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Biology

ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी वर्कफ़्लो, परिणाम विश्लेषण और डेटा प्रबंधन के लिए एक मशीन-दृष्टि दृष्टिकोण

Published: June 23, 2023 doi: 10.3791/65446
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Protochips, Inc.

Summary

यहां, हम टीईएम इमेजिंग के दौरान गतिशील प्रक्रियाओं को स्थिर करने के लिए मशीन-दृष्टि सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, जबकि समवर्ती रूप से प्रत्येक छवि में मेटाडेटा की कई धाराओं को एक नौगम्य समयरेखा में अनुक्रमित करते हैं। हम प्रदर्शित करते हैं कि यह मंच एक प्रयोग के दौरान इलेक्ट्रॉन खुराक के स्वचालित अंशांकन और मानचित्रण को कैसे सक्षम बनाता है।

Abstract

ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) उपयोगकर्ताओं को अपने मौलिक, परमाणु पैमाने पर सामग्री का अध्ययन करने में सक्षम बनाता है। जटिल प्रयोग नियमित रूप से कई मापदंडों के साथ हजारों छवियां उत्पन्न करते हैं जिनके लिए समय लेने वाली और जटिल विश्लेषण की आवश्यकता होती है। एक्सॉन सिंक्रोनाइज़ेशन एक मशीन-दृष्टि सिंक्रनाइज़ेशन (एमवीएस) सॉफ्टवेयर समाधान है जिसे टीईएम अध्ययनों में निहित दर्द बिंदुओं को संबोधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक बार माइक्रोस्कोप पर स्थापित होने के बाद, यह एक प्रयोग के दौरान माइक्रोस्कोप, डिटेक्टर और सीटू सिस्टम द्वारा उत्पन्न छवियों और मेटाडेटा के निरंतर सिंक्रनाइज़ेशन को सक्षम बनाता है। यह कनेक्टिविटी मशीन-दृष्टि एल्गोरिदम के अनुप्रयोग को सक्षम बनाती है जो दृश्य के क्षेत्र के भीतर रुचि के क्षेत्र को केंद्र और ट्रैक करने के लिए स्थानिक, बीम और डिजिटल सुधार के संयोजन को लागू करती है और तत्काल छवि स्थिरीकरण प्रदान करती है। इस तरह के स्थिरीकरण द्वारा प्रदान किए गए संकल्प में पर्याप्त सुधार के अलावा, मेटाडेटा सिंक्रनाइज़ेशन कम्प्यूटेशनल और छवि विश्लेषण एल्गोरिदम के आवेदन को सक्षम बनाता है जो छवियों के बीच चर की गणना करता है। इस गणना किए गए मेटाडेटा का उपयोग रुझानों का विश्लेषण करने या डेटासेट के भीतर रुचि के प्रमुख क्षेत्रों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है, जिससे भविष्य में नई अंतर्दृष्टि और अधिक परिष्कृत मशीन-दृष्टि क्षमताओं का विकास होता है। ऐसा ही एक मॉड्यूल जो इस गणना किए गए मेटाडेटा पर बनाता है वह खुराक अंशांकन और प्रबंधन है। खुराक मॉड्यूल इलेक्ट्रॉन समृद्धि (ई-/ए 2.एस-1) और संचयी खुराक (ई-/ए2) दोनों के अत्याधुनिक अंशांकन, ट्रैकिंग और प्रबंधन प्रदान करता है जो पिक्सेल-दर-पिक्सेल आधार पर नमूने के विशिष्ट क्षेत्रों में वितरित किया जाता है। यह इलेक्ट्रॉन बीम और नमूने के बीच बातचीत का एक व्यापक अवलोकन सक्षम बनाता है। प्रयोग विश्लेषण को एक समर्पित विश्लेषण सॉफ्टवेयर के माध्यम से सुव्यवस्थित किया जाता है जिसमें छवियों और संबंधित मेटाडेटा से युक्त डेटासेट आसानी से विज़ुअलाइज़, सॉर्ट, फ़िल्टर और निर्यात किए जाते हैं। संयुक्त, ये उपकरण कुशल सहयोग और प्रयोगात्मक विश्लेषण की सुविधा प्रदान करते हैं, डेटा खनन को प्रोत्साहित करते हैं और माइक्रोस्कोपी अनुभव को बढ़ाते हैं।

Introduction

ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) और उनकी क्षमताओं को कैमरों, डिटेक्टरों, नमूना धारकों और कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों में प्रगति से काफी लाभ हुआ है। हालांकि, ये प्रगति डिस्कनेक्ट किए गए डेटा स्ट्रीम, मानव संचालन की सीमाओं और बोझिल डेटा विश्लेषण 1,2 से बाधित होती है। इसके अलावा, सीटू और ओपरेंडो प्रयोगों में टीईएम को वास्तविक समय नैनोस्केल प्रयोगशालाओं में अनुकूलित किया जाता है, जिससे नमूनों को गैस या तरल वातावरण में अध्ययन करने में सक्षम बनाया जा सकता है, जबकि एक साथ बाहरी उत्तेजनाओं की एक श्रृंखला 3,4,5 लागू होती है। इस तरह के जटिल वर्कफ़्लोज़ को अपनाने से केवल इन सीमाओं में वृद्धि हुई है, और इन डेटा धाराओं के आकार और जटिलता में परिणामी वृद्धि बढ़ती चिंता का विषय है। इस प्रकार, डेटा को खोजने, एक्सेस करने, इंटरऑपरेट करने और पुन: उपयोग करने के लिए मशीन-एक्शनेबिलिटी का उपयोग करने पर जोर दिया जा रहा है, एक अभ्यास जिसे फेयर सिद्धांत6 के रूप में जाना जाता है। FAIR सिद्धांतों की अवधारणा के अनुसार अनुसंधान डेटा प्रकाशित करना दुनिया भर की सरकारी एजेंसियों से अनुकूल ध्यान प्राप्त किया है7,8, और मशीन-दृष्टि सॉफ्टवेयर का उपयोग करके FAIR सिद्धांतों का अनुप्रयोग उनके अपनाने में एक महत्वपूर्ण कदम है।

जटिल, मेटाडेटा-भारी टीईएम प्रयोगों (विशेष रूप से सीटू और ओपेरांडो प्रयोगों में) के प्रदर्शन और विश्लेषण के लिए निहित विशिष्ट दर्द बिंदुओं के जवाब में एक मशीन-दृष्टि सिंक्रनाइज़ेशन (एमवीएस) सॉफ्टवेयर प्लेटफॉर्म विकसित किया गया है। एक बार टीईएम पर स्थापित होने के बाद, एमवीएस सॉफ्टवेयर माइक्रोस्कोप कॉलम, डिटेक्टरों और सीटू सिस्टम में एकीकृत के साथ जुड़ता है, एकीकृत करता है और संवाद करता है। यह इसे लगातार छवियों को एकत्र करने और उन छवियों को उनके प्रयोगात्मक मेटाडेटा के साथ संरेखित करने में सक्षम बनाता है, एक व्यापक खोज योग्य डेटाबेस बनाता है, शुरू से अंत तक प्रयोग की एक समयरेखा (चित्रा 1)। यह कनेक्टिविटी एमवीएस सॉफ्टवेयर को एल्गोरिदम लागू करने की अनुमति देती है जो बुद्धिमानी से रुचि के क्षेत्र (आरओआई) को ट्रैक और स्थिर करती है, भले ही नमूने रूपात्मक परिवर्तनों से गुजर रहे हों। सॉफ्टवेयर अपने ड्रिफ्ट कंट्रोल और फोकस असिस्ट फ़ंक्शंस के माध्यम से आरओआई को स्थिर करने के लिए आवश्यक रूप से स्टेज, बीम और डिजिटल सुधारों में समायोजन लागू करता है। विभिन्न प्रयोगात्मक प्रणालियों से उत्पादित कच्चे मेटाडेटा के साथ छवियों को समृद्ध करने के अलावा, सॉफ्टवेयर छवियों के बीच चर की गणना करने के लिए छवि विश्लेषण एल्गोरिदम का उपयोग करके नए, कम्प्यूटेशनल मेटाडेटा का उत्पादन कर सकता है, जो इसे नमूना बहाव या फोकस में परिवर्तन के लिए स्वचालित रूप से सही करने की अनुमति देता है।

टीईएम छवियां, और एमवीएस सॉफ्टवेयर के माध्यम से एकत्र किए गए उनके संबंधित मेटाडेटा, एक प्रयोगात्मक समयरेखा के रूप में व्यवस्थित किए जाते हैं, जिसे विश्लेषण सॉफ्टवेयर, स्टूडियो (इसके बाद विश्लेषण सॉफ्टवेयर के रूप में संदर्भित) के मुफ्त, ऑफ़लाइन संस्करण के माध्यम से किसी के द्वारा खोला और देखा जा सकता है। एक प्रयोग के दौरान, एमवीएस सॉफ्टवेयर माइक्रोस्कोप के कैमरे या डिटेक्टर से तीन प्रकार की छवियों को सिंक और रिकॉर्ड करता है, जो छवि दर्शक के नीचे समयरेखा के शीर्ष पर प्रदर्शित होते हैं: एकल अधिग्रहण (टीईएम सॉफ्टवेयर से सीधे प्राप्त व्यक्तिगत एकल अधिग्रहण छवियां), कच्चा (डिटेक्टर / कैमरा लाइव स्ट्रीम से छवियां जिनमें कोई डिजिटल बहाव सुधार लागू नहीं किया गया है; इन छवियों को भौतिक रूप से ठीक किया जा सकता है। स्टेज मूवमेंट या बीम शिफ्ट), और बहाव को सही किया गया (डिटेक्टर / कैमरा लाइव स्ट्रीम से छवियां जो डिजिटल रूप से बहाव की गई हैं)। एक प्रयोग या सत्र के दौरान एकत्र किए गए डेटा को डेटा के छोटे वर्गों या स्निपेट में परिष्कृत किया जा सकता है, जिसे संग्रह के रूप में जाना जाता है, जिसमें एम्बेडेड मेटाडेटा का कोई नुकसान नहीं होता है। विश्लेषण सॉफ्टवेयर से, छवियों, छवि स्टैक और मेटाडेटा को अन्य उपकरणों और कार्यक्रमों का उपयोग करके विश्लेषण के लिए विभिन्न प्रकार के खुले प्रारूप छवियों और स्प्रेडशीट प्रकारों में सीधे निर्यात किया जा सकता है।

