How does X-ray fluorescence differ from traditional fluorescence microscopy?

XRF uses high-energy X-ray photons that expel tightly held electrons from inner shells, whereas traditional fluorescence microscopy uses lower-energy visible light and light-active molecules. X-ray photons are energetic enough to cause inner-shell ionization, producing characteristic fluorescent radiation unique to each element that enables elemental identification and quantification.

What happens when an X-ray photon collides with an atom in XRF?

A high-energy X-ray photon expels an electron from an inner shell of the atom. An electron from a higher-energy shell then falls into the vacancy, releasing a secondary photon proportional to the energy difference between the two shells. This emitted photon is characteristic of the specific element and forms the basis of elemental identification.

What types of samples can be analyzed using X-ray fluorescence?

XRF can be applied to biological, forensic, environmental, and art samples in various forms including powders, crystals, and liquids. The non-destructive nature of XRF makes it ideal for analyzing historical artifacts, crime scene evidence, and paleontological fossils without damaging the original material.

How are elemental maps generated in XRF analysis?

Once an elemental spectrum is collected, signals of elements of interest are isolated and measured at multiple locations across a sample through raster scanning. This pixel-by-pixel process generates images for all elements of interest, producing elemental maps that reveal the spatial distribution and concentration of specific elements within the sample.

Why is sample preparation important before XRF analysis of biological cells?

Proper sample preparation ensures cells adhere securely to the silicon nitride window and remain intact during analysis. Sterilization with UV radiation, fixation with paraformaldehyde, and careful handling prevent contamination and cell damage, enabling accurate elemental mapping and reliable identification of metals like copper, iron, and zinc within cellular structures.

What information can forensic scientists obtain from XRF analysis of gunshot residue?

Gunshot residue contains gunpowder, ignition primer, and metal from the casing and bullet. XRF identifies the elemental composition of this residue, providing information that can identify the culprit and weapon used in crime scene investigations through the characteristic metal signatures present in the residue.

How does XRF contribute to understanding paleontological specimens?

By characterizing the elemental composition of fossils using XRF, researchers gain new information about long-extinct life forms. Better-preserved samples can reveal the elemental composition of soft tissues that deteriorated millions of years ago, providing insights into ancient organisms and their biological processes.

مضان الأشعة السينية (XRF)

0 مشاهدة07:45 دقيقة

1. تحضير نوافذ نيتريد السيليكون

استخدم ملاقط عكسية لالتقاط نافذة (سوف تتحطم نوافذ نيتريد السيليكون إذا سقطت).
ضع النافذة على شريحة زجاجية ، بحيث يكون الجانب المسطح لأعلى.
قم بلصق قطع صغيرة من الشريط اللاصق على جانبي النافذة ، واستخدمها للصق النوافذ في قاع طبق الثقافة.
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.

2. طلاء الخلايا على نوافذ نيتريد السيليكون المعقمة

امسك الطبق مع إمالته بزاوية 45 درجة تقريبا.
أضف الوسائط عن طريق سحب العينات باتجاه جانب الطبق وقم بتخفيف زاوية الإمالة ببطء لتغطية النافذة بالوسائط.
أضف الخلايا إلى طبق الثقافة بنفس الطريقة واحتضنها.
راقب الخلايا من حين لآخر باستخدام مجهر ضوئي لتحديد متى تكون جاهزة للاستخدام.

< p class = "jove_title" >3. تثبيت وتجفيف الخلايا

في غطاء التدفق الصفحي ، قم بإزالة الوسائط عن طريق الشفط اللطيف أثناء إمالة الطبق كما هو موضح أعلاه.
أضف PBS ، مع سحب الماصة باتجاه جانب الطبق مع إمساكه بزاوية. قم بتخفيف زاوية الميل ببطء لطلاء النافذة ببرنامج تلفزيوني.
قم بإزالة PBS بشفط لطيف.
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.
قم بإزالة خليط PFA / PBS ، وتخلص منه كمادة خطرة.
أضف PBS ، سحب العينات كما هو موضح أعلاه.
كرر الخطوتين 3.5 و3.6 مرتين.
قم بإزالة PBS عن طريق الشفط اللطيف.
أضف 20 ملي مبايش ، 200 ملي سكروز ، درجة الحموضة 7.
قم بإزالة الماوس / السكروز عن طريق الشفط اللطيف.
كرر الخطوتين 2.8 و2.9 مرتين.
قم بمسح الحواف والمسافة البادئة الخلفية للنافذة بسرعة باستخدام Kimwipe ، ثم ضع النافذة على سطح نظيف ، مثل حصيرة شبكية مطاطية ، حتى تجف.

< p class = "jove_title" >4. التصوير الفلوري بالأشعة السينية للخلايا

بمجرد أن تجف العينة ، تحقق من وجود خلايا على النوافذ باستخدام مجهر ضوئي.
استخدم طلاء الأظافر لتأمين النوافذ بحامل من الألومنيوم الذي يوفره خط الشعاع.
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.
اخرج من منطقة أداة مجهر الأشعة السينية (عادة ما تكون قفصا مصنوعا من جدران الرصاص) ، وافتح الغالق. قم بإجراء الخطوات المتبقية عن بعد.
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.
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.
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.
عند عرض طيف الاختبار ، اختر وقت مكوث مناسب للمسح ، لتوفير إشارة كافية إلى ضوضاء للعناصر ذات الاهتمام.
اختر دقة مناسبة للمسح ، دقة ليست أصغر بكثير من الحجم الموضعي للحزمة على العينة ، ولا أكبر من الميزات ذات الأهمية في العينة.
قم ببرمجة المسح الضوئي في برنامج المسح الضوئي ، واجمع الصورة.

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 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.

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!