蛍光 x 線 (XRF)

Analytical Chemistry

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Overview

ソース: 研究室博士リディア フィニー-アルゴンヌ国立研究所

蛍光 x 線は誘導、放射放射分光情報を生成するために使用できます。蛍光 x 線顕微鏡は、金属誘起蛍光性の放出を識別し、その空間分布を定量化に使用する非破壊イメージング手法です。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 分析化学の基本. 蛍光 x 線 (XRF). JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

まず、薄い、平らで乾燥しています (ただし、特別な極低温ステージ、顕微鏡) サンプルを準備する必要があります。次に、単色 x 線集光はラスター スキャン サンプル間で。X 線ビームを克服するいくつかの金属原子の内殻電子の結合エネルギーと外殻電子はこれらの欠員に陥る、サンプルで 2 番目の x 線が出力されます。このラスター スキャンですべてのポイントで x 線蛍光発光スペクトルは探知器によって収集されます。

このスペクトルの波長およびサンプルによって放射されるすべての x 線強度が記録されます。(原子の軌道の間隔) のために特性のエネルギーで放出される蛍光の Kα Kβ峰 (たとえばは両方知られている) の特性の相対強度を基に、発光スペクトルは現在の金属の id と数量を決定する使用できます。

このビデオは、薄い、乾燥付着細胞蛍光イメージングに適したサンプルを準備するプロセスを説明します。サンプルをスキャンするプロセスは簡潔に、説明し、例題の画像説明。

Procedure

1. シリコン窒化 Windows の準備

  1. 逆ピンセットを使ってウィンドウ (windows が粉々 に落とした場合窒化ケイ素) を選択します。
  2. スライド ガラス、フラット面を上にウィンドウを配置します。
  3. ウィンドウの辺にスコッチ テープの小片を遵守し、培養皿の底に windows を遵守するこれらを使用します。
  4. 紫外線による培養皿で windows を滅菌します。UV 架橋キャビネット自動クロスリンク設定でこれが行うことができます約 1 h の層流フードに紫外線ランプの下でさらに UV 照射します。

2. 滅菌シリコン窒化 Windows 上に細胞をめっき

  1. ホールドそれを皿に約 45 ° の角度で傾いています。
  2. 皿の側に向かってピペッティングによるメディアを追加し、メディア ウィンドウをコートする傾斜角を徐々 に緩和します。
  3. 同じ方法で細胞を培養皿に追加し、孵化させなさい。
  4. 時折彼らは使用する準備ができているときに判断する光学顕微鏡を用いた細胞を観察します。

3. 固定と細胞の乾燥

  1. 層流フードの場合は、前述のように皿をひねりながら穏やかな吸引によりメディアを削除します。
  2. PBS の角度で保持しながら料理の側に向かってピペッティングを追加します。ゆっくりとコートに PBS でウィンドウの傾斜角を和らげます。
  3. 穏やかな吸引と PBS を削除します。
  4. 角度でそれを保持し、ディッシュの側に向かってピペッティング追加 4 %pfa/PBS、pH 7 セルをカバーします。このソリューション室温で 20 分間おいてください。
  5. PFA/PBS の混合物を削除し、危険物として処分します。
  6. PBS は、前述のように注を追加します。
  7. 3.5、3.6 の手順を 2 回繰り返します。
  8. 穏やかな吸引により、PBS を削除します。
  9. 20 mM パイプ、200 mM ショ糖、pH 7 を追加します。
  10. 穏やかな吸引パイプ/ショ糖を削除します。
  11. 2.8、2.9 の手順を 2 回繰り返します。
  12. すぐにしみの端、キムワイプでウィンドウのインデントをバックアップし、乾燥するためのゴム製グリッド マットなどのクリーンな表面上にウィンドウを設定します。

