Quantificare i dati di fluorescenza di raggi x utilizzando le mappe

La fluorescenza a raggi X basata sul sincrotrone è una tecnica importante per osservare la segregazione elementare, le relazioni stechiometriche e il comportamento di clustering in campioni provenienti da una moltitudine di campi, tra cui la biologia, la chimica e la scienza dei materiali. Le informazioni ottenute da questi studi sono qualitative fino a quando non vengono utilizzate adeguate procedure di quantificazione per convertire i conteggi grezzi della fluorescenza in masse aeree elementari. Questo video dimostrerà come utilizzare il programma di quantificazione creato dall'Argonne National Laboratory per generare informazioni numeriche per mappe di fluorescenza a raggi X bidimensionali.

Per utilizzare il programma MAPS, è necessario prima scaricare il software IDL da Internet. Questo può essere fatto attualmente andando sul sito Web di IDL e creando un account. Successivamente, seleziona Il mio account, quindi Download e mostrerà una pagina di tutti i programmi disponibili.

Scorri verso il basso e seleziona la versione più recente di IDL. Il prossimo MAPS può essere scaricato dal sito web dell'Argonne National Laboratory. Dopo aver scaricato ed estratto la cartella zip, dovrebbero esserci quattro file. Composto.

dat, henke. xdr, mappe e xrf_library.csv. I tre file diversi dalle mappe devono essere copiati e incollati nella sottocartella IDL chiamata lib.

Per i computer Windows, molto probabilmente si trova in Programmi, nella cartella Exelis. In genere è conveniente eseguire il raccordo dal desktop, tuttavia è fondamentale che il nome della cartella e il percorso non contengano spazi o caratteri speciali, altrimenti MAPS produrrà un errore quando si tenta di eseguire il raccordo. Se il percorso del desktop contiene spazi, posizionare la cartella in un altro punto.

Ad esempio, direttamente all'interno dell'unità C. Per questa dimostrazione posizionerò la cartella di raccordo e le mappe. Icona SAV sul desktop per un facile accesso.

All'interno di questa cartella posizionare i file maps_fit_parameters_override. txt e maps_settings.txt. Esempi di questi file sono resi disponibili nei documenti giustificativi.

Successivamente, crea una cartella denominata mda e incolla il file di mappa ad alta risoluzione scelto che verrà utilizzato inizialmente per il raccordo. Vengono aggiunti anche i file per l'adattamento standard che dovrebbero includere uno o quattro file a seconda del numero di elementi del rivelatore utilizzati dal settore. Questi file denotano lo standard.

Se è stato utilizzato lo standard AXO, il file dovrebbe essere chiamato axo_std. mca, altrimenti se è stato utilizzato il NIST o qualsiasi altro standard, potrebbe essere chiamato qualsiasi cosa che termina in mca poiché questi file verranno selezionati in seguito. Quindi, per un rivelatore a quattro quadranti, i file standard e fit_parameter dovrebbero essere denominati in questo modo, da mca0 a mca3 e da txt0 a txt3 e includendo un file fit_parameters che termina in txt.

Quindi, controlla il file delle impostazioni delle mappe che sta utilizzando il numero corretto di elementi del rilevatore. Nel caso di questo raccordo, è stato utilizzato un elemento rivelatore. Dopo aver preparato la cartella di adattamento, aprire MAPS e modificare la directory in modo che corrisponda alla cartella appena creata sul desktop.

Quindi fare clic su OK e andare alla configurazione. La finestra di configurazione dispone di una serie di funzioni che consentono di impostare i parametri per il raccordo. Innanzitutto, selezionare la linea di luce che sia rappresentativa della linea di luce utilizzata per le misurazioni.

Se le misurazioni sono state effettuate presso l'Argonne National Laboratory, la linea di luce dovrebbe corrispondere direttamente. In caso contrario, nel manoscritto sono incluse ulteriori informazioni su quale selezione utilizzare. Quindi selezionare il file mda che verrà utilizzato e quindi digitare l'energia incidente utilizzata per la misurazione.

Selezionare avvia elaborazione e attendere il completamento del programma. Una volta completato, vai su file e quindi seleziona la prima opzione. Apri l'immagine XRF media o singolo elemento.

Una serie di nuove cartelle dovrebbe essere stata creata dal programma, quindi seleziona img e i file fit o i file h5 generati dovrebbero trovarsi in questa cartella. Selezionare il file corrispondente alla mappa e quindi modificare il secondo menu a tendina da sinistra per essere la normalizzazione. In questa situazione, i dati vengono normalizzati nella camera ionica a monte o USIC.

Selezionando la visualizzazione, la vista multielemento produrrà immagini per i singoli canali elementari. Le unità sono ora espresse in microgrammi per centimetro quadrato. Ma i valori non sono ancora rappresentativi delle grandezze adattate.

