Questo articolo descrive un protocollo per ottenere mappe chimiche 3D che combina energia filtrata imaging e tomografia elettronica. La distribuzione di prodotti chimici di due supporti per catalizzatori formata da elementi che sono difficili da distinguere da altre tecniche di imaging è stata studiata. Ogni applicazione consiste nel mapping sovrapposti elementi chimici - bordi rispettivamente distanziati-ionizzazione di.
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Articolo metodologico
Come ottenere mappe 3D chimiche di energia filtrata tomografia di microscopia elettronica di trasmissione
In questo articolo
Sommario
Abstract
Energia tomografia di microscopia elettronica di trasmissione filtrata (EFTEM tomografia) in grado di fornire mappe tridimensionale (3D) chimico dei materiali a scala nanometrica. La tomografia EFTEM possibile separare gli elementi chimici che sono molto difficili da distinguere usando altre tecniche di imaging. Il protocollo sperimentale descritto di seguito viene illustrato come creare mappe 3D chimiche per comprendere la distribuzione di prodotti chimici e la morfologia di un materiale. Procedura di preparazione del campione per la segmentazione dei dati è presentata. Questo protocollo permette l'analisi 3D della distribuzione degli elementi chimici in un campione nanometrico. Tuttavia, dovrebbe essere notato che attualmente, le mappe 3D chimiche possono essere generate solo per i campioni che non sono fascio sensibile, poiché la registrazione di immagini filtrate richiede tempi di esposizione lunghi per un fascio di elettroni intenso. Il protocollo è stato applicato per quantificare la distribuzione chimica dei componenti di due supporti per catalizzatori eterogenei differenti. Nel primo studio, è stata analizzata la distribuzione di prodotti chimici di alluminio e titanio in supporti di titania-allumina. I campioni sono stati preparati utilizzando il metodo di swing-pH. Nel secondo, è stata esaminata la distribuzione di prodotti chimici di alluminio e silicio in supporti di silice-allumina che sono stati preparati utilizzando i metodi di meccanica miscela e sol-polvere.
Introduzione
Le proprietà funzionali dei materiali dipendono dai loro parametri 3D. Per comprendere le loro proprietà e che permettono di migliorare le loro funzioni, è importante analizzare la loro morfologia e distribuzione di prodotti chimici in 3D. Elettrone tomografia1 (ET) è una delle tecniche migliori per fornire queste informazioni ai nanometri scala2,3. Si compone di ruotando il campione sopra una vasta gamma di angolare e registrazione di un'immagine ad ogni passo angolare. La serie di inclinazione ottenuta viene utilizzata per ricostruire il volume del campione utilizzando algoritmi matematici basati sul Radon trasformazione4,5. Selezione livelli di grigio nel volume aiuta a modello l'esempio in 3D e quantificare i parametri 3D come particella localizzazione6 e dimensioni distribuzione7, poro posizione e dimensione distribuzione8, ecc.
In generale, ET viene eseguita con un microscopio elettronico inclinando il campione per il massimo angolo possibile, preferibilmente più di 70° in entrambe le direzioni. Ogni angolo di inclinazione, una proiezione del campione è registrata formando una serie di immagini tilt. Quella serie di inclinazione è allineato e utilizzato per ricostruire il volume del campione che sarà segmentato e quantificato. Perché l'esempio non può essere ruotato da-90 ° a + 90 °, il volume ricostruito ha una risoluzione anisotropica lungo l' asse ortogonale9 a causa dell'angolo di registrazione cieca.
ET può essere eseguita in diverse modalità di imaging. La modalità TEM campo luminoso (BF-TEM) è usata per studiare materiali amorfi, campioni biologici, polimeri, o catalizzatore supporta con forme complesse. L'analisi di immagine si basa sulla differenziazione dei livelli di grigio che caratterizzano la densità dei componenti10 (un componente denso sarà più scuro di un accendino, vale a dire, componente meno denso). Alto angolo anulare campo scuro in modalità TEM (ottenute-STEM) scansione viene utilizzato per analizzare campioni cristallini. Il segnale fornisce informazioni chimiche in funzione del numero atomico; una pesante componente del campione apparirà più luminosa che un accendino un9. Altre modalità, come la spettroscopia di raggi x dispersiva di energia (EDX), che raccoglie i raggi x emessi dal materiale11e l'energia filtrata imaging modalità (EFTEM)12,13, sono anche in grado di valutare la distribuzione di prodotti chimici 3D all'interno del campione.
