הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

קבלת מפות תלת-ממדיות כימי על ידי אנרגיה מסונן הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים טומוגרפיה

5.8K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/56671

⸱

9 ביוני 2018

 ,  ,  , 
1Univ Lyon, INSA-Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, 2IFP Energies nouvelles, 3Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)

במאמר זה

סיכום

מאמר זה מתאר פרוטוקול כדי להשיג מפות תלת-ממדיות כימי שילוב הדמיה אנרגיה מסונן וטומוגרפיה אלקטרון. התפלגות כימי של שני תומך זרז הנוצרת על-ידי רכיבי קשה להבחין על ידי טכניקות הדמיה אחרות היה למד. כל יישום מורכב מיפוי חופף יסודות כימיים - קצוות יינון ברווחים שווים בהתאמה.

תקציר

אנרגיה שידור מסוננים מיקרוסקופ אלקטרונים טומוגרפיה (טומוגרפיה EFTEM) יכול לספק מפות תלת מימד (3D) כימית של חומרים בקנה מידה nanometric. טומוגרפיה EFTEM יכול להפריד בין יסודות כימיים קשה מאוד להבחין באמצעות טכניקות הדמיה אחרות. פרוטוקול נסיוני המתוארים כאן מראה כיצד ליצור מפות כימית תלת-ממד כדי להבין את הפצת הכימיקלים מורפולוגיה של חומר. שלבי הכנה מדגם פילוח הנתונים מוצגים. פרוטוקול זה מאפשר ניתוח תלת-ממד הפצה של יסודות כימיים במדגם nanometric. עם זאת, יצוין כי כיום, המפות כימית תלת-ממד בלבד ניתן להפיק עבור דגימות שאינן קרן רגיש, מאחר ההקלטה של תמונות מסוננים דורשת זמן חשיפה פעמים כדי בקרן אלקטרון אינטנסיבי. הפרוטוקול הוחל לכמת ההתפלגות כימי של הרכיבים של שני תומך זרז הטרוגניות שונות. במחקר הראשון, ניתחנו את ההתפלגות כימי של אלומיניום, טיטניום ב טיטניה-אלומינה תומך. הדגימות הוכנו בשיטת סווינג-pH. בשלב השני, נבדקה התפלגות כימי של אלומיניום וסיליקון ב תומך סיליקה-אלומינה שהוכנו באמצעות אבקת סול ושיטות תערובת מכני.

מבוא

המאפיינים של חומרים פונקציונליים תלויות שלהם בפרמטרים תלת-ממד. לגמרי להבין את תכונותיהם ולשפר את הפונקציות שלהם, חשוב לנתח את המורפולוגיה שלהם ואת הפצת הכימיקלים ב- 3D. אלקטרון טומוגרפיה1 (ET) היא אחד של טכניקות הטובה ביותר לספק את המידע ב-2,מידה3ננומטר. זה מורכב סיבוב המדגם מעל טווח זוויתית גדול והקלטה תמונה אחת בכל שלב זוויתי. הסדרה הטיה שהושג משמש כדי לשחזר את אמצעי האחסון של המדגם באמצעות אלגוריתמים מתמטיים בהתבסס על ראדון המרה4,5. בחירת רמות אפור באמצעי האחסון מסייעת מודל לדוגמה ב- 3D, לכמת 3D פרמטרים כמו חלקיק לוקליזציה6 וגודל הפצה7, הנקבוביות עמדה של התפלגות גודל8, וכו '.

באופן כללי, ET מתבצע עם מיקרוסקופ אלקטרוני על ידי הטיית המדגם זווית אפשרית המרבי, רצוי יותר מ 70° בשני הכיוונים. כל זווית הטיה, הקרנה של המדגם נרשם להרכיב סדרות הטיה תמונות. אותה סדרה הטיה הוא מיושר ולא להשתמש בו כדי לשחזר את אמצעי האחסון של המדגם אשר להיות מקוטע, לכמת. כי לא ניתן לסובב את הדגימה מ-90 ° +90 °, האחסון המשוחזרת יש רזולוציה אניסוטרופי לאורך ציר אורתוגונלית9 בגלל זווית הקלטה עיוורת.

ניתן לבצע ET במצבי הדמיה שונות. מצב TEM שדה בהיר (BF-TEM) משמש כדי לחקור חומרים אמורפיים, דגימות ביולוגיות, פולימרים, או זרז תומכת עם צורות מורכבות. ניתוח תמונה מבוססת על הבידול של רמות אפור אפיון הצפיפות של רכיבים10 (רכיב צפופה יהיה יותר כהה יותר מצית, קרי, רכיב פחות צפוף). שדה אפל טבעתי זווית גבוהה במצב TEM (HAADF-גזע) סריקה משמש כדי לנתח דגימות גבישי. האות מספקת מידע כימי כפונקציה של המספר האטומי; מרכיב כבד של המדגם יופיעו בהיר זה אחד בהיר יותר9. מצבים אחרים, כמו אנרגיה ואנליזת הספקטרומטריה (EDX), אשר אוספת את תצלום הרנטגן הנפלטים על ידי גשמי11, ו אנרגיה מסונן מצב (EFTEM) הדמיה12,13, הם גם מסוגלים להעריך את ההתפלגות כימית תלת-ממד בתוך המדגם.

