helps...

method of standard addition

Correcting Matrix Effects with Standard Additions

The method of standard additions is a quantitative analysis method used to correct matrix effects in a sample. Matrix effects happen when other components in the sample reduce or enhance the analyte absorbance signal, which can lead to major errors in the final result. This approach is often used when a sample contains multiple components that may interfere with the measurement. It is also useful for correcting chemical phase separations that occur during extraction. The key idea is that the...

calibration curves

Using Standards to Measure Unknowns

Calibration curves help measure how an instrument responds to an analyte and how to estimate the concentration of an unknown sample. To build one, scientists prepare standard samples at several concentrations that include the expected range of the unknown. They then record the instrument response for each standard. To improve accuracy, the response at each concentration can be measured more than once. Repeated measurements help show the error, often as error bars. The collected data are then...

ultraviolet-visible (uv-vis) spectroscopy

UV-Vis Spectroscopy in Analysis

UV-Vis spectroscopy is a common analysis method used to study how samples absorb ultraviolet and visible light. It works by sending UV-Vis light through a sample and measuring how much light passes through. From that transmittance, or light that gets through, the absorbance can be calculated as A = -log(T). The result is an absorbance spectrum. This graph shows how much a compound absorbs at different wavelengths. The absorbance pattern depends on the chemical structure of the molecule.

raman spectroscopy for chemical analysis

Raman Spectroscopy and Material Fingerprints

Raman spectroscopy identifies molecules and materials by their Raman fingerprint. It measures vibrational and other low-frequency modes in a sample. In chemistry, this makes it useful for identifying molecules. In solid-state physics, it helps characterize materials and examine crystal structure or crystallinity. Raman micro-spectroscopy has several practical advantages for material testing. It is non-destructive, usually needs no sample preparation, and can be used with very small sample...

x-ray fluorescence (xrf)

X-ray fluorescence (XRF) is a type of induced radiation that gives spectroscopic information. It is used to detect emitted signals from metals after they are excited by X-rays. X-ray fluorescence microscopy is a non-destructive imaging method. It uses the fluorescence emission of metals to identify where they are found in a sample and to measure their spatial distribution.

gas chromatography (gc) with flame-ionization detection

gas-chromatography-gc-with-flame-ionization-detection

GC Separates Small Volatile Molecules

Gas chromatography (GC) separates and detects small, volatile molecules in the gas phase. The sample can start as a gas or as a liquid that is vaporized in the injection port. GC is usually used for compounds under 1,000 Da because larger molecules are harder to vaporize. It is often chosen for non-aqueous samples and for organic compounds in environmental and industrial work. GC is especially useful when the target molecules are small and nonpolar. Liquid chromatography (LC) is more common...

high-performance liquid chromatography (hplc)

high-performance-liquid-chromatography-hplc

HPLC Separation in Soft Drink Analysis

High-performance liquid chromatography (HPLC) is used to separate and measure components in liquid samples. It works by pumping a solution through a column packed with small porous particles. A second phase is bound to the particle surface inside the column. Because sample components dissolve differently in these two phases, they move through the column at different average speeds and separate from one another. In this method, the pumped solution is the mobile phase, and the material inside...

ion-exchange chromatography

Ion-Exchange Chromatography for Sample Cleanup

Ion-exchange chromatography is a separation method that cleans up samples by using charge. A column is packed with an ion-exchange resin, which is a charged stationary phase on a solid support. Strong cation-exchange chromatography uses a negatively charged resin to separate cations. Strong anion-exchange chromatography uses a positively charged resin to separate anions. This method is often used to prepare samples before further tests. It can help clean up protein samples or nucleic acid...

capillary electrophoresis (ce)

Capillary Electrophoresis for Fast Separations

Capillary electrophoresis is a separation method that uses an electric field to sort molecules by size and charge. It is carried out in a small glass tube called a capillary. The capillary is filled with an electrolyte solution, which helps the analytes move during the separation. Molecules separate because they have different electrophoretic mobility, or different speeds in the electric field. That mobility depends on charge, solvent viscosity, and size. Because the capillary has a large...

introduction to mass spectrometry

ICP-MS for Detecting Iron Ions

ICP-MS is a mass spectrometry method used to detect elements in a sample, with iron shown here as the example. Mass spectrometry helps identify unknown compounds, measure known materials, and study the structure and chemical properties of molecules. It does this by turning chemical compounds into ions so they can be analyzed. A mass spectrometer has three main parts: an ionization source, an analyzer, and a detector. In inductively coupled plasma, or ICP, samples with elements of interest...

scanning electron microscopy (sem)

