Quantificação dos dados de fluorescência de raios-x usando mapas

A fluorescência de raios X baseada em síncrotron é uma técnica importante para observar a segregação elementar, relações estequiométricas e comportamento de agrupamento em amostras de vários campos, incluindo biologia, química e ciência dos materiais. As informações obtidas nesses estudos são qualitativas até que procedimentos de quantificação adequados sejam usados para converter contagens de fluorescência bruta em massas aéreas elementares. Este vídeo demonstrará como usar o programa de quantificação criado pelo Argonne National Laboratory para gerar informações numéricas para mapas bidimensionais de fluorescência de raios-X.

Para usar o programa MAPS, primeiro é necessário baixar o software IDL da Internet. Atualmente, isso pode ser feito acessando o site da IDL e criando uma conta. Em seguida, selecione Minha conta e depois Downloads e ele mostrará uma página de todos os programas disponíveis.

Role para baixo e selecione a versão mais recente do IDL. O próximo MAPS pode ser baixado do site do Argonne National Laboratory. Depois de baixar e extrair a pasta zip, deve haver quatro arquivos. Composto.

dat, Henke. xdr, mapas e xrf_library.csv. Os três arquivos diferentes de mapas devem ser copiados e colados na subpasta IDL chamada lib.

Para computadores Windows, isso provavelmente pode ser encontrado em Arquivos de Programas na pasta Exelis. Geralmente, é conveniente executar o ajuste a partir da área de trabalho, no entanto, é fundamental que o nome da pasta e o caminho não contenham espaços ou caracteres especiais, caso contrário, o MAPS produzirá um erro ao tentar executar o ajuste. Se o caminho para a área de trabalho contiver espaços, coloque a pasta em outro lugar.

Por exemplo, diretamente na unidade C. Para esta demonstração, colocarei a Pasta de Montagem e o MAPS. Ícone SAV na área de trabalho para facilitar o acesso.

Dentro desta pasta coloque os arquivos maps_fit_parameters_override. txt e maps_settings.txt. Exemplos desses arquivos são disponibilizados nos documentos de apoio.

Em seguida, crie uma pasta chamada mda e cole o arquivo de mapa de alta resolução escolhido que será usado inicialmente para o ajuste. Os arquivos para o encaixe padrão também são adicionados e devem incluir um ou quatro arquivos, dependendo do número de elementos detectores usados pelo setor. Esses arquivos denotam o padrão.

Se o padrão AXO foi usado, o arquivo deve ser nomeado axo_std. mca, caso contrário, se o NIST ou qualquer outro padrão foi usado, ele pode ser nomeado qualquer coisa que termine em mca, pois esses arquivos serão selecionados posteriormente. Então, para um detector de quatro quadrantes, os arquivos padrão e fit_parameter devem ser nomeados assim, variando de mca0 a mca3 e txt0 a txt3 e incluindo um arquivo fit_parameters terminado em txt.

Em seguida, verifique se o arquivo de configurações de mapas está usando o número correto de elementos detectores. No caso desta adaptação, foi utilizado um elemento detector. Com a pasta de encaixe preparada, abra o MAPS e altere o diretório para ser a pasta recém-criada na área de trabalho.

Em seguida, clique em OK e vá para configuração. A janela de configuração tem uma variedade de recursos que definem os parâmetros para o encaixe. Em primeiro lugar, selecione a linha de luz que é representativa da linha de luz usada para as medições.

Se as medições foram feitas no Argonne National Laboratory, a linha de luz deve corresponder diretamente. Caso contrário, informações adicionais sobre qual seleção usar são incluídas no manuscrito. Em seguida, selecione o arquivo mda que será usado e digite a energia incidente usada para a medição.

Selecione iniciar processamento e aguarde até que o programa seja concluído. Quando estiver concluído, vá para arquivo e selecione a primeira opção. Média de imagem XRF aberta ou elemento único.

Uma série de novas pastas deve ter sido criada pelo programa, então selecione img e os arquivos de ajuste ou arquivos h5 gerados devem estar localizados nesta pasta. Selecione o arquivo correspondente ao mapa e, em seguida, altere o segundo menu suspenso da esquerda para ser a normalização. Nessa situação, os dados são normalizados para a câmara de íons a montante ou USIC.

Selecionando view, multi elemento view produzirá imagens para os canais elementares individuais. As unidades estão agora em microgramas por centímetro quadrado. Mas os valores ainda não são representativos das grandezas ajustadas.