Nell'imaging EFTEM, le mappe 2D chimiche possono essere registrate utilizzando un TEM con uno spettrometro di energia dell'elettrone. Lo spettrometro agisce come un prisma magnetico disperdendo gli elettroni in funzione della loro energia. Un'immagine è creata dagli elettroni in funzione dell'energia perdita dall'interazione con un atomo specifico. Se la stessa mappa 2D chimica è calcolata alle inclinazioni differenti, un'inclinazione si ottiene la serie di proiezioni chimiche, che consente di ricostruire il volume 3D di chimico.
Non tutti i materiali possono essere analizzati tramite tomografia EFTEM. La tecnica è riservata ai campioni con materiali disordinati o debole. Tuttavia, può essere utilizzato per l'analisi di elementi leggeri che sono molto difficili da distinguere quando usando altre tecniche di imaging. Inoltre, per ottenere mappe chimiche 2D affidabile, lo spessore del materiale è necessaria per essere di meno che il cammino libero medio degli elettroni attraverso il materiale14. In questa circostanza, la probabilità di avere un singolo elettrone interagisce con un singolo atomo è più grande. Due metodi sono utilizzati per calcolare una mappa 2D chimica. Il primo e il più usato è il "metodo di tre-windows", dove due finestre filtrata energetico devono essere registrati prima del bordo di ionizzazione dell'elemento sotto analisi e un terzo dopo l'ionizzazione edge13. Le prime due immagini sono utilizzate per stimare lo sfondo, che viene estrapolato utilizzando una legge di potenza nella posizione del terzo vetro e sottratto da esso. L'immagine ottenuta è la proiezione della distribuzione 3D dell'elemento chimico analizzato nel volume del campione. Il secondo metodo è chiamato il "rapporto di salto"; utilizza solo due immagini di energia-filtrata, uno prima e uno dopo il bordo di ionizzazione. Questo metodo è di tipo qualitativo, come l'immagine finale viene calcolato solo eseguendo il rapporto tra queste due immagini e non tiene conto per la variazione di energia di sfondo.
Combinando EFTEM con ET, la tomografia analitica dell'energia filtrata può essere ottenuta. EFTEM tomografia e atomo sonda tomografia (APT) sono tecniche complementari. Rispetto ad APT, tomografia EFTEM è un'analisi di caratterizzazione non-distruttiva che non necessita di preparazione dei campioni complessi. Può essere utilizzato per eseguire varie caratterizzazioni su una nanoparticella unica. Tomografia EFTEM può analizzare materiali isolanti, mentre APT ha bisogno presso l'assistenza laser perlomeno per misurarli. APT viene eseguito su scala atomica, mentre la tomografia EFTEM esegue adeguatamente con una risoluzione più bassa. La tomografia EFTEM è pertinente soltanto per i campioni che resistono alla degradazione del fascio durante l'esperimento. Per registrare tutte le immagini filtrate a tutti gli angoli inclinati, il campione può essere esposto a fascio di elettroni per finchè 2 h. Inoltre, per registrare un segnale chimico massimo nelle mappe 2D, durate più lunghe esposizione al fascio ad alta intensità possono essere necessarie. In tali condizioni, i campioni sensibili fascio subiranno drastici cambiamenti morfologici e chimici. Di conseguenza, una misura precisa della sensibilità del campione per il fascio elettronico deve essere stabilita prima dell'esperimento. Inoltre, la tomografia EFTEM è il risultato della registrazione tomogrammi come molti come necessario per determinare la posizione spaziale e la natura degli elementi chimici che sono presenti nel campione. Tuttavia, la tomografia EFTEM può fornire informazioni importanti riguardanti la distribuzione di prodotti chimici 3D per i campioni, quali supporti per catalizzatori, per dare nuovi spunti per la modellazione di loro applicazioni catalitiche.