4. x 線細胞の蛍光イメージング

  1. サンプルが乾燥すると、光学顕微鏡を使用して windows 上の細胞の存在を確認します。
  2. ビームラインによって提供されるアルミ ホルダーに windows をセキュリティで保護するのにマニキュアを使用します。
  3. キネマティック マウントにアルミ ホルダーを挿入し、x 線顕微鏡の光学系の焦点で、サンプルの nanopositioning 段階にマウントされている、入射 x 線ビームを約 45 ° の角度で所定の位置に入れます。
  4. X 線顕微鏡計測器領域 (通常鉛壁の箱) を終了し、シャッターを開きます。残りの手順をリモートで実施します。
  5. 単色 x 線ビームを集中ゾーン プレートまたはカークパ トリック バエズ ミラーを使用して (通常 10 keV エネルギー) サブ μ m スポット サイズまで。
  6. Nanopositioning サンプル ステージを使用して、事前に校正された下流シンチレーション カメラでサンプルに x 線ビームの位置を表示するサンプルのデータをキャプチャするために適切な幅とラスター スキャンの高さを決定します。
  7. 入射ビームに 90 ° で約 3 mm 波長分散シリコンド リフト検出器または 1-2 秒滞留時間のスペクトラムを収集少ないサンプルから。
  8. テスト スペクトラムを表示するには、目的の要素のための十分な信号ノイズを提供するために、スキャンの適切な滞留時間を選択します。
  9. 1 つはサンプル、またサンプルの興味の特徴より大きいビームのスポット サイズより大幅に小さいスキャンに適切な解像度を選択します。
  10. プログラム スキャンのスキャン ソフトウェアに画像を収集しています。

蛍光 x 線、または蛍光 x 線分析、分光常温試料の元素分析を実行するために使用する非破壊分析技術であります。

蛍光 x 線分析は、生物学、法医学、環境もの芸術作品を含む、サンプルの広い範囲に適用できます。サンプルは、さまざまな形態、粉末、結晶、液体などもかかります。蛍光 x 線分析、サンプルは、蛍光放射と呼ばれる低いエネルギーで二次 x 線を放出する原因と x 線のビーム殺到です。

それを蛍光法と呼びます、しかし低いエネルギー可視光、あるいは光活性分子を使用しないという点で従来の蛍光顕微鏡と蛍光 x 線分析は異なります。

このビデオは、蛍光 x 線分析の基礎を紹介し、生物的サンプルの元素マップを収集する方法をデモンストレーションします。

十分なエネルギーの光子と原子を衝突、外殻電子の 1 つをエキサイティングなエネルギーが吸収されます。電子の緩和としては、通常の低エネルギー、二次光子を放出します。このプロセスは、蛍光と呼ばれます。蛍光顕微鏡で使用されるそれらのような低エネルギー光子と違って x 線光子が精力的に十分な完全に内殻からしっかりと開かれた電子を追放します。電子エネルギーの高いシェルからその後、欠員に分類されます。2 つのシェル間のエネルギー差に比例して光子が解放されます。各要素は、光子、またはスペクトル要素を識別し、現在の量を決定するための一意のセットを生成します。この現象は、蛍光 x 線と呼ばれます。

元素のスペクトルを収集すると、目的の要素の信号は分離できます。測定値は、イメージ、一度に 1 つのピクセルを生成するサンプル間で複数の場所で取得できます。このプロセスは、ラスター スキャンと呼ばれます。すべての要素のイメージをその後生成できます。これらの元素マップ サンプルに関する貴重な情報を提供します。蛍光 x 線分析の理解、元素マップを生成する生体細胞サンプルを準備する準備ができました。

まず、最初準備し、滅菌シリコン窒化ウィンドウで、スキャンの場所にサンプルを保持します。彼らは非常に壊れやすい、注意を使用します。それは平らな側面、ウィンドウに合わせます。培養皿でウィンドウを配置し、粘着テープの小片を使用して皿に付着します。

最後に、1 時間の紫外線によるシリコン窒化ウィンドウを殺菌します。

今ではウィンドウが滅菌されて、サンプルはそれに固定できます。まず、角度で培養皿を保持し、料理の側にメディアを追加します。徐々 に傾斜窓をコートに緩和します。同じ方法で料理にセルを追加し、インキュベートします。

