Name: PX 2の高圧単結晶回折 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 32 s
Description: 学ぶ高圧単結晶X線回折法でダイヤモンドアンビルセルを用いて地球深部環境での鉱物結晶構造を決定する手法。この技術は地球物理学と地球化学の研究に貢献し、鉱物の挙動理解を深めます。

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この作品は、極端な結晶学プログラム（PX ^ 2）、光量子ソース（APS）、およびアルゴンヌ国立研究所のためのGeoSoilEnviroCARS（セクター13）、パートナーシップで実施しました。 GeoSoilEnviroCARSは、全米科学財団、地球科学（EAR-1128799）およびエネルギー地球科学の部門（DE-FG02-94ER14466）によってサポートされています。 PX ^ 2プログラムは、NSF協力協定のEAR 11から57758の下COMPRESでサポートされています。光量子ソースは、契約番号DE-C02-6CH11357の下、科学、エネルギー基本科学のオフィスのオフィス、米国エネルギー省によってサポートされていたの使用。 COMPRES-GSECARSガスローディングシステムの使用は、NSFの助成金EAR-1128799を通じてNSF協力協定のEAR 11から57758の下とGSECARSによってCOMPRESによってサポートされていましたし、DOEは、DE-FG02-94ER14466を付与します。我々はまた、親切RRUFFコレクションからのサンプルを提供するためのアリゾナ大学の教授RTダウンズに感謝したいと思います。

