وتصف هذه الورقة وضع بروتوكول لتحقيق 3D خرائط الكيميائية الجمع بين تصوير الطاقة التي تمت تصفيتها والتصوير المقطعي الإلكترون. درس توزيع المواد الكيميائية هما حافز يدعم يتكون من العناصر التي يصعب على تمييز من خلال تقنيات التصوير الأخرى. كل تطبيق يتكون من تعيين عناصر كيميائية المتراكب-حواف تاين متباعدة على التوالي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
الحصول على خرائط الكيميائية 3D بالطاقة التي تمت تصفيتها انتقال الميكروسكوب الإلكتروني التصوير المقطعي
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
الطاقة انتقال المصفاة الميكروسكوب الإلكتروني التصوير المقطعي (التصوير المقطعي افتيم) يمكن أن توفر خرائط ثلاثية الأبعاد (3D) الكيميائية من المواد في نطاق النانومترية. يمكن فصل التصوير المقطعي افتيم العناصر الكيميائية التي من الصعب جداً التمييز بين استخدام تقنيات التصوير الأخرى. البروتوكول التجريبي الموصوفة هنا يوضح كيفية إنشاء خرائط الكيميائية 3D لفهم توزيع المواد الكيميائية ومورفولوجيا من مادة. تقدم خطوات إعداد نموذج لتجزئة البيانات. ويسمح هذا البروتوكول تحليل توزيع ثلاثية الأبعاد للعناصر الكيميائية في عينة النانومترية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في الوقت الراهن، خرائط الكيميائية 3D يمكن إنشاء فقط للعينات التي لا شعاع الحساسة، حيث يتطلب تسجيل الصور التي تمت تصفيتها مرات التعرض الطويل لشعاع إلكترون مكثفة. تم تطبيق البروتوكول التحديد الكمي لتوزيع المواد الكيميائية عناصر تدعم محفز غير متجانسة مختلفة اثنين. في الدراسة الأولى، وقد تم تحليل توزيع المواد الكيميائية من الألومنيوم والتيتانيوم في تيتانيا-شركة ألومينا يدعم. أعدت العينات باستخدام الأسلوب البديل-الأس الهيدروجيني. في الحالة الثانية، تم بحث توزيع المواد الكيميائية للألومنيوم والسليكون في يدعم الألومينا والسليكا التي أعدت باستخدام مسحوق سول والأساليب الميكانيكية خليط.
المقدمة
خصائص المواد الفنية التي تعتمد على المعلمات 3D الخاصة بهم. الكامل فهم خصائصها وتعزيز وظائفها، من المهم تحليل التشكل وتوزيع المواد الكيميائية في 3D. إلكترون التصوير المقطعي1 (ET) واحدة من أفضل التقنيات لتقديم هذه المعلومات في2،مقياس نانومتر3. تتكون من تدوير العينة على نطاق كبير زاوي وتسجيل صورة واحدة في كل خطوة الزاوي. يتم استخدام سلسلة إمالة التي تم الحصول عليها لإعادة بناء حجم العينة باستخدام خوارزميات رياضية تعتمد على تحويل غاز الرادون4،5. تحديد مستويات الرمادي في الحجم يساعد على نموذج العينة في 3D وقياس بارامترات 3D مثل الجسيمات التعريب6 وحجم التوزيع7، المسام موضع وحجم التوزيع8، إلخ
بشكل عام، تتم ET مع مجهر الإلكتروني عن إمالة العينة بزاوية الحد الأقصى الممكن، يفضل أن تكون أكثر من 70 درجة في أي من الاتجاهين. وتسجل إسقاطاً للعينة في كل زاوية الميل، تشكيل سلسلة إمالة صور. أن سلسلة إمالة الانحياز واستخدامها لإعادة بناء حجم العينة التي سوف تكون مجزأة وتقديرها كمياً. لأنه يتعذر تدوير العينة من-90 ° إلى 90 °، قد حجم أعيد بناؤها قرار متباين على طول محور متعامد9 نظراً لزاوية تسجيل أعمى.
ويمكن أن يتم في أوضاع التصوير المختلفة. استخدام الوضع تيم الحقل مشرق (فرنك بلجيكي-TEM) لدراسة المواد غير متبلور، والعينات البيولوجية، والبوليمرات، أو يدعم محفز مع الأشكال المعقدة. يستند تحليل الصور إلى التفريق بين مستويات الرمادي الذي يتسم به كثافة مكونات10 (مكون كثيفة ستكون أكثر الظلام من أخف، أي، المكون أقل كثافة). يتم استخدام الحقل المظلم حلقية زاوية مرتفعة في وضع تيم (هادف-الجذعية) المسح لتحليل العينات البلورية. الإشارة يوفر المعلومات عن المواد الكيميائية كدالة لعدد الذرية؛ مكون ثقيلة من العينة ستظهر أكثر إشراقا أن أخف واحد9. تصفية تصوير الوضع (افتيم)12،13وسائط أخرى، مثل مطيافية "الأشعة السينية المشتتة الطاقة" (EDX)، الذي يقوم بتجميع الأشعة السينية المنبعثة من المواد11، والطاقة، هي أيضا قادرة على تقييم توزيع المواد الكيميائية 3D ضمن العينة.
