Quantifier les données de Fluorescence de rayons x à l’aide de cartes

La fluorescence X synchrotron est une technique importante pour observer la ségrégation élémentaire, les relations de stœchiométrie et le comportement de regroupement dans des échantillons provenant d’une multitude de domaines, notamment la biologie, la chimie et la science des matériaux. Les informations obtenues à partir de ces études sont qualitatives jusqu’à ce que des procédures de quantification appropriées soient utilisées pour convertir les comptages de fluorescence brute en masses aériennes élémentaires. Cette vidéo montrera comment utiliser le programme de quantification créé par l’Argonne National Laboratory pour générer des informations numériques pour des cartes bidimensionnelles de fluorescence X.

Pour utiliser le programme MAPS, il est d’abord nécessaire de télécharger le logiciel IDL sur Internet. Cela peut actuellement être fait en allant sur le site Web de l’IDL et en créant un compte. Ensuite, sélectionnez Mon compte puis Téléchargements, et une page de tous les programmes disponibles s’affichera.

Faites défiler vers le bas et sélectionnez la version la plus récente d’IDL. Le prochain MAPS pourra être téléchargé à partir du site Web de l’Argonne National Laboratory. Après avoir téléchargé et extrait le dossier zip, il devrait y avoir quatre fichiers. Composé.

Dat, Henke. XDR, cartes et xrf_library.csv. Les trois fichiers autres que les cartes doivent être copiés et collés dans le sous-dossier IDL appelé lib.

Pour les ordinateurs Windows, cela se trouve probablement dans Program Files sous le dossier Exelis. En général, il est pratique d’exécuter l’ajustement à partir du bureau, mais il est essentiel que le nom du dossier et le chemin d’accès ne contiennent pas d’espaces ou de caractères spéciaux, sinon MAPS produira une erreur lors de la tentative d’exécution de l’appareillage. Si le chemin d’accès au bureau contient des espaces, placez le dossier ailleurs.

Par exemple, directement dans le lecteur C. Pour cette démonstration, je vais placer le dossier d’ajustement et les MAPS. SAV sur le bureau pour un accès facile.

Dans ce dossier, placez les fichiers maps_fit_parameters_override. txt et maps_settings.txt. Des exemples de ces dossiers sont disponibles dans les documents d’accompagnement.

Ensuite, créez un dossier nommé mda et collez le fichier de carte haute résolution choisi qui sera utilisé initialement pour l’ajustement. Des fichiers pour le raccord standard sont également ajoutés et doivent inclure un ou quatre fichiers en fonction du nombre d’éléments de détection utilisés par le secteur. Ces fichiers désignent la norme.

Si la norme AXO a été utilisée, alors le fichier doit être nommé axo_std. mca, sinon si le NIST ou toute autre norme a été utilisé, il peut être nommé n’importe quoi se terminant par mca car ces fichiers seront sélectionnés plus tard. Ensuite, pour un détecteur à quatre quadrants, les fichiers standard et fit_parameter doivent être nommés comme suit, allant de mca0 à mca3 et txt0 à txt3 et incluant un fichier fit_parameters se terminant par txt.

Ensuite, vérifiez que le fichier de paramètres de la carte utilise le bon nombre d’éléments de détection. Dans le cas de ce raccord, un élément de détection a été utilisé. Une fois le dossier d’adaptation préparé, ouvrez MAPS et modifiez le répertoire pour qu’il devienne le dossier que vous venez de créer sur le bureau.

Cliquez ensuite sur OK et allez dans la configuration. La fenêtre de configuration dispose d’une variété de fonctionnalités qui définissent les paramètres de l’ajustement. Tout d’abord, sélectionnez la ligne de faisceau représentative de la ligne de lumière utilisée pour les mesures.

Si les mesures ont été prises au Laboratoire national d’Argonne, la ligne de faisceau devrait correspondre directement. Sinon, des informations supplémentaires sur la sélection à utiliser sont incluses dans le manuscrit. Sélectionnez ensuite le fichier MDA qui sera utilisé, puis saisissez l’énergie incidente utilisée pour la mesure.

Sélectionnez Démarrer le traitement et attendez que le programme soit terminé. Une fois l’opération terminée, allez dans Fichier, puis sélectionnez la première option. Ouvrez l’image XRF moyenne ou un seul élément.

Une série de nouveaux dossiers doit avoir été créée par le programme, alors sélectionnez img et les fichiers d’ajustement ou les fichiers h5 générés doivent se trouver dans ce dossier. Sélectionnez le fichier correspondant à la carte, puis modifiez le deuxième menu déroulant à partir de la gauche pour qu’il soit la normalisation. Dans cette situation, les données sont normalisées en fonction de la chambre ionique en amont ou USIC.

La sélection de l’affichage, de la vue multi-éléments produira des images pour les canaux élémentaires individuels. Les unités sont maintenant exprimées en microgrammes par centimètre carré. Mais les valeurs ne sont pas encore représentatives des quantités ajustées.