1.試料の調製注：空のDACを調製サンプルをロードし、メディアを送信する不活性ガスの圧力をロード：サンプル調製プロセスは、三つの主要なステップを含みます。 DACの調製および試料負荷はLavina らに詳細に記載されています。媒体積載を送信10、及び圧力は川らに記載されています。 14ここでは、簡単に典型的なサンプル調製プロセスを説明します。 <ol><li> 一致するバッキングプレートと円錐形のダイヤモンドのペアを選択します。 <ol><li>ダイヤモンドアンビル（culets）の平らな先端が互いに同一であることを確認してください。 注：キューレットの直径は、実験の目標最大圧力に依存します。 </li><li>バッキングプレートの円錐形のハウジングは円錐形のダイヤモンドの形状と一致していることを確認してください。ことを確認し、ダイヤモンドの高さ、ダイヤモンドの裏側の直径、openin回折9,15ための角度のアクセスを最大化するようにバッキングプレートとDACの開度gの角度は、互いに互換性があります。 </li></ol></li><li> 3-5分間アセトン超音波浴中のダイヤモンドとバッキングプレートを清掃してください。 「ソニック」モードへの超音波洗浄機を設定します。光学顕微鏡下でのダイヤモンドとバッキングプレートを調べ、すべての可視ほこりやゴミを取り除きます。 </li><li>バッキングプレートの円錐形のハウジング内のダイヤモンド、実装治具でアセンブリを配置します。 </li><li>それは、バッキングプレートと密接に接触するように、圧縮ネジでダイヤモンドの負荷の数キロを適用します。そして、ダイヤモンドの外周にエポキシの約0.1グラムを適用します。エポキシ樹脂を硬化させるために8時間70℃にアセンブリを加熱します。 </li><li> DAC、バッキングプレートとアセトンとダイヤモンドのculetsの裏面の内部を清掃して、DACでダイヤモンドをバッキングプレートを配置します。 </li><li> Adjus対向する二つのダイヤモンドが接触すると、アンビルculetsが同心円状になるように、所定の位置にバッキングプレートを保持する止めねじとダイヤモンドの位置トン。 </li><li>光学顕微鏡下で干渉縞を探して2 culets間の傾斜角度を確認してください。縞の数は10最小となるように、セットスクリューの負荷を微調整することにより、ダイヤモンドの傾斜角度を調整します。 </li><li> 2ダイヤモンドの間に厚さ250μmのレニウム（Re）は、金属箔の一部を置き、ワックスと所定の位置に固定します。 注：この再箔は、DACのガスケットとして機能します。 </li><li> DACの4圧縮ネジを締めて均一にし、ゆっくりと負荷を適用し、DACアセンブリの全体の厚さを測定することによって、マイクロメーターで再ガスケットの厚さの変化を監視します。 </li><li>再ガスケットの厚さは〜40μmであるときは、ゆっくりと圧縮ねじの負荷を削除し、事前インデントガスケットを取り出します。 </li><li>ラスを使用してくださいERフライス盤は、直径キューレット直径の少なくとも2/3であるプレくぼみの中心に穴を開けました。光学顕微鏡でガスケットを合わせ、レーザー加工機のユーザーインターフェイスでガスケット穴の意図直径を設定します。穴をドリルする「スキャン」ボタンを押してください。 </li><li>アセトンに開けガスケットを浸して、通常モードでの超音波洗浄機を使用してクリーニングします。アセトンでダイヤモンドのculetsを清掃してください。バックDACで掘削ガスケットを配置します。 注：ガスケットの穴は、試料室として機能します。 </li><li>また、ダイヤモンドのキューレットの中心であるべきガスケット穴の中心に単結晶試料を置きます。 注：最適なサンプルサイズは20ミクロン×20ミクロン×5ミクロン（縦x横x厚）。 </li><li>サンプルに近い小さなルビー球（直径〜10μm）を配置します。 注：ルビー球は圧力マーカーとして機能します。 </li><li>トン内の試料とDACを配置彼は、容器14を埋めるために約25,000のpsiの最大圧力に/ GSECARSガス積載容器と負荷圧縮ヘリウム（He）、ネオン（Neの）ガスをCOMPRES。 </li><li> DACの圧縮ネジを締めて、DACの試料室の内部の圧力を高め、ルビー蛍光16との圧力を監視します。 </li></ol> 2.データ収集<ol><li>回折計の回転中心に〜1mgののLaB 6粉末プレイス、δの角度によって様々ないくつかのMARCCD検出器の位置で粉末回折パターンを収集します。 MARCCD EPICSインタフェースの「スタート」ボタンをクリックすることにより、粉末回折パターンを収集します。検出器-試料間距離とMARCCD検出器2の傾きを校正するために、この回折パターンを使用してください。 </li><li> 検出器のキャリブレーションを完了した後、回折計からのLaB 6標準を削除します。