Oggi è possibile utilizzare un software dedicato che può selezionare l'intervallo di energia, energia finestra immagini filtrate record e calcolare il prodotto chimico mappe alle diverse inclinazioni. Essi consentono di inclinare il campione, di monitoraggio, messa a fuoco e registrazione dell'immagine filtrata in modalità EFTEM. Le mappe 2D chimiche possono essere calcolate e poi la serie di inclinazione può essere allineata, il volume chimico calcolato utilizzando algoritmi iterativi, e infine la serie può essere segmentato e quantificati15,16.
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Protocollo
1. preparazione del campione
- Schiacciare il campione in un mortaio e si disperdono in alcool o acqua distillata; mettere una goccia del campione su una griglia di microscopia e lasciarlo asciugare.
Nota: Campioni come allumina di silice o allumina titania possono essere una polvere o un materiale estruso e può essere schiacciati e dispersi in una soluzione mediante ultrasuoni. In generale, per l'analisi di ET, è importante che la concentrazione del campione sulla griglia di partenza è bassa, per evitare sovrapposizione di campione e di ombreggiamento quando si inclina la griglia a grandi angoli. Sono consigliate le griglie di microscopia 200-maglia che supportano un film di holey carbonio o carbonio lacey. - Utilizzando una pipetta, mettere una goccia di una soluzione colloidale contenente marker fiduciali sopra il campione. Assorbire la soluzione in eccesso e lasciare asciugare.
Nota: I fiduciali Marker sono ben calibrata Au nanoparticelle sospese in una soluzione. Il marker fiduciali possono essere disperse anche sopra la griglia prima di aggiungere il campione. Ad esempio, se il campione è fatto da nanoparticelle con dimensioni simili come il marker fiduciali, depositare i fiduciali marker sopra la griglia per separarli bene durante la segmentazione dei dati e la quantificazione. Il marker fiduciali sono riferimenti di posizione utilizzati per allineare le immagini inclinate.
2. registrazione delle immagini serie filtrata Tilt
- Con il microscopio elettronico, è possibile trovare un esempio isolato al centro della griglia della microscopia.
Nota: Nel microscopio elettronico, l'asse X è lungo il portacampioni, l'asse Y è perpendicolare al supporto del campione e l'asse Z è lungo il fascio di elettroni. Per essere in grado di inclinare il campione all'angolo di inclinazione massimo, analizzare un campione situato il più vicino possibile all'asse X. - Una volta che il campione è ben posizionato, controllare la composizione chimica del campione. Eseguire un'analisi chimica mediante spettrometria a raggi x dispersiva di energia (EDS) o spettrometria di elettrone energia perdita (anguille) mettendo a fuoco il fascio sopra il campione selezionato e registrare uno spettro. Se il campione contiene gli elementi chimici di interesse, allontanarsi da essa ed eseguire i prossimi test su un campione rappresentativo nelle vicinanze.
- Controllare l'elettrone intensità del fascio sopra il campione, la larghezza delle finestre delle immagini filtrate, energia e filtrato il tempo di esposizione di ogni immagine. Trovare il miglior compromesso per il campione tra fascio danni e il segnale chimico registrato a proiezioni chimiche12,13,17.
Nota: Per registrare il massimo segnale chimico nelle immagini filtrate, utilizzare l'intensità del fascio di massima. Tuttavia, un test di irradiazione deve essere eseguito prima di ogni analisi per verificare le eventuali modifiche al campione dall'effetto del fascio. Per effettuare questa operazione, è possibile calcolare la dose di elettrone durante la registrazione di tilt series. Inoltre, un test di facilità può essere fatto mettendo a confronto un'immagine prima e un'immagine dopo l'esperimento. - Utilizzare la modalità EFTEM del software di registrazione per calcolare una mappa 2D chimica utilizzando il metodo di tre-windows e verifica se un sufficiente segnale chimico viene registrato.
Nota: Il software registra tre immagini filtrate; i primi due sono utilizzati per stimare lo sfondo dalla terza immagine.- Nel software, selezionare l'elemento chimico sotto inchiesta e il bordo di ionizzazione. Impostare la larghezza della finestra di energia e il tempo di esposizione. Registrare le immagini e quindi calcolare la mappa chimica utilizzando una legge di potenza per estrarre lo sfondo. In un ambiente a 32 bit con 512 x 512 pixel, il minimo segnale è circa 300-400 conteggi per pixel registrati in un'immagine di chimica.