Pour travailler sur l’ajustement, les données sont considérées comme une somme de tous les spectres de chaque pixel de la carte, qui peuvent être visualisés en allant à visualiser, tracer le spectre intégral. Ensuite, allez générer la sortie, exportez les spectres intégrés bruts de la série longue pour enregistrer l’image. Fermez la fenêtre et allez dans outils, outil de spectre, spectre de charge.

Localisez le fichier qui vient d’être exporté dans le dossier de sortie. En général, le tri du dossier de sortie par date de modification est le moyen le plus rapide de trouver des fichiers, car chaque nouvel ajustement mettra à jour les fichiers dans le dossier. Le spectre exporté sera nommé intspec suivi de la ligne de faisceau et du numéro de balayage, puis txt.

Une fois le spectre ouvert, ouvrez le fichier maps_fit_parameters_override. Vérifiez d’abord que le nombre d’éléments du détecteur est correct. Ensuite, dans la ligne des éléments à ajuster, incluez tous les éléments qui devraient être dans l’échantillon.

Notez que les éléments de ligne L et les éléments de ligne M incluent le suffixe _L ou _M en conséquence. Ici, on sait que le cuivre est dans l’échantillon, mais il sera exclu pour fournir un exemple d’ajustement incomplet. En faisant défiler vers le bas, entrez l’énergie incidente pour l’énergie de diffusion cohérente.

Ensuite, dans les deux lignes suivantes, entrez une plage d’énergie maximale et minimale pour que le programme puisse l’utiliser comme limites. En général, une plage de plus et moins 2 à plus et moins 5 keV est suffisante. Plus bas, vérifiez que l’énergie maximale et minimale à ajuster inclut les énergies des éléments d’intérêt.

De plus, vérifiez que l’élément du détecteur de ligne a le bon numéro pour correspondre au détecteur au germanium ou au silicium. Au bas du fichier, il est possible de modifier les noms des canaux de détection utilisés dans le raccord. Plus d’informations sur la façon de les modifier sont décrites plus en détail dans le manuscrit.

Après avoir apporté des modifications, enregistrez le document. Sélectionnez ensuite l’analyse, ajustez le spectre et une fenêtre apparaîtra. En haut, la plage d’énergie pour l’ajustement peut être définie ainsi que le nombre d’itérations utilisées pour l’ajustement.

Après avoir changé la plage, sélectionnez le troisième des quatre boutons en bas et le programme exécutera un ajustement. À partir de la fenêtre de l’outil de spécification, il existe une série de menus déroulants qui permettent de visualiser différentes courbes. Dans les listes déroulantes, définissez one sur fitted et les sélections restantes sur aucun.

En bas à gauche, la sélection d’ajouter un élément permet à l’utilisateur de rechercher dans le spectre les pics manquants. En utilisant le signe plus et en cliquant dessus, il semble que le pic manquant à l’ajustement soit le pic de cuivre K alpha un. Pour certains pics, en particulier vers la gauche de l’image, l’ajustement semble inclure les bons éléments, mais les lignes sont encore très éloignées de l’intensité appropriée par rapport à l’intensité du spectre.

Cela peut être amélioré en augmentant le nombre d’itérations. Habituellement, au moins 50 suffisent pour faire une différence notable. Maintenant, revenir au fichier fit_parameters, ajouter du cuivre, sauvegarder, puis réexécuter l’ajustement montre que le pic est maintenant bien ajusté.

Après avoir recherché tous les éléments manquants restants, l’ajustement semble bon. Dans certains cas, il y a encore des sommets dont les lignes ne sont pas parfaitement assorties. Par exemple, les deux pics sont sur quatre keV qui correspondent à l’indium Les lignes Lg1 à Lg4 semblent avoir l’élément correct ajusté, mais l’ajustement valorise les intensités de pic plus élevées que ce qui a été réellement produit à partir de la mesure.

Cette situation se produit le plus souvent pour les éléments de ligne L. Comme les éléments de la ligne K ont des rapports d’intensité de crête tabulés dans la littérature, alors que les rapports des hauteurs de crête pour les lignes L dépendent beaucoup plus de l’énergie incidente. Pour améliorer l’ajustement de ces lignes, il faut d’abord faire une ligne dans le fichier fit_parameters pour l’ajustement de la famille de ramification.

Ces chiffres indiquent les intensités relatives par rapport à la littérature pour les familles L1, L2 et L3 qui sont indiquées par les lignes jaunes, roses et bleues dans l’outil de spécification. Souvent, ces chiffres peuvent rester égaux ou égaux aux valeurs de la littérature. Au lieu de cela, le rapport de chaque ligne individuelle sera modifié.

Avant l’ajustement du rapport de ramification pour l’indium, notez que les rapports de ramification pour les lignes gamma L sont tous définis sur un. En regardant le spectre intégral, il est clair que la valeur de la littérature est trop élevée. En estimant la différence en pourcentage entre les lignes verte et blanche pour chaque énergie, puis en modifiant le rapport de ramification, en économisant et en relançant l’ajustement, il y a une amélioration observable de l’ajustement de la ligne verte à la ligne du spectre blanc.