サンプルホルダーにDACを配置し、目の上に置きます電子回折計の試料ステージ。 <ol><li>周囲圧力と温度でサンプルを保持するためにACA / IUCr標準ゴニオメーターヘッドに搭載された周囲温度のDAC、高温DAC用水冷クランプ型ホルダー、およびポリマーマイクロメッシュを保持するクランプ型ホルダーを使用してください。 注：以下の手順（2.3〜2.8）で、すべてのモーションコントロールはEPICSのユーザーインターフェース（EUI）で達成されます。 </li></ol></li><li>試料室は、EUI 120にφの角度を設定することにより、視聴ズームカメラに垂直になるようにφ軸を回転させます。 </li><li>第1の最小倍率で表示するカメラと試料室を検索します。 EUIのサンプルX、YおよびZを変化させることにより、サンプルの画像をセンタリング。 EUIで顕微鏡Zを変更することにより、試料の画像をフォーカスして、[ズームイン最大倍率に。 </li><li> EのサンプルX、YおよびZを変化させることにより、観察カメラの中心に試料室の画像を揃えますUI。それが焦点になるまで（この方向の回転中心の位置を推定するために、予め決定されたカメラの焦点を使用して）、カメラの軸に沿って試料位置を調整します。試料室は、入射X線ビームに垂直であるように、そしてEUI 90にφの角度を回転させます。 </li><li>送信ビームを収集しながら、ゴニオメータに組み込まれた電動式の翻訳を使用して、SCANWソフトウェアを使用して入射X線に対して垂直な水平方向と垂直方向の両方にDAC位置をスキャンし、DACの軸に沿った測定器の中心からサンプルずれを補正するために、フォトダイオード検出器で強度データがサンプルの後ろに配置します。 注：フォトダイオード検出器は、空気圧アクチュエータに取り付けられ、およびビームから遠隔制御ステーションから移動させることができます。 </li><li>最大伝送に対応し、SCANWの「中心」機能を使用して収集した強度スキャン中心位置を検索します。これは、CEです試料室のNTER。 </li><li> EUIを使用して数度ゴニオメータφ軸を使用してサンプルを回転させ、縦透過走査を繰り返します。正と負の両方φオフセットで、二回スキャンを繰り返します。 </li><li>次の式17に入射したX線の方向に沿ったサンプル位置を計算します <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54660/54660eq1.jpg"> ΔYは、サンプルは、器具の中心からずれている、Δφは、スキャンの間φ角の変化であることを入射X線の方向に沿った距離であるΔSX +およびΔSどこX線の透過の位置ずれであり、x軸 φ角が+Δφと-Δφによって傾くとプロフィール。 注：スキャンのいくつかの反復は、サンプル位置決めの精度を向上させることができます。 </li><li> サンプルを整列させた後、単結晶回折データを収集しCCD_DCソフト1で。 <ol><li>まず、最大の開き角度を決定するSCANWソフトウェアを「スキャン」ボタンをクリックすることにより、フォトダイオードとφスキャンを収集し、ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートの吸収効果の機能的な形状を決定します。 </li><li> φスキャンした後、DACは、それぞれ1°をカバーし、ステップφの一連の露光に続いて、許容する最大開口角度をカバーするために（φを回転させながら検出器が開いたままにされている間の）幅φ露出を行います。最大開口角度を「合計範囲」を設定し、CCD_DCソフトウェアの同じ番号に「ステップ数」を設定して、この手順を実行します。より多くの回折ピークへのアクセスを可能にするように、CCD_DCソフトウェアでδ、ν方向の検出器アームの位置を指定することで、異なる検出器の位置で広いφスキャンを収集します。 注：単位を有する結晶について10オングストロームよりも大きいセル、同じ角度範囲をカバーする10°の広いステップスキャンのコレクションにもお勧めします。露光時間は、ダイヤモンドからの吸収、及び試料からの回折機能の強度によって決定されます。通常、飽和せずに回折ピークの強度を最大に露光時間を選択します。典型的な露光時間は1~5秒/度です。一つの検出位置と一つの圧力で1結晶からの典型的なデータ収集は、約30分を要します。 </li></ol></li></ol> 3.データ解析注：データ分析はATREX / RSVソフトウェアスイート2,18を用いて行われます。ソフトウェアで利用原則の詳細な説明に関してらデラの仕事を参照してください。 2 <ol><li> LaB 6キャリブレーションファイルを処理します。 <ol><li> s内の各検出器の位置で収集したLaB 6粉末回折イメージを開きoftware。入力入射X線（0.434Å）の波長、および「カルを絞り込む」ボタンを押してください。 