एमवीएस सॉफ्टवेयर द्वारा सक्षम माइक्रोस्कोप नियंत्रण, स्थिरीकरण और मेटाडेटा एकीकरण का ढांचा अतिरिक्त मशीन-दृष्टि कार्यक्रमों या मॉड्यूल के कार्यान्वयन की भी अनुमति देता है, जो वर्तमान टीईएम वर्कफ़्लोज़ में सीमाओं को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस सिंक्रनाइज़ेशन प्लेटफ़ॉर्म का लाभ उठाने के लिए विकसित किए गए पहले मॉड्यूल में से एक इलेक्ट्रॉन खुराक अंशांकन और नमूने के भीतर बीम उजागर क्षेत्रों की स्थानिक ट्रैकिंग है। सभी टीईएम छवियां नमूने और इलेक्ट्रॉन बीम के बीच बातचीत से बनती हैं। हालांकि, इन इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप नमूने पर नकारात्मक, अपरिहार्य प्रभाव भी हो सकते हैं, जैसे कि रेडियोलिसिस और नॉक-ऑन क्षति 11,12, और छवि उत्पन्न करने के लिए उच्च पर्याप्त इलेक्ट्रॉन खुराक लागू करने और परिणामस्वरूप बीम क्षति 13,14 को कम करने के बीच सावधानीपूर्वक संतुलन की आवश्यकता होती है।

यद्यपि कई उपयोगकर्ता इलेक्ट्रॉन खुराक का अनुमान लगाने के लिए स्क्रीन वर्तमान माप पर भरोसा करते हैं, इस विधि को वास्तविक बीम वर्तमान15 को व्यापक रूप से कम आंकने के लिए दिखाया गया है। गुणात्मक खुराक मूल्यों को एक ही माइक्रोस्कोप पर स्क्रीन करंट के माध्यम से समान सेटिंग्स के साथ प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन विभिन्न माइक्रोस्कोप या सेटिंग्स का उपयोग करके इन खुराक स्थितियों को पुन: उत्पन्न करना अत्यधिक व्यक्तिपरक है। इसके अतिरिक्त, प्रयोग के दौरान उपयोगकर्ता द्वारा किए गए किसी भी इमेजिंग पैरामीटर समायोजन, जैसे स्पॉट आकार, एपर्चर, आवर्धन, या तीव्रता, परिणामी खुराक की गणना करने के लिए स्क्रीन करंट के एक अलग माप की आवश्यकता होती है। उपयोगकर्ताओं को या तो किसी दिए गए प्रयोग के दौरान उपयोग की जाने वाली इमेजिंग स्थितियों को सख्ती से सीमित करना चाहिए या उपयोग की जाने वाली प्रत्येक लेंस स्थिति को सावधानीपूर्वक मापना और रिकॉर्ड करना चाहिए, माइक्रोस्कोप16,17 के सामान्य संचालन के लिए संभव से परे प्रयोग को काफी जटिल और विस्तारित करना चाहिए।

खुराक, जिसे इस प्रोटोकॉल के लिए खुराक सॉफ्टवेयर के रूप में संदर्भित किया जाता है, एक खुराक अंशांकन सॉफ्टवेयर मॉड्यूल है जो स्वचालित वर्तमान माप को सक्षम करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक समर्पित अंशांकन धारक का उपयोग करता है। एक फैराडे कप, सटीक बीम वर्तमान अंशांकन15 के लिए स्वर्ण मानक, अंशांकन धारक की नोक में एकीकृत है। एमवीएस सॉफ्टवेयर प्रत्येक लेंस स्थिति के लिए बीम करंट और बीम क्षेत्र अंशांकन की एक श्रृंखला करता है और पिक्सेल स्तर पर छवियों पर उन मूल्यों को एम्बेड करता है।

इस वीडियो लेख में, टीईएम वर्कफ़्लो के सभी क्षेत्रों को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किए गए एमवीएस सॉफ़्टवेयर प्रोटोकॉल प्रतिनिधि नैनोमटेरियल नमूने का उपयोग करके प्रस्तुत किए जाते हैं। एक बीम संवेदनशील जिओलाइट नैनोपार्टिकल नमूना14 का उपयोग अंशांकन और खुराक प्रबंधन वर्कफ़्लो को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। हम एयू / एफईओ एक्स नैनोकैटेलिस्ट18,19 नमूने का उपयोग करके सीटू हीटिंग प्रयोग में एक प्रतिनिधि करते हैं जो गर्म होने पर महत्वपूर्ण रूपात्मक परिवर्तनों से गुजरता है। यह सीटू प्रयोग सॉफ्टवेयर के स्थिरीकरण एल्गोरिदम और मेटाडेटा की कई धाराओं को इकट्ठा करने की इसकी क्षमता पर प्रकाश डालता है, जो सीटू और ओपेरांडो अध्ययनों के लिए एक अंतर्निहित चुनौती है। यद्यपि प्रोटोकॉल में वर्णित नहीं है, इसकी अनूठी इलेक्ट्रॉन खुराक संवेदनशीलता के कारण, हम तरल-ईएम अध्ययनों के लिए सॉफ्टवेयर की उपयोगिता के प्रतिनिधि उदाहरणों पर चर्चा करते हैं (जिसके लिए प्रोटोकॉल पहले साहित्य20,21,22 में रिपोर्ट किए गए हैं), और तरल-ईएम प्रयोगों पर खुराक के प्रभाव की समझ में सुधार के लिए इन तकनीकों को कैसे लागू किया जा सकता है। अंत में, हम दिखाते हैं कि विभिन्न प्रकार की छवि, वीडियो और डेटा फ़ाइलों को अन्य सुलभ प्रारूपों में विज़ुअलाइज़, फ़िल्टर और निर्यात करने के लिए ऑफ़लाइन विश्लेषण सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके डेटा विश्लेषण को कैसे सुव्यवस्थित किया जाता है।

Figure 1
चित्रा 1: एमवीएस और विश्लेषण सॉफ्टवेयर के लिए उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस उदाहरण । (ए) सिंक्रनाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर छवि देखने फलक और नियंत्रण कक्ष। कनेक्ट बटन को सक्रिय करके TEM और सिंक्रनाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर के बीच एक कनेक्शन स्थापित किया जाता है, जो माइक्रोस्कोप से छवियों और मेटाडेटा को सिंक्रनाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर में स्ट्रीम करता है। छवि दर्शक से, ऑपरेटर विभिन्न प्रकार के मशीन-दृष्टि सहायता प्राप्त संचालन कर सकता है, जैसे कि ड्रिफ्ट सही और फोकस असिस्ट। यह डेटा संग्रह को बाधित किए बिना टैग छवियों और समीक्षा सत्र को लागू करने की क्षमता भी प्रदान करता है। (बी) छवि दृश्य पोर्ट, समयरेखा और मेटाडेटा और विश्लेषण पैनल के स्थान को उजागर करने वाले छवि विश्लेषण सॉफ़्टवेयर का स्क्रीनशॉट। समीक्षा सत्र बटन का उपयोग करके उस समय बिंदु तक प्राप्त छवियों की समीक्षा करने के लिए विश्लेषण सॉफ़्टवेयर को प्रयोग के दौरान किसी भी बिंदु पर एक्सेस किया जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Protocol

1. विधि 1: टीईएम और स्कैनिंग टीईएम (एसटीईएम) इमेजिंग मोड के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की खुराक अंशांकन

  1. पिकोमीटर चालू करें और खुराक अंशांकन शुरू करने से पहले इसे कम से कम 30 मिनट तक गर्म करने दें। खुराक अंशांकन धारक को टीईएम में लोड करें और त्वरित-कनेक्ट केबल का उपयोग करके अंशांकन धारक को पिकोमीटर से कनेक्ट करें।
  2. टीईएम मोड में माइक्रोस्कोप के साथ, कॉलम वाल्व खोलें और खुराक धारक पर 35 μm fiducial छेद का पता लगाएं (चित्रा 2)। एमवीएस सॉफ़्टवेयर एप्लिकेशन लॉन्च करें और प्रयोग विकल्पों से खुराक (अंशांकन स्वचालन) का चयन करें।
    नोट: प्रारंभिक अंशांकन के बाद सॉफ्टवेयर द्वारा फिड्यूशियल होल स्थान को सहेजा जाता है, जिससे सॉफ्टवेयर भविष्य के अंशांकन के लिए स्वचालित रूप से अपनी स्थिति का पता लगाने में सक्षम होता है।
  3. कनेक्ट आइकन (चित्रा 1 ए) पर क्लिक करें और टीईएम और एमवीएस सॉफ्टवेयर के बीच कनेक्शन को सक्रिय करने के लिए माइक्रोस्कोप का चयन करें। एक बार कनेक्ट होने के बाद, कैमरा / डिटेक्टर से छवियां सॉफ्टवेयर के छवि दर्शक में दिखाई देंगी।
    नोट: यूसेंट्रिक ऊंचाई को अनुकूलित करना आवश्यक नहीं है, और टिप की मोटाई के कारण फिड्यूशियल छेद का किनारा धुंधला दिखाई दे सकता है। यह वर्तमान माप को प्रभावित नहीं करेगा।
  4. खुराक टैब पर नेविगेट करें और फिर खुराक अंशांकन पर जाएं। खुराक क्षेत्र अंशांकन प्रक्रिया का चयन करें, सॉफ़्टवेयर संकेतों का पालन करें, और अनुरोधित उपयोगकर्ता-कॉन्फ़िगर करने योग्य मान (जैसे एपर्चर और मोनोक्रोमेटर सेटिंग्स) दर्ज करें। खुराक क्षेत्र अंशांकन पूरा होने के बाद, खुराक वर्तमान अंशांकन प्रक्रिया का चयन करें और सॉफ़्टवेयर संकेतों का पालन करें।
  5. प्रयोग के दौरान उपयोग किए जा सकने वाले प्रत्येक स्पॉट आकार, एपर्चर या मोनोक्रोमेटर सेटिंग के लिए अंशांकन प्रक्रिया (चरण 1.4) दोहराएं।
  6. जब टीईएम मोड के लिए अंशांकन प्रक्रिया समाप्त हो जाती है, तो चरण 1.4 को दोहराकर एसटीईएम मोड के लिए इलेक्ट्रॉन खुराक को कैलिब्रेट करें।
    नोट: एसटीईएम मोड को खुराक क्षेत्र अंशांकन करने की आवश्यकता नहीं है।
  7. जब सभी वांछित अंशांकन समाप्त हो जाते हैं, तो बंद सत्र पर क्लिक करें, खुराक अंशांकन धारक को हटा दें, और एमवीएस सॉफ़्टवेयर की स्टार्ट स्क्रीन पर लौटें।