في مجال التصوير افتيم، يمكن تسجيلها في 2D خرائط الكيميائية استخدام تيم مع مطياف الإلكترونات الطاقة. والمطياف تعمل كمنشور مغناطيسي بتشتيت الإلكترونات كدالة لاحتياجاتها من الطاقة. يتم إنشاء صورة بالإلكترونات اعتماداً على الطاقة فقدت من التفاعل مع ذرة محددة. إذا كان يتم حسابها نفس الخريطة الكيميائية 2D في زوايا مختلفة الميل، إمالة الحصول على سلسلة من الإسقاطات الكيميائية، التي يمكن استخدامها لإعادة بناء وحدة التخزين الكيميائية 3D.
ليست جميع المواد التي يمكن تحليلها بالتصوير المقطعي افتيم. التقنية محجوز لعينات المواد ضعيفة أو اضطرابه. ومع ذلك، يمكن استخدامه لتحليل العناصر الخفيفة التي يصعب جداً التفريق عند استخدام تقنيات التصوير الأخرى. وبالإضافة إلى ذلك، مطلوب سمك المواد للحصول على خرائط الكيميائية 2D موثوق بها، أن يكون أقل من مسار الإلكترونات الحرة يعني من خلال المواد14. تحت هذا الشرط، احتمالية وجود إلكترون واحد من التفاعل مع ذرة واحدة من أعظم. تستخدم طريقتين لحساب خارطة كيميائية 2D. تعد الأولى من نوعها، والأكثر استخداماً هو "الأسلوب windows ثلاثة"، حيث تسجل إطارين الطاقة التي تمت تصفيتها قبل حافة التأين للعنصر ضمن التحليل، وثالثة بعد حافة التأين13. الصور الأولى والثانية تستخدم لتقدير الخلفية، الذي هو استقراء استخدام قانون قوة في الموضع للنافذة الثالثة ومطروحاً منه. الصورة التي تم الحصول عليها من الإسقاط 3D توزيع عنصر كيميائي تم تحليلها في حجم العينة. يتم استدعاء الأسلوب الثاني "نسبة الانتقال"؛ فإنه يستخدم اثنين فقط الصور التي تمت تصفيتها الطاقة واحد قبل والثاني بعد حافة التأين. هذا الأسلوب النوعية، كما يحسب فقط بأداء النسبة بين تلك الصورتين الصورة النهائية، ولا تراعي اختلاف الطاقة الخلفية.
من خلال الجمع بين افتيم مع آخرون، ويمكن الحصول على التصوير المقطعي التحليلية من الطاقة التي تمت تصفيتها. افتيم التصوير المقطعي والتصوير المقطعي بمسبار ذرة (APT) تقنيات تكميلية. بالمقارنة مع الرابطة، هو التصوير المقطعي افتيم تحليل توصيف غير مدمرة التي لا تحتاج إلى إعداد نماذج معقدة. يمكن استخدامه لتنفيذ مختلف الأوصاف على نانوحبيبات فريدة من نوعها. ويمكن تحليل التصوير المقطعي افتيم المواد العازلة، بينما تحتاج الرابطة في مساعدة ليزر أقل جداً لقياس هذه. APT يعمل على النطاق الذري، في حين أن التصوير المقطعي افتيم ينفذ على نحو كاف مع دقة أقل. افتيم التصوير المقطعي ذات الصلة فقط لعينات أن مقاومة تدهور شعاع أثناء التجربة. لتسجيل جميع الصور التي تمت تصفيتها في جميع زوايا إمالة، يمكن أن تتعرض العينة إلى شعاع الإلكترون لطالما ح 2. وعلاوة على ذلك، لتسجيل إشارة كيميائية كحد أقصى في 2D الخرائط، يلزم أطول المدد المعرض بكثافة شعاع عالية. في مثل هذه الظروف، تعاني العينات الحساسة شعاع تغييرات جذرية المورفولوجية والكيميائية. ولذلك، يجب إنشاء قياس دقة حساسية عينة لشعاع الإلكترون قبل التجربة. وباﻹضافة إلى ذلك، افتيم التصوير المقطعي هو نتيجة لتسجيل العديد من توموجرامس عند الضرورة لتحديد الموقع المكاني وطبيعة العناصر الكيميائية الموجودة في العينة. ومع ذلك، يمكن أن توفر التصوير المقطعي افتيم المعلومات الهامة المتعلقة بتوزيع المواد الكيميائية 3D للعينات، مثل يدعم محفز، لتقديم رؤى جديدة للنمذجة تطبيقاتها الحفاز.