注：ソフトウェアが自動的に入射したX線ビームに対してサンプル - 検出器間距離と検出器の傾きを計算します。検出器のキャリブレーションのみが検出位置ν= 0、δ= 0で行われます。非ゼロν及びδで収集較正画像は、較正品質を検証するために使用されます。 </li><li>手動で、必要に応じてν、δの設定を編集して、各検出器の位置のキャリブレーションファイルを保存します。 注：各画像シリーズに関連付けられたATREX店舗の検出器校正.CALファイル。関連.CALファイルが存在する場合、プログラムのチェックを画像を開くと。そうでない場合、そのようなファイルを選択するオプションがあります。 </li></ol></li><li>すべての検出器位置についてキャリブレーションを保存した後、ATREXソフトウェアの「アサイン的」チェックボックスをチェックすることで、これらの関連付けを作成、ようにプログラムが使用する校正覚えているでしょう。 </li><li> サンプルの回折ピークを検索し、ピーク強度にフィット。 <ol><li>ソフトウェアで広角φ露出を開きます。 「検索」パネルに移動し、広角露光における回折ピークを検索します。手動で再ガスケットリングに近いダイヤモンドから過飽和回折ピークと回折ピークを削除します。 </li><li>彼らの正確な位置および強度を得るために回折ピークを合わせます。ソフトウェアで「ピーク検索」ボタンをクリックして、すべての検出器位置のためのサンプルの回折ピークを検索し、「ピークを保存」ボタンをクリックすることで、対応するピークのテーブルを保存します。 </li></ol></li><li> 逆空間での回折ピーク'ディストリビューションを再構築します。 <ol><li>プログラムでは、ステップφスキャンでは、1つの検出器の位置、1つの画像のピークテーブルを開きます同じ検出器位置でssociated。検出器のキャリブレーション・ファイルは、まだこのファイルシリーズに割り当てられていない場合、適切な.CALファイルを選択します。 「スキャン」パネルに移動し、「スキャンから教授を計算する」ボタンを押してください。 注：このステップは、ピーク強度が最も強いれる各回折ピークのためのφの角度を見つけます。 </li><li>その結果、ピークテーブル.pksファイルを保存します。異なる検出器位置におけるすべての広い回転画像について、この手順を繰り返します。 </li></ol></li><li> インデックス回折ピーク。 <ol><li> RSVのソフトウェアを使用して、最初のピークテーブルファイルを開きます。すべての追加のピークテーブルをマージするには、「追加」機能を使用してください。回折ピークこの結晶のインデックスに予備UB行列を見つけるために、RSVのプラグインを使用します。ソフトウェアは自動的に最も可能性の高いUB行列を検索します。 </li><li> .p4pファイルをインポートすることにより、RSVに予備UBマトリックスを開き、とUBマトリックスを絞り込みます「絞り込みワット/ D-SPAC」ボタンを使用して、各回折ピークのd間隔。結晶の対称性が知られている場合、適切な結晶系の制約を選択します。 注：洗練が収束すると、最適化されたUBマトリックスと結晶（A、B、C、α、β、γ）の格子定数が決定されます。 </li><li> .ubファイルとして最適化されたUB行列を保存します。 注：初期ピーク探索処理ではプログラムは、構造決意に非常に貴重になりますいくつかの低強度ピークを見逃している可能性があります。 </li></ol></li><li>これらの不足しているのピークを検索するには戻ってソフトウェアにアクセスし、広角φ露光画像（関連する較正ファイルが自動的に読み込まれます）を開きます。 </li><li> 「予測」パネルで、結晶のUBマトリックスを開き、回折パターンをシミュレートします。 「ピークス」パネルでは、観察された回折ピークを検索し、未観測のピークを次の（テキストボックスを削除します「観測」ボタンにピークが）「観測された」と見なされるために必要とされるピークフィッティングボックス内の最小ピクセル強度のしきい値を指定することができます。ピークテーブルを保存し、「ピークフィット」ボタンをクリックすることで、ピークの位置と強度を取り付けます。 </li><li> 「追加」機能を使用して、RSVソフトウェアと異なる検出器位置でのすべての予測ピークテーブルをマージします。異なる露出設定（°/秒の回転速度）を使用した場合は、新しい.pksファイルを開くときに、適切なスケーリング係数を使用します。 </li><li> SHELXソフトウェアパッケージで結晶構造を精緻化するために使用することができ.hklテキストファイルとしてマージされたピークテーブルをエクスポートします。 SHELXと構造精密化を行うための詳細な手順はよく他の場所19,20に記載されています。 </li></ol>