2. विधि 2: एमवीएस और खुराक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके खुराक सीमा का निर्धारण

  1. एक मानक टीईएम धारक में एक नमूना के साथ एक मानक टीईएम ग्रिड लोड करें (इस उदाहरण में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जेडएसएम -5 जिओलाइट नैनोकणों का उपयोग किया गया था)। धारक को टीईएम में डालें और रुचि के क्षेत्र (क्रिस्टलीय जिओलाइट नैनोकणों) का पता लगाएं।
  2. MVS सॉफ़्टवेयर अनुप्रयोग खोलें और अन्य का चयन करें।
    नोट: नमूना के बारे में अतिरिक्त जानकारी (जैसे नमूना पहचानकर्ता और विवरण, ऑपरेटर का नाम, और प्रयोग नोट्स) प्रयोगात्मक पैरामीटर फ़ील्ड में जोड़ा जा सकता है।
  3. एमवीएस सॉफ़्टवेयर से कनेक्ट करने के लिए चरण 1.3 दोहराएं और लाइव डिस्प्ले में दिखाए गए छवि स्ट्रीम पर ओवरले करने के लिए निम्न मेटाडेटा का चयन करने के लिए एमवीएस सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में छवि मेटाडेटा टैब पर नेविगेट करें: आवर्धन, अधिकतम खुराक और खुराक दर। यदि उपयोगकर्ता चाहता है तो अन्य मेटाडेटा शामिल किया जा सकता है। खुराक प्रबंधन नियंत्रण दिखाने वाले एमवीएस सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस का एक स्क्रीनशॉट पूरक फ़ाइल 1 में प्रदान किया गया है।
  4. खुराक टैब खोलें और स्वचालित इलेक्ट्रॉन खुराक ट्रैकिंग को सक्रिय करने के लिए खुराक प्रबंधन और खुराक निगरानी सक्षम करें का चयन करें। खुराक रंग ओवरले प्रदर्शित करने के लिए खुराक परत दिखाएँ का चयन करें.
  5. उच्च खुराक स्तर और उच्च खुराक दर के लिए मान सेट करें और सेव पर दबाएं (इस उदाहरण में, क्रमशः 60,000 ई-/ए2 और 500 ई-/ए2 के मूल्यों का उपयोग किया गया था)।
  6. सेटिंग्स टैब पर नेविगेट करें, खुराक का चयन करें, और खुराक नेविगेशन मानचित्र अस्पष्टता और खुराक छवि ओवरले अस्पष्टता मान सेट करें (इस उदाहरण में, क्रमशः 0.50 और 0.30 के मानों का उपयोग किया गया था)।
  7. लाइव इमेज व्यूअर विंडो में, ड्रिफ्ट सही पर क्लिक करके ड्रिफ्ट सुधार सक्रिय करें।
  8. डेटा व्यू टैब पर नेविगेट करें और वाई अक्ष पर मेटाडेटा मान डीफोकस और फोकस कोशंट प्लॉट करें।
    नोट: उपलब्ध मेटाडेटा मानों में से कोई भी डेटा दृश्य तालिका से प्रयोग के दौरान वास्तविक समय में प्लॉट किया जा सकता है।
  9. फ़ोकस सहायता सक्रिय करें, और उसके बाद स्वचालित फ़ोकस सहायता अंशांकन चलाने के लिए कैलिब्रेट फ़ोकस का चयन करें। कैलिब्रेट फ़ोकस रूटीन पूरा हो जाने के बाद, डेटा व्यू टैब बंद करें.
  10. एमवीएस सॉफ़्टवेयर में छवि विश्लेषण टैब खोलें और लाइव एफएफटी और क्वाड्रेंट्स 1 और 2 विकल्पों को सक्रिय करें ।
  11. माइक्रोस्कोप के सॉफ्टवेयर नियंत्रणों का उपयोग करके, बीम स्थितियों को समायोजित करें ताकि इलेक्ट्रॉन प्रवाह ~ 500 e-/
    नोट: बड़े चरण आंदोलनों को बनाते समय, बहाव नियंत्रण और फ़ोकस सहायता स्वचालित रूप से निष्क्रिय हो जाएगी, और नए आरओआई का चयन होने के बाद इसे फिर से संलग्न किया जाना चाहिए।
  12. टैग फ़ंक्शन का उपयोग करके सॉफ़्टवेयर में खुराक की स्थिति का एक नोट बनाएं। टैग आइकन हाइलाइट करें और टाइमलाइन के भीतर छवियों की एक विशिष्ट श्रृंखला को निरूपित करने के लिए वांछित पाठ दर्ज करें। टैग आइकन का चयन न होने तक छवियों को इस पाठ के साथ टैग किया जाएगा.
  13. एक ही आरओआई को लगातार इमेजिंग करते हुए एक निरंतर खुराक दर बनाए रखें जब तक कि एफएफटी प्लॉट में परमाणु संरचना के अनुरूप चोटियां गायब न हो जाएं।
  14. आवर्धन को कम करें, खुराक प्रबंधन टैब खोलें, और रंग-कोडित खुराक मानचित्र को ओवरले करने के लिए खुराक परत दिखाएं ।
    नोट: यह सुविधा नमूने के उन क्षेत्रों का एक दृश्य संदर्भ प्रदान करती है जो इलेक्ट्रॉन बीम और उनके सापेक्ष खुराक जोखिम के संपर्क में आए हैं। कर्सर के साथ व्यक्तिगत छवियों में इन क्षेत्रों को हाइलाइट करना उनके संबंधित खुराक मूल्यों को इंगित करेगा।
  15. कनेक्ट को डिस्कनेक्ट करें और कनेक्ट का चयन करके सत्र समाप्त करें, फिर सत्र बंद करें का चयन करें. एमवीएस सॉफ़्टवेयर में सहेजे गए डेटा को बाद के प्रयोगों के दौरान अधिलेखित होने से रोकने के लिए सत्र डेटा की एक प्रतिलिपि को किसी बाहरी स्रोत पर सहेजें (पूरक फ़ाइल 2).

3. विधि 3: विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करके मेटाडेटा और प्रवृत्ति विश्लेषण और डेटा निर्यात

  1. विश्लेषण सॉफ़्टवेयर (पूरी तरह से सिंक्रनाइज़ किए गए डेटासेट देखने के लिए ऑफ़लाइन सॉफ़्टवेयर) लॉन्च करें और फ़ाइल लाइब्रेरी से चयन करके प्रयोग सत्र फ़ाइल खोलें।
    नोट: उपयोगकर्ता एक प्रयोग के दौरान एमवीएस सॉफ्टवेयर में समीक्षा सत्र आइकन के माध्यम से विश्लेषण सॉफ़्टवेयर तक भी पहुंच सकते हैं।
  2. छवि दृश्य पोर्ट के नीचे डीसी टैब को सक्रिय करके बहाव सही की गई छवियों को प्रदर्शित करें और छवि मेटाडेटा टैब में उनके संबंधित ओवरले डेटा बॉक्स की जांच करके वांछित डेटा ओवरले का चयन करें (इस उदाहरण में माइक्रोस्कोप, दिनांक / समय, खुराक दर, अधिकतम खुराक, और आवर्धन का उपयोग किया गया था)। अन्य मेटाडेटा को उपयोगकर्ता की इच्छानुसार प्लॉट किया जा सकता है।
  3. टाइमलाइन में इन मानों का ग्राफिकल प्लॉट जोड़ने के लिए मैक्स डोज और डोज रेट के लिए टाइमलाइन बॉक्स चेक करें। व्यूपोर्ट में प्रदर्शित छवि को अपडेट करने के लिए इन ग्राफिकल प्लॉट के माध्यम से हाइलाइट या स्क्रॉल करें। नोट्स, छवि विश्लेषण, टूलबॉक्स और डेटा दृश्य टैब के माध्यम से विभिन्न उपकरणों तक पहुंचें।
    1. छवि विश्लेषण टैब के माध्यम से प्रत्येक छवि के लिए एफएफटी तक पहुंचें और छवियों के माध्यम से स्क्रॉल करते समय एफएफटी को अपडेट करने के लिए लाइव एफएफटी पर क्लिक करें।
    2. उस समय बिंदु को निर्धारित करने के लिए एफएफटी चोटियों के लुप्त होने का उपयोग करें जिस पर जिओलाइट संरचना क्रिस्टलीयता खो देती है। उस छवि के साथ दर्ज अधिकतम खुराक मान रिकॉर्ड करें।
  4. बड़े डेटासेट को उनके संबंधित मेटाडेटा को खोए बिना छोटे, साझा करने योग्य डेटासेट में आसानी से फ़िल्टर करने के लिए फ़िल्टर विकल्प का उपयोग करें। फ़िल्टर पैनल खोलें और स्लाइडर्स को समायोजित करें ताकि केवल ~ 500 e-/A2 के बराबर या उससे ऊपर की खुराक दर वाला डेटा चुना जाए, और खुराक थ्रेशोल्ड स्टडी नाम का उपयोग करके नए संग्रह को सहेजें।
    नोट:: फ़िल्टर किसी भी संबद्ध मेटाडेटा प्रकार के लिए लागू किया जा सकता है।
  5. सत्र से छवियों और मेटाडेटा को स्केल बार और मेटाडेटा ओवरले से समृद्ध अन्य फ़ाइल प्रकारों में निर्यात करें।
    1. लायब्रेरी फलक में संग्रह हाइलाइट करें और चयन पर राइट-क्लिक करके प्रकाशित करें का चयन करें. प्रकाशित करें विंडो से, फ़ाइल प्रकार निर्यात के लिए वांछित विकल्पों का चयन करें।
    2. बहाव सही किए गए डेटा टैब का चयन करें और किसी भी वांछित मेटाडेटा और एफएफटी के ओवरले लागू करें (एफएफटी ओवरले को इच्छानुसार रखें; एफएफटी के साथ निर्यात की गई छवियों के उदाहरण चित्रा 3 में दिखाए गए हैं)।
  6. एक ही प्रकाशन विकल्प का उपयोग करके छवि श्रृंखला को एक चलचित्र फ़ाइल के रूप में निर्यात करें । छवियों को समयरेखा में हाइलाइट करके, फ़िल्टर विकल्पों का उपयोग करके या पूर्ण डेटाबेस फ़ाइल निर्यात करके उनका चयन करें. इच्छित चलचित्र स्वरूप, फ़्रेम दर, और फ़ाइल स्थान का चयन करें. 200 केवी टीईएम का उपयोग करके प्राप्त जिओलाइट क्षरण प्रयोग की एक फिल्म पूरक फ़ाइल 3 में प्रदान की गई है।
  7. प्रकाशन करते समय मेटाडेटा (CSV) विकल्प का चयन करके अधिग्रहित छवियों से अलग से मेटाडेटा को CSV फ़ाइल के रूप में निर्यात करें.
    नोट: कच्चे और बहाव सही छवियों को अलग-अलग सीएसवी (पूरक फ़ाइल 4 और पूरक फ़ाइल 5) के रूप में निर्यात किया जाता है।