اليوم من الممكن استخدام البرمجيات المخصصة التي يمكنك تحديد الفاصل الزمني الطاقة، سجل تصفية الطاقة نافذة الصور، وحساب خرائط المادة الكيميائية في زوايا الميلان المختلفة. أنها تسمح لإمالة العينة، تتبع، والتركيز، وتسجيل الصورة التي تمت تصفيتها في وضع افتيم. يمكن أن تحسب في 2D خرائط الكيميائية، وثم سلسلة الميل يمكن الانحياز، حجم المواد الكيميائية المحسوبة باستخدام خوارزميات متكررة، وأخيراً يمكن أن تكون السلسلة مجزأة وكمياً15،16.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. إعداد نموذج
- سحق العينة في قذيفة هاون وتفريق في الكحول أو المقطر المياه؛ ضع قطره من العينة على شبكة مجهرية وأتركها تجف.
ملاحظة: عينات مثل الألومينا السليكا أو الألومينا تيتانيا يمكن يكون مسحوق أو مادة البوليستيرين، ويمكن سحق وفرَّقت في حل باستخدام الموجات فوق الصوتية. وبصفة عامة، لتحليل ET، من المهم أن تركيز العينة على الشبكة منخفضة، لتجنب تراكب العينة والتظليل عند إمالة الشبكة في زوايا كبيرة. وينصح مجهرية 200-مش الشبكات التي تدعم فيلم من الكربون المخرمة أو الكربون أسي. - استخدام ماصة، وضع معالجة تجميعية لحل الغروية التي تحتوي على علامات الاعتماد على العينة. استيعاب أي حل الزائدة وأتركها تجف.
ملاحظة: علامات الاعتماد محسوبة جيدا من جسيمات نانوية الاتحاد الأفريقي قد علقت في التوصل إلى حل. يمكن أن تكون متفرقة علامات الاعتماد أيضا على الشبكة قبل إضافة العينة. على سبيل مثال، إذا كانت العينة مصنوع من جسيمات نانوية ذات أحجام مماثلة كعلامات الاعتماد، إيداع علامات الاعتماد عبر الشبكة بغية الفصل بينهما جيدا من خلال تجزئة البيانات والقياس الكمي. علامات الاعتماد هي موقف المراجع المستخدمة عند محاذاة الصور إمالة.
2-تسجيل الصور سلسلة إمالة التي تمت تصفيتها
- مع المجهر الإلكتروني، العثور عينة معزولة في وسط الشبكة مجهرية.
ملاحظة: في المجهر الإلكتروني، محور س على طول صاحب العينة والمحور Y عمودياً على صاحب العينة، والمحور Z على طول شعاع الإلكترون. لتكون قادراً على إمالة العينة في زاوية الميل الحد الأقصى، تحليل عينة يقع أقرب ما يمكن إلى محور س. - بمجرد وضع جيد يسمح له العينة، تحقق من التكوين الكيميائي للعينة. إجراء تحليل كيميائي باستخدام الطاقة المشتتة القياس الطيفي بالأشعة السينية (EDS)، أو قياس الطيف الكتلي فقدان الطاقة الإلكترون (الثعابين) بتركيز الشعاع على العينة المختارة، وسجل مجموعة. إذا كانت العينة تحتوي على العناصر الكيميائية ذات الاهتمام، الابتعاد عن ذلك وتشغيل الاختبارات التالية على عينة تمثيلية قريبة.
- تحقق شعاع الإلكترون كثافة عبر العينة، عرض windows الطاقة من الصور التي تمت تصفيتها، وتصفية الوقت معرض لكل صورة. البحث عن أفضل حل وسط للعينة بين شعاع الأضرار والإشارات الكيميائية سجلت في13،،من12إسقاطات الكيميائية17.
ملاحظة: لتسجيل الإشارات الكيميائية الحد الأقصى في الصور التي تم تصفيتها، استخدم كثافة شعاع الحد الأقصى. ومع ذلك، يجب إجراء تجربة تشعيع قبل أي تحليل للتحقق من وجود أية تغييرات إلى العينة من تأثير شعاع الإلكترون. للقيام بهذا الأمر، حساب الجرعة إلكترون أثناء تسجيل سلسلة إمالة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتم اختبار سهولة بمقارنة صورة قبل وصوره بعد التجربة. - استخدام وضع افتيم لبرنامج التسجيل لحساب خارطة كيميائية 2D باستخدام الأسلوب ثلاثة--ويندوز، والتحقق إذا كان يتم تسجيل إشارة كيميائية كافية.
ملاحظة: البرنامج السجلات ثلاث صور تمت تصفيتها؛ الأولى والثانية تستخدم لتقدير الخلفية من الصورة الثالثة.- في البرنامج، حدد عنصر كيميائي تحت التحقيق وحافته التأين. تعيين عرض النافذة الطاقة ووقت التعرض. تسجيل الصور ومن ثم حساب الخريطة الكيميائية باستخدام قانون طاقة لاستخراج الخلفية. في بيئة 32-بت مع 512 × 512 بكسل، إشارة الحد الأدنى حوالي 300-400 تهم كل بكسل المسجلة في صورة كيميائية.
- تعيين زاوية الميل عينة في الارتفاع يوسينتريك والاختيار زاوية الميل الحد الأدنى، أي-70 درجة أو أقل، والحد الأقصى، أي، + 70 درجة أو أكثر.