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</ol>

著者らは、利害の対立を宣言しません。

この報告では、GSECARS 13-BM-CのビームラインでのDACを有する単結晶回折実験を行うための詳細な手順を示しています。 BA型ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートとのBX-90型DACは単結晶回折実験2,9,15をお勧めします。 BX-90型DACの利点は、多くの回折ピーク9,15の効果的なサンプリングのために提供し、伝統的な対称のDACに比べて、より広い角度のアクセスです。広い角度のアクセスは、より低い対称性を持つ小さい単位セルを有するサンプルのために重要となる。前者は、正確に、格子パラメータを制約するために多くの回折ピークを必要とし、後者は、所定の角度アクセス2内少ない回折ピークを与えます。より多くの角度アクセス1は実験で、より正確な原子位置パラメータ1は2,4を測定達します。制限された角度のアクセスは、2次元の逆数のベクトルデータセット、MAKをもたらすことができます2数学的に不可能で信頼性の高いデータの解釈をる。 一つの重要な、まだしばしば見落とさステップは、適切な圧力伝達媒体を選択することです。アルゴン、シリコーンオイルまたはメタノール-エタノール-水の溶液として、圧力媒体は10GPaで21-23を超えなかった以前の単結晶回折実験に使用したが、これらの圧力媒体はGPaの22 5〜10の間で有意に非静力学となり、大幅に減少させます圧縮2,22中の結晶の品質。私たちの一般的な経験は、その唯一の高品質の実験で彼とNeの結果、最大50万気圧（ 例えば 、参考文献6,7）になっています。 APSでは、これらのガスは、好都合GSECARS / COMPRESガスローディング装置14を用いてのDACにロードすることができます。 HeまたはNeのは、圧力媒体として選択されると、試料室は、ガス負荷（ 図2）の間に収縮します。サンプルが直接ガスケットに触れたら、それは、圧縮時に割れやすいです。だから、その直径キューレットの直径の少なくとも2/3であり、サンプルガス負荷後のガスケットとの接触を避けるために十分に大きい試料室を、ドリルすることが重要です。 PX ^ 2でシンクロトロンベースの単色単結晶回折のセットアップはユニークです。実験用回折計に比べて、シンクロトロンX線源を大幅に信号対雑音比を改善し、データ収集時間4,27,28を減少させる非常に高いフラックス（&gt; 10 4）4,27,28を提供します 。シンクロトロンベース粉末回折は、一般にリートベルト法4を介して高圧力での物質の構造を決定するために使用されます。それは、格子定数と構造パラメータ2,4の嵌合を分離するので、単結晶回折は、リートベルト法に勝る利点を有します。リートベルトフィッティングを有する粉末回折は、通常、両方のフィッティング緯度が必要です<html>同時にTICEパラメータと構造パラメータ、独立した観測値の数は、典型的には、単結晶回折4よりもはるかに低いです。別の一般的な構造の決意方法は、領域検出部4と多色放射線を使用ラウエ回折です。 PX ^ 2で単色のデータ収集と比較して、ラウエ法データの削減は、データ分析4,24で追加の困難を追加し、高調波デコンボリューションと強度の正規化、などの追加条項を必要とします。単色単結晶回折構造を解決するための簡単な方法ですが、まだそれは、独自の制限があります。単色単結晶回折の理想的なデータセットは数十μmの大きさを有する欠陥のない結晶を必要とし、結晶品質が高い圧力で維持する必要があります。これらの要件は、このようなbridgmanite 25などのいくつかの非クエンチミネラル、のために満たすことが困難な場合があります。 コンテンツ&quot;&gt;時間分解単結晶回折は、圧力誘起構造遷移中に準安定状態と変換速度過渡をキャプチャすることができ、かつ^ 2 26。欠陥や格子ダイナミクスの定量的特性評価分析に基づいて、PXのための今後の研究の方向性の一つであります高圧で散漫散乱X線の^ 2 26 PXでも開発中である。レーザー加熱高圧単結晶回折が建設されている、と行動を研究する地球科学コミュニティを可能にするためのコンパクトな光学プラットフォーム深い土類条件26下の材料。