使用する準備ができるまで定期的に光学顕微鏡で細胞を観察します。

層流フードのお皿からメディアを優しく吸引します。

その後、余分なメディアを削除するリン酸緩衝生理食塩水で細胞をすすいでください。

吸引、PBS、パラホルムアルデヒドとセルを修正します。20 分後混合物を削除し、有害廃棄物として処分します。

料理からウィンドウを削除すぐにエッジをしみと、キムワイプでウィンドウのインデント。きれいな表面を乾燥にウィンドウを設定します。

サンプルが乾燥していたら、光学顕微鏡にウィンドウの細胞の存在を確認します。

クリアのマニキュアを使用して、ウィンドウ アルミ ホルダーを固定します。

楽器マウントに試料ホルダーを挿入し、x 線顕微鏡の位置決めステージにマウントを配置します。

X 線顕微鏡光学系には、入射ビームに対して 45 度の角度の中心点のサンプル ウィンドウを配置します。

楽器周辺地域を終了し、被曝を最小限に抑えるために、リモートの残りの手順を実行します。

シャッターを開き、サブミクロン スポット サイズまで単色 x 線ビームを集中する光学系を使用します。

スポットの位置の事前校正カメラでイメージを作成することができます。位置決めステージを使用して、適切な幅とサンプルをラスターに必要な高さを決定します。

1-2 秒の滞留時間を持つ興味の要素のスペクトラムを収集します。

テスト スペクトルから興味の要素について十分な信号対雑音比を提供するために適切なスキャン時間を選択します。

次に、サンプルの必要な解像度を決定します。解像度は、興味の機能よりも小さいが、スポットのサイズよりも大きい必要があります。最後に、プログラムのスキャン ソフトウェアにスキャンし画像を収集します。

この実験では、いくつかの異なる要素のセルの元素マップを行いました。多くの金属は、銅、鉄、亜鉛など、細胞の重要な栄養素、セル内で明確に特定されました。

決定すると各金属は、セル内で見つかる、その正常な細胞プロセスについて貴重な情報を解明することができます。さらに、金属系の疾患を理解できます。

蛍光 x 線は、科学分野の広い範囲で使用されます。蛍光 x 線の非破壊的な性質により、歴史的遺物の研究での使用です。美術史家は、もともと芸術作品に使用されている顔料を把握する手法を利用します。これは後背地、時間、および信頼性で消えている色など、仕事に関する情報を解明することができます。法医学者は、犯罪現場の調査の蛍光 x 線を使用するもできます。銃を発射すると、周辺が銃声が残でコーティングされています。銃ショット残基には、火薬、点火プライマーおよびケーシングや弾丸から、金属が含まれています。蛍光 x 線分析で収集された情報には、犯人と武器使用を識別できます。

蛍光 x 線にそれ自身を貸す研究の別のフィールドは、古生物学。ここでは、元素情報は以上 2 億 5000 万年前に住んでいた海洋の節足動物、三葉虫化石から収集されます。

化石の元素組成を把握すること、長い間絶滅の人生について新しい情報を得ることができます。時折サンプルも昔悪化して軟部組織の組成を提供できます。

蛍光 x 線のゼウスの概要を見てきただけ。今、x 線分光の理論と幅広いソースから元素の情報を収集する方法を理解する必要があります。

見てくれてありがとう!

Results

付着性のセルの x 線蛍光マップを図 1に示します。各パネルは、セルの上の特定の要素 (例えば、銅、鉄、亜鉛など) の分布を示します。パネルは、's_a' ショーの x 線の吸収をラベル付けします。

Figure 1
図 1。付着性のセルの x 線蛍光マップしますこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Applications and Summary

X 線蛍光イメージングは、地球科学、法医学科学、材料科学、生物学などさまざまな分野で、私たちの文化遺産の勉強にも役に立つツールをすることができます。材料科学、それチップと金属で作られた触媒の欠陥を見つけることができます。文化遺産の仕事、それは有名な死んだ人 (例えば、ベートーヴェン) の髪に有害な金属を識別するために、芸術で使用される塗料のソースを識別するために使用されています。生物学で重要な生化学を実行自然金属を研究するものです。理学部でロックのレコードでのイベントを研究するよく使用されます。2) 記述されているサンプルの準備しながらここで細胞が複雑とする x 線蛍光イメージングで役に立つので、多くの分野が 1 2 つの特定の特性) の非破壊的なので、アイテムを多く稀である、または価値の高いをイメージすることができます、-セルは、岩、ギャラリー、またはその他のアイテムなど多く材料の乾燥をする必要があります、のである非常に小さなサンプル準備が必要、以外それはフラットとほこりの無料する必要があります。シンクロトロンは必要なこれらの施設で科学者とのコラボレーションによりアクセスが最適である、技術は非常にアクセスすることができます。