בתחום ההדמיה EFTEM, המפות כימי 2D ניתן לצרוב בעזרת ספקטרומטר האנרגיה אלקטרונים TEM. ספקטרומטר מעשים כמו מנסרה מגנטי על ידי פיזור האלקטרונים כפונקציה של האנרגיה שלהם. תמונה נוצר על ידי האלקטרונים בהתאם האנרגיה איבד מתוך אינטראקציה עם אטום ספציפי. אם אותה מפה כימי 2D מחושב בזווית הטיה שונים, הטיה סדרת הקרנות כימי מתקבל, אשר יכול לשמש לבנייה מחדש של הגוף התלת-ממדי כימי.

לא כל החומרים ניתן לנתח באמצעות טומוגרפיה EFTEM. הטכניקה שמור עבור דגימות עם חומרים חלשים או המתוסבכים. בכל זאת, זה יכול לשמש לניתוח יסודות קלים מאוד שקשה להבדיל בעת שימוש בטכניקות הדמיה אחרות. בנוסף, כדי להשיג אמין דו-ממדיות מפות כימי, עובי החומר נדרש להיות פחות החופשי הממוצע של האלקטרונים דרך גשמי14. תחת תנאי זה, להסתברות של אלקטרון יחיד של אינטראקציה עם מאטום בודד הוא הגדול ביותר. שתי שיטות משמשים לחישוב המפה כימי 2D. הראשון, להשתמש ביותר היא "שיטת שלושת-חלונות", שבו יירשמו שני חלונות אנרגיה מסוננות לפני הקצה יינון של הרכיב תחת אנליזה שלישי לאחר קצה יינון13. תחילה שתי תמונות משמשים כדי להעריך את הרקע, אשר הוא אומדן בעזרת חוק החשמל במיקום של החלון השלישי, יש לחסר אותם זה מזה. התמונה שהושג היא להשלכה של חלוקת יסוד כימי שנותחה באמצעי האחסון מדגם התלת-ממד. השיטה השנייה נקראת "הקפיצה-היחס"; היא משתמשת רק שתי תמונות אנרגיה-מסוננים, אחד לפני ואחד אחרי הקצה יינון. שיטה זו היא איכותית, כפי התמונה הסופית מחושב רק על-ידי ביצוע היחס בין שתי תמונות אלה, אינו חשבון עבור רקע אנרגיה וריאציה.

על ידי שילוב EFTEM עם ואח, ניתן להשיג את טומוגרפיה אנליטית של האנרגיה מסוננים. EFTEM טומוגרפיה atom בדיקה טומוגרפיה (APT) טכניקות משלימים בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. לעומת אפט, טומוגרפיה EFTEM הוא ניתוח ואפיון הרסניות שלא צריך הכנת הדוגמא מורכבים. זה יכול לשמש כדי לבצע אפיוני שונים ננו-חלקיק ייחודי. טומוגרפיה EFTEM ניתן לנתח חומרי בידוד, בעוד אפט צריך על הסיוע לייזר הפחות למדוד אותם. אפט מפעיל את המשקל האטומי, בעוד EFTEM טומוגרפיה מבצעת בצורה הולמת עם רזולוציה נמוכה יותר. טומוגרפיה EFTEM הוא רלוונטי רק עבור והמדגמים להתנגד קרן השפלה במהלך הניסוי. כדי להקליט את כל התמונות מסונן-כל הזוויות מוטה, הדגימה יכול להיחשף כשקרן האלקטרונים עוד 2 h. יתר על כן, כדי להקליט אות כימי המרבי המפות 2D, משכי זמן ארוכים יותר תערוכות בעוצמה גבוהה קרן ייתכן שיהיה צורך. בתנאים כאלה, הדגימות רגיש קרן סובלים שינויים כימיים מורפולוגיים. לכן, חייבים להקים מדידה מדויקת של רגישות מדגם על הקורה אלקטרון לפני הניסוי. בנוסף, טומוגרפיה EFTEM הוא התוצאה של הקלטה tomograms רבים לפי הצורך כדי לקבוע את המיקום המרחבי ואת האופי של יסודות כימיים הנמצאים הדגימה. למרות זאת, טומוגרפיה EFTEM יכול לספק מידע חשוב בעניין ההתפלגות כימית תלת-ממד עבור מדגמים, כגון תומך זרז, לתת תובנות חדשות עבור מידול היישומים קטליטי שלהם.