- Impostare l'angolo di inclinazione del campione all'altezza di eucentric e controllare l'angolo di inclinazione minima, vale a dire,-70 ° o meno e massimo, vale a dire, + 70 ° o più.
- Portare il campione per essere analizzati in vista e registrare un'immagine (questo sarà l'immagine prima di acquisizione). Quindi registrare la serie inclinata di immagini filtrate utilizzando il software appropriato.
Nota: I plugin di tomografia EFTEM dedicati possono registrare diverse serie di inclinazione allo stesso tempo. Ciò significa che, con ogni angolo di tilt, diverse immagini successive possono essere registrati. La prima immagine può essere un'immagine filtrata centrata sulla perdita zero e questa immagine è un tipico campo chiaro. Le immagini pre-bordo e quindi l'immagine post-bordo del primo elemento chimico sono seguiti dalle immagini di pre- bordo e post-bordo immagine del secondo elemento chimico. La successione degli elementi chimici è dato dalla loro bordo selezionato ionizzazione.- Nella registrazione EFTEM inclinare software di serie, selezionare la larghezza di ogni finestra di energia ed il relativo tempo di esposizione, e quindi la massima e la minima inclinazione angolo e il passo angolare dell'inclinazione. Al compromesso tra il numero di immagini della serie di inclinazione e il tempo di esposizione totale del campione per il fascio di elettroni, utilizzare un passaggio di inclinazione di 4°, vale a dire, 51 immagini per serie di inclinazione compreso tra ± 71 °; Tuttavia, un passo più piccolo di inclinazione può essere scelto se il campione non si degrada sotto la trave.
- Per ogni elemento chimico, registrare tre serie di inclinazione di immagini filtrate per calcolare la proiezione chimica utilizzando il metodo di tre finestre. Per quantificare la naturale deriva del campione a ogni angolo di inclinazione durante la registrazione di immagini filtrate (il campione può rimanere in certi angoli di inclinazione per più di 1 min), la prima immagine può essere un'immagine filtrata su zero perdita di segnale in modo che l'ultima immagine registrata sarà un unfil tered immagine formata da tutti gli elettroni a tutte le energie. Quelle due immagini possono essere utilizzate per calcolare la mappa di spessore del campione. Pertanto, per osservare la distribuzione di prodotti chimici di due elementi a ogni angolo di inclinazione, registrare 7 immagini filtrate (1 zero perdita, 3 per il primo elemento chimico, 3 per il secondo elemento chimico) e 1 immagine non filtrata (in totale, 8 serie di inclinazione registrate).
3. allineamento e ricostruzione delle serie Tilt
- Allineare le tre immagini filtrate corrispondente a ogni elemento chimico per ogni angolo di inclinazione e calcolare la mappa chimica utilizzando un specializzato EFTEMTJ15,18 plugin di ImageJ. Nel software ImageJ, utilizzare il percorso File | Aperto e selezionare i file corrispondenti alle immagini filtro serie di inclinazione. Aprire tutte le tre serie di inclinazione filtrata: pre- bordo due e post-uno dei bordi.
- Aprire il plugin EFTEMTJ dedicato. Fare clic su + | Immagine o Stack e selezionare la serie di inclinazione che sono già aperta.
- Nella tabella che viene visualizzata, è stato registrato il passaggio di energia per ogni serie di inclinazione, cioè, l'energia alla quale ogni inclinazione serie di riempimento. Inoltre, riempire la fessura larghezza, cioè, le finestre di energia. Riempire il "Tempo di esposizione" di ogni immagine filtrata. Verifica per tutte le serie di inclinazione tre Mapping. Fare clic su successivo.
- Ha scelto la prima immagine come immagine di riferimento e quindi fare clic su applica. Fare clic su successivo: viene visualizzata un'immagine di anteprima del tracciato proposto. Verificare visivamente che le 3 immagini registrate con lo stesso angolo di inclinazione sono ben sovrapposte (nessun spostamento tra le immagini dovrebbe essere osservato).
Nota: Questo protocollo è stato eseguito la versione 0.9 del plugin EFTEMTJ. In questo momento, il filtrato le immagini registrate at lo stesso angolo di inclinazione sono allineati. - Selezionare nella finestra EFTEMTJ, le immagini corrispondenti allo sfondo e al chimico Edge. Selezionare il modello dell'estrazione segnale come potenzae quindi fare clic su Crea una mappa. ImageJ, selezionare File | Salvare e trovare il percorso per salvare questo ultimo file.