- إحضار العينة ليتم تحليلها مرة أخرى إلى عرض وتسجيل صورة (سيكون هذا الصورة قبل اقتناء). ثم سجل إمالة سلسلة من الصور التي تمت تصفيتها باستخدام البرمجيات المناسبة.
ملاحظة: يمكنك تسجيل الإضافات التصوير المقطعي افتيم مخصصة سلسلة إمالة عدة في الوقت نفسه. وهذا يعني أنه، في كل زاوية الميل، يمكن تسجيل عدة صور متتالية. يمكن أن تكون الصورة الأولى صورة مصفاة تتمحور حول الخسارة صفر وهذه الصورة صورة مشرقة حقل نموذجي. الصور قبل الحافة والصورة بعد حافة العنصر الكيميائي الأول ثم تليها الصور قبل الحافة وصورة ما بعد حافة عنصر كيميائي الثانية. خلافة العناصر الكيميائية التي تمنحها حافتها التأين المحدد.- في تسجيل افتيم إمالة سلسلة البرامج، حدد عرض كل إطار الطاقة وزمن التعرض لها، ومن ثم الحد الأقصى والحد الأدنى إمالة زاوية وخطوة الميل الزاوي. التوصل إلى حل وسط بين العدد من الصور في سلسلة إمالة ووقت التعرض الإجمالي للعينة لشعاع الإلكترون، استخدم خطوة ميل 4°، أي، الصور 51 كل إمالة سلسلة بين ± ° 71؛ ومع ذلك، يمكن اختيار خطوة ميل أصغر إذا كانت العينة لا تتحلل تحت الشعاع.
- لكل عنصر كيميائي، الميل ثلاثة سجل سلسلة من الصور التي تمت تصفيتها لحساب الإسقاط الكيميائية باستخدام الأسلوب ثلاث نوافذ. لتحديد مقدار الانحراف الطبيعي للعينة في كل زاوية الميل أثناء تسجيل الصور التي تمت تصفيتها (العينة يمكن أن تظل في بعض زوايا الميل لأكثر من 1 دقيقة)، يمكن أن الصورة الأولى صورة تمت تصفيتها على إشارة الخسارة صفر حتى تكون آخر صورة مسجل القوة تيريد الصورة التي شكلتها جميع الإلكترونات في كل الطاقات. يمكن استخدام تلك الصورتين لحساب خريطة سمك العينة. ولذلك، لمراقبة توزيع المواد الكيميائية من هذين العنصرين في كل زاوية الميل، تسجيل الصور التي تمت تصفيتها 7 (1 صفر الخسارة، 3 للعنصر الكيميائي الأول، 3 للعنصر الكيميائي الثاني) 1 صورة فلتر (في المجموع، 8 سلسلة الميل المسجل).
3-الاتساق والتعمير سلسلة إمالة
- محاذاة الصور الثلاث التي تمت تصفيتها المقابلة لكل عنصر كيميائي لكل زاوية الميل، وحساب الخريطة الكيميائية باستخدام المساعد18 15،افتيمتج متخصصة من إيماجيج. في برنامج إيماجيج، استخدام مسار الملف | فتح وحدد الملفات المقابلة لتصفية الصور سلسلة إمالة. فتح كل ثلاث سلاسل إمالة التي تمت تصفيتها: الحافة قبل عامين وحافة بعد واحد.
- قم بفتح البرنامج المساعد افتيمتج مخصص. انقر فوق + | مكدس الذاكرة المؤقتة أو صورة وحدد سلسلة إمالة التي بالفعل مفتوحة.
- وسجلت في الجدول الذي يظهر، تحول الطاقة لكل إمالة سلسلة، أيالطاقة فيها كل إمالة سلسلة التعبئة. أيضا، ملء شق العرض، أي، الطاقة ويندوز. ملء "وقت التعرض" لكل صورة التي تمت تصفيتها. التحقق من وجود كافة إمالة ثلاثة سلسلة الخرائط. انقر فوق التالي.
- اختيار الصورة الأولى صورة مرجعية، وثم انقر فوق تطبيق. انقر فوق التالي: تظهر صورة معاينة لمحاذاة المقترحة. بصريا التحقق من أن الصور 3 سجلت في نفس زاوية الميل متراكبة جيدا (ينبغي أن تراعي لا تحول بين الصور).
ملاحظة: تم إجراء هذا البروتوكول على النسخة 0.9 من البرنامج المساعد افتيمتج. في هذه اللحظة، سجلت الصور التي تمت تصفيتها على محاذاة زاوية الميل نفسه. - حدد إطار افتيمتج، الصور المقابلة الخلفية والكيميائية الحافة. حدد النموذج لاستخراج الإشارات قوةومن ثم انقر فوق إنشاء خريطة. في إيماجيج، حدد الملف | حفظ والعثور على المسار لحفظ هذا الملف الأخير.
ملاحظة: يتم الحصول على سلسلة إمالة الخريطة الكيميائية. مزيد من المعلومات حول كيفية استخدام البرنامج المساعد متاحة على الإنترنت. - كرر الخطوة 3، 1 لكل سلسلة طاقتها الكيميائية.