単結晶X線回折は、異なる実験条件での結晶性物質の化学組成および構造を決定するための最も効率的かつ十分に確立された方法の一つです。最近の高圧単結晶回折における発展の数1-5がありました。圧力は、地球や惑星物質の挙動や性質に影響を与える主な要因の1つです。高圧実験は、日常的に一般的な材料の新しい多形を明らかにし、周囲条件で行うことが不可能である化学物質を合成する方法を明らかにすることができます。最近、いくつかの新しいケイ酸塩の多形体は、地球のマントル6-8の特性に新たな洞察を提供高圧単結晶回折で同定されています。 大気圧での単結晶回折異なる高圧単結晶回折を生成するように圧力容器を必要としデータ収集中に圧力を維持します。高圧単結晶回折で使用される最も一般的な圧力容器は、金属フレーム/金属ガスケットによって一緒に保持されたダイヤモンドアンビルの一対で構成されているダイヤモンドアンビルセル（DAC）、および静水圧を提供するために、圧力伝達媒体であります試料室4,9-11内の環境。ダイヤモンドアンビルセルを用いた単結晶回折には、いくつかの重要な点で周囲条件で回折とは異なります。まず、逆空間のカバレッジを大幅にDACとバッキングプレートの体を介して制限されたX線の角度のアクセスに還元されます。第二に、ダイヤモンドとバッキングプレートによるX線の角度依存性の吸収を測定し、正確な構造因子を計算することができるように、回折信号を補正するために使用されなければなりません。このようなダイヤモンド、ガスケットおよび圧力transmittinとしてDACコンポーネントからの散乱や回折したサンプルの回折信号の第三に、任意の重複、グラムメディアは、排除されなければなりません。第四に、ゴニオメータの中心にDACのサンプルを整列させることは困難です。 DACの負荷軸に垂直な方向は常にガスケットによって遮断され、かつ光学顕微鏡やX線ビームのいずれかにアクセスできません。軸方向では、光学顕微鏡は、理由だけで、ダイヤモンドの高屈折率のサンプルの変位画像を視覚化することができます。これらの違いは、新しい高圧単結晶回折測定方法の発明を必要とします。 エクストリームXtallography（PX ^ 2）プロジェクトのためのパートナーシップのDACと高圧単結晶回折専用の新しい研究イニシアチブです。プロジェクトはGeoSoilEnviroCARS実験ステーションの検出器などのインフラの大部分を提供するAPS、の13-BM-Cでホストされて、X線を集中し、6円ヘビーデューティー回折計12,13は、高度な結晶のexperimeのさまざまな最適化NTS。回折計は、自由の6の角度、4つのサンプル-配向（μ、η、χ、φ）と2つの検出器配向（δとυ）を有しています。 η、χ、φ動きが楽器のカッパジオメトリ実際のモータ由来擬似角であるが、あなた13からの角度の表記法は、サンプルと検出器の動きを記述するために使用されています。実験手順は、DAC内蔵高圧単結晶回折のために最適化されており、データ処理および解析ソフトウェアパッケージのスイートが開発されています。本稿では、我々はPX ^ 2でデータを収集し、分析するためのガイドとして、BX-90型DAC 9を使用する典型的な高圧単結晶回折実験のための詳細なプロトコルを提示します。

<table><tbody><tr><td>ダイヤモンド</td><td>アルマックス</td><td>P01037</td><td>ベーラー・アルマックス タイプ ダイヤモンド</td></tr><tr><td>バッキング プレート</td><td>アルマックス</td><td>P01289</td><td>バッキング プレートのデザインはダイヤモンドのデザインと一致する必要があります</td></tr><tr><td>Re ガスケット</td><td>アルファ エーザー</td><td>10309</td><td></td></tr><tr><td>エポキシ</td><td>ヘンケル ロックタイト</td><td>スティキャスト 2651</td><td></td></tr><tr><td>ポリマー マイクロメッシュ</td><td>MiTeGen</td><td>M3-L18SP-25</td><td></td></tr><tr><td>ゴニオメーターヘッド</td><td>ハンプトンリサーチ</td><td>HR4-647</td><td></td></tr><tr><td>ソフトウェア:ATREX</td><td>オープンソースソフトウェア</td><td></td><td>ウェブサイト:https://github.com/pdera/GSE_ADA</td></tr><tr><td>ソフトウェア:RSV</td><td>オープンソースソフトウェア</td><td></td><td>ウェブサイト:https://github.com/pdera/RSV</td></tr><tr><td>ソフトウェア:cell_now</td><td>Bruker Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ソフトウェア:CCD_DC</td><td>フリーソフトウェア</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