Para trabalhar no ajuste, em vez disso, os dados são vistos como uma soma de todos os espectros de cada pixel do mapa, que podem ser visualizados acessando visualizando, plotar o espectro integral. Em seguida, vá para gerar saída, exporte séries de espectros integrados brutos por muito tempo para salvar a imagem. Feche a janela e vá para ferramentas, ferramenta de espectro, espectro de carga.

Localize o arquivo que acabou de ser exportado para a pasta de saída. Geralmente, classificar a pasta de saída por data de modificação é a maneira mais rápida de encontrar arquivos, pois cada novo ajuste atualizará os arquivos dentro da pasta. O espectro exportado será nomeado intspec seguido pela linha de luz e número de varredura e depois txt.

Depois que o espectro for aberto, abra o arquivo maps_fit_parameters_override. Primeiro, verifique se o número de elementos detectores está correto. Em seguida, na linha de elementos a serem ajustados, inclua todos os elementos que devem estar no exemplo.

Observe que os elementos de linha L e os elementos de linha M incluem o sufixo _L ou _M de acordo. Aqui, sabe-se que o cobre está na amostra, mas será excluído para fornecer um exemplo de ajuste incompleto. Rolando para baixo, insira a energia incidente para energia de espalhamento coerente.

Em seguida, nas duas linhas subsequentes, insira uma faixa de energia máxima e mínima para o programa usar como limites. Geralmente, uma faixa de mais e menos 2 a mais e menos 5 keV é suficiente. Mais abaixo, verifique se a energia máxima e mínima a ser ajustada inclui as energias dos elementos de interesse.

Além disso, verifique se o elemento detector de linha tem o número correto para corresponder ao detector de germânio ou silício. Na parte inferior do arquivo, há a capacidade de alterar os nomes dos canais do detector usados na conexão. Mais informações sobre como alterá-los são descritas com mais detalhes no manuscrito.

Depois de fazer as alterações, salve o documento. Em seguida, selecione a análise, ajuste o espectro e uma janela aparecerá. Na parte superior, a faixa de energia para o ajuste pode ser definida, bem como o número de iterações usadas para o ajuste.

Depois de alterar o intervalo, selecione o terceiro dos quatro botões na parte inferior e o programa executará um ajuste. Na janela de ferramentas de especificação, há uma série de menus suspensos que permitem a visualização de diferentes curvas. Nos menus suspensos, defina um como ajustado e as seleções restantes como nenhuma.

No canto inferior esquerdo, selecionar adicionar elemento permite que o usuário pesquise no espectro por picos ausentes. Usando o sinal de mais e clicando, parece que o pico que falta no ajuste é o pico de cobre K alfa um. Para certos picos, particularmente à esquerda da imagem, o ajuste parece incluir os elementos corretos, mas as linhas ainda estão muito distantes na intensidade adequada da intensidade do espectro.

Isso pode ser melhorado aumentando o número de iterações. Normalmente, pelo menos 50 é suficiente para fazer uma diferença notável. Agora, retornar ao arquivo fit_parameters, adicionar cobre, salvar e executar novamente o ajuste mostra que o pico agora está bem ajustado.

Depois de procurar todos os elementos restantes em falta, o ajuste parece bom. Em alguns casos, ainda existem alguns picos que não têm as linhas perfeitamente combinadas. Por exemplo, os dois picos estão em quatro keV que correspondem às linhas de índio Lg1 a Lg4 parecem ter o elemento correto sendo ajustado, mas o encaixe está valorizando as intensidades de pico mais altas do que o que foi realmente produzido a partir da medição.

Esta situação ocorre com mais frequência para elementos de linha L. Como os elementos da linha K tabularam as razões de intensidade de pico na literatura, enquanto as razões das alturas de pico para as linhas L são muito mais dependentes da energia incidente. Para melhorar o ajuste dessas linhas, primeiro é necessário fazer uma linha no arquivo fit_parameters para o ajuste da família ramificada.

Esses números denotam as intensidades relativas em comparação com a literatura para as famílias L1, L2 e L3, que são mostradas como as linhas amarela, rosa e azul na ferramenta de especificação. Muitas vezes, esses números podem permanecer como unidades ou iguais aos valores da literatura. Em vez disso, a proporção para cada linha individual será alterada.

Antes do ajuste da razão de ramificação para o índio, observe que as razões de ramificação para as linhas gama L são todas definidas como um. Ao olhar para o espectro integral, fica claro que o valor da literatura é muito alto. Estimando a diferença percentual entre as linhas verde e branca para cada energia, alterando a taxa de ramificação, salvando e executando novamente o ajuste, há uma melhoria observável no ajuste da linha verde à linha branca do espectro.