- محاذاة سلسلة صفر-فقدان الميل باستخدام إصدار من البرنامج إيمود19 صدر في عام 2009 لمحاذاة سلسلة إمالة. البرنامج يسمح التطبيق لأن التحالفات المحسوبة على سلسلة ميل إلى سلسلة أخرى من الميل.
ملاحظة: يكتب البرنامج المحاذاة على ملفات القرص يحتوي على جميع عمليات النزوح المطبقة على كل صورة. في أماكن أخرى لمراجعة الإجراء المحاذاة باستخدام إيمود20 ولا يدخل في نطاق هذه المادة. - استخدام المحاذاة المحسوبة لسلسلة صفر-فقدان إمالة، وتطبيقها على سلسلة طاقتها الكيميائية المحسوبة سابقا.
ملاحظة: في هذا الإصدار من البرنامج، من الممكن لتغيير الملف سلسلة صفر-فقدان الميل مع ملف سلسلة كيميائية إمالة بالحفاظ على اسم الملف وتطبيق عمليات النزوح السابقة المحسوبة. للبرمجيات، وسيكون الملف نفس الاسم، ونفس العدد من الصور من نفس الحجم، وإلا فإنه لن يحتوي على صفر فقدان الصور ولكن الصور الكيميائية. - التحديد الكمي للانجراف بعبر ربط مسجل الصورة الأولى، أيمركز الخسارة صفر وواحد آخر (الصورة غير المصفى). يمكن أن تنفق العينة عدة ثوان في كل زاوية الميل في حين يتم تسجيل كافة الصور التي تم تصفيتها. وخلال هذا الوقت، الانجرافات العينة بطبيعة الحال كمية صغيرة.
- في برنامج إيماجيج، انقر فوق الملف | فتح وآماله السلسلة، حدد محاذاة الخسارة صفر، ثم فتح خرائط المادة الكيميائية محاذاة سلسلة إمالة.
- انقر فوق تحرير | لون | دمج القنوات. حدد ملف المقابلة للخسارة صفر اللون الأحمر والعنصر الكيميائي الأول للأخضر، والثاني عنصر كيميائي للأزرق، بهذا الترتيب. قم بإلغاء تحديد إنشاء مركب والتحقق من الحفاظ على الصورة المصدر. يتم إنشاء كومة في كل زوايا الميل لكافة الصور المسجلة.
- انقر على الإضافات | قم بمحاذاة خطط RGB21. الأحمر هو الصورة المرجعية. حدد الأخضر واستخدام الأسهم، تتداخل مع أكثر من واحد أحمر. انقر فوق التالي، ثم كرر لجميع الزوايا.
- انقر فوق تحرير | لون | تقسيم القنوات وسيتم تقسيم المكدس RGB في أكوام ثلاثة: الأحمر يقابل الخسارة صفر، والأخضر والأزرق المقابلة للخرائط الكيميائية مع تصحيح الانحراف. انقر فوق الملف | حفظ لحفظ سلسلة إمالة.
- انقر على الإضافات | توموج،من2223 لتحديد زاوية تحميل ملف النموذج. لأن الفعل يتم محاذاة كافة سلسلة إمالة، انتقل مباشرة إعادة الإعمار. حساب حجم الخسارة صفر، فضلا عن وحدات التخزين الكيميائي، باستخدام خوارزميات التعمير مثل الفن، سرت، أحدث نظام التشغيل، إلخ.
ملاحظة: من المستحسن استخدام خوارزمية تكرارية لتعمير وحدات تخزين المواد الكيميائية. باستخدام هذا البرنامج، من الممكن إعادة إعمار وحدات التخزين باستخدام الجرافيك. - حالما يتم حسابها في كافة وحدات التخزين، استخدام الخيار دمج القنوات لتطبيق ألوان مختلفة على وحدات التخزين التي تم الحصول عليها، وتداخل لهم في مجلد واحد، للحصول على خريطة الكيميائية 3D.
4-3D النمذجة والتقدير الكمي
- بيناريزي حجم ذل أعيد بناؤها عن طريق تحديد مستوى رمادي المقابلة، التي سوف تكون وحدة التخزين التي تم الحصول عليها بالأبيض (في 8 بت، الكثافة هو 255) وأسود (في 8 بت، الكثافة هو 0). في إيماجيج، استخدم الخيار "تحديد عتبة". حدد كل بكسل المطابق للعينة (في صورة فرنك بلجيكي، تقابل بكسل أكثر قتامة للعينة كتلة) وجعل وحدة تخزين حيث تكون العينة بيضاء والفراغ سوداء.
ملاحظة: حجم الخسارة صفر معلومات الخصائص المورفولوجية تحليل عينة، أي، الشكل وحجم العينة. - تقسيم ثنائي حجم الخسارة صفر من 255، والحصول على وحدة تخزين حيث الكثافات داخل العينة 1 وفي أماكن أخرى هي 0. هذا هو المجلد تم تسويتها.