Souvent, ce processus prendra quelques essais, mais il est nécessaire de s’assurer de la précision de l’ajustement. Après avoir identifié les fit_parameters qui produisent le meilleur ajustement possible, exécutez à nouveau l’ajustement à 10 ou 50 K itérations. Ceci est fait parce que chaque ajustement met à jour le fichier maps_fit_parameters_override résultant moyen qui sera le fichier qui sera réellement mis en œuvre pour l’ajustement.

Une fois l’ajustement final terminé, fermez la fenêtre de l’outil de spécification. Ajoutez ensuite _input au fichier maps_fit_parameters et renommez le fichier résultant moyen en lecture maps_fit_parameters_override.txt. Une fois cette opération terminée, retournez à la fenêtre de configuration et sélectionnez la ligne de faisceau.

Cochez ensuite utiliser l’ajustement et copiez et collez tous les fichiers MDA à ajuster dans le dossier MDA. À l’aide de certains fichiers mda, parcourez et mettez en surbrillance tous les fichiers à ajuster. L’énergie incidente sera déjà saisie lors du processus de montage.

À droite de la fenêtre, à l’aide des symboles plus et moins, cliquez et cochez les cases des éléments inclus dans le fichier fit_parameters. Certains éléments ne sont pas inclus dans cette boîte. Par exemple, l’indium ne l’est pas.

Pour inclure l’indium, cochez une case pour tous les autres éléments qui ne sont pas ajustés. Ensuite, dans la catégorie Nom du ROI, remplacez le nom par celui de l’élément nécessaire. Ensuite, à l’aide de n’importe quelle base de données de fluorescence, par exemple l’application Héphaïstos, trouvez l’énergie de la ligne d’énergie principale.

Dans ce cas, l’indium L alpha. Continuez à faire défiler les éléments jusqu’à la fin en sélectionnant également S_I, S_E, S_A, TFY et arrière-plan. En haut à gauche, sélectionnez les paramètres de droite dans le fichier de configuration pour enregistrer les paramètres de montage pour une utilisation future.

À ce stade, si la norme NIST doit être utilisée pour le raccord, sélectionnez le bouton correspondant au numéro de norme NIST NBS 1832 ou 1833. Ensuite, sélectionnez le nom de fichier de la norme dans le dossier parent. Après cela, l’essayage est prêt.

Sélectionnez donc démarrer le traitement pour commencer. Une fois les raccords terminés, ils peuvent être visualisés comme auparavant en allant dans un fichier, une image XRF ouverte, une moyenne ou un élément unique. Et puis à l’affichage, à la vue multi-éléments.

À l’aide des détecteurs d’éléments sélectionnés en bas à droite, il est possible de changer les canaux analysés. À partir de là, des valeurs numériques en microgrammes par centimètre carré de l’ordre de ce qui est attendu pour l’échantillon sont affichées. Le calcul utilisé pour estimer les valeurs anticipées est souscrit dans le manuscrit.

Par exemple, les données quantifiées pour la majorité des éléments d’une cellule solaire importante, le cuivre, l’indium et le gallium. En raison de l’énergie incidente utilisée, la mesure n’était pas sensible ou capable de détecter le pic de sélénium. Il a donc été exclu.

À partir de ces données, il est maintenant possible de relier la distribution des différents éléments au sein de l’échantillon les uns aux autres, en tirant des conclusions sur la façon dont les différents cations d’une cellule solaire sig se répartissent au sein d’un dispositif et le degré d’inhomogénéité qu’ils présentent. Le spectre d’ajustement de chacune des cartes d’ajustement peut également être affiché à nouveau en allant à la section visualisation, tracer le spectre intégral. Ici, on devrait pouvoir voir le spectre des données en blanc et l’ajustement en couleur.

Cela peut être utilisé pour vérifier l’ajustement de tous les fichiers de données afin de s’assurer que le processus a été correctement appliqué à chaque carte. Enfin, pour exporter les données, allez dans générer une sortie et sélectionnez exporter, créez des fichiers ASCII combinés de cartes. Cela créera un fichier Excel contenant les données de fluorescence quantifiées pour tous les éléments affichés.

Pour modifier ou ajouter des éléments, utilisez l’option sélectionner des détecteurs d’éléments. Les données se trouvent ensuite dans le dossier de sortie. Cette vidéo explique étape par étape comment utiliser le logiciel d’adaptation MAPS créé par l’Argonne National Laboratory pour la quantification des données de fluorescence X.

Bien que la procédure soit très utile dans diverses situations, il existe de nombreux scénarios et défis particuliers qui nécessitent une attention supplémentaire. Ceux-ci sont décrits plus en détail ci-dessous et des améliorations continues sont apportées pour améliorer encore la précision de l’ajustement des spectres de fluorescence X. Cependant, la capacité du programme à transformer des cartes qualitatives de fluorescence 2D à haute résolution en quantités élémentaires quantitatives résolues dans l’espace fournit une augmentation significative de l’information pouvant être obtenue à partir de ces mesures.

Nous espérons que cette démonstration a été utile pour mieux comprendre le processus de quantification des données de microscopie à fluorescence X. Merci d’avoir regardé.