px ^ 2の高圧単結晶回折

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

この報告では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセル（DAC）で、単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 13-BM-CでのDACプログラムはエクストリームXtallography（PX ^ 2）プロジェクトのためのパートナーシップの一部です。円錐型ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートとのBX-90型のDACは、これらの実験のために推奨されています。試料室は、静水圧環境を維持するために、希ガスでロードする必要があります。サンプルは、回折ゴニオメータの回転中心に位置合わせされます。 MARCCDエリア検出器は、LAB 6から粉末回折パターンで較正されます。試料の回折ピークはATREXソフトウェアプログラムを用いて分析され、その後RSVソフトウェアプログラムで索引付けされています。 RSVは、単結晶のUB行列を改良するために使用され、この情報とピーク予測機能と、複数の回折ピークが位置することができます。代表オンファサイトから単結晶回折データ（約0.51のNa 0.48）、マグネシウム（Mg 0.44のAl 0.44のFe 2+ 0.14のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6サンプルを採取しました。データの分析は0.35 GPaのでP2 / n個の空間群と単斜格子を与え、格子パラメータがあることが判明した：a = 9.496±0.006 A、B = 8.761±0.004 A、C = 5.248±0.001Å、β= 105.06±0.03º、α=γ= 90°。

私たちは、ケイ酸塩鉱物のオンファサイト（のCa 0.51のNa 0.48）上の高圧単結晶回折（Mgを0.44アル0.44のFe 2+ 0.14のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6の代表的な一例を示しています。オンファス輝石サンプルはベーラー-AlmaxとBX-90型DAC（BA）ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートを入力します（ 図1）にロードしました。試料室は、静水圧環境を確保するための伝達媒体希ガスの圧力（この場合ヘリウム）を充填しました。試料室の圧力はルビー蛍光によって決定0.35 GPaでした。サンプルは、回折ゴニオメータの回転中心（ 図3,4）と整合しました。私たちは、のLaB 6粉末標準（ 図5）とν= 0、δ= 0でMARCCD検出器の位置や傾きを校正し。実験の間、η、 `7;そしてμ角は試料の回折ピークは、最初ATREXソフトウェアの「検索」機能（ 図6）を用いて分析した0に固定しました。そして、格子パラメータとオンファサイト単結晶のUBマトリックスはRSVソフトウェア（ 図7）を用いて精製しました。結晶の精製UBマトリックスと、複数の回折ピークは、ソフトウェアの「予測」機能（ 図8）を使用して発見されました。この圧力でこのオンファス輝石単結晶の洗練された格子パラメータは次のとおりです。= 9.496±0.006 A、B = 8.761±0.004 A、C = 5.248±0.001Å、β= 105.06±0.03º、α=γ= 90°（ タブ。 1）。オンファサイト結晶をP 2 / N空間群における単斜晶格子を有することが見出されました。私たちの洗練された格子パラメーターはとオンファサイトの公開された格子定数と一致しています類似の化学組成と同様の圧力で：P = 0.449万気圧、= 9.5541±0.0005 A、B = 8.7481±0.0007 A、C = 5.2482±0.0003Å、β= 106.895±0.004º21。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig1.jpg"> 図1：高圧単結晶回折のために使用されているBX-90 DACのコンポーネント。 （a）はベーラー-Almax（BA）型ダイヤモンド。 （b）の再ガスケット。 （c）は BA型バッキングプレート。 BA型のバッキングプレートに接着（d）の BA型ダイヤモンド。 （E）BX-90 DACの円筒部と（F）BX-90 DACのピストン部と（ グラム ）左利き（黒染め）と右利き（ステンレス仕上げ）スクリュー圧縮：ディスクスプリングワッシャー（H）右利きの圧縮ネジを。 （ <str dac href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 </str><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig2.jpg"> 図2： 前とメディアのロードを送信する希ガス圧後のDACの試料室の顕微鏡画像。媒体負荷を伝達ガス圧後、試料室の穴は、直径〜30％縮小しました。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig3.jpg"> 図3： ハイプレための実験のセットアップPX ^ 2で、単結晶回折をssure。 6角度の自由度（μ、η、χ、φ、δおよびυ）と3つの並進方向（X、YおよびZ）が標識されています。角度の表記法は、あなた13の角度規則に従います。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig4.jpg"> 図4： 回転中心に試料室を合わせます。左：+Δφ（緑）、-Δφ（赤）によるX線の法線方向（青）とφ回転での試料室をスキャンします。右：異なるφ角度でサンプルチャンバスキャンのX線透過プロファイル。 X線透過プロファイルのオフセットはinciden沿って位置補正を計算するために使用されますトンX線方向。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig5.jpg"> 図5： データ解析ソフトウェアを使用してMARCCD検出器のキャリブレーション。 LaB 6粉末回折パターンは、キャリブレーションを実行するために使用されます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig6.jpg"> 図6： データ解析ソフトウェアを使用して回折ピークサーチ。合計で63の回折ピークは、この広い露光画像で発見されました。 S / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg "ターゲット=" _空白 "&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig7.jpg"> 図7： 回折ピークのインデックス作成およびRSVのソフトウェアを使用したサンプルのUB行列を計算します。索引付けは、ソフトウェアによって自動的に行われます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig8.jpg"> 図8： データ解析ソフトウェアを用いて回折ピークを予測します。 112回折ピークは、ピーク予測関数を使用して、図6と同様の回折像を発見しました。コム/ファイル/ ftp_upload / 54660 / 54660fig8large.jpg "ターゲット=" _空白 "&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>格子定数</td><td>値</td></tr><tr><td> A </td><td> 9.496±0.006Å </td></tr><tr><td> B </td><td> 8.761±0.004Å </td></tr><tr><td> C言語</td><td> 5.248±0.001Å </td></tr><tr><td> A </td><td> 90º </td></tr><tr><td> B </td><td> 105.06±0.03º </td></tr><tr><td>グラム</td><td> 90º </td></tr></tbody></table> 表1：オンファサイトの格子パラメータ（のCa 0.51 のNa 0.48）（Mgを 0.44 アル 0.44 鉄 &lt;強い&gt; 2+ 0.14 のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6 0.35 GPaの時。オンファサイト結晶をP 2 / N空間群における単斜晶格子を有することが見出されました。