Muitas vezes, esse processo leva algumas tentativas, mas é necessário garantir a precisão do encaixe. Depois de identificar os fit_parameters que produzem o melhor ajuste possível, execute o encaixe mais uma vez em iterações de 10 ou 50 K. Isso é feito porque cada ajuste atualiza a média do arquivo maps_fit_parameters_override resultante, que será o arquivo realmente implementado para o ajuste.

Quando o ajuste final estiver concluído, feche a janela da ferramenta de especificação. Em seguida, adicione _input ao arquivo maps_fit_parameters e renomeie o arquivo resultante médio para ler maps_fit_parameters_override.txt. Com isso concluído, retorne à janela de configuração e selecione a linha de luz.

Em seguida, marque use fitting e copie e cole todos os arquivos mda para caber na pasta mda. Usando selecionar arquivos MDA, percorra e destaque todos os arquivos a serem ajustados. A energia incidente já será inserida a partir do processo de adaptação.

À direita da janela, usando os símbolos de mais e menos, clique e marque as caixas dos elementos incluídos no arquivo fit_parameters. Alguns elementos não estão incluídos nesta caixa. Por exemplo, o índio não é.

Para incluir o índio, marque uma caixa para qualquer um dos outros elementos que não estão sendo ajustados. Em seguida, na categoria Nome do ROI, altere o nome para o do elemento necessário. Em seguida, usando qualquer banco de dados de fluorescência, por exemplo, o aplicativo Hefesto, encontre a energia para a linha de energia principal.

Neste caso, o índio L alfa um. Continue percorrendo os elementos até o final selecionando também S_I, S_E, S_A, TFY e plano de fundo. No canto superior esquerdo, selecione as configurações corretas para configurar file para salvar as configurações de encaixe para uso futuro.

Neste momento, se o padrão NIST for usado para o ajuste, selecione o botão correspondente ao número padrão NIST NBS 1832 ou 1833. Em seguida, selecione o nome do arquivo para o padrão na pasta pai. Depois disso, o encaixe está pronto.

Portanto, selecione iniciar o processamento para começar. Uma vez que os acessórios estejam concluídos, eles podem ser visualizados como antes, acessando o arquivo, a imagem XRF aberta, a média ou o elemento único. E depois para visualizar, visualização de vários elementos.

Usando detectores de elementos selecionados no canto inferior direito, é possível alterar os canais que estão sendo analisados. A partir disso, são exibidos valores numéricos em microgramas por centímetro quadrado na ordem do esperado para a amostra. O cálculo usado para estimar os valores antecipados está subscrito no manuscrito.

Por exemplo, aqui são mostrados os dados quantificados para a maioria dos elementos de uma célula solar sig, cobre, índio e gálio. Devido à energia incidente utilizada, a medição não foi sensível ou capaz de detectar o pico de selênio. Portanto, foi excluído.

A partir desses dados, agora é possível relacionar a distribuição de vários elementos dentro da amostra entre si, tirando conclusões sobre como os vários cátions de uma célula solar sig se distribuem dentro de um dispositivo e o grau de heterogeneidade que eles exibem. O espectro de ajuste para cada um dos mapas de ajuste também pode ser visualizado novamente acessando visualizando, plotar espectro integral. Aqui deve-se ser capaz de ver o espectro dos dados em branco e o ajuste na cor.

Isso pode ser usado para verificar o ajuste de todos os arquivos de dados apenas para ter certeza de que o processo foi aplicado corretamente a cada mapa. Finalmente, para exportar os dados, vá para gerar saída e selecione exportar, faça arquivos ASCII combinados de mapas. Isso criará um arquivo Excel que contém os dados de fluorescência quantificados para todos os elementos que estão sendo exibidos.

Para alterar ou adicionar elementos, use a opção selecionar detectores de elementos. Os dados podem ser encontrados na pasta de saída. Este vídeo explicou passo a passo como usar o software de adaptação MAPS criado pelo Argonne National Laboratory para a quantificação de dados de fluorescência de raios-X.

Embora o procedimento seja muito útil para uma variedade de situações, existem muitos cenários e desafios de casos especiais que exigem consideração adicional. Estes são descritos em mais detalhes abaixo e melhorias contínuas estão sendo feitas para avançar ainda mais a precisão do ajuste dos espectros de fluorescência de raios-X. No entanto, a capacidade do programa de transformar mapas de fluorescência 2D qualitativos e de alta resolução em quantidades elementares quantitativas espacialmente resolvidas fornece um aumento significativo nas informações obtidas a partir dessas medições.

Esperamos que esta demonstração tenha sido útil para entender melhor o processo de quantificação de dados de microscopia de fluorescência de raios-X. Obrigado por assistir.