- قم بضرب حجم تطبيع كل من وحدات التخزين الكيميائي المحسوبة (الخطوة 4، 1) للحصول على وحدة تخزين حيث الكثافات داخل العينة تتوافق مع المعلومات الكيميائية، وهذه الكثافة 0 في أماكن أخرى.
ملاحظة: المعلومات الكيميائية مشتق من العينة وذلك يتم استبعاد جميع القطع الأثرية. - وفي إيماجيج، حساب الرسم البياني لحجم المواد الكيميائية واستيراد قيم الرسم البياني في برنامج جدولة.
- في برنامج جدولة، حذف السطر مع حصيلة سرقة كثافة 0 (هذا الخط يتوافق مع الفراغ).
- في عمود جديد، بحساب نسبة كل كثافة في وحدة التخزين. تقسيم عدد كل شدة على مجموع من جميع التهم الموجهة إليه، واضربها في 100.
- في عمود جديد، حساب نسبة المقابلة لكثافة حجم إجمالي بإضافة نسبة الحالية من التهم، محسوبة مسبقاً مع نسبة السابقة تدريجيا.
ملاحظة: في كميات المواد الكيميائية، تقابل كثافات عالية المعلومات عن المواد الكيميائية. ومع ذلك، هي الكثافات منخفضة والضوضاء في وحدة تخزين عالية. يتم إنشاء العتبة بتحديد كثافة أعلى. - معرفة التركيز النسبي لعنصر كيميائي في العينة محسوبة من الطيف الثعابين، حدد كثافات سرقة. يبدأ من 255 (إذا كان موجود) وانخفاض كثافة المقابلة لتركيز العناصر الكيميائية.
- للعثور على أدنى كثافة المقابلة لتركيز المواد الكيميائية، انتقل إلى العمود حيث حسبت نسبة كثافة المقابلة في الحجم الإجمالي، 100% يقابل عادة بكثافة 255. من 100 ٪، واستخراج نسبة النسبي المحسوب عنصر كيميائي (من الطيف الثعابين): سوف تتطابق مع النتيجة إلى حدة الأدنى في العتبة. وبهذه الطريقة، تستمد وحدات التخزين بيناريزيد الكيميائية، حيث فوكسيلس تتوافق مع عنصر كيميائي بكثافة 255 وهي كل ما تبقى من 0. كرر هذا الإجراء للعنصر الثاني، والحصول على مجلدين بيناريزيد الكيميائية.
- تتداخل في وحدات التخزين الكيميائية بيناريزيد باستخدام خيار دمج القنوات وتعيين لون مختلف لكل وحدة تخزين عنصر جعل وحدة تخزين RGB.
ملاحظة: من تداخل في بيناريزيد الكيميائية مجلدين، فوكسيلس الذي يتم فرضه، التي تنتمي إلى كل العناصر الكيميائية (بلدية فوكسيلس) ويسلط الضوء على فوكسيلس التي لا تنتمي إلى أي من العناصر الكيميائية (فوكسيلس الحرة). على سبيل المثال، إنشاء وحدات التخزين الكيميائي بيناريزيد الأحمر والأخضر فوكسيلس البلدية التي الصفراء. - تحويل وحدة التخزين RGB في حجم 8 بت؛ وسيكون الألوان مختلف درجات رمادية. باستخدام خيار العتبة، حدد فوكسيلس التي تنتمي إلى كلا من الأنواع الكيميائية (أصفر في حجم RGB). ثم، حدد استخدام نفس الخيار عتبة، فوكسيلس التي لا تنتمي إلى أي عنصر كيميائي (لديهم أقل كثافة مما فوكسيلس تحديدها سابقا). لا تقم بتحديد الفراغ بكثافة 0.
- تطبيع حجم فوكسيلس البلدية وحجم فوكسيلس الحرة. مضاعفة حجم فوكسيلس الحرة بكميات المواد الكيميائية، ثم طرح حجم المواد الكيميائية الأخرى.
ملاحظة: هذا يحسب عنصر كيميائي في كل فوكسل لديه كثافة أعلى. - إضافة وحدات التخزين فوكسيلس التي تنتمي وفوكسيلس التي لا تنتمي إلى حجم عنصر كيميائي لديه كثافة أعلى في تلك فوكسيلس.
ملاحظة: بهذه الطريقة، كل فوكسل البلدية أو فوكسل الحرة متباينة والمخصصة لحجم عنصر كيميائي لديه كثافة أعلى في ذلك فوكسل. يمكن إجراء ذلك بواسطة الخيار "صورة آلة حاسبة":
- لتقدير عدد فوكسيلس التي تشكل العينة، استيراد وحدات التخزين مجزأة إلى البرمجيات المتخصصة تقديم السطحية، مثل مقسم طريقة عرض ثلاثي الأبعاد. ثم، قم بضرب حجم فوكسل في شمال البحر الأبيض المتوسط3 للحصول على حجم العينة في 3D.
- باستخدام خيار إيجاد الحواف ، قياس فوكسيلس تشكيل سطح العينة، وتتضاعف مع منطقة فوكسل في شمال البحر الأبيض المتوسط2 للحصول على سطح العينة.