היום זה אפשרי להשתמש בתוכנה ייעודית זה באפשרותך לבחור את מרווח הזמן של אנרגיה, שיא סינון תמונות חלון אנרגיה, לחשב הכימיקל מפות בזווית הטיה שונים. הם מאפשרים הטיית המדגם, מעקב, התמקדות, הקלטה בתמונה המסוננת במצב EFTEM. ניתן לחשב את המפות כימי 2D, אז הסדרה הטיה ניתן ליישר, האחסון כימי שחושב באמצעות אלגורתמים איטרטיביים, ואני סוף סוף הסדרה יכול להיות מקוטע, כימות15,16.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת הדוגמא

  1. לרסק את הדגימה של מרגמה, לפזר אותו באלכוהול, או מים מזוקקים; במקום droplet של המדגם על רשת מיקרוסקופ ולתת לזה להתייבש.
    הערה: דוגמאות כגון סיליקה אלומינה או טיטניה אלומינה יכול להיות אבקה או של חומר מעוקם, יכול להיות כתוש, התפזרו בפתרון באמצעות אולטרסאונד. באופן כללי, לצורך ניתוח ואח, חשוב כי הריכוז לדוגמה על הרשת הוא נמוך, כדי למנוע סופרפוזיציה מדגם צל בעת הטיית הרשת בזוויות גדולות. הרשתות מיקרוסקופ 200-רשת שתומכים סרט של פחמן חור או פחמן לייסי מומלצים.
  2. באמצעות פיפטה של, לשים טיפונת של פתרון colloidal המכילה סמנים fiducial על המדגם. לספוג כל פתרון עודף ולתת לזה להתייבש.
    הערה: סמני fiducial הם חלקיקים Au המכויל היטב מושעה בפתרון. הסמנים fiducial יכולים להיות גם מפוזרים על הרשת לפני הוספת המדגם. לדוגמה, אם המדגם עשוי חלקיקים עם גדלים דומים כסמני fiducial, להפקיד את סמני fiducial על הרשת כדי להפריד אותם היטב תוך כדי פילוח נתונים כמת. הסמנים fiducial הם המיקום ההפניות המשמשות בעת יישור תמונות מוטה.

2. רישום של הטיה מסוננים סדרת תמונות

  1. עם המיקרוסקופ אלקטרון, למצוא דוגמה מבודדים במרכז הרשת מיקרוסקופ.
    הערה: במיקרוסקופ אלקטרונים, ציר X הוא לאורך המחזיק לדוגמה, ציר Y הוא בניצב המחזיק לדוגמה, ציר Z לאורך כשקרן האלקטרונים. כדי להיות מסוגל להטות את הדגימה זווית הטיה המרבי, לנתח מדגם ממוקם קרוב ככל האפשר לציר X.
  2. ברגע המדגם ממוקם היטב, לבדוק את ההרכב הכימי של המדגם. ביצוע ניתוח כימי באמצעות ספקטרומטר קרני רנטגן ואנליזת אנרגיה (עורכים), או מסות אובדן אנרגיה אלקטרון (צלופחים) על ידי התמקדות הקרן על המדגם שבחרת, והקלטה של קשת. אם המדגם מכיל יסודות כימיים עניין, מתרחק ממנה, את הבדיקות הבאה על מדגם מייצג הסמוך.
  3. בדוק האלקטרון לשגר בעוצמה על המדגם, הרוחב של החלונות אנרגיה של תמונות מסוננים, ומסונן הזמן תערוכות של כל תמונה. למצוא את הפשרה הטובה ביותר עבור המדגם בין נזק הקורה אות כימי טלקוה כימי הקרנות12,13,17.
    הערה: כדי להקליט את אות כימי המרבי של תמונות המסוננים, השתמש עוצמת קרן המרבי. עם זאת, יש לבצע מבחן הקרנה לפני כל ניתוח כדי לבדוק שינויים לדגימת מן ההשפעה של כשקרן האלקטרונים. כדי לעשות זאת, לחשב את המינון אלקטרון במהלך ההקלטה של הסדרה הטיה. בנוסף, מבחן בקלות יכול להיעשות על-ידי השוואת לתמונה לפני ולא תמונה לאחר הניסוי.