Nota: La serie di inclinazione della mappa chimica è ottenuta. Ulteriori informazioni su come utilizzare il plugin sono disponibile online. - Ripetere il passaggio 3.1 per tutte le serie di inclinazione chimica.
- Allineare il tilt perdita zero series utilizzando una versione del software Imod19 rilasciato nel 2009 per allineare il tilt series. Il software permette l'applicazione degli allineamenti calcolati su una serie di inclinazione ad un'altra serie di inclinazione.
Nota: Il software di allineamento scrive su file su disco contenente tutti gli spostamenti applicati a ciascuna immagine. La procedura di allineamento utilizzando Imod20 è esaminata altrove e non rientra nell'ambito di questo articolo. - Utilizzare l'allineamento calcolato per la serie di perdita zero tilt e applicarlo alla serie tilt chimici precedentemente calcolato.
Nota: In questa versione del software, è possibile modificare il file di serie di perdita zero tilt con un file di serie chimica tilt conservando il nome del file e applicando gli spostamenti calcolati precedenti. In caso contrario, per il software, il file avrà lo stesso nome, lo stesso numero di immagini delle stesse dimensioni, ma non conterrà zero perdita immagini ma chimiche immagini. - Quantificare la deriva da trasversale correlando la prima immagine registrata, cioè, centro su zero la perdita e l'ultimo (l'immagine non filtrato). Il campione può impiegare vari secondi a ogni angolo di inclinazione mentre vengono registrate tutte le immagini di filtrato. Durante questo tempo, il campione va alla deriva naturalmente una piccola quantità.
- Il software ImageJ, fare clic sul File | Aprire e selezionare la perdita zero allineata inclinare serie, quindi Apri il prodotto chimico mappe allineato inclinazione serie.
- Fare clic su modifica | Colore | Canali di Unione. Selezionare il file corrispondente a zero perdita per il colore rosso, il primo elemento per il verde e il secondo elemento chimico per il blu, in quell'ordine. Deselezionare Creare composito e selezionare Tenere immagine sorgente. Uno stack viene creato in ogni angolo d'inclinazione per tutte le immagini registrate.
- Fare clic su plugin | Allineare i piani RGB21. Il rosso è l'immagine di riferimento. Selezionare verde e utilizzando le frecce, sovrapposizione sopra quello rosso. Fare clic su Avanti e ripetere per tutti gli angoli.
- Fare clic su modifica | Colore | Split canali e lo stack RGB verrà suddivisi in tre pile: rosso corrispondente a perdita zero e verde e blu corrispondente alle mappe chimiche con la direzione corretta. Fare clic sul File | Salvare per conservare la serie di inclinazione.
- Fare clic su plugin | Tomoj22,23 per selezionare il file di modulo angolo di carico. Perché tutte le serie di inclinazione sono già allineate, passare direttamente alla ricostruzione. Calcolare i volumi di perdita zero, come pure i volumi chimici, utilizzando algoritmi di ricostruzione come arte, SIRT, OS-arte, ecc.
Nota: Si consiglia di utilizzare un algoritmo iterativo per la ricostruzione dei volumi chimici. Utilizzando questo software, è possibile ricostruire i volumi utilizzando la GPU. - Una volta che tutti i volumi sono calcolati, è possibile utilizzare l'opzione Merge canali per applicare colori diversi ai volumi ottenuti e li si sovrappongono in un unico volume, per ottenere la mappa 3D in chimica.
4. 3D modellazione e quantificazione
- Binarize il volume ricostruito di ZL selezionando il corrispondente livello di grigio, che sarà il volume ottenuto in bianco (a 8 bit, l'intensità è 255) e nero (a 8 bit, l'intensità è 0). In ImageJ, utilizzare l'opzione "Seleziona threshold". Selezionare tutti i pixel corrispondenti al campione (in un'immagine BF, i pixel più scuri corrispondono al campione massa) e fare un volume dove il campione è bianco e il vuoto è nero.
Nota: Il volume di perdita zero fornisce informazioni morfologiche del campione analizzato, vale a dire, la forma e la dimensione del campione. - Dividere il volume binario di zero perdita di 255 e ottenere un volume dove le intensità all'interno del campione sono 1 e altrove sono 0. Questo è il volume normalizzato.