- حساب مساحة محددة بتقسيم سطح العينة بكتلة العينة.
ملاحظة: يمكن تقدير كتلة العينة باستخدام الكثافة النظرية للعينة. بشكل عام، هو مساحة محددة حسبتها ET 10 أقل من سطح محددة محسوبة بأساليب مخصصة مثل الامتزاز بالامتزاز2 ن. - لحساب توزيع حجم المسام، استخدم بيناريزيد حجم الخسارة صفر (حجم فرنك بلجيكي). حجم ثنائي لإعادة بناء فرنك بلجيكي المتوسعة ثلاثي الأبعاد باستخدام أدوات/Morphological تمدد المساعد 3D حتى تغطي جميع المسام والمتآكلة باستخدام 3D مجموعة أدوات/Morphological تآكل ثم 3D عدة مرات كما المتوسعة. ثم، وحدة التخزين التي تم الحصول عليها هي مضروباً في حجم المقلوب لحجم فرنك بلجيكي بيناريزيد، أن يسفر عن حجم توزيع المسام التي يمكن تصور استخدام برمجيات مما يجعل سطح مخصصة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
ويرد مثال على تطبيق هذا البروتوكول في مرجع13. تم استخدام التصوير المقطعي افتيم لتحليل تيتانيا الألومينا محفز يدعم. لتعزيز نشاط الحفاز من المرحلة النشطة من جسيمات نانوية2 موس، في تطبيقات مثل هيدروديسولفوريزيشن (HDS)، من المهم أن تيتانيا الغالب على السطح التأييد، وعلى اتصال مع المرحلة النشطة. ومن المعروف أن تيتانيا لديه سطح محددة أصغر من الألومينا. هدف الدراسة هو لبناء تيتانيا تدعمها شركة ألومينا (وهكذا، إنشاء سطح معين معززة)، ومن ثم اختباره كدعم حفاز. هنا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
الهدف من هذه الورقة وصف كيفية الحصول على خرائط الكيميائية ثلاثي الأبعاد باستخدام التصوير المقطعي افتيم. هذا البروتوكول هو الأصلي تماما كما وضعت الكتاب.
التصوير المقطعي افتيم كما هو موضح هنا له عيوب عدة: يمكن تحليل عينات (ط) فقط التي هي مقاومة شعاع الإلكترون، بسبب التعرض الطويل الوقت اللازم للحصول على الصور التي تمت تصفيتها. (ثانيا) التصوير المقطعي افتيم حساس للتباين الحيود. (ثالثا) العديد من التحالفات تم تنفيذها يدوياً. للحصول على خريطة الكيميائية 3D، حجم الخسارة صفر وكميات المواد الكيميائية ي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
شكر وتقدير
ونحن ممتنون للوزارة الفرنسية للتعليم العالي والبحوث، والاتفاقيات الصناعية دي تشكيل par la بحوث (سيفري) و "حزب إنكاثا للحرية الطاقات الجديدة" لتقديم الدعم المالي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| JEOL 2100f | JEOL | المجهر الإلكتروني | |
| Tridiem Gatan Imaging Filter (GIF) | Gatan | Post colum مرشح الطاقة | |
| المجهر الرقمي | Gatan | Software | |
| Gatan EFTEM البرنامج المساعد للتصوير المقطعي | Gatan | مخصص لتسجيل سلسلة الإمالة المفلترة ل EFTEM tomograohy | |
| Tomoj | البرنامج المساعد Imagej http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ | برنامج مجاني تم تطويره بواسطة معهد كوري في باريس ، فرنسا للتصوير المقطعي الإلكتروني | |
| EFTEM-Tomoj | Imagej plugin http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ | برنامج مجاني تم تطويره بواسطة معهد Currie في باريس ، فرنسا ، لتصوير EFTEM | |
| Imod http://bio3d.colorado.edu/imod/ | برنامج مجاني طورته جامعة كولورادو ، الولايات المتحدة الأمريكية للتصوير المقطعي الإلكتروني | ||
| Imagej | https://imagej.nih.gov/ij/ | برنامج مجاني تم تطويره بواسطة المعهد الوطني للصحة العقلية ، بيثيسدا ، ماريلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية لعلاج الصور | |
| دمج | القنوات https://imagej.net/Color_Image_Processing | Fonction في Imagej مما يسمح بإعطاء ألوان مختلفة للأحجام أثناء تداخلها | |
| 3D Slicer | https://www.slicer.org/ | البرمجيات الحرة التي طورها كونسورتيوم كبير بقيادة رون كيكينيس ، كلية الطب بجامعة هارفارد ، بوسطن ، ماساتشوستس ، SUA | |
| Chimera | https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/ | برنامج مجاني تم تطويره بواسطة مورد الحوسبة الحيوية والتصور والمعلوماتية في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو ، لتجزئة البيانات ، وتصنيفها وتصورها لنماذج ثلاثية الأبعاد | |
| ألومينا السيليكا من المحفز | عينة IFPEN | أعدت لحذف هذا البروتوكول | |
| الألومينا التيتانيا من عينة المحفز | IFPEN | المعدة لحذف هذا البروتوكول | |
| الكحول | |||
| الماء | |||
| Au الجسيمات النانوية من 5 نانومتر | BBI Solutions | ||
| Holey carbn فيلم 200 شبكة الفحص المجهري | Agar | ||
| EDX sepctrometer | أكسفورد إنسترومنتس |
المراجع
- Frank, J. Electron Tomography - Methods for Three-Dimensional Visualization of Structures in the Cell. , Springer-Verlag. New York. (2006).