本稿では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセルを用いて単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 ATREX及びRSVプログラムは、データを分析するために使用されます。

PX ^ 2の高圧単結晶回折

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

この高圧単結晶回折技術の全体的な目標は、地球深部の環境における鉱物の結晶構造を決定することです。この尺度は、地球の鉱物や石炭の完成を決定するなど、地球物理学や地球化学の主要な質問に答えるのに役立ちます。これらはすべて、地球内部のこれらの連続性の評価を説明するものです。この手法の主な利点は、高圧と高温での鉱物の構造を決定するためのほとんどが直接的で簡単な手段であることです。この手順は、テキストプロトコルで説明されているように、サンプル調製から開始します。回折計の回転中心に約1ミリグラムの六ホウ化ランタン粉末を配置し、いくつかのmarCCD検出器位置で粉末の回折パターンを収集します。粉末の回折パターンを収集するには、marCCD EPICSインターフェースのスタートボタンをクリックします。この回折パターンを使用して、検出器のサンプル距離とmarCCD検出器の傾きを校正します。検出器のキャリブレーションが完了したら、回折計から六ホウ化ランタン標準物質を取り出します。ダイヤモンドアンビルセルまたはDACをサンプルホルダーに入れます。次に、サンプルホルダーを回折計のサンプルステージに置きます。EPICSユーザーインターフェースまたはEUIですべてのモーションコントロールを実現するには、まずファイ角度を120に設定して、サンプルチャンバーがビューカメラとズームカメラに対して垂直になるようにファイ軸を回転させます。次に、最小倍率で観察カメラを備えたサンプルチャンバーを見つけます。EUI でサンプルの X、Y、Z を変更して、サンプルのイメージを中央に配置します。EUIで顕微鏡Zを調整して、サンプルの画像の焦点を合わせます。次に、最大倍率までズームインします。EUIでサンプルX、Y、Zを変更して、サンプルチャンバーの画像をビューイングカメラの中心に合わせます。あらかじめ決められたカメラフォーカスを使用して、カメラのアクセスに沿ってサンプル位置を調整し、この方向の回転中心の位置を推定して、ピントが合うようにします。次に、EUIでファイ角度を90に回転させて、サンプルチャンバーが入射X線ビームに対して垂直になるようにします。装置の中心からDAC軸に沿ったサンプルの変位を補正するには、Scan Wソフトウェアを使用します。入射X線に垂直な水平方向と垂直方向の両方でDACの位置をスキャンします。ゴニオメーターに組み込まれた電動トランスレーションを使用しながら、サンプルの後ろに配置されたフォトダイオード検出器で送信されたビーム強度データを収集します。フォトダイオード検出器はニューマチックアクチュエータに取り付けられており、制御ステーションからリモートでビームの出し入れを行うことができます。スキャンW.これはサンプルチャンバーの中心を使用して、最大透過率に対応する収集された強度スキャンの中心位置を見つけます。EUIでは、ゴニオメーターファイアクセスを使用してサンプルを数度回転させ、垂直透過スキャンを繰り返します。正と負の両方のファイオフセットでスキャンを2回繰り返します。サンプルをアライメントした後、CCD DCソフトウェアで単結晶回折データを収集します。まず、Scan Wソフトウェアのスキャンボタンをクリックして、フォトダイオードでファイスキャンを収集します。このスキャンにより、ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートの最大開口角度と吸収効果の機能形状が決定されます。次に、DACが許容する最大開口角をカバーするために広いファイ露光が行われ、その後、一連の1度ステップのファイ露光が行われます。このステップを実行するには、CCD DCソフトウェアで合計範囲を最大開口角度に設定し、ステップ数を同じ数に設定します。CCD DCソフトウェアでデルタ方向とノイ方向の検出器アーム位置を指定することにより、さまざまな検出器位置で幅広いファイスキャンを収集します。これにより、より多くの回折ピークにアクセスできます。テキストプロトコルで説明されているデータ処理の後、サンプルの回折ピークを検索し、ピーク強度を適合させます。これを行うには、ソフトウェアで広角ファイ露光を開きます。検索パネルに移動し、広角露光の回折ピークを検索します。ダイヤモンドから飽和しすぎた回折ピークと、ウランガスケットリングの近くにある回折ピークを手動で削除します。回折ピークを正確な位置と強度に合わせます。ソフトウェアのピーク検索ボタンをクリックして、すべての検出器位置のサンプルの回折ピークを検索し、ピークの保存ボタンをクリックして対応するピークテーブルを保存します。次に、1つの検出器位置のピークテーブルを開いて、逆数空間での回折ピークの分布を再構築します。また、同じ検出器位置に関連付けられているステップファイスキャンの1つの画像を開きます。検出器のキャリブレーション ファイルがまだこのファイル シリーズに割り当てられていない場合は、適切なキャリブレーション ファイルを選択します。スキャンパネルに移動し、スキャンからコンピューティングプロファイルボタンを押します。このステップでは、ピーク強度が最も強い各回折ピークのファイ角を求めます。結果のピーク テーブル pks ファイルを保存します。次に、異なる検出器位置のすべてのワイド回転画像に対してこの手順を繰り返します。次に、RSVソフトウェアを使用して回折ピークをインデックス化します。まず、最初のピークテーブルファイルを開きます。次に、append 関数を使用して、追加のすべてのピークテーブルをマージします。RSVプラグインを使用して、この結晶の予備的なUBマトリックスを見つけ、回折ピークをインデックス化します。ソフトウェアは、最も可能性の高いUBマトリックスを自動的に検索します。P4Pファイルをインポートして、RSVで予備UB行列を開きます。次に、d spacing ボタンを使用して、各回折ピークの d 間隔で UB マトリックスを微調整します。水晶の対称性がわかっている場合は、適切な水晶システムの制約条件を選択します。細分化が収束すると、最適化されたUBマトリックスと結晶の格子パラメータが決定されます。最適化された UB 行列を UB ファイルとして保存します。最初のピーク探索プロセスでは、構造決定に重要な低強度のピークが見落とされている可能性があります。これらの欠落しているピークを検索するには、ソフトウェアに戻り、広角ファイ露光画像を開きます。predictパネルで、水晶のUB行列を開き、回折パターンをシミュレートします。ピークのパネルで、観測された回折ピークを検索し、観測されていないピークを削除します。ピークフィットボタンをクリックして、ピークの位置とピークの強度をフィットします。テキストプロトコルで説明されているように、マージされたピークテーブルをエクスポートする前に、ピークテーブルを保存してください。サンプルチャンバーは回転中心に位置合わせされており、これはサンプルチャンバーをX線でスキャンすることによって行われます。サンプルチャンバーは、X線法線でスキャンし、プラスデルタファイとマイナスデルタファイによるファイ回転を行います。ここに示されているのは、さまざまなファイ角度でのサンプルチャンバースキャンのX線透過プロファイルです。X線透過プロファイルのオフセットは、入射X線方向に沿った位置補正を計算するために使用されます。次に、データ解析ソフトウェアを使用してmarCCD検出器を校正します。ここに示されているのは、キャリブレーションを実行するために使用される六ホウ化ランタン粉末の回折パターンです。回折ピーク探索は、データ解析ソフトウェアを使用して行いました。この広角露光画像には、合計63の回折ピークが見つかりました。回折ピークのインデックス作成は、ソフトウェアによって自動的に実行されます。ここに示されているのは、RSVソフトウェアを使用した結晶サンプルのUBマトリックス計算です。ピーク予測関数を用いて、同じ回折像で112個の回折ピークが見出された。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば、1〜2時間で完了します。この手順を試みる際には、単純な特性をX線に合わせ、この場合に正しい回折ピークを得ることを覚えておくことが重要です。このビデオを見れば、高圧単結晶回折実験の実施方法について十分に理解できるはずです。高圧粉末X線回折などの他の手段は、より少ない実験時間で結晶構造を知るための研究に実行できます。その開発後、この技術は、鉱物効果の分野の研究者が地球のより深い条件での鉱物の構造を探求するための道を開きました。

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