- Moltiplicare il volume normalizzato per ognuno dei volumi calcolati chimici (punto 4.1) per ottenere un volume dove le intensità all'interno del campione corrispondono alle informazioni chimiche, e queste intensità sono 0 altrove.
Nota: Le informazioni chimiche sono derivate dal campione e quindi, sono esclusi tutti gli artefatti. - In ImageJ, calcolare l'istogramma del volume chimico e importare i valori dell'istogramma in un software tabulano.
- Nel software tabulano, eliminare la riga con un conteggio di rapina di intensità pari a 0 (questa linea corrisponde al vuoto).
- In una nuova colonna, calcolare la percentuale di ogni intensità di volume. Dividere il conteggio di ogni intensità dalla somma di tutti i conteggi e moltiplicarlo per 100.
- In una nuova colonna, calcolare la percentuale corrispondente per l'intensità del volume totale aggiungendovi la proporzione attuale dei conteggi, calcolato in precedenza con la proporzione precedente.
Nota: Nei volumi chimici, le alte intensità corrispondono alle informazioni chimiche. Comunque, le intensità sono basse ed il rumore in alto il volume. La soglia viene creata selezionando le intensità più alte. - Conoscendo la concentrazione relativa dell'elemento chimico del campione calcolato dallo spettro di anguille, selezionare l'intensità di rapina. A partire da 255 (se esistente) e diminuire l'intensità corrispondente alla concentrazione di elemento chimico.
- Per individuare l'intensità minima corrispondente alla concentrazione chimica, passare alla colonna dove la percentuale di intensità corrispondente è stato calcolato il volume totale, il 100% corrisponde normalmente all'intensità di 255. Da 100%, estrarre la proporzione relativa calcolata dell'elemento chimico (dallo spettro di anguille): il risultato corrisponderà all'intensità minima della soglia. In questo modo, si ottengono chimiche binarizzati volumi, dove il voxel corrispondono all'elemento chimico con l'intensità di 255 e tutto il resto sono 0. Ripetere la procedura per il secondo elemento e ottenere due volumi di binarizzato chimiche.
- Si sovrappongono i volumi di chimici binarized utilizzando l'opzione Unisci canali e assegnare un colore diverso per ogni volume di elemento per rendere un volume RGB.
Nota: Sovrapponendo i due volumi di chimici binarized, voxels che si sovrappongono, che appartengono a entrambi gli elementi chimici (comune voxel) e voxels che non appartengono ad uno qualsiasi degli elementi chimici (gratuito voxel) sono evidenziati. Ad esempio, i volumi di chimici binarized di rosso e verde creano voxel comune che sono di colore giallo. - Trasformare il volume RGB a 8 bit volume; i colori sono a diverse intensità di grigio. Utilizzando l'opzione di soglia, selezionare i voxels che appartengono a entrambe le specie chimiche (gialle nel volume RGB). Quindi, utilizzando la stessa opzione di soglia, selezionare i voxels che non appartengono ad alcun elemento chimico (hanno intensità inferiore rispetto il voxel selezionato in precedenza). Non selezionare il vuoto con intensità 0.
- Normalizzare i volumi di voxel il comune e il volume del voxel gratis. Moltiplicare i volumi i voxel libero dai volumi chimici, poi sottrarre l'altro volume di chimico.
Nota: Questo calcola l'elemento chimico in ogni voxel che ha la massima intensità. - Aggiungere i volumi di voxels che appartengono e i voxels che non appartengono al volume dell'elemento chimico che ha la massima intensità in quei voxel.
Nota: In questo modo, ogni voxel comune o voxel gratuito è differenziato e allocato per il volume dell'elemento chimico che ha la massima intensità in quel voxel. Questa può essere eseguita tramite l'opzione "Immagine calcolatrice":
- Per quantificare il numero di voxel che formano il campione, è necessario importare i volumi segmentati in software di rendering superficie specializzato, ad esempio un filtro dei dati 3D. Quindi, moltiplicare il volume di un voxel in nm3 per ottenere il volume del campione in 3D.