4. विधि 4: लौह ऑक्साइड नैनोकणों पर सोने के सीटू हीटिंग अध्ययन में

  1. एक नैनोकैटेलिस्ट (एयू / एफईओएक्स) को इथेनॉल में निलंबित एक सीटू हीटर ई-चिप, एक माइको-इलेक्ट्रोचमैकेनिकल (एमईएम) नमूना समर्थन पर निलंबित करें, और इसे हवा से सूखने की अनुमति दें। नमूने को सीटू हीटिंग होल्डर में माउंट करें, टीईएम में नमूने के साथ धारक को डालें, और आपूर्ति किए गए केबल का उपयोग करके धारक को बिजली की आपूर्ति से कनेक्ट करें। TEM नियंत्रण ों का उपयोग कर के एक नमूना ROI की स्थिति जानें।
    नोट: इस प्रयोग ने एक हीटिंग होल्डर का उपयोग किया जो पूरी तरह से एमवीएस सॉफ्टवेयर के साथ एकीकृत है, जिससे तापमान मेटाडेटा को छवियों के साथ एम्बेड किया जा सकता है।
  2. MVS सॉफ़्टवेयर से उपयुक्त वर्कफ़्लो विकल्प का चयन करें (इस उदाहरण में, फ्यूजन वर्कफ़्लो का उपयोग किया गया था, लेकिन अन्य निर्माता हीटिंग धारकों का उपयोग अन्य का चयन करके किया जा सकता है).
  3. अंशांकन फ़ाइल लोड करके और डिवाइस जाँच करके धारक और हीटिंग ई-चिप के बीच विद्युत कनेक्शन की पुष्टि करने के लिए वर्कफ़्लो संकेतों का पालन करें।
  4. माइक्रोस्कोप को एमवीएस सॉफ़्टवेयर से कनेक्ट करें, जैसा कि चरण 2.3-2.10 में पहले दिखाया गया है (इस उदाहरण में, खुराक दर, अधिकतम खुराक, मिलान सहसंबंध, बहाव दर, और चैनल ए तापमान के लिए मेटाडेटा मान चुने गए थे), और दृश्य के क्षेत्र में नमूना आरओआई को केंद्रित करें।
  5. फ्यूजन एएक्स टैब खोलें और एक तापमान सेट करें और लागू करें।
  6. तापमान नियंत्रण सेटिंग्स तक पहुँचने के लिए चैनल A सेटअप बटन क्लिक करें। तापमान फ़ंक्शन और मैन्युअल नियंत्रण मोड का चयन करें ।
  7. प्रयोगात्मक नियंत्रणों तक पहुँचने के लिए प्रयोग बटन क्लिक करें। रैंप दर को 10 डिग्री सेल्सियस / सेकंड और लक्ष्य को 600 डिग्री सेल्सियस पर सेट करें। प्रयोग शुरू करने के लिए अप्लाई पर क्लिक करें।
    नोट: फ्यूजन एएक्स टैब खोले बिना, एमवीएस सॉफ्टवेयर के निचले दाएं कोने में त्वरित एक्सेस बटन का उपयोग करके प्रयोग को किसी भी समय रोका या रोका जा सकता है।
  8. 600 डिग्री सेल्सियस के सेट तापमान तक पहुंचने के बाद, फ्यूजन एएक्स टैब खोलें और प्रयोग का चयन करें। रैंप दर को 2 डिग्री सेल्सियस और लक्ष्य को 800 डिग्री सेल्सियस तक बदलें। प्रयोग शुरू करने के लिए अप्लाई पर क्लिक करें।
    नोट: हीटिंग रैंप लगाने की प्रक्रिया उपयोग किए जाने वाले सीटू हीटिंग सिस्टम पर निर्भर है। तापमान रैंप को लागू करने के लिए ऊपर हाइलाइट किए गए चरण इस उदाहरण में उपयोग किए गए सिस्टम पर लागू होते हैं।
  9. टैगिंग सुविधा का उपयोग करके प्रयोग के दौरान किसी भी घटना या रुचि के बिंदुओं को हाइलाइट करें, जैसा कि चरण 2.10 में दिखाया गया है। नमूना की छवि बनाना जारी रखें और वांछित तापमान प्रोफ़ाइल को समायोजित करें। समाप्त होने पर, अंतिम सत्र पर क्लिक करें और विश्लेषण सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके डेटा फ़ाइल सहेजें (प्रतिनिधि परिणामों में चर्चा की गई डेटाबेस फ़ाइल का एक हिस्सा पूरक फ़ाइल 6 के रूप में प्रदान किया जाता है)।
  10. सत्र की समीक्षा करने के लिए विश्लेषण सॉफ़्टवेयर खोलें। तापमान, टेम्पलेट मॉर्फिंग कारक, खुराक दर और संचयी खुराक को समयरेखा में प्लॉट करें। चरण 3.6 और 3.7 में उल्लिखित चरणों का उपयोग करके वांछित रूप से छवियों और फिल्मों को निर्यात करें। छवियों और फिल्मों को खुराक मानचित्र ओवरले के साथ या बिना निर्यात किया जा सकता है (चित्रा 4)।

Representative Results

यह काम टीईएम इमेजिंग और सीटू प्रयोगों के लिए एमवीएस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके डेटा अधिग्रहण की उपयोगिता पर प्रकाश डालता है। माइक्रोस्कोप संरेखण और स्थिति सेटअप TEM निर्माता के डिफ़ॉल्ट नियंत्रणों के माध्यम से प्रदर्शन और चयन किया गया था। प्रारंभिक सेटअप के बाद, इस वीडियो लेख में प्रस्तुत प्रोटोकॉल एमवीएस सॉफ्टवेयर के माध्यम से आयोजित किए गए थे। वीडियो प्रोटोकॉल और प्रतिनिधि डेटा में प्रस्तुत सभी प्रयोगों के लिए एक 300 केवी टीईएम का उपयोग किया गया था, तुलना जिओलाइट डेटा को छोड़कर जो 200 केवी कोल्ड एफईजी (चित्रा 3 डी-एफ और तालिका 1) का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। सभी मेटाडेटा एकत्र किए गए थे और एमवीएस सॉफ्टवेयर द्वारा स्वचालित रूप से अपनी संबंधित छवियों के साथ संरेखित किए गए थे।

सॉफ्टवेयर लॉन्च करने और मेनू से उपयुक्त वर्कफ़्लो का चयन करने के बाद, छवि दर्शक के बाईं ओर टूलबार में कनेक्ट बटन को सक्रिय करके माइक्रोस्कोप से एक कनेक्शन स्थापित किया जाता है, जैसा कि चित्रा 1 ए में दिखाया गया है। जब कनेक्ट बटन हाइलाइट किया जाता है, तो माइक्रोस्कोप से छवियां और संबद्ध मेटाडेटा स्वचालित रूप से एमवीएस सॉफ़्टवेयर में स्ट्रीम हो जाते हैं और छवि दृश्य फलक में दिखाई देते हैं। इन छवियों और उनके संबंधित मेटाडेटा को कालानुक्रमिक रूप से एक समयरेखा में सहेजा जाता है जिसे समयरेखा में नए डेटा की रिकॉर्डिंग को बाधित किए बिना खोला, समीक्षा और विश्लेषण किया जा सकता है (चित्रा 1 बी)। कनेक्ट आइकन को निष्क्रिय करके किसी भी समय उपयोगकर्ता द्वारा स्ट्रीमिंग को बाधित किया जा सकता है।