Per lavorare sull'adattamento, invece i dati vengono visualizzati come somma di tutti gli spettri di ogni pixel della mappa che possono essere visualizzati andando a visualizzare, tracciare lo spettro integrale. Quindi vai a generare l'output, esporta le serie di spettri integrati grezzi a lungo per salvare l'immagine. Chiudi la finestra e vai su strumenti, strumento spettro, spettro di caricamento.

Individua il file che è stato appena esportato nella cartella di output. In generale, ordinare la cartella di output per data di modifica è il modo più rapido per trovare i file, poiché ogni nuovo adattamento aggiornerà i file all'interno della cartella. Lo spettro esportato sarà chiamato intspec, seguito dalla linea di luce e dal numero di scansione, quindi txt.

Una volta aperto lo spettro, apri il file maps_fit_parameters_override. Per prima cosa verificare che il numero di elementi del rivelatore sia corretto. Successivamente, nella riga degli elementi da adattare, includi tutti gli elementi che si prevede siano presenti nel campione.

Si noti che gli elementi della linea L e gli elementi della linea M includono il suffisso _L o _M di conseguenza. Qui si sa che il rame è nel campione, ma sarà escluso per fornire un esempio di adattamento incompleto. Scorrendo verso il basso, inserisci l'energia incidente per ottenere un'energia di dispersione coerente.

Quindi, nelle due righe successive, immettere un intervallo di energia massimo e minimo per il programma da utilizzare come limiti. Generalmente è sufficiente un intervallo da più e meno 2 a più e meno 5 keV. Più in basso, controlla che l'energia massima e minima da adattare sia comprensiva delle energie degli elementi di interesse.

Inoltre, verificare che l'elemento del rivelatore di linea abbia il numero corretto per corrispondere al rivelatore al germanio o al silicio. Nella parte inferiore del file, c'è la possibilità di modificare i nomi dei canali del rivelatore utilizzati nel raccordo. Maggiori informazioni su come modificarli sono descritte in modo più dettagliato nel manoscritto.

Dopo aver apportato le modifiche, salvare il documento. Quindi seleziona analisi, adatta spettro e verrà visualizzata una finestra. Nella parte superiore, è possibile impostare l'intervallo di energia per l'adattamento e il numero di iterazioni utilizzate per l'adattamento.

Dopo aver modificato l'intervallo, seleziona il terzo dei quattro pulsanti in basso e il programma eseguirà un adattamento. Dalla finestra degli strumenti delle specifiche, c'è una serie di menu a tendina che consentono la visualizzazione di diverse curve. Negli elenchi a discesa, impostare uno su Adattato e le selezioni rimanenti su Nessuno.

In basso a sinistra, selezionando aggiungi elemento, l'utente può cercare nello spettro i picchi mancanti. Usando il segno più e facendo clic, sembra che il picco mancante dall'adattamento sia il picco K alfa uno di rame. Per alcuni picchi, in particolare verso la sinistra dell'immagine, l'adattamento sembra includere gli elementi corretti, ma le linee sono ancora molto lontane nell'intensità corretta dall'intensità dello spettro.

Questo può essere migliorato aumentando il numero di iterazioni. Di solito almeno 50 sono sufficienti per fare una notevole differenza. Ora tornando al file fit_parameters, aggiungendo rame, salvando e quindi eseguendo nuovamente l'adattamento mostra che il picco è ora ben adattato.

Dopo aver cercato tutti gli elementi mancanti rimanenti, l'adattamento sembra buono. In alcuni casi, ci sono ancora alcuni picchi che non hanno le linee perfettamente abbinate. Ad esempio, i due picchi sono su quattro keV che corrispondono alle linee di indio da Lg1 a Lg4 sembrano avere l'elemento corretto che si adatta, ma l'adattamento sta valutando le intensità di picco più alte di quelle effettivamente prodotte dalla misurazione.

Questa situazione si verifica più frequentemente per gli elementi della linea L. Poiché gli elementi della linea K hanno rapporti di intensità di picco tabulati in letteratura, mentre invece i rapporti delle altezze di picco per le linee L dipendono molto di più dall'energia incidente. Per migliorare l'adattamento di queste linee, è necessario innanzitutto creare una linea nel file fit_parameters per la regolazione della famiglia di diramazioni.

Questi numeri denotano le intensità relative rispetto alla letteratura per le famiglie L1, L2 e L3 che sono mostrate come le linee gialle, rosa e blu nello strumento di specifica. Spesso questi numeri possono rimanere come uno o uguali ai valori della letteratura. Verrà invece modificato il rapporto per ogni singola riga.

Prima della regolazione del rapporto di ramificazione per l'indio, si noti che i rapporti di ramificazione per le linee gamma L sono tutti impostati su uno. Osservando lo spettro integrale, è chiaro che il valore della letteratura è troppo alto. Stimando la differenza percentuale tra le linee verde e bianca per ciascuna energia, quindi modificando il rapporto di ramificazione, risparmiando e ripetendo l'adattamento, si ottiene un miglioramento osservabile nell'adattamento della linea verde alla linea dello spettro bianco.