  4. השתמש במצב EFTEM של תוכנת הצריבה לחישוב המפה כימי 2D בשיטת שלוש-windows ובדוק אם אות כימי מספיק נרשם.
    הערה: התוכנה רשומות מסוננות שלוש תמונות; השניים הראשונים משמשים כדי להעריך את הרקע מהתמונה השלישית.
    1. התוכנה, בחר את הרכיב הכימי תחת חקירה, שהקצה שלו יינון. הגדר את רוחב החלון אנרגיה וזמן החשיפה. להקליט את התמונות, ואז לחשב את המפה כימית בעזרת חוק החשמל כדי לחלץ את הרקע. בסביבת 32 סיביות עם 512 x 512 פיקסלים, האות המינימלי הוא כ- 300-400 סעיפים לפיקסל טלקוה תמונת כימי.
  5. הגדר את זווית הטיה דוגמה eucentric גובה, הסימון הטיה המינימלי הזווית, קרי-70 ° או פחות, ומקסימום, קרי, +70 ° או יותר.
  6. להביא את הדגימה כדי להיות מנותח בחזרה לתוך תצוגת ולהקליט תמונה (זה יהיה התמונה לפני רכישה). ואז להקליט את הסדרה מוטה של תמונות מסונן באמצעות תוכנה מתאימה.
    הערה: התוספים טומוגרפיה EFTEM ייעודי ניתן להקליט מספר סדרות הטיה באותו זמן. משמעות הדבר היא כי, כל זווית הטיה, מספר תמונות רצופות ניתן לצרוב. התמונה הראשונה יכולה להיות תמונה מסוננים שבמרכזה אפס-הפסד, הדמות הזאת היא תמונת שדה בהיר טיפוסי. הדימויים קצה טרום ולאחר מכן התמונה קצה פוסט של יסוד כימי הראשון ואחריו הדימויים קצה קדם ועל התמונה קצה פוסט של יסוד כימי השני. הירושה של יסודות כימיים ניתנת על-ידי קצה יינון הנבחרים שלהם.
    1. בהקלטה EFTEM להטות את סדרת תוכנות, בחר את הרוחב של כל חלון אנרגיה וזמן החשיפה שלה ולאחר מכן מקסימום ומינימום להטות הזווית ואת השלב זוויתי של הטה. כדי להתפשר בין מספר תמונות בסדרה להטות את זמן החשיפה הכולל לדוגמה כדי כשקרן האלקטרונים, השתמש צעד הטיה של 4°, קרי, 51 תמונות לסדרה הטיה בין ± 71 °; עם זאת, צעד קטן הטיה יכולה להיבחר אם המדגם אינו פוגם תחת הקורה.
    2. עבור כל רכיב כימי, להקליט שלוש סדרות הטיה של תמונות מסוננים לחישוב התחזית כימי באמצעות שיטת שלושת החלונות. כדי לכמת את הסחף הטבעי של המדגם בכל זווית הטיה בעת הקלטת תמונות מסוננים (לדוגמה יכול להישאר בזווית הטיה מסוימת עבור יותר מ 1 דקות), התמונה הראשונה יכולה להיות תמונה מסוננים בסימן אובדן אפס כך התמונה המוקלט האחרון יהיה מבטלת tered התמונה הנוצרת על-ידי כל האלקטרונים-כל האנרגיות. שתי תמונות אלה ניתן לחשב את המפה עובי של המדגם. לכן, להתבוננות ההתפלגות כימי של שני אלמנטים בכל זווית הטיה, להקליט 7 תמונות מסוננים (1 אפס הפסד, 3 עבור הרכיב הכימי הראשון, 3 עבור ה יסוד הכימי השני) ו 1 תמונה לא מסוננת (בסך הכל, 8 סדרת הטיה מוקלט).