एक बार कनेक्शन सक्रिय हो जाने के बाद, अन्य वर्कफ़्लोज़ जो एमवीएस सॉफ़्टवेयर फ़्रेमवर्क पर निर्भर हैं, उन तक पहुँचा जा सकता है। इस वीडियो प्रोटोकॉल में दिखाए गए उदाहरणों में, एमवीएस सॉफ्टवेयर के अन्य कार्यों का उपयोग करने से पहले एक खुराक अंशांकन किया जाना चाहिए। खुराक अंशांकन एमवीएस सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित एक स्वचालित प्रक्रिया है; यह मापदंडों के संयोजन के लिए बीम के वर्तमान और क्षेत्र को मापने के लिए एक समर्पित फैराडे कप खुराक अंशांकन धारक का उपयोग करता है। फैराडे कप अंशांकन धारक, चित्र 2 में दिखाया गया है, एक बाहरी पिकोमीटर से जुड़ता है, जो बीम प्रवाह को सटीक रूप से मापता है। एक बार माइक्रोस्कोप में डालने के बाद, भौतिक संरेखण छेद केंद्रित होता है और वांछित बीम स्थितियों को कैलिब्रेट किया जाता है (स्पॉट आकार, एपर्चर और आवर्धन) सॉफ्टवेयर में दर्ज किए जाते हैं। सॉफ्टवेयर चयनित स्थितियों के प्रत्येक संयोजन के लिए अंशांकन चरणों की एक श्रृंखला करता है। खुराक अंशांकन के दौरान, धारक स्वचालित रूप से एकीकृत फैराडे वर्तमान कलेक्टर कप और थ्रू-होल के बीच चलता है। लेंस स्थितियों के प्रत्येक संयोजन के लिए वर्तमान माप को पिकोमीटर द्वारा फैराडे कप पर मापा जाता है। फिर, सॉफ्टवेयर थ्रू-होल में बीम को केंद्र में रखने के लिए चरण का अनुवाद करता है और बीम क्षेत्र मशीन-दृष्टि एल्गोरिदम के माध्यम से निर्धारित किया जाता है। माप की यह श्रृंखला तीव्रता / चमक और बीम क्षेत्र के बीच संबंधों की एक प्रोफ़ाइल बनाती है। यह सॉफ्टवेयर को बीम क्षेत्र को विस्तारित करने में सक्षम बनाता है क्योंकि दृश्य के क्षेत्र की परवाह किए बिना एक प्रयोग के दौरान तीव्रता / चमक सेटिंग को समायोजित किया जाता है। संचयी खुराक और खुराक दर के मूल्यों की गणना इन बीम वर्तमान और बीम क्षेत्र मापों का उपयोग करके की जाती है और एक खुराक अंशांकन फ़ाइल उत्पन्न होती है। यह प्रक्रिया अनिवार्य रूप से टीईएम और इसकी व्यक्तिगत लेंस स्थितियों के लिए एक खुराक "फिंगरप्रिंट" को परिभाषित करती है। एक बार टीईएम के लिए खुराक कैलिब्रेट होने के बाद, उपयोगकर्ता सामान्य रूप से काम करने में सक्षम होता है और खुराक की जानकारी या मैनुअलनोट लेने के नुकसान के बिना आवर्धन और तीव्रता को स्वतंत्र रूप से समायोजित करता है। अंशांकन पूरा होने के बाद, खुराक अंशांकन धारक को हटा दिया जाता है, जिससे नमूना सामान्य रूप से डाला जा सकता है। टीईएम और एसटीईएम मोड दोनों के लिए अंशांकन प्रक्रिया में आमतौर पर 10 मिनट से कम समय लगता है।

खुराक की स्थिति को कैलिब्रेट करने के बाद, व्यावसायिक रूप से खरीदे गए जिओलाइट नैनोपार्टिकल (जेडएसएम -5) नमूने को उच्च खुराक दर की स्थिति के तहत चित्रित किया गया था ताकि थ्रेशोल्ड (संचयी) खुराक निर्धारित की जा सके जिस पर नमूना संरचनात्मक जानकारी प्रदान करने के लिए बहुत क्षतिग्रस्त है। जेडएसएम -5 नैनोकणों को इथेनॉल में निलंबित कर दिया गया था और एक पारंपरिक तांबा टीईएम ग्रिड पर ड्रॉपकास्ट किया गया था। उन्हें 3 के स्पॉट आकार और 100 μm कंडेनसर एपर्चर का उपयोग करके TEM मोड में 300 kV पर लगातार चित्रित किया गया था। उच्च खुराक दर की स्थिति के तहत एमवीएस सॉफ्टवेयर द्वारा पढ़ी गई खुराक दर 519 ई-/ दृश्य के क्षेत्र में नैनोकणों को लगातार चित्रित किया गया था जब तक कि एफएफटी में चोटियां गायब नहीं हो गईं, क्रिस्टलीय संरचना के क्षरण का संकेत देती हैं, जैसा कि चित्र 3 ए-सी और पूरक फ़ाइल 3 में दिखाया गया है। ओवरले (जिसे लाइव प्रयोग के दौरान या बाद में विश्लेषण सॉफ्टवेयर में जोड़ा जा सकता है) को तिथि और समय, खुराक दर, अधिकतम (संचयी) खुराक और आवर्धन दिखाने के लिए टीईएम छवियों पर लागू किया गया था। प्रयोगों के दौरान खुराक दर को स्थिर रखा गया था, संचयी खुराक (अधिकतम खुराक) समय के कार्य के रूप में बढ़ रही थी। एफएफटी चोटियां 42 सेकंड के निरंतर इमेजिंग (चित्रा 3 बी) के बाद गायब होने लगीं। 1 मिनट और 20 सेकंड और ~ 60,000 ई -/ ए2 की संचयी खुराक पर, एफएफटी चोटियां पूरी तरह से गायब हो गई थीं (चित्रा 3 सी)।

यह दिखाने के लिए कि यह अंशांकन विधि मात्रात्मक खुराक माप उत्पन्न करती है जिसे विभिन्न सेटिंग्स के तहत संचालित अन्य माइक्रोस्कोप पर लागू किया जा सकता है, एक ही अंशांकन प्रक्रिया और जिओलाइट क्षरण प्रयोग 200 केवी कोल्ड फील्ड उत्सर्जन बंदूक (एफईजी) टीईएम और 1 के स्पॉट आकार का उपयोग करके आयोजित किया गया था। इस माइक्रोस्कोप को विधि 1 में वर्णित एक ही प्रक्रिया का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया था, और विधि 2 में वर्णित एक ही प्रयोग नए स्पॉट आकार और एपर्चर सेटिंग्स का उपयोग करके किया गया था। बीम सेटिंग्स को समायोजित किया गया था ताकि दो प्रयोगों के बीच लागू खुराक दर में अंतर नगण्य था (499 e-/A2s बनाम 519 e-/A2.s)। जैसा कि चित्रा 3डी-एफ में दिखाया गया है और तालिका 1 में संक्षेप ति किया गया है, एफएफटी स्पॉट 1 मिनट और 50 सेकंड के निरंतर इमेजिंग और 58,230 ई -/ ए2 की संचयी खुराक के बाद पूरी तरह से गायब हो जाते हैं, जो पहले प्रयोग में प्राप्त मूल्यों के साथ संरेखित होता है।

एमवीएस सॉफ्टवेयर सीटू प्रयोगों में कैसे लाभ उठा सकता है, इसका एक उदाहरण हीटिंग प्रयोग करके दिखाया गया था। एक प्रतिनिधि नैनोकैटेलिस्ट नमूना, एयू / एफईओएक्स (प्रकाशित प्रक्रिया19 के बाद संश्लेषित), को एक उदाहरण प्रणाली के रूप में चुना गया था क्योंकि यह उच्च तापमान पर गतिशील रूपात्मक और संरचनात्मक परिवर्तनों से गुजरता है। यह तापमान-प्रेरित गतिशीलतातापमान परिवर्तन के दौरान नमूने के अपने आंदोलन और नमूने के थर्मल विस्तार के कारण आरओआई को दृश्य के क्षेत्र के भीतर केंद्रित रखना चुनौतीपूर्ण बनाती है। ड्रिफ्ट राइट और फोकस असिस्ट सुविधाओं को सक्षम करने के साथ, नमूना 800 डिग्री सेल्सियस पर ~ 30 सेकंड की अवधि में चित्रित किया गया था। ऊंचे तापमान पर, एयू / एफईओएक्स के भीतर सोने के नैनोकणों ने लौह ऑक्साइड समर्थन की सतह के साथ पलायन किया और बड़े कणों का निर्माण किया, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है और पूरक फ़ाइल 7 में एक फिल्म के रूप में दिखाया गया है। चित्र 5 एक AU / FeOx नैनोकैटेलिस्ट के भीतर एक छिद्रपूर्ण क्षेत्र के TEM स्नैपशॉट्स (चित्रा 5A-F) की एक श्रृंखला दिखाता है, जो एक सीटू हीटिंग प्रयोग के दौरान विभिन्न समय बिंदुओं (चित्रा 5G) पर दर्ज किया गया है। ROI के समन्वित बहाव मान की गणना स्वचालित रूप से सॉफ्टवेयर द्वारा की गई थी। श्रृंखला के दौरान छवियों के समन्वित बहाव और तापमान मूल्यों को चित्रा 5 जी में ग्राफिक रूप से दिखाया गया है। जैसा कि अपेक्षित था, तापमान प्रोफ़ाइल बढ़ने के साथ नमूने का समन्वित बहाव बढ़ जाता है, ~ 9 एनएम / मिनट की दर से ~ 62 एनएम / मिनट तक, और तापमान स्थिर होने के साथ समतल होने की ओर कम होना शुरू हो जाता है। बहाव की इस उच्च दर और नमूने की आकृति विज्ञान में परिवर्तन के बावजूद, तापमान रैंपिंग के दौरान उच्च रिज़ॉल्यूशन छवियां आसानी से प्राप्त की जाती हैं, जिससे छिद्रपूर्ण क्षेत्र के भीतर आंदोलन का पता चलता है, जैसा कि पूरक फ़ाइल 8 में दिखाया गया है। डाउनलोड निर्देशों और कंप्यूटर विनिर्देशों के लिए पूरक फ़ाइल 9 देखें।

