Cuantificar datos de fluorescencia de rayos x usando mapas

La fluorescencia de rayos X basada en sincrotrón es una técnica importante para observar la segregación elemental, las relaciones estequiométricas y el comportamiento de agrupamiento en muestras de una multitud de campos, incluidos la biología, la química y la ciencia de los materiales. La información obtenida de estos estudios es cualitativa hasta que se utilizan procedimientos de cuantificación adecuados para convertir los recuentos de fluorescencia bruta en masas aéreas elementales. Este video demostrará cómo usar el programa de cuantificación creado por el Laboratorio Nacional Argonne para generar información numérica para mapas bidimensionales de fluorescencia de rayos X.

Para utilizar el programa MAPS, primero es necesario descargar el software IDL de Internet. Actualmente, esto se puede hacer yendo al sitio web de IDL y creando una cuenta. A continuación, seleccione Mi cuenta y luego Descargas, y se mostrará una página de todos los programas disponibles.

Desplácese hacia abajo y seleccione la versión más reciente de IDL. A continuación, MAPS se puede descargar del sitio web del Laboratorio Nacional Argonne. Después de descargar y extraer la carpeta zip, debería haber cuatro archivos. Compuesto.

dat, henke. xdr, mapas y xrf_library.csv. Los tres archivos que no sean mapas deben copiarse y pegarse en la subcarpeta IDL llamada lib.

Para computadoras con Windows, lo más probable es que esto se pueda encontrar dentro de Archivos de programa en la carpeta Exelis. Por lo general, es conveniente ejecutar el accesorio desde el escritorio, sin embargo, es fundamental que el nombre de la carpeta y la ruta no contengan espacios ni caracteres especiales, de lo contrario, MAPS producirá un error al intentar ejecutar el accesorio. Si la ruta al escritorio contiene espacios, coloque la carpeta en otro lugar.

Por ejemplo, directamente dentro de la unidad C. Para esta demostración colocaré la Carpeta de Montaje y el MAPS. sav en el escritorio para facilitar el acceso.

Dentro de esta carpeta coloque los archivos maps_fit_parameters_override. txt y maps_settings.txt. En los documentos justificativos se ofrecen ejemplos de estos archivos.

A continuación, cree una carpeta llamada mda y pegue el archivo de mapa de alta resolución elegido que se utilizará inicialmente para el ajuste. También se añaden archivos para el montaje estándar y deben incluir uno o cuatro archivos dependiendo del número de elementos detectores utilizados por el sector. Estos archivos denotan el estándar.

Si se utilizó el estándar AXO, entonces el archivo debe llamarse axo_std. mca, de lo contrario, si se utilizó el NIST o cualquier otro estándar, se puede nombrar cualquier cosa que termine en mca, ya que estos archivos se seleccionarán más adelante. Luego, para un detector de cuatro cuadrantes, los archivos estándar y fit_parameter deben nombrarse así, yendo de mca0 a mca3 y txt0 a txt3 e incluyendo un archivo fit_parameters que termine en txt.

A continuación, compruebe que el archivo de configuración de mapas está utilizando el número correcto de elementos del detector. En el caso de este accesorio, se utilizó un elemento detector. Con la carpeta de montaje preparada, abra MAPS y cambie el directorio para que sea la carpeta que se acaba de crear en el escritorio.

A continuación, haga clic en Aceptar y vaya a configuración. La ventana de configuración tiene una variedad de características que establecen los parámetros para el accesorio. En primer lugar, seleccione la línea de luz que sea representativa de la línea de luz utilizada para las mediciones.

Si las mediciones se tomaron en el Laboratorio Nacional Argonne, entonces la línea de luz debería corresponder directamente. De lo contrario, se incluye en el manuscrito información adicional sobre la selección que se va a utilizar. A continuación, seleccione el archivo mda que se utilizará y, a continuación, escriba la energía incidente utilizada para la medición.

Seleccione iniciar procesamiento y espere hasta que finalice el programa. Una vez que esté completo, vaya a archivo y luego seleccione la primera opción. Abra el promedio de la imagen XRF o un solo elemento.

El programa debería haber creado una serie de carpetas nuevas, así que seleccione img y los archivos fit o los archivos h5 generados deben ubicarse en esta carpeta. Seleccione el archivo correspondiente al mapa y luego cambie el segundo menú desplegable de la izquierda para que sea la normalización. En esta situación, los datos se normalizan a la cámara de iones aguas arriba o USIC.

Al seleccionar la visualización, la vista de múltiples elementos producirá imágenes para los canales elementales individuales. Las unidades ahora están en microgramos por centímetro cuadrado. Pero los valores aún no son representativos de las cantidades ajustadas.