3. יישור ושיחזור של הסדרה הטיה

  1. ליישר תמונות מסונן שלוש המתאים לכל יסוד כימי עבור כל זווית הטיה, לחשב את המפה כימי בעזרת תוסף18 15,EFTEMTJ המקצועית של ImageJ. בתוכנת ImageJ, להשתמש בנתיב קובץ | פתוח ובחר את הקבצים המתאימים לתמונות מסנן סדרת הטיה. לפתוח כל הטיה מסונן שלוש סדרות: שני קדם edge וקצה פוסט אחד.
    1. פתח את התוסף EFTEMTJ ייעודי. לחץ על + | תמונה או מחסנית ובחר את הסדרה הטיה שכבר פתוחים.
    2. בטבלה המופיעה, הוקלט למלא משמרת אנרגיה עבור כל הטיה סדרה, כלומר, האנרגיה שבה כל להטות את הסדרה. כמו כן, למלא את חתך רוחב, קרי, החלונות אנרגיה. למלא את "זמן חשיפה" של כל תמונה מסוננים. בדוק כל הטיה שלוש סדרות מיפוי. לחץ על הבא.
    3. בחר את התמונה הראשונה כמו תמונת ייחוס ולאחר מכן לחץ על החל. לחץ על הבא: מופיעה תצוגה מקדימה של תמונה של היישור המוצע. מבחינה ויזואלית ודא הדימויים 3 הקליט את אותה זווית הטיה טוב פסיפסים זו על זו (אין שינוי בין התמונות להתייחס).
      הערה: פרוטוקול זה בוצעה בגירסה 0.9 של התוסף EFTEMTJ. ברגע זה, הדימויים מסוננים הקליט at באותה זווית הטיה מיושרים.
    4. בחר בחלון EFTEMTJ, הדימויים המתאימים על רקע וכדי כימי קצה. בחר את הדגם של החילוץ אות ככוחולאחר מכן לחץ על מפה צור. ImageJ, בחר קובץ | להציל את למצוא את הנתיב כדי לשמור את הקובץ האחרון הזה.
      הערה: הסדרה הטיה של המפה כימי מתקבל. מידע נוסף על אופן השימוש התוסף זמין באינטרנט.
    5. חזור על צעד 3.1 כל הסדרה הטיה כימי.
  2. יישר את סדרת אפס-הפסד הטיה באמצעות גירסה של התוכנה Imod19 יצא בשנת 2009 כדי ליישר את הסדרה הטיה. התוכנה מאפשרת היישום של היישורים מחושב על סדרה הטיה לסידרה הטיה אחרת.
    הערה: התוכנה יישור כותב על הקבצים בדיסק המכיל את כל displacements מוחל על כל תמונה. הליך היישור באמצעות Imod20 נבדק במקום אחר והוא אינו בתוך הטווח של מאמר זה.
  3. היישור עבור סדרה אפס-הפסד הטיה ושימוש להחיל אותה על הסדרה הטיה כימית בעבר מחושב.
    הערה: בגרסה זו תוכנה ', זה אפשרי לשנות את הקובץ סדרת אפס-הפסד הטיה עם קובץ סדרה כימית הטיה על-ידי שמירה על השם של הקובץ והחלת את displacements מחושב הקודם. אחרת, עבור התוכנה, הקובץ יהיה באותו השם, מספר זהה של תמונות בגודל זהה, אבל הוא לא יכיל אפס תמונות הפסד, אך תמונות כימי.
  4. לכמת את להיסחף על ידי צלב מתאם מוקלטות התמונה הראשונה, דהיינו, המרכז על אובדן אפס, ואת האחרון (התמונה לא מסוננת). המדגם יכולים לבלות מספר שניות בכל זווית הטיה בזמן כל התמונות מסוננים נרשמים. במהלך תקופה זו, דגימת עוקצים באופן טבעי כמות קטנה.
    1. ImageJ תוכנה, לחץ על קובץ | פתח , בחר ההפסד האפס מיושרת להטות את סדרת ולאחר מכן פתח הכימיקל מפות מיושר סדרת הטיה.
    2. לחץ על עריכה | צבע | מזג ערוצים. בחר את הקובץ המתאים אפס אובדן צבע אדום, יסוד כימי הראשון עבור ירוק של יסוד כימי השנייה כחול, לפי הסדר הזה. בטל יצירת הפרדות וסמנו לשמור תמונת המקור. ערימה נוצר בזווית הטיה כל עבור כל תמונות מוקלטות.
    3. לחץ על תוספים | ליישר תוכניות RGB21. האדום הוא הייחוס. בחרו ירוק, באמצעות החצים, חופפים זה מעל אחד אדום. לחץ על הבא, חזור על כל הזוויות.
    4. לחץ על עריכה | צבע | פצל ערוצים , מחסנית ה-RGB תתחלק ב שלוש ערימות: אדום התואם לירידה אפס, כחול וירוק המתאים המפות כימי עם הסחף מתוקן. לחץ על הקובץ | להציל את כדי להציל את הסדרה הטיה.
  5. לחץ על תוספים | Tomoj22,23 כדי לבחור קובץ הטופס זווית עומס. כי כל הסדרה הטיה שכבר מיושרים, לנווט ישירות שחזור. לחשב את אמצעי האחסון של אפס-הפסד, כמו גם את אמצעי האחסון כימי, באמצעות אלגוריתמים של שיקום כמו אמנות, SIRT, OS-אמנות, וכו '.
    הערה: מומלץ להשתמש באלגוריתם האיטרטיבי של הבנייה מחדש של אמצעי האחסון כימי. על ידי שימוש בתוכנה זו, זה אפשרי לשחזר את אמצעי האחסון באמצעות GPU.
  6. לאחר כל אמצעי האחסון מחושבים, השתמש באפשרות ' מזג ערוצים ' כדי להחיל צבעים שונים על אמצעי האחסון שהושג ושימו באמצעי אחסון יחיד, כדי להשיג את המפה כימית תלת-ממד.