SEM Imaging of Conductive Samples

Scanning electron microscopy, or SEM, uses electrons to create detailed images of conductive samples. It is a powerful tool for seeing surface features at magnifications that are much higher than a traditional light microscope can reach. Modern light microscopes can reach about 1,000X, while a typical SEM can reach more than 30,000X. Because SEM does not use light to form an image, the pictures appear in black and white. The sample is placed on the SEM stage and the chamber is brought to a...

electrochemical measurements of supported catalysts using a potentiostat/galvanostat

electrochemical-measurements-supported-catalysts-using

Preparing Catalyst Electrodes for Electrochemical Tests

This page explains how supported catalyst electrodes are prepared for electrochemical testing with a potentiostat/galvanostat. A potentiostat/galvanostat measures current at an applied potential, or potential at an applied current. It is a standard tool for studying anode and cathode materials used in fuel cells, electrolyzers, batteries, and supercapacitors. The setup uses a three-electrode electrochemical cell. The potentiostat leads connect to the reference electrode, counter electrode, and...

cyclic voltammetry (cv)

Cyclic Voltammetry Scan Window Setup

Cyclic voltammetry is an electrochemical method that scans a range of potential voltages while current is measured. It uses a stationary electrode that is immersed in the sample. The potential is swept from a starting value to a switching potential and then swept back again. This forward scan and reverse scan create a cyclic sweep of potentials. The current versus potential plot from the data is called a cyclic voltammogram. The minimum and maximum potentials in the test define the scan window.

analytical chemistry

This collection takes a broad look at quantitative analysis and instrumentation including electrochemistry, spectroscopy, chromatography, and mass spectrometry.

Learn how X-ray fluorescence microscopy uses induced XRF signals to detect metals, map their location, and measure spatial distribution in samples without damage.

XRF Imaging for Metal Mapping | JoVE K12

Next Generation Science Standards

Physical Science

HS-PS4-5

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Overview

Principles of X-ray Fluorescence

Preparing the Silicon Nitride Windows

Plating and Fixing Cells on the Windows

Generating X-ray Fluorescence Images

Representative Results

Applications

Summary

Travelling Waves

A wave is a disturbance that propagates from its source, repeating itself periodically, and is typically associated with simple harmonic motion. ...

Wave Parameters

The simplest mechanical waves are associated with simple harmonic motion and repeat themselves for several cycles. These simple harmonic waves can be ...

Equations of Wave Motion

Mathematically, the motion of a wave can be studied using a wavefunction. Consider a string oscillating up and down in simple harmonic motion, having a ...

Graphing the Wave Function

Consider the wave equation for a sinusoidal wave moving in the positive x-direction. The wave equation is a function of both position and time. From the ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14721.jpg

Velocity and Acceleration of a Wave

A wave propagates through a medium with a constant speed, known as a wave velocity. It is different from the speed of the particles of the medium, which ...

Speed of a Transverse Wave

The speed of a wave depends on the characteristics of the medium. For example, in the case of a guitar, the strings vibrate to produce the sound. The ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14722.jpg

problem-solving-tuning-of-a-guitar-string

Problem-Solving: Tuning of a Guitar String

In the case of stringed instruments like the guitar, the elastic property that determines the speed of the sound produced is its linear mass density or ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14744.jpg

Kinetic and Potential Energy of a Wave

All forms of waves carry energy; this is directly visualized in nature. For instance, the waves of earthquakes are so intense that they can shake huge ...

Energy and Power of a Wave

The total energy associated with a wavelength is the sum of the potential energy and the kinetic energy. The average rate of energy transfer associated ...

Interference and Superposition of Waves

When two waves of the same nature occur in the same region simultaneously, they result in interference. Interference of waves implies that the net effect ...

Know wave parameters (i.e. velocity, period, amplitude, frequency, angular frequency) as well as how these quantities are defined in the cases of longitudinal and transverse waves.    Know wave parameters (i.e. velocity, period, amplitude, frequency, angular frequency) as well as how these quantities are defined in the cases of longitudinal and transverse waves.  EXPLANATION: Standard 4.PS4.1 is a student’s introduction to waves. At this time, students address the properties of amplitude, wavelength and direction of a wave and principles of superposition of waves, but not by name. In 8.PS4.1, students revisit the topic adding frequency to their models and beginning to consider wave speed, but without mentioning factors affecting the speed of the waves. PHYS.PS2.3 includes discussion of rotational motion which can pair with discussions of simple harmonic motion to clarify angular velocity and angular speed. Discussions regarding the origin of waves can fully develop these ideas.

PHYS.PS4.1

Speed of Sound in Solids and Liquids

Most solids and liquids are incompressible&#8212;their densities remain constant throughout. In the presence of an external force, the molecules tend to ...