Para trabajar en el ajuste, en cambio, los datos se ven como una suma de todos los espectros de cada píxel del mapa que se pueden ver yendo a visualización, espectro integral de trazado. A continuación, vaya a generar salida, exporte series de espectros integrados sin procesar durante mucho tiempo para guardar la imagen. Cierre la ventana y vaya a herramientas, herramienta de espectro, espectro de carga.

Localice el archivo que se acaba de exportar a la carpeta de salida. Por lo general, ordenar la carpeta de salida por fecha de modificación es la forma más rápida de encontrar archivos, ya que cada nuevo ajuste actualizará los archivos dentro de la carpeta. El espectro exportado se denominará intspec seguido de la línea de luz y el número de escaneo, luego txt.

Una vez abierto el espectro, abra el archivo maps_fit_parameters_override. En primer lugar, compruebe que el número de elementos del detector es correcto. A continuación, en la línea de elementos para ajustar, incluya todos los elementos que se espera que estén en la muestra.

Observe que los elementos de línea L y los elementos de línea M incluyen el sufijo _L o _M en consecuencia. Aquí se sabe que el cobre está en la muestra, pero se excluirá para proporcionar un ejemplo de un ajuste incompleto. Desplazándose hacia abajo, ingrese la energía incidente para obtener una energía de dispersión coherente.

Luego, en las dos líneas siguientes, ingrese un rango de energía máxima y mínima para que el programa lo use como límites. Por lo general, un rango de más y menos 2 a más y menos 5 keV es suficiente. Más abajo, comprueba que la energía máxima y mínima para encajar incluya las energías de los elementos de interés.

Además, compruebe que el elemento del detector de línea tenga el número correcto para corresponder al detector de germanio o silicio. En la parte inferior del archivo, existe la posibilidad de cambiar los nombres de los canales del detector que se utilizan en el accesorio. En el manuscrito se describe con más detalle más información sobre cómo cambiarlos.

Después de realizar los cambios, guarde el documento. A continuación, seleccione análisis, ajuste del espectro y aparecerá una ventana. En la parte superior, se puede establecer el rango de energía para el ajuste, así como el número de iteraciones utilizadas para el ajuste.

Después de cambiar el rango, seleccione el tercero de los cuatro botones en la parte inferior y el programa se ejecutará de manera adecuada. Desde la ventana de herramientas de especificaciones, hay una serie de menús desplegables que permiten la visualización de diferentes curvas. En los menús desplegables, establezca uno en ajustado y las selecciones restantes en ninguno.

En la parte inferior izquierda, al seleccionar agregar elemento, el usuario puede buscar en el espectro los picos que faltan. Usando el signo más y haciendo clic, parece que el pico que falta en el ajuste es el pico K alfa uno de cobre. Para ciertos picos, particularmente hacia la izquierda de la imagen, el ajuste parece incluir los elementos correctos, pero las líneas aún están muy lejos en la intensidad adecuada de la intensidad del espectro.

Esto se puede mejorar aumentando el número de iteraciones. Por lo general, al menos 50 es suficiente para marcar una diferencia notable. Ahora, volviendo al archivo fit_parameters, agregando cobre, guardando y luego volviendo a ejecutar el ajuste muestra que el pico ahora está bien ajustado.

Después de buscar todos los elementos faltantes restantes, el ajuste se ve bien. En algunos casos, todavía hay algunos picos que no tienen las líneas perfectamente emparejadas. Por ejemplo, los dos picos están en cuatro keV que corresponden al indio, las líneas Lg1 a Lg4 parecen tener el elemento correcto siendo el ajuste, pero el ajuste está valorando las intensidades de pico más altas que las que realmente se produjeron a partir de la medición.

Esta situación ocurre con mayor frecuencia para los elementos de línea L. Como los elementos de la línea K han tabulado las proporciones de intensidad máxima en la literatura, mientras que en cambio las proporciones de las alturas de los picos para las líneas L dependen mucho más de la energía incidente. Para mejorar el ajuste de estas líneas, primero se debe hacer una línea en el archivo de fit_parameters para el ajuste de la familia de ramificación.

Estos números denotan las intensidades relativas en comparación con la literatura para las familias L1, L2 y L3 que se muestran como las líneas amarilla, rosa y azul en la herramienta de especificación. A menudo, estos números pueden permanecer como unos o iguales a los valores de la literatura. En su lugar, se alterará la proporción de cada línea individual.

Antes del ajuste de la relación de ramificación para el indio, observe que las relaciones de ramificación para las líneas gamma L se establecen en uno. Al observar el espectro integral, está claro que el valor de la literatura es demasiado alto. Estimando la diferencia porcentual entre las líneas verde y blanca para cada energía, luego cambiando la relación de ramificación, ahorrando y volviendo a ejecutar el ajuste, hay una mejora observable en el ajuste de la línea verde a la línea del espectro blanco.