4. בתלת-מימד, כמת

  1. Binarize ZL המשוחזרת אמצעי האחסון על-ידי בחירת רמת האפור המקביל, אשר יהיה אמצעי האחסון שהושג בלבן (ב- 8 סיביות, עוצמת הוא 255) ושחור (ב- 8 סיביות, עוצמת הוא 0). ב- ImageJ, השתמש באפשרות "בחר הסף". לבחור את כל הפיקסלים המייצגים הדגימה (תמונה BF, ופיקסלים כהים מקבילים המדגם מסה) ולעשות אמצעי כאשר המדגם הוא לבן ושואב האבק הוא שחור.
    הערה: אפס-אובדן האחסון מספק מידע מורפולוגי של המדגם שנותחה, כלומר, הצורה והגודל של המדגם.
  2. נפח בינארי של אובדן אפס מתחלק 255, ולקבל אמצעי אחסון בהם עוצמות בתוך המדגם 1, במקומות אחרים הם 0. זהו אמצעי האחסון מנורמל.
  3. תכפיל את אמצעי האחסון מנורמל ב אחד מאמצעי האחסון כימי מחושב (שלב 4.1) כדי להשיג אמצעי אחסון שבו עוצמות בתוך המדגם תואמות למידע כימי, בעוצמות אלה הם 0 במקום אחר.
    הערה: המידע כימי נגזר מן המדגם, לכן, כל הפריטים אינם נכללים.
  4. ב- ImageJ, לחשב ההיסטוגרמה של אמצעי האחסון כימי וייבא את הערכים של ההיסטוגרמה תוכנה tabulate.
    1. בתוכנת tabulate, מחק את השורה עם ספירת שוד העוצמה של 0 (הקו מקביל הואקום).
    2. בעמודה חדשה, לחשב את היחס של כל עוצמת באמצעי האחסון. לחלק את הרוזן בעוצמה כל בסכום בכל סעיפי האישום, הכפל אותה ב- 100.
    3. בעמודה חדשה, לחשב את היחס המתאים האינטנסיביות של אמצעי האחסון הכולל על-ידי הוספת מצטבר שחלקן הנוכחי של הסעיפים, מחושב בעבר עם היחס הקודם.
      הערה: הכרכים כימי, עוצמות גבוהות יתאימו מידע כימי. עם זאת, עוצמות הם נמוכים הרעש באמצעי אחסון גבוהה. הסף נוצר על-ידי בחירת עוצמות הגבוהה ביותר.
    4. לדעת את הריכוז היחסי של יסוד כימי במדגם שמחושבים הספקטרום צלופחים, בחר עוצמות שוד. מתחילים מ- 255 (אם קיימים) ולהקטין את האינטנסיביות התואמות הריכוז יסוד כימי.
    5. כדי למצוא את העוצמה הנמוכה ביותר המתאים לריכוז הכימי, נווט אל העמודה שם היחס בעוצמה המתאימה מחושב באמצעי האחסון הכולל, 100 אחוז מתאים בדרך כלל ללחץ של 255. מ- 100%, לחלץ חלקם היחסי מחושב של יסוד כימי (מהספקטרום צלופחים): התוצאה יתאים את עוצמת מינימום על הסף. בדרך זו, מתקבלים כרכים binarized כימיים, איפה voxels תואמים לרכיב כימי האינטנסיביות של 255, כל השאר הם 0. חזור על הפעולות לכל ברכיב השני ולקבל שני כרכים binarized כימי.
  5. חופפים את אמצעי האחסון כימי binarized בעזרת האפשרות ' מזג ערוצים ' ולהקצות בצבע שונה כל כרך רכיב כדי ליצור אמצעי אחסון מסוג RGB.
    הערה: ע י binarized שני כימי הכרכים, voxels, נקודות המגע. הם המוצגים אשר שייכים שני יסודות כימיים (קומונה voxels), voxels שאינם שייכים לאף אחת יסודות כימיים (voxels חינם) יסומנו. לדוגמה, הכרכים כימית binarized של אדום וירוק ליצור voxels בקומונה כי הם צהוב.
  6. להפוך את אמצעי האחסון RGB בכרך 8 סיביות; הצבעים יהיו שונים בעוצמות אפור. שימוש באפשרות ' סף ', בחר את voxels שייכים שניהם צורון כימי (צהוב באמצעי האחסון RGB). לאחר מכן, באמצעות האפשרות הסף אותו, בחר את voxels שאינן שייכות לכל רכיב כימי (יש להם בעוצמות נמוכות יותר voxels שנבחרו קודם לכן). אל תבחר את הואקום בעוצמה 0.
  7. לנרמל את נפחי voxels קומונה ונפח voxels חינם. להכפיל את נפחי voxels ללא תשלום על ידי אמצעי האחסון כימי, ואז להפחית את עוצמת הקול כימיים אחרים.
    הערה: זה חישוב הרכיב הכימי ב voxel כל בעל העוצמה הגבוהה ביותר.
  8. הוסף את אמצעי האחסון של voxels שייכים לה, את voxels שאינן שייכות לאמצעי האחסון של יסוד כימי בעל העוצמה הגבוהה ביותר ב- voxels האלה.
    הערה: בדרך זו, כל קומונה voxel או voxel חינם הבדיל ואת שהוקצה לאמצעי האחסון של יסוד כימי בעל העוצמה הגבוהה ביותר ב voxel הזה. זה יכול להתבצע על-ידי האפשרות "תמונת מחשבון":

figure-protocol-1

  1. כדי לכמת את מספר voxels כי הטופס לדוגמה, לייבא את אמצעי האחסון מקוטעת תוכנות עיבוד פני שטח מיוחדים, כגון מילות הקסם התלת-ממד. לאחר מכן, להכפיל את נפח voxel nm3 כדי לקבל הנפח של המדגם תלת-ממד.
  2. שימוש באפשרות ' איתור קצוות ', לכמת את voxels ויוצרים את פני השטח של המדגם, להכפיל את האזור voxel nm2 כדי לקבל את פני השטח של המדגם.
  3. חישוב שטח ספציפי על-ידי חלוקת השטח של המדגם על ידי המסה של המדגם.
    הערה: המסה של המדגם להיות מוערך על-ידי שימוש הצפיפות תיאורטי של המדגם. באופן כללי, פני השטח ספציפיים, המחושב על-ידי ואח הינו 10 פחות מ משטח מסוים מחושב על ידי שיטות ייעודי כמו N2 ספיחה desorption.
  4. כדי לחשב את ההתפלגות גודל הנקבוביות, להשתמש באמצעי האחסון binarized לאובדן אפס (האחסון BF). אמצעי האחסון בינארי של השחזור BF הוא מורחבים באמצעות 3D Toolkit/Morphological מתרחבים תוסף 3D עד כל הנקבוביות מכוסים ולאחר מכן השחוקים בעזרת ערכת הכלים של תלת-ממד/Morphological לשחוק 3D פעמים רבות ככל מורחבים. לאחר מכן, האחסון שהושג מוכפל נפח האחסון BF binarized, את התוצאה נקבוביות התפלגות אמצעי האחסון ניתן לאבחן באמצעות תוכנה ייעודית עיבוד משטח הפוכה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