Spesso questo processo richiede alcuni tentativi, ma è necessario garantire l'accuratezza del raccordo. Dopo aver identificato i fit_parameters che producono il miglior adattamento possibile, eseguire nuovamente il raccordo a 10 o 50 K iterazioni. Questa operazione viene eseguita perché ogni accoppiamento aggiorna il file di maps_fit_parameters_override risultante medio, che sarà il file effettivamente implementato per il raccordo.

Una volta completato l'adattamento finale, chiudete la finestra degli strumenti delle specifiche. Quindi aggiungi _input al file maps_fit_parameters e rinomina il file risultante medio in lettura maps_fit_parameters_override.txt. Al termine, tornare alla finestra di configurazione e selezionare la linea di luce.

Quindi seleziona usa raccordo e copia e incolla tutti i file mda da inserire nella cartella mda. Utilizzando i file mda selezionati, esamina ed evidenzia tutti i file da adattare. L'energia incidente sarà già inserita dal processo di adattamento.

A destra della finestra, utilizzando i simboli più e meno, fare clic e selezionare le caselle per gli elementi inclusi nel file fit_parameters. Alcuni elementi non sono inclusi in questa confezione. Ad esempio, l'indio non lo è.

Per includere l'indio, contrassegna una casella per tutti gli altri elementi che non vengono adattati. Quindi, nella categoria del nome ROI, cambia il nome con quello dell'elemento necessario. Successivamente, utilizzando qualsiasi database di fluorescenza, ad esempio l'applicazione Hephaestus, trova l'energia per la linea di energia principale.

In questo caso, quello dell'indio L alfa. Continuate a scorrere gli elementi fino alla fine selezionando anche S_I, S_E, S_A, TFY e sfondo. In alto a sinistra, selezionare le impostazioni corrette per il file di configurazione per salvare le impostazioni di raccordo per un uso futuro.

A questo punto, se lo standard NIST deve essere utilizzato per il raccordo, selezionare il pulsante corrispondente al numero standard NIST NBS 1832 o 1833. Quindi selezionare il nome del file per lo standard dalla cartella principale. Dopodiché, il raccordo è pronto.

Quindi seleziona avvia elaborazione per iniziare. Una volta completati gli allestimenti, possono essere visualizzati come prima andando su file, immagine XRF aperta, media o singolo elemento. E poi alla visualizzazione, alla vista multi elemento.

Utilizzando i rilevatori di elementi selezionati in basso a destra, è possibile modificare i canali da analizzare. Da questo, vengono visualizzati i valori numerici in microgrammi per centimetro quadrato dell'ordine di quanto previsto per il campione. Il calcolo utilizzato per stimare i valori previsti è sottoscritto nel manoscritto.

Ad esempio, qui sono mostrati i dati quantificati per la maggior parte degli elementi di una cella solare sig, rame, indio e gallio. A causa dell'energia incidente utilizzata, la misurazione non era sensibile o in grado di rilevare il picco di selenio. Quindi è stato escluso.

Da questi dati, è ora possibile mettere in relazione la distribuzione dei vari elementi all'interno del campione tra loro traendo conclusioni su come i vari cationi di una cella solare sig si distribuiscono all'interno di un dispositivo e sul grado di disomogeneità che esibiscono. Lo spettro di adattamento per ciascuna delle mappe di adattamento può anche essere visualizzato di nuovo andando a visualizzazione, spettro integrale del grafico. Qui si dovrebbe essere in grado di vedere lo spettro dei dati in bianco e l'adattamento a colori.

Questo può essere utilizzato per verificare l'adattamento di tutti i file di dati solo per essere certi che il processo sia stato applicato correttamente a ciascuna mappa. Infine per esportare i dati, vai a generare output e seleziona esporta, crea file ASCII combinati di mappe. In questo modo verrà creato un file Excel che contiene i dati quantificati sulla fluorescenza per tutti gli elementi visualizzati.

Per modificare o aggiungere elementi, utilizzare l'opzione seleziona rilevatori di elementi. I dati possono quindi essere trovati nella cartella di output. Questo video ha spiegato passo dopo passo come utilizzare il software di fitting MAPS creato dall'Argonne National Laboratory per la quantificazione dei dati di fluorescenza a raggi X.

Sebbene la procedura sia molto utile per una varietà di situazioni, ci sono molti scenari e sfide di casi speciali che richiedono ulteriore considerazione. Questi sono descritti più dettagliatamente di seguito e vengono apportati continui miglioramenti per migliorare ulteriormente l'accuratezza dell'adattamento degli spettri di fluorescenza a raggi X. Tuttavia, la capacità del programma di trasformare mappe di fluorescenza 2D qualitative ad alta risoluzione in quantità elementari quantitativamente risolte spazialmente fornisce un aumento significativo delle informazioni ottenibili da queste misurazioni.

Speriamo che questa dimostrazione sia stata utile per comprendere meglio il processo di quantificazione dei dati della microscopia a fluorescenza a raggi X. Grazie per l'attenzione.