A menudo, este proceso tomará algunos intentos, pero es necesario garantizar la precisión del ajuste. Después de identificar los fit_parameters que producen el mejor ajuste posible, vuelva a ejecutar el ajuste a 10 o 50 K iteraciones. Esto se hace porque cada ajuste actualiza el archivo de maps_fit_parameters_override resultante promedio, que será el archivo que realmente se implemente para el ajuste.

Una vez completado el ajuste final, cierre la ventana de herramientas de especificaciones. A continuación, agregue _input al archivo maps_fit_parameters y cambie el nombre del archivo promedio resultante para leer maps_fit_parameters_override.txt. Una vez completado, vuelva a la ventana de configuración y seleccione la línea de luz.

A continuación, marque usar ajuste y copie y pegue todos los archivos mda para que quepan en la carpeta mda. Usando archivos mda seleccionados, revise y resalte todos los archivos para que sean adecuados. La energía incidente ya se introducirá desde el proceso de ajuste.

A la derecha de la ventana, usando los símbolos más y menos, haga clic y marque las casillas de los elementos que se incluyen en el archivo fit_parameters. Algunos elementos no están incluidos en este cuadro. Por ejemplo, el indio no lo es.

Para incluir indio, marque una casilla para cualquiera de los otros elementos que no sean adecuados. Luego, en la categoría de nombre de ROI, cambie el nombre por el del elemento necesario. A continuación, utilizando cualquier base de datos de fluorescencia, por ejemplo, la aplicación Hephaestus, encuentre la energía para la línea de energía principal.

En este caso, el indio L alfa. Continúa desplazándote por los elementos hasta el final seleccionando también S_I, S_E, S_A, TFY y fondo. En la parte superior izquierda, seleccione la configuración derecha del archivo de configuración para guardar la configuración del accesorio para uso futuro.

En este momento, si se va a utilizar la norma NIST para el accesorio, seleccione el botón correspondiente al número de norma NIST NBS 1832 o 1833. Y, a continuación, seleccione el nombre de archivo para el estándar de la carpeta principal. Después de esto, el montaje está listo.

Por lo tanto, seleccione iniciar procesamiento para comenzar. Una vez que los accesorios están completos, se pueden visualizar como antes yendo a archivo, abrir imagen XRF, promedio o elemento único. Y luego a la visualización, la vista de múltiples elementos.

Usando los detectores de elementos seleccionados en la parte inferior derecha, es posible cambiar los canales que se están analizando. A partir de esto, se muestran los valores numéricos en microgramos por centímetros cuadrados en el orden de lo que se espera para la muestra. El cálculo utilizado para estimar los valores anticipados está suscrito en el manuscrito.

Por ejemplo, aquí se muestran los datos cuantificados de la mayoría de los elementos de una célula solar sig, cobre, indio y galio. Debido a la energía incidente utilizada, la medición no fue sensible ni capaz de detectar el pico de selenio. Por lo tanto, se ha excluido.

A partir de estos datos, ahora es posible relacionar la distribución de varios elementos dentro de la muestra entre sí, sacando conclusiones sobre cómo se distribuyen los diversos cationes de una célula solar sig dentro de un dispositivo y el grado de falta de homogeneidad que exhiben. El espectro de ajuste para cada uno de los mapas de ajuste también se puede ver de nuevo yendo a visualización, espectro integral de trazado. Aquí uno debería poder ver el espectro de los datos en blanco y el ajuste en color.

Esto se puede utilizar para comprobar el ajuste de todos los archivos de datos para asegurarse de que el proceso se aplicó correctamente a cada mapa. Finalmente, para exportar los datos, vaya a generar salida y seleccione exportar, hacer archivos ASCII combinados de mapas. Esto creará un archivo de Excel que contiene los datos de fluorescencia cuantificados para todos los elementos que se muestran.

Para cambiar o añadir elementos, utilice la opción seleccionar detectores de elementos. Los datos se pueden encontrar en la carpeta de salida. En este vídeo se explica paso a paso cómo utilizar el software de adaptación MAPS creado por el Laboratorio Nacional de Argonne para la cuantificación de datos de fluorescencia de rayos X.

Si bien el procedimiento es muy útil para una variedad de situaciones, hay muchos escenarios de casos especiales y desafíos que requieren una consideración adicional. Estos se describen con mayor detalle a continuación y se están realizando mejoras continuas para avanzar aún más en la precisión del ajuste de los espectros de fluorescencia de rayos X. Sin embargo, la capacidad del programa para transformar mapas de fluorescencia 2D cualitativos de alta resolución en cantidades elementales cuantitativas resueltas espacialmente proporciona un aumento significativo en la información que se puede obtener de estas mediciones.

Esperamos que esta demostración haya sido útil para comprender mejor el proceso de cuantificación de datos de microscopía de fluorescencia de rayos X. Gracias por mirar.