דוגמה של היישום של פרוטוקול זה מוצג הפניה13. טומוגרפיה EFTEM שימש לניתוח טיטניה אלומינה זרז תומך. כדי לשפר את פעילות קטליטית בשלב הפעיל של מוס2 חלקיקים, ביישומים כמו hydrodesulfurization (כוננים קשיחים), חשוב כי טיטניה הוא המכריע על פני תמיכה, ואני בקשר עם השלב הפעיל. זה ידוע כי טיטניה יש משטח מסוים קטן יותר מאשר אלומינה. מטרת המחקר היא כדי לבנות טיטניה נתמך על ידי אלומינה (לכן, ליצור משטח מסוים משופרת של), ולאחר מכן לבדוק את זה כמשענת זרז. כאן, טומוגרפי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

מטרת המאמר היא לתאר את האופן שבו ניתן להשיג מפות כימית תלת-ממד באמצעות טומוגרפיה EFTEM. פרוטוקול זה מקורי, פותחה על ידי המחברים.

טומוגרפיה EFTEM כפי שמתואר כאן יש מספר חסרונות: דגימות (i) רק כי הם עמידים בפני קרן אלקטרונים יכול להיות מנותח, עקב חשיפה ארוכה הזמן הנדרש להשגת תמונות מסוננים. (ii) EFTEM טומוגרפיה רגישה הניגוד עקיפה. (iii) רבים היישורים בוצעו באופן ידני. כדי להשיג את המפה כימית תלת-ממד, אפס-הפסד ונפח האחסון כימי צריך להיות בתוך מערכת אחת של קואורדינטות. זה מחייב כי כל הסדרה הטיה יי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

אנו מודים על משרד הצרפתי של ההשכלה הגבוהה והמחקר, מוסכמות Industrielles דה היווצרות par la רשרש (CIFRE), שופט Nouvelles האנרגיות שלהם לתמיכה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
JEOL 2100fJEOLמיקרוסקופ אלקטרונים
Tridiem Gatan מסנן הדמיה (GIF)GatanPost colum
מיקרוגרף דיגיטליGatanSoftware
Gatan תוסף טומוגרפיה EFTEMGatanתוכנה ייעודית להקלטת סדרת הטיה מסוננת עבור EFTEM tomograohy
Tomojתוסף Imagej http://www.cmib.fr/en/download/softwares/תוכנה חינמית שפותחה על ידי מכון קארי בפריז, צרפת עבור טומוגרפיה אלקטרונית
תוסף EFTEM-TomojImagej http://www.cmib.fr/en/download/softwares/תוכנה חינמית שפותחה על ידי מכון קארי בפריז, צרפת, עבור EFTEM imaging
Imodhttp://bio3d.colorado.edu/imod/תוכנה חינמית שפותחה על ידי אוניברסיטת קולורדו, ארה"ב עבור טומוגרפיה אלקטרונית
Imagejhttps://imagej.nih.gov/ij/תוכנה חופשית שפותחה על ידי המכון הלאומי לבריאות הנפש, בת'סדה, מרילנד, ארה"ב לטיפול בתמונות
מיזוג ערוציםhttps://imagej.net/Color_Image_Processingפונקציה ב-Imagej המאפשר לתת צבעים שונים לנפחים בזמן שהם חופפים
3D Slicerhttps://www.slicer.org/תוכנה חופשית שפותחה על ידי קונסורציום גדול בהובלת רון קיקיניס, בית הספר לרפואה של הרווארד, בוסטון, מסצ'וסטס, SUA
Chimerahttps://www.cgl.ucsf.edu/chimera/תוכנה חופשית שפותחה על ידי המשאב למחשוב ביולוגי, ויזואליזציה ואינפורמטיקה באוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו, לפילוח נתונים, אוצרות והדמיה של מודלים תלת מימדיים
סיליקה אלומינה תמיכה בזרזשהוכנה להפעלה של פרוטוקול זה
תמיכת אלומינה טיטניה של זרזדגימת IFPENשהוכנה להפעלה של פרוטוקול
אלכוהול מים
ננו-חלקיקים של 5 ננומטרBBI Solutions
Holey carbn סרט 200 רשת מיקרוסקופיהאגר
מד EDXאוקספורד אינסטרומנטס
מסנן אנרגיה של דגימת IFPEN זה