- Utilizzando l'opzione Trova bordi , quantificare i voxels che formano la superficie del campione e si moltiplicano con l'area di voxel in nm2 per ottenere la superficie del campione.
- Calcolare la superficie specifica dividendo la superficie del campione dalla massa del campione.
Nota: La massa del campione può essere stimata utilizzando la densità teorica del campione. In generale, la superficie specifica calcolata da ET è 10 meno di superficie specifica calcolata da metodi dedicati quali desorbimento di adsorbimento di N2 . - Per calcolare la distribuzione delle dimensioni dei pori, utilizzare il binarized volume di perdita zero (il volume BF). Il volume binario della ricostruzione BF è dilatato utilizzando il 3D Toolkit/morfologiche dilatare plugin 3D fino a quando tutti i pori sono coperti e quindi eroso utilizzando il Toolkit/morfologiche 3D erodere 3D altretante volte come dilatata. Quindi, il volume ottenuto è moltiplicato per il volume invertito del volume binarized BF, per provocare il volume di distribuzione di pori che possa essere visualizzato utilizzando un software di rendering superficie dedicata.
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Risultati
Riferimento13è riportato un esempio dell'applicazione del presente protocollo. EFTEM tomografia è stata usata per l'analisi dei supporti per catalizzatori allumina titania. Per migliorare l'attività catalitica della fase attiva di MoS2 nanoparticelle, in applicazioni come hydrodesulfurization (HDS), è importante che titania è preponderante sulla superficie di supporto e a contatto con la fase attiva. È noto che titania ha una più piccola superficie speci...
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Discussione
Lo scopo di questa carta è di descrivere come ottenere mappe chimiche 3D usando la tomografia EFTEM. Questo protocollo è completamente originale ed è stato sviluppato dagli autori.
La tomografia EFTEM come descritto qui ha diversi inconvenienti: possono essere analizzati campioni di (i) solo che sono resistenti al fascio di elettroni, a causa del tempo di esposizione lunghi necessario per l'ottenimento di immagini filtrate. (ii) EFTEM tomografia è sensibile per il contrasto di diffrazione. (ii...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Siamo grati al Ministero francese dell'istruzione superiore e della ricerca, convenzioni Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE) e IFP Energies Nouvelles per il loro sostegno finanziario.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| JEOL 2100f | JEOL | Microscopio elettronico | |
| Tridiem Gatan Imaging Filter (GIF) | Filtro energetico Gatan | Post colum | |
| Micrografo digitale | Gatan | Software | |
| Gatan EFTEM tomography plugin | Gatan | Software dedicato per registrare le serie di inclinazione filtrate per EFTEM tomograohy | |
| Tomoj | Plugin Imagej http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ | Software gratuito sviluppato dal Currie Institute di Parigi, Francia per la tomografia elettronica | |
| EFTEM-Tomoj | Imagej plugin http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ | Software gratuito sviluppato dal Currie Institute di Parigi, Francia, per l'imaging EFTEM | |
| Imod | http://bio3d.colorado.edu/imod/ | Software gratuito sviluppato da University of Colorado, USA per la tomografia elettronica | |
| Imagej | https://imagej.nih.gov/ij/ | Software gratuito sviluppato da National Institute of Mental Health, Bethesda, Maryland, USA per il trattamento delle immagini | |
| Merge channels | https://imagej.net/Color_Image_Processing | Fonction in Imagej che consente di dare colori diversi ai volumi mentre sono sovrapposti | |
| 3D Slicer | https://www.slicer.org/ | Software libero sviluppato da un grande consorzio guidato da Ron Kikinis, Harvard Medical School, Boston, MA, SUA | |
| Chimera | https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/ | Software libero sviluppato dal Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics presso l'Università della California, San Francisco, per la segmentazione dei dati, la cuatificazione e la visualizzazione di modelli 3D | |
| di supporto di silice allumina del catalizzatore | Campione IFPEN | preparato per l'eborazione di questo protocollo, | |
| titania, allumina, supporto del catalizzatore | IFPEN | preparato per l'eborazione di questo protocollo | |
| , alcol, | |||
| acqua, | |||
| Au nanoparticelle di 5 nm | BBI Solutions | ||
| Holey carbn film, 200 mesh, griglia per microscopia | Agar | ||
| Settrometro EDX | Oxford Instruments |
Riferimenti
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