- Midgley, P. A., Dunin-Borkowski, R. E. Electron tomography and holography in materials science. Nat. Mater. 8, 271-280 (2009).
- Carenco, S. The core contribution of transmission electron microscopy to functional nanomaterials engineering. Nanoscale. 8 (3), 1260-1279 (2016).
- Radon, J. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten. Akad. Wiss. 69, 262-277 (1917).
- Radermacher, M. Radon transform techniques for alignment and three-dimensional reconstruction from random projections. Scanning Microscopy. 11, 171-177 (1997).
- Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Pham-Huu, C., Drillon, M., Ersen, O. 3D-TEM investigation of the nanostructure of a δ-Al2O3 catalyst support decorated with Pd nanoparticles. Nanoscale. 4 (3), 946-954 (2012).
- Georgescu, D., Roiban, L., Ersen, O., Ihiawakrim, D., Baia, L., Simon, S. Insights on Ag doped porous TiO2 nanostructures: a comprehensive study of their structural and morphological characteristics. RSC Adv. 2 (12), 5358(2012).
- Shakeri, M., Roiban, L., Yazerski, V., Prieto, G., Gebbink, M. J. M. G., de Jongh, P. E., de Jong, K. P. Engineering and Sizing Nanoreactors To Confine Metal Complexes for Enhanced Catalytic Performance. ACS Catal. 4 (10), 3791-3796 (2014).
- Midgley, P. A., Weyland, M. 3D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography. Ultramicroscopy. 96 (3-4), 413-431 (2003).
- Ersen, O., Florea, I., Hirlimann, C., Pham-Huu, C. Exploring nanomaterials with 3D electron microscopy. Mater. Today. 18 (7), 395-408 (2015).
- Lepinay, K., Lorut, F., Pantel, R., Epicier, T. Chemical 3D tomography of 28nm high K metal gate transistor: STEM XEDS experimental method and results. Micron. 47, 43-49 (2013).
- Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Bayle-Guillemaud, P., Werckmann, J., Drillon, M., Ersen, O. Three-Dimensional Chemistry of Multiphase Nanomaterials by Energy-Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography. Microsc. Microanal. 18 (05), 1118-1128 (2012).
- Roiban, L., Sorbier, L., Hirlimann, C., Ersen, O. 3 D Chemical Distribution of Titania-Alumina Catalyst Supports Prepared by the Swing-pH Method. ChemCatChem. 8 (9), 1651-1657 (2016).
- Egerton, R. F. Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope. , Springer. (2011).
- Messaoudi, C., Aschman, N., Cunha, M., Oikawa, T., Sorzano, C. O. S., Marco, S. Three-Dimensional Chemical Mapping by EFTEM-TomoJ Including Improvement of SNR by PCA and ART Reconstruction of Volume by Noise Suppression. Microscopy and Microanalysis. 19 (6), 1669-1677 (2013).
- Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., Ferrin, T. E. UCSF Chimera-A visualization system for exploratory research and analysis. Journal of Computational Chemistry. 25 (13), (2004).
- Roiban, L., Ersen, O., Hirlimann, C., Drillon, M., Chaumonnot, A., Lemaitre, L., Gay, A. S., Sorbier, S. Three-Dimensional Analytical Surface Quantification of Heterogeneous Silica-Alumina Catalyst Supports. ChemCatChem. 9 (18), 3503-3512 (2017).
- EFTEM-TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/EFTEM-TomoJ.html (2018).
- Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD. J Struct Biol. 116 (1), 71-76 (1996).
- The IMOD Home Page. , Available from: http://bio3d.colorado.edu/imod/ (2018).
- Landini, G. Align RGB planes. ImageJ. , Available from: https://ImageJ.net/Align_RGB_planes (2018).
- Messaoudi, C. TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/TomoJ.html (2018).
- MessaoudiI, C., Boudier, T., Sorzano, C., Marco, S. TomoJ: tomography software for three-dimensional reconstruction in transmission electron microscopy. BMC Bioinf. 8 (1), 288(2007).
- Saxton, W. O., Baumeister, W., Hahn, M. Three-dimensional reconstruction of imperfect two-dimensional crystals. Ultramicroscopy. 13 (1-2), 57-70 (1984).
- Gatan, Inc. Quantum Energy Filters High Throughput Spectrometers. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/gif-quantum-energy-filters (2018).
- Gatan, Inc. Direct Detection 16-Megapixel Camera. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/k2-direct-detection-cameras (2018).
- Direct Electron, LP. DE-Series Cameras. , Available from: http://www.directelectron.com/products/de-series (2018).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