Speed of Sound in Gases

The speed of sound in a gaseous medium depends on various factors. Since gases constitute molecules that are free to move, they are highly compressible. ...

Deriving the Speed of Sound in a Liquid

As with waves on a string, the speed of sound or a mechanical wave in a fluid depends on the fluid&#39;s elastic modulus and inertia. The two relevant ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14725.jpg

propagation-speed-of-electromagnetic-waves

Propagation Speed of Electromagnetic Waves

Electromagnetic waves are consistent with Ampere&#39;s law. Assuming there is no conduction current Ampere&#39;s law is given as:


Consider a plane ...

Electromagnetic Waves in Matter

Electromagnetic waves can travel in the vacuum as well as in matter. For example light, which is an electromagnetic wave, can travel through air, water, ...

Simple Harmonic Motion

Simple harmonic motion is the name given to oscillatory motion for a system where the net force can be described by Hooke&#39;s law. If the net force can ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12762.jpg

characteristics-of-simple-harmonic-motion

Characteristics of Simple Harmonic Motion

The key characteristic of the simple harmonic motion is that the acceleration of the system and, therefore, the net force are proportional to the ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12763.jpg

oscillations-about-an-equilibrium-position

Oscillations about an Equilibrium Position

Stability is an important concept in oscillation. If an equilibrium point is stable, a slight disturbance of an object that is initially at the stable ...

Energy in Simple Harmonic Motion

To determine the energy of a simple harmonic oscillator, consider all the forms of energy it can have during its simple harmonic motion. According to ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12765.jpg

Frequency of Spring-Mass System

One interesting characteristic of the simple harmonic motion (SHM) of an object attached to a spring is that the angular frequency, and the period and ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14718.jpg

Describe parameters of a medium that affect the propagation of a sound wave through it. Describe parameters of a medium that affect the propagation of a sound wave through it. EXPLANATION: The focus of this discussion should be properties of the medium, specifically the density of the material. The density becomes a factor in optics and considering transmission of electromagnetic waves. Students can be led to make their descriptions by experimenting with coiled springs stretched to varying lengths. The topic of linear mass density can be used to explore analogous properties in the air.

PHYS.PS4.2

Reflection of Waves

When a wave travels from one medium to another, it gets reflected at the boundary of the second medium. A common example of this is when a person yells at ...

Propagation of Waves

When a wave propagates from one medium to another, part of it may get reflected in the first medium, and part of it may get transmitted to the second ...

Standing Waves

Sometimes waves do not seem to move; rather, they just vibrate in place. Unmoving waves can be seen on the surface of a glass of milk kept in a ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12783.jpg

Modes of Standing Waves - I

A close look at earthquakes provides evidence for the conditions appropriate for resonance, standing waves, and constructive and destructive interference. ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12784.jpg

Modes of Standing Waves: II

The starting point for expressing the modes of standing waves is understanding the boundary conditions that the waves must follow. The boundary conditions ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14723.jpg

Understand that the reflection, refraction, and transmission of waves at an interference between two media can be modeled on the basis of the characteristics of specific wave parameters and parameters of the medium.  Understand that the reflection, refraction, and transmission of waves at an interference between two media can be modeled on the basis of the characteristics of specific wave parameters and parameters of the medium. EXPLANATION: The focus of this standard is on developing an understanding for the behavior of waves at a boundary. To demonstrate these principles, it is suggested that students create waves on a coiled spring or string and send these waves towards either a free or fixed end or through a different weight of string. For instance, wave can be created in a section of a lighter string then transmitted towards a point where that string terminates into a heavier segment of string. In doing so, it is possible to observe the effects on wave amplitude and a discussion of energy differences. Students should extend their observations of these mechanical waves to wave behaviors at other scales.

PHYS.PS4.3

Sound Waves: Interference

Sound waves can be modeled either as longitudinal waves, wherein the molecules of the medium oscillate around an equilibrium position, or as pressure ...

Interference: Path Lengths

Consider two sources of sound, that may or may not be in phase, emitting waves at a single frequency, and consider the frequencies to be the same.
Two ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14727.jpg

Sound Waves: Resonance

Resonance is produced depending on the boundary conditions imposed on a wave. Resonance can be produced in a string under tension with symmetrical ...