מקורות

  1. Frank, J. Electron Tomography - Methods for Three-Dimensional Visualization of Structures in the Cell. , Springer-Verlag. New York. (2006).
  2. Midgley, P. A., Dunin-Borkowski, R. E. Electron tomography and holography in materials science. Nat. Mater. 8, 271-280 (2009).
  3. Carenco, S. The core contribution of transmission electron microscopy to functional nanomaterials engineering. Nanoscale. 8 (3), 1260-1279 (2016).
  4. Radon, J. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten. Akad. Wiss. 69, 262-277 (1917).
  5. Radermacher, M. Radon transform techniques for alignment and three-dimensional reconstruction from random projections. Scanning Microscopy. 11, 171-177 (1997).
  6. Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Pham-Huu, C., Drillon, M., Ersen, O. 3D-TEM investigation of the nanostructure of a δ-Al2O3 catalyst support decorated with Pd nanoparticles. Nanoscale. 4 (3), 946-954 (2012).
  7. Georgescu, D., Roiban, L., Ersen, O., Ihiawakrim, D., Baia, L., Simon, S. Insights on Ag doped porous TiO2 nanostructures: a comprehensive study of their structural and morphological characteristics. RSC Adv. 2 (12), 5358(2012).
  8. Shakeri, M., Roiban, L., Yazerski, V., Prieto, G., Gebbink, M. J. M. G., de Jongh, P. E., de Jong, K. P. Engineering and Sizing Nanoreactors To Confine Metal Complexes for Enhanced Catalytic Performance. ACS Catal. 4 (10), 3791-3796 (2014).
  9. Midgley, P. A., Weyland, M. 3D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography. Ultramicroscopy. 96 (3-4), 413-431 (2003).
  10. Ersen, O., Florea, I., Hirlimann, C., Pham-Huu, C. Exploring nanomaterials with 3D electron microscopy. Mater. Today. 18 (7), 395-408 (2015).
  11. Lepinay, K., Lorut, F., Pantel, R., Epicier, T. Chemical 3D tomography of 28nm high K metal gate transistor: STEM XEDS experimental method and results. Micron. 47, 43-49 (2013).
  12. Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Bayle-Guillemaud, P., Werckmann, J., Drillon, M., Ersen, O. Three-Dimensional Chemistry of Multiphase Nanomaterials by Energy-Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography. Microsc. Microanal. 18 (05), 1118-1128 (2012).
  13. Roiban, L., Sorbier, L., Hirlimann, C., Ersen, O. 3 D Chemical Distribution of Titania-Alumina Catalyst Supports Prepared by the Swing-pH Method. ChemCatChem. 8 (9), 1651-1657 (2016).
  14. Egerton, R. F. Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope. , Springer. (2011).
  15. Messaoudi, C., Aschman, N., Cunha, M., Oikawa, T., Sorzano, C. O. S., Marco, S. Three-Dimensional Chemical Mapping by EFTEM-TomoJ Including Improvement of SNR by PCA and ART Reconstruction of Volume by Noise Suppression. Microscopy and Microanalysis. 19 (6), 1669-1677 (2013).
  16. Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., Ferrin, T. E. UCSF Chimera-A visualization system for exploratory research and analysis. Journal of Computational Chemistry. 25 (13), (2004).
  17. Roiban, L., Ersen, O., Hirlimann, C., Drillon, M., Chaumonnot, A., Lemaitre, L., Gay, A. S., Sorbier, S. Three-Dimensional Analytical Surface Quantification of Heterogeneous Silica-Alumina Catalyst Supports. ChemCatChem. 9 (18), 3503-3512 (2017).
  18. EFTEM-TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/EFTEM-TomoJ.html (2018).
  19. Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD. J Struct Biol. 116 (1), 71-76 (1996).
  20. The IMOD Home Page. , Available from: http://bio3d.colorado.edu/imod/ (2018).
  21. Landini, G. Align RGB planes. ImageJ. , Available from: https://ImageJ.net/Align_RGB_planes (2018).
  22. Messaoudi, C. TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/TomoJ.html (2018).
  23. MessaoudiI, C., Boudier, T., Sorzano, C., Marco, S. TomoJ: tomography software for three-dimensional reconstruction in transmission electron microscopy. BMC Bioinf. 8 (1), 288(2007).
  24. Saxton, W. O., Baumeister, W., Hahn, M. Three-dimensional reconstruction of imperfect two-dimensional crystals. Ultramicroscopy. 13 (1-2), 57-70 (1984).
  25. Gatan, Inc. Quantum Energy Filters High Throughput Spectrometers. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/gif-quantum-energy-filters (2018).
  26. Gatan, Inc. Direct Detection 16-Megapixel Camera. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/k2-direct-detection-cameras (2018).
  27. Direct Electron, LP. DE-Series Cameras. , Available from: http://www.directelectron.com/products/de-series (2018).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

טומוגרפיה עם סינון אנרגיהמפות כימיות בתלת-ממדניתוח התפלגות יסודניתאפיון תמיכה של זרזפרוטוקול להכנת דגימותניתוח ב-Image Jתוסף EFTEMTomoJשחזור נפח כימידגימות רגישות לאלומה
קבלת מפות תלת-ממדיות כימי על ידי אנרגיה מסונן הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים טומוגרפיה
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.