Figure 2
चित्रा 2: इलेक्ट्रॉन खुराक अंशांकन और ट्रैकिंग । (ए) खुराक को एक समर्पित नमूना धारक का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाता है जिसमें बीम वर्तमान माप के लिए नमूना विमान पर तैनात एक वर्तमान कलेक्टर होता है। (बी) टिप डिजाइन की विशेषताओं का चित्रण: बाएं: फैराडे कप; मध्य: भौतिक छेद; दाएं: छेद के माध्यम से (सी)। लागू इलेक्ट्रॉन खुराक को एक छवि के भीतर विभिन्न खुराक एक्सपोजर को निरूपित करने के लिए रंग-कोडित मानचित्रों का उपयोग करके सॉफ्टवेयर में देखा जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: जिओलाइट (जेडएसएम -5) नैनोकणों का इलेक्ट्रॉन खुराक प्रेरित क्षरण। (ए-सी) 1 मिनट और 20 सेकंड की अवधि में लिए गए स्नैपशॉट 300 केवी एफईजी के साथ प्राप्त अवक्रमण डेटा और 519 ई-/s; जिओलाइट 1 मिनट और 20 सेकंड के भीतर खराब हो जाता है( डी-ई) स्नैपशॉट 1 मिनट और 50 सेकंड की अवधि में लिए गए स्नैपशॉट 200 केवी कोल्ड एफईजी टीईएम के साथ प्राप्त अवक्रमण डेटा और 499 ई-/s; इनसेट दिखाते हैं कि एफएफटी स्पॉट समय के साथ लुप्त हो रहा है। स्केल बार 60 एनएम है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: एक्सॉन सिंक्रोनिकिटी गतिशील रूप से विकसित नमूनों को ट्रैक और स्थिर करने के लिए मशीन-दृष्टि एल्गोरिदम लागू करता है। प्रयोग के दौरान उत्पन्न मेटाडेटा को समयरेखा के साथ प्लॉट किया जा सकता है, जिससे उपयोगकर्ता को अपने संबंधित मेटाडेटा के साथ एक छवि को जल्दी से जोड़ने की अनुमति मिलती है क्योंकि वे प्रयोग के दौरान उत्पन्न छवि श्रृंखला के माध्यम से स्क्रॉल करते हैं। (ए-एच) 800 डिग्री सेल्सियस पर एक नैनोकैटेलिस्ट नमूने (एयू / एफईओएक्स) की छवियां 28 सेकंड की अवधि में (ए-डी) और (ई-एच) दोनों खुराक मानचित्र ओवरले के साथ दर्ज की गईं। ओवरले में लाल क्षेत्र उच्च संचयी खुराक जोखिम के क्षेत्रों को इंगित करते हैं, और पीले क्षेत्र कम जोखिम वाले क्षेत्रों को इंगित करते हैं। किसी व्यक्तिगत पिक्सेल को हाइलाइट करना उस पिक्सेल के लिए संचयी खुराक को इंगित करता है। पैनलों ई-एच में सफेद तीर दो कणों को इंगित करते हैं जो प्रयोग के दौरान विलय होते हैं, और नारंगी तीर एक चलती सोने के कण के प्रक्षेपवक्र को इंगित करता है। (I) ए-एच में दिखाए गए छवि श्रृंखला के लिए विश्लेषण सॉफ्टवेयर द्वारा उत्पन्न प्रयोग समयरेखा। टाइमलाइन के शीर्ष पर नारंगी बिंदु कच्चे (गैर-डिजिटल रूप से सही) छवियों को दर्शाते हैं और नीले बिंदु बहाव सही छवियों को दर्शाते हैं। नारंगी ऊर्ध्वाधर सलाखों ने पैनल ए-एच दिखाए गए चित्रों के अनुरूप समयरेखा पर बिंदुओं को इंगित किया। स्केल बार 40 एनएम है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: विभिन्न समय बिंदुओं पर एयू / एफईओएक्स नैनोकैटेलिस्ट के भीतर एक छिद्रपूर्ण क्षेत्र के टीईएम स्नैपशॉट। एमवीएस सॉफ्टवेयर उच्च बहाव दर के दौरान भी नमूने को स्थिर और केंद्रित करता है, जैसे कि जो स्टेज, बीम शिफ्ट और डिजिटल सुधार के आवेदन के माध्यम से तापमान रैंप के दौरान होते हैं, जैसा कि मशीन-दृष्टि एल्गोरिदम द्वारा इंगित किया गया है। (ए-एफ) एयू / एफईओएक्स नैनोकैटेलिस्ट के भीतर एक छिद्रपूर्ण क्षेत्र के टीईएम स्नैपशॉट, एक सीटू हीटिंग प्रयोग के दौरान विभिन्न (जी) समय बिंदुओं पर दर्ज किए गए। आरओआई की बहाव दर स्वचालित रूप से गणना की जाती है और एमवीएस सॉफ्टवेयर द्वारा एक प्रयोग के दौरान दर्ज की जाती है। जैसा कि (जी) में प्लॉट किया गया है, जैसे ही तापमान प्रोफाइल बदल जाता है (नीली रेखा), तापमान बढ़ने पर बहाव दर (नारंगी रेखा) बढ़ जाती है और तापमान स्थिर होने पर घट जाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

माइक्रोस्कोप का प्रकार 300 kV feg TEM 200 केवी कोल्ड फेग टीईएम
स्पॉट साइज/कंडेनसर 2 अपर्चर 3/100 μm 1/100 μm
खुराक की दर 519 e-/A2•s1 499 e-/A2•s1
एफएफटी द्वारा मापा गया संरचना का नुकसान
(संचित खुराक)		 60,270 e-/A2 58,230 e-/A2

तालिका 1: विभिन्न माइक्रोस्कोप से प्राप्त जिओलाइट क्षरण परिणामों की सारांश तुलना।

पूरक फ़ाइल 1: खुराक प्रबंधन टैब खोलने के साथ एमवीएस सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस का स्क्रीनशॉट। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 2: बीम-प्रेरित जिओलाइट अवक्रमण प्रयोग की एमवीएस सॉफ्टवेयर डेटाबेस फ़ाइल। यह देखने / विश्लेषण सॉफ्टवेयर मुफ्त में डाउनलोड करने के लिए उपलब्ध है। डाउनलोड निर्देशों और कंप्यूटर विनिर्देशों के लिए कृपया पूरक फ़ाइल 9 देखें। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 3: बीम प्रेरित जिओलाइट क्षरण की फिल्म। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 4: CSV फ़ाइल 1 (जिओलाइट क्षरण: कच्चा डेटा [केवल यांत्रिक सुधार]) कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 5: CSV फ़ाइल (जिओलाइट गिरावट: बहाव ठीक किया गया [यांत्रिक + डिजिटल सुधार]) कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 6: सीटू हीटिंग प्रयोग में एमवीएस सॉफ्टवेयर डेटाबेस फ़ाइल नैनोकैटेलिस्ट। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 7: खुराक ओवरले के साथ 800 डिग्री सेल्सियस पर नैनोकैटेलिस्ट की फिल्म। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 8: समन्वित बहाव मूल्यों के साथ तापमान रैंप के दौरान नैनोकैटेलिस्ट की फिल्म। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 9: नि: शुल्क विश्लेषण सॉफ्टवेयर डाउनलोड करने के लिए निर्देश। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

टीईएम प्रयोगात्मक परिणामों की व्याख्या अक्सर कई अंतर-जुड़े प्रयोगात्मक मापदंडों पर निर्भर होती है, जैसे कि माइक्रोस्कोप सेटिंग्स, इमेजिंग स्थितियां, और ओपरेंडो या सीटू प्रयोगों के मामले में, पर्यावरण या उत्तेजनाओं में परिवर्तन 1,23। बड़े टीईएम डेटासेट का सटीक विश्लेषण, जिस पर इन मापदंडों को लगातार संशोधित किया जा सकता है, को प्रयोगशाला पत्रिका या अन्य बाहरी प्रलेखन स्रोत में प्रत्येक छवि के लिए प्रत्येक स्थिति और सेटिंग को सटीक रूप से रिकॉर्ड करने के लिए ऑपरेटर से महत्वपूर्ण ध्यान देने की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे टीईएम डेटासेट आकार और जटिलता में बढ़ते हैं, मैन्युअल रिकॉर्डकीपिंग अप्रबंधनीय हो जाती है, और प्रमुख जानकारी छूट सकती है या गलत तरीके से दर्ज की जा सकती है। यहां वर्णित एमवीएस सॉफ्टवेयर माइक्रोस्कोप, डिटेक्टर / कैमरा, और अन्य प्रणालियों (जैसे सीटू नमूना धारकों) से एक प्रयोग के दौरान उत्पन्न मेटाडेटा को समेकित करता है और उन्हें अपनी संबंधित छवियों के साथ संरेखित करता है।

मेटाडेटा समेकन के अलावा, सॉफ्टवेयर अपने ड्रिफ्ट राइट और फोकस असिस्ट फ़ंक्शंस का उपयोग करके स्थानिक, बीम और डिजिटल सुधारों के संयोजन के माध्यम से दृश्य के क्षेत्र को ट्रैक और स्थिर करने के लिए मशीन-दृष्टि एल्गोरिदम लागू करता है। जब ड्रिफ्ट सही फ़ंक्शन संलग्न होता है, तो एमवीएस सॉफ़्टवेयर में खींची गई पहली छवि का उपयोग करके एक क्रॉस-सहसंबंध 'टेम्पलेट' छवि उत्पन्न होती है। नमूना बहाव या आंदोलन की दिशा और परिमाण की गणना करने के लिए टेम्पलेट की तुलना आने वाली छवियों से की जाती है। इस जानकारी के साथ, एमवीएस सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से तीन मापदंडों में से कम से कम एक को समायोजित करके छवि सुविधाओं को एक ही स्थान पर रखने के लिए आवश्यक सुधार लागू करता है: चरण स्थान, बीम या छवि बदलाव, और डिजिटल छवि सुधार। फोकस असिस्ट फ़ंक्शन एक फोकस मान असाइन करने के लिए एल्गोरिदम के संयोजन का उपयोग करता है, जिसे प्रत्येक छवि के लिए फोकस स्कोर कहा जाता है, और उन स्कोर की तुलना नमूना को फोकस में रखने के लिए लागू करने के लिए डीफोकस समायोजन के परिमाण और दिशा को निर्धारित करने के लिए की जाती है। एसटीईएम इमेजिंग मोड में, एमवीएस सॉफ्टवेयर फोकस स्कोर असाइन करने के लिए सामान्यीकृत विचरण के मालिकाना संस्करण के माध्यम से कंट्रास्ट को अधिकतम करने का प्रयास करता है। टीईएम मोड में, तीव्रता के एक रेडियल योग की गणना एफएफटी में की जाती है और फोकस स्कोर की गणना करने के लिए उपयोग की जाती है। फोकस को अनुकूलित करने के लिए एमवीएस सॉफ्टवेयर की क्षमता की सीमाएं तब होती हैं जब यह किसी छवि के लिए सही फोकस स्कोर की सटीक गणना नहीं कर सकता है। यह आमतौर पर तब होता है जब माइक्रोस्कोप गलत तरीके से संरेखित होता है या अंशांकन के दौरान नमूना काफी फोकस से बाहर हो जाता है, जिससे सॉफ्टवेयर को सही शुरुआती फोकस स्कोर मूल्य की सही गणना करने से रोका जाता है। एमवीएस सॉफ्टवेयर को अच्छी तरह से परिभाषित जाली फ्रिंज वाले नमूनों के लिए फोकस स्कोर की गणना करने में कठिनाई हो सकती है, क्योंकि एफएफटी में जाली फ्रिंज फोकस स्कोरिंग एल्गोरिदम को 'अभिभूत' कर सकते हैं; इस प्रकार, यदि कोई नमूना फ़ोकस से बाहर चला जाता है, तो फ़ोकस स्कोर फ़ोकस में परिवर्तन को सटीक रूप से प्रतिबिंबित नहीं कर सकता है। इसके विपरीत, कम आवर्धन पर या कम एफएफटी सिग्नल वाले नमूने के साथ काम करना भी एक अच्छे फोकस स्कोर की गणना करना चुनौतीपूर्ण बना सकता है। इन कठिनाइयों को कम करने के लिए, एमवीएस सॉफ्टवेयर में कई अतिरिक्त एल्गोरिदम होते हैं जिन्हें उपयोगकर्ता द्वारा फोकस स्कोर की गणना के लिए चुना जा सकता है यदि डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स नमूने के लिए अनुपयुक्त हैं। किसी दिए गए प्रयोग के लिए सर्वोत्तम एल्गोरिदम निर्धारित करने के लिए इन्हें केस-दर-केस आधार पर परीक्षण और लागू किया जाना चाहिए।

समय के साथ नमूना संरचना में रूपात्मक परिवर्तन ों को टेम्पलेट मॉर्फिंग कारक का उपयोग करके हिसाब दिया जाता है। यह फ़िल्टर ऑपरेटर द्वारा अक्षम है, ताकि पंजीकरण एल्गोरिदम समय के साथ रूपात्मक परिवर्तनों के लिए जिम्मेदार हो। इसके अतिरिक्त, सॉफ्टवेयर नमूना संरचना में परिवर्तन और माइक्रोस्कोप, कैमरा या डिटेक्टर मापदंडों में किसी भी ऑपरेटर-प्रेरित परिवर्तन के बाद टेम्पलेट को स्वचालित रूप से अपडेट करने के लिए निरंतर छवि, माइक्रोस्कोप सेटिंग्स और कैमरा या डिटेक्टर सेटिंग्स की निगरानी करता है। जैसा कि चित्रा 4, चित्रा 5, पूरक फ़ाइल 7, और पूरक फ़ाइल 8 में दिखाया गया है, एमवीएस सॉफ्टवेयर प्रभावी, तत्काल स्थिरीकरण प्रदान करता है, जिससे गतिशील रूप से चलने या नमूने बदलने की उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग की अनुमति मिलती है। यद्यपि सॉफ्टवेयर बहाव या नमूना आंदोलन की बहुत उच्च दरों को नियंत्रित करने में सक्षम है, जैसे कि वे जो सीटू प्रयोग के दौरान हीटिंग रैंप लागू करते समय होते हैं, अधिकतम चरण सुधार या बीम शिफ्ट की सीमाएं हैं जिन्हें सॉफ्टवेयर नियंत्रित कर सकता है यदि नमूना बहुत तेजी से आगे बढ़ रहा है या बह रहा है। यह सीमा छवि अद्यतन दर, दृश्य आकार का क्षेत्र, और बहाव दर का एक फ़ंक्शन है। किसी दिए गए क्षेत्र और छवि अद्यतन दर के लिए, एक अधिकतम बहाव दर है जिसे ठीक किया जा सकता है, और यदि भौतिक आंदोलन नहीं रह सकते हैं, तो प्रक्रिया समाप्त हो सकती है या अस्थिर हो सकती है। ड्रिफ्ट सही जैसी सुविधाएँ लागू होने पर उत्पन्न पंजीकरण टेम्पलेट्स से, अतिरिक्त परिकलित मेटाडेटा उत्पन्न किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, मैच सहसंबंध एक श्रृंखला में टेम्प्लेट के बीच परिवर्तन की सीमा का एक संख्यात्मक रिकॉर्ड है और इसका उपयोग प्रयोगात्मक समयरेखा में बिंदुओं की पहचान करने के लिए किया जाता है जिसमें नमूना बदल जाता है। एक उच्च मिलान सहसंबंध मूल्य एक नमूने से मेल खाता है जो इसकी आकृति विज्ञान में परिवर्तन से गुजरा है, और एक कम मिलान सहसंबंध मूल्य एक नमूने से मेल खाता है जिसकी संरचना अपेक्षाकृत स्थिर रहती है। मिलान सहसंबंध सीटू अध्ययनों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान है क्योंकि इसे ग्राफिक रूप से प्लॉट किया जा सकता है, जिससे उपयोगकर्ता को महत्वपूर्ण नमूना परिवर्तन के अनुरूप श्रृंखला में छवियों को जल्दी से इंगित करने में सक्षम बनाता है। हालांकि, यह समझना महत्वपूर्ण है कि उच्च मिलान सहसंबंध मान इमेजिंग स्थितियों में परिवर्तन के अनुरूप भी हो सकते हैं, जैसे कि चरण को स्थानांतरित करना या आवर्धन को बदलना, यदि ये क्रियाएं की जाती हैं जबकि बहाव सुधार फ़ंक्शन सक्रिय रहता है।

यहां प्रस्तुत अंशांकन वर्कफ़्लो न्यूनतम ऑपरेटर हस्तक्षेप के साथ विभिन्न लेंस स्थितियों के तहत बीम को सटीक रूप से कैलिब्रेट करने के लिए एक अद्वितीय अंशांकन धारक और एक अर्ध-स्वचालित अंशांकन दिनचर्या का उपयोग करता है। खुराक अंशांकन दिनचर्या को टीईएम पर स्थापित एमवीएस सॉफ्टवेयर के माध्यम से एक्सेस किया जाता है। एमवीएस सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से प्रासंगिक माइक्रोस्कोप सेटिंग्स को पढ़ता है ताकि बाद के प्रयोगों के संदर्भ में सभी मापों को सहेजा जा सके। कुछ टीईएम पर, एपर्चर या मोनोक्रोमेटर सेटिंग्स को पढ़ना संभव नहीं है, और इन्हें कैलिब्रेशन के दौरान और उपयोग के दौरान ऑपरेटर द्वारा एमवीएस सॉफ्टवेयर सेटिंग्स में दर्ज किया जाना चाहिए। प्रोग्राम संकेतों का पालन करके इन ऑपरेटर इनपुट सेटिंग्स को अपडेट रखने में मदद करने के लिए सॉफ़्टवेयर में निर्मित अनुस्मारक हैं। माइक्रोस्कोप कॉलम में कहीं और एकीकृत एक पर भरोसा करने के बजाय एक अंतर्निहित वर्तमान कलेक्टर के साथ एक धारक का विकास, एक जानबूझकर डिजाइन विकल्प है। यह वर्तमान कलेक्टर को एक नमूने के रूप में एक ही विमान पर तैनात करने में सक्षम बनाता है, बीम विक्षेपण या विभिन्न बीम स्थितियों पर एपर्चर द्वारा इलेक्ट्रॉनों के अवशोषण में अंतर के कारण वर्तमान माप में त्रुटियों को समाप्त करता है। एमवीएस सॉफ्टवेयर लेंस स्थितियों के किसी भी संयोजन के लिए बीम वर्तमान और क्षेत्र को मापने के लिए एक स्वचालित दिनचर्या का पालन करता है। सॉफ्टवेयर तब इन मापा अंशांकनों को कैमरे या स्क्रीन वर्तमान के साथ सहसंबंधित कर सकता है और प्रयोग के दौरान बीम क्षेत्र में आवर्धन आदि में किसी भी बदलाव को विस्तारित कर सकता है। एक बार उत्पन्न होने के बाद, इन अंशांकन फ़ाइलों का तुरंत उपयोग किया जा सकता है और बाद में उपयोग के लिए स्वचालित रूप से सहेजा जाता है यदि सॉफ़्टवेयर भविष्य के सत्र के दौरान उपयोग की जा रही समान सेटिंग्स का पता लगाता है। यद्यपि अंशांकन फ़ाइल की दीर्घायु माइक्रोस्कोप से माइक्रोस्कोप तक भिन्न होती है, लेखकों ने पाया है कि वे वर्तमान मूल्यों में पर्याप्त परिवर्तन देखे बिना कई महीनों तक एक ही अंशांकन फ़ाइलों का उपयोग करने में सक्षम हैं। इन अंशांकनों को प्रासंगिक रखने में मदद करने के लिए बंदूकों के उत्सर्जन प्रोफ़ाइल की निगरानी करने वाले अंतर्निहित दिनचर्या हैं, खासकर ठंडे एफईजी उत्सर्जन बंदूकों पर।

माइक्रोस्कोप के बीच खुराक माप का सामान्यीकरण और नमूने के बीम एक्सपोजर की स्वचालित ट्रैकिंग एमवीएस सॉफ्टवेयर के महत्वपूर्ण कार्य हैं, क्योंकि वे विभिन्न माइक्रोस्कोप सिस्टम पर किए जाने वाले प्रयोगों के बीच खुराक की स्थिति की मात्रात्मक तुलना की अनुमति देते हैं। विभिन्न माइक्रोस्कोप का उपयोग करके समान प्रयोगों के दौरान प्राप्त जिओलाइट नमूने (जेडएसएम -5) की खुराक प्रेरित गिरावट, दोनों सेटअपों के लिए ~ 500 ई-/ ए2 की खुराक दर लागू करते समय अधिकतम संचयी या थ्रेशोल्ड इलेक्ट्रॉन खुराक (~ 60.000 ई -/ इन तुलनात्मक परिणामों से पता चलता है कि खुराक सॉफ्टवेयर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, मात्रात्मक खुराक माप की सुविधा प्रदान करता है। संचयी खुराक में छोटा अंतर जिस पर प्रत्येक प्रयोग के लिए पूर्ण एफएफटी स्पॉट गायब देखा जाता है, संभवतः दो माइक्रोस्कोप द्वारा नियोजित विभिन्न त्वरण वोल्टेज का परिणाम है, जिसमें कम त्वरण वोल्टेज के परिणामस्वरूप अधिक विकिरण क्षति मार्ग होते हैं, और उच्च त्वरण वोल्टेज आमतौर पर अधिक नॉक-ऑनक्षति के परिणामस्वरूप होता है। जेडएसएम -5 नैनोकणों की महत्वपूर्ण खुराक के लिए साहित्य के परिणाम 9,000-14,000 ई-/ए2 तक होते हैं, जो सभी एफएफटी स्पॉट25,26 के पूरी तरह से गायब होने के बजाय पहले एफएफटी स्पॉट गायब हो जाते हैं। हमारे परिणामों में, पहला एफएफटी स्पॉट गायब होना लगभग 25,000 ई-/ पिछले अध्ययन फॉस्फोर स्क्रीन का उपयोग करके प्राप्त वर्तमान मापों पर निर्भर थे, जो फैराडे कप15 की तुलना में बीम वर्तमान माप को कम करने के लिए अच्छी तरह से प्रलेखित है। निर्धारित महत्वपूर्ण खुराक दो या अधिक के कारक से भिन्न हो सकती है, जिसके आधार पर खुराक को ट्रैक करने के लिए एफएफटी पीक का उपयोग किया जाता है। यह इंगित करता है कि उच्च स्थानिक आवृत्तियों पहले नीचा हो जाती हैं, और माप के दौरान उपयोग किए जाने वाले ज़ोन एक्सेस के आधार पर अलग-अलग मान हो सकते हैं (हमारे परिणाम विशिष्ट संरचनात्मक विशेषताओं के बजाय पूरे जिओलाइट क्रिस्टल से एफएफटी स्पॉट पर केंद्रित हैं)25,26। तकनीकों और वर्तमान अंशांकन में ये अंतर हमारे परिणामों और पिछले साहित्य अध्ययनों में रिपोर्ट किए गए दो प्रयोगों के बीच मूल्यों में अंतर के लिए जिम्मेदार हैं।

यद्यपि इलेक्ट्रॉन खुराक इंटरैक्शन कई टीईएम प्रयोगों में एक महत्वपूर्ण कारक हैं, सीटू और विशेष रूप से तरल-ईएम अध्ययन विशेष रूप से इसके प्रभावों के प्रति संवेदनशील हैं। इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा तरल पदार्थों के रेडियोलिसिस के परिणामस्वरूप रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील प्रजातियों का एक कैस्केड होता है जो नमूने के साथ बातचीत कर सकता है, विश्लेषण को जटिल बना सकता है। तरल-ईएम प्रयोग के दौरान उपयोग की जाने वाली खुराक दर या समृद्धि और संचयी खुराक दोनों का तरल रेडियोलिसिस27,28 के कारण उत्पन्न कट्टरपंथी प्रजातियों की एकाग्रता पर प्रभाव पड़ सकता है। इस प्रकार, एक प्रयोग के दौरान संचयी खुराक और खुराक दर मेटाडेटा दोनों को एकत्र करना और रिकॉर्ड करना छवियों और नमूने के खुराक इतिहास के बीच प्रत्यक्ष सहसंबंध की अनुमति देता है, और इन प्रयोगों में इलेक्ट्रॉन बीम के प्रभाव को स्पष्ट और नियंत्रित करने का एक अधिक सटीक तरीका है। हालांकि इस प्रोटोकॉल में शामिल नहीं है, तरल-ईएम के लिए खुराक प्रबंधन सुविधाओं की उपयोगिता का एक उदाहरण चित्रा 6 में दिखाया गया है।

Figure 6
चित्रा 6: एक सीटू तरल-ईएम प्रयोग के दौरान सोने के नैनोकणों की बीम-प्रेरित वृद्धि। (ए) पूरे क्षेत्र में संचयी खुराक मानचित्र के रंग ओवरले के साथ परिणामी कण वृद्धि का कम-आवर्धन एसटीईएम अवलोकन। ओवरले में लाल क्षेत्र उच्च संचयी खुराक जोखिम के क्षेत्रों को इंगित करते हैं और पीले क्षेत्र कम जोखिम वाले क्षेत्रों को इंगित करते हैं। कर्सर के साथ एक व्यक्तिगत पिक्सेल को हाइलाइट करना या शामिल ड्राइंग टूल का उपयोग करके किसी क्षेत्र पर एक बॉक्स खींचना उस पिक्सेल या क्षेत्र के लिए संचयी खुराक को इंगित करता है। स्केल बार 2 μm है। (B, C) A में नारंगी बक्से (b, c) द्वारा इंगित क्षेत्रों की उच्च आवर्धन STEM छवियां। उच्च संचयी खुराक (10.811 e-/A2) के संपर्क में आने वाले क्षेत्र b में क्षेत्र C में पाए जाने वाले कणों की तुलना में बड़े कण होते हैं, जो कम संचयी खुराक (0.032 e-/A2) के संपर्क में थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

समृद्ध खुराक दर और संचयी खुराक मेटाडेटा खुराक-निर्भर नैनोमटेरियल विकास और गिरावट मार्गों के विश्लेषण को सरल बनाता है। चित्र 6 तरल-ईएम प्रयोगों के दौरान पानी में सोने के ऑरिक क्लोराइड (एचएयूसीएल3) आयनों के समाधान की बीम-प्रेरित कमी को दर्शाता है। चित्रा 6 ए में रंग खुराक मानचित्र ओवरले से, यह कल्पना करना आसान है कि संचयी इलेक्ट्रॉन खुराक नैनोकणों 29,30,31,32 के परिणामस्वरूप आकार और आकार को प्रभावित करती है। कम आवर्धन एसटीईएम अवलोकन एक उच्च (लाल) और कम (पीले) संचयी खुराक के संपर्क में आने वाले क्षेत्रों को दर्शाता है। उच्च खुराक के संपर्क में आने वाले क्षेत्र में कण कम संचयी खुराक के संपर्क में आने वाले क्षेत्रों की तुलना में बड़े होते हैं। क्योंकि खुराक मेटाडेटा पिक्सेल स्तर पर प्रत्येक छवि में सीधे एम्बेडेड होता है, तरल-ईएम प्रयोगों में इलेक्ट्रॉन खुराक के जटिल प्रभावों का अब व्यवस्थित रूप से विश्लेषण किया जा सकता है जो पहले कभी प्राप्त नहीं किया जा सकता था।

इस प्रोटोकॉल में, हमने दिखाया है कि एमवीएस सॉफ्टवेयर इलेक्ट्रॉन खुराक और पिक्सेल-दर-पिक्सेल आधार पर नमूने में वितरित कुल खुराक दोनों को कैलिब्रेट, निगरानी और ट्रैक करने के लिए एक व्यापक समाधान प्रदान करता है। यह क्षमता खुराक-संवेदनशील नमूनों की इमेजिंग और इलेक्ट्रॉन बीम इंटरैक्शन को समझने के लिए एक नया प्रतिमान खोलती है। यह तरल-ईएम प्रयोगों के लिए विशेष रूप से रोमांचक है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉन खुराक की भूमिका में अधिक प्रभावी पूछताछ की अनुमति देगा और प्रयोगात्मक प्रजनन क्षमता में सुधार करेगा। यह हमारी आशा है कि यह नया ढांचा खुराक दर और संचित खुराक की जानकारी के सटीक संग्रह की अनुमति देगा, टीईएम परिणामों की अधिक सटीक व्याख्या के लिए समुदाय के साथ इस डेटा को साझा करने की सुविधा प्रदान करेगा, और फेयर प्रिंसिपल रिपोर्टिंग और विश्लेषण को सक्षम करके वैज्ञानिक सहयोग और डेटा साझाकरण को आगे बढ़ाएगा।

Disclosures

सभी लेखक प्रोटोचिप्स, इंक के कर्मचारी हैं।

Acknowledgments

यह काम उत्तरी कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी में विश्लेषणात्मक इंस्ट्रूमेंटेशन सुविधा (एआईएफ) में भाग में किया गया था, जो उत्तरी कैरोलिना राज्य और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (पुरस्कार संख्या ईसीसीएस -2025064) द्वारा समर्थित है। एआईएफ उत्तरी कैरोलिना रिसर्च ट्रायंगल नैनो टेक्नोलॉजी नेटवर्क (आरटीएनएन) का सदस्य है, जो राष्ट्रीय नैनो टेक्नोलॉजी समन्वित बुनियादी ढांचे (एनएनसीआई) में एक साइट है। लेखक 200 केवी सीएफईजी जिओलाइट खुराक थ्रेशोल्ड अध्ययन परिणाम प्रदान करने के लिए पेरिस सिटी विश्वविद्यालय में सीएनआरएस अनुसंधान निदेशक डेमियन एलॉय को धन्यवाद देना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ARM200F CFEG JEOL Transmission Electron Microscope (200 kV)
AXON DOSE Calibration Holder Protochips, Inc. AXA-FC-TFS Dose calibration and management hardware package for ThermoFisher ScientificTEM
AXON DOSE Software:  Version 10.6.5.3 Protochips, Inc. AX-MOD-DOSE-01-1YR Dose calibration and management software
AXON Studio Software: Version 10.6.5.3 Protochips, Inc. No Part Number.
Available to download at  success.protochips.com		 Offline analysis software for AXON datasets.  A free copy of the AXON Studio software is available for down load at:  success.protochips.com
AXON Synchronicity Core Protochips, Inc. AXON-CORE Hardware component of the synchronization software.
AXON Synchronicity Software:  Version 10.6.5.3 Protochips, Inc. AX-MOD-SYNCPRO-01-1YR Synchronization software
Fusion In-Situ Heating E-chip Protochips, Inc. E-FHDC-VO-10 Sample Support E-chip with carbon film.  Used with in situ heating system
Fusion Select In Situ Heating System Protochips, Inc. FFAD-6200-EXP In-situ MEMs heating system for ThermoFisher Scientific TEM.
Gold(III) chloride (50% gold basis) hydrate 50790 Sigma Aldrich 27988-77-8 Used to prepare Au/FeOx nanocatalyst.  Coprecipitation synthesis procedure followed in C. Sze et al. Materials Letters. 36 (1–4), 11–16 (1998)
Iron (III) Oxide 310050 (Fe2O3) Sigma Aldrich 1309-37-1 Used to prepare Au/FeOx nanocatalyst.  Coprecipitation synthesis procedure followed in C. Sze et al. Materials Letters. 36 (1–4), 11–16 (1998)
Titan ChemiSTEM ThermoFisher Scientific Transmission Electron Microscope (300 kV)
Zeolite ZSM-5 Zeolyst CBV 8014  Nanocatalyst sample:  80 SiO2/Al2O3 Mole Ratio

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References

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जीव विज्ञान अंक 196
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी वर्कफ़्लो, परिणाम विश्लेषण और डेटा प्रबंधन के लिए एक मशीन-दृष्टि दृष्टिकोण
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Dukes, M. D., Krans, N. A., Marusak, … More

Dukes, M. D., Krans, N. A., Marusak, K., Walden, S., Eldred, T., Franks, A., Larson, B., Guo, Y., Nackashi, D., Damiano, J. A Machine-Vision Approach to Transmission Electron Microscopy Workflows, Results Analysis and Data Management. J. Vis. Exp. (196), e65446, doi:10.3791/65446 (2023).

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