Beats

The study of music provides many examples of the superposition of waves and the constructive and destructive interference that occurs. Very few examples ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14728.jpg

Communicate scientific and technical information about how the principle of superposition explains the resonance and harmonic phenomena in air columns on strings and common sound devices. Communicate scientific and technical information about how the principle of superposition explains the resonance and harmonic phenomena in air columns on strings and common sound devices. EXPLANATION:  In 4.PS4.1, students examine the effects of superposition of waves, but do not explore the behavior of waves at boundaries. Building on 4.PS4.3, the behavior of a wave at a free or fixed boundaries can create patterns where successive waves produced by a source interact with those reflected off a boundary. Discussions should include general development of the idea of harmonics. Once established, this topic can be extended to the specific function of stringed instruments such as guitars of simple open or closed tubes. The phenomena of resonance can be produced using a tuning fork held above a section of rigid tubing which is lowered or lifted into a pail of water. Resonance can be heard clearly at multiple points, providing an opportunity to model the source of resonance and relate the resonance points to the wavelength of the wave produced. The phenomenon of beats can be used to provide an introduction to this topic as it too is an audible phenomenon. Quick demonstrations of beats can be performed without tuning forks using multiple open windows in a browser simultaneously playing different frequencies.

PHYS.PS4.4

Electromagnetic Waves

James Clerk Maxwell formulated a single theory combining all the electric and magnetic effects scientists knew during that time, calling the phenomena his ...

Generating Electromagnetic Radiations

The German physicist Heinrich Hertz (1857&#8211;1894) was the first to generate and detect certain types of electromagnetic waves in the laboratory. ...

The Electromagnetic Spectrum

Electromagnetic waves are categorized according to their wavelengths and frequencies, giving the electromagnetic spectrum. These waves are classified as ...

Electromagnetic Wave Equation

Maxwell&#39;s equations for electromagnetic fields are related to source charges, either static or moving. These fields act on a test charge, whose ...

Anatomy of the Eyeball

The eyeball is a hollow fluid-filled structure composed of three layers&#8212;the fibrous, vascular, and inner layers.
The superficial fibrous layer has ...

Accessory Structures of the Eye

The accessory structures of the eyes protect and support the eye but are not directly involved in vision.&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;
Eyebrows, ...

Focusing of Light in the Eye

In a normal human eye, as light rays enter, they bend at the cornea, and the lens, to form an inverted image on the retina. The extent to which rays ...

Evaluate the characteristics of the electromagnetic spectrum by communicating the similarities and differences among the different bands. Research and determine methods and devices used to measure these characteristics. Evaluate the characteristics of the electromagnetic spectrum by communicating the similarities and differences among the different bands. Research and determine methods and devices used to measure these characteristics. EXPLANATION: The visible portion of the electromagnetic spectrum will be familiar to students, as will the ideas of x-rays, microwaves, and radiowaves. However, students often struggle to see these phenomena as multiple manifestations of the same principles. It may be beneficial to relate these discussions to the physiology of the human eye, specifically the function of the rhodopsin photopigment. As a demonstration: the light bulbs on the front of remote controls emit light outside of the visible spectrum; however, inexpensive cell phone cameras lack IR filters (as well as some front facing cameras on more current cell phones). Rendering the IR light visible can help student to understand that many devices function by capturing the energy of electromagnetic waves. An additional option would be the creation of a crystal radio using a germanium diode.

PHYS.PS4.5

Light as Energy

The energy required to carry out photosynthesis is light&#8212; typically electromagnetic radiation from the sun. The range of all possible wavelengths is ...

dual-nature-of-electromagnetic-em-radiation

Dual Nature of Electromagnetic (EM) Radiation

Electromagnetic (EM) radiation consists of electric and magnetic field components oscillating in planes perpendicular to each other and mutually ...

interaction-of-em-radiation-with-matter-spectroscopy

Interaction of EM Radiation with Matter: Spectroscopy

Electromagnetic (EM) radiation can be considered an oscillating electric and magnetic field propagating through a medium that can interact with matter in ...

Plan and conduct controlled scientific investigations to construct explanations of light’s behavior (reflection, refraction, transmission, interference) including the use of ray diagrams. Plan and conduct controlled scientific investigations to construct explanations of light’s behavior (reflection, refraction, transmission, interference) including the use of ray diagrams. EXPLANATION:  In PHYS.PS4.3 students examine the behaviors of mechanical waves moving through a medium. Though the terminology in this standard is comparable, this standard focuses on optics of light. Students should work with lenses and mirrors to build an understanding of the behaviors of light as it interacts with surfaces (reflection, refraction, transmission). In 4.PS4.1 and PHYS.PS4.1, students investigated interference patterns with mechanical waves. Using a pair of speakers and an online tone/frequency generator, it is possible to demonstrate that sound waves, like mechanical waves, can interfere with each other. In such a demonstration, students are able to hear variations in the volume of the sound as they walk in a straight line across the field of sound created by the speakers.

PHYS.PS4.6

XRF Imaging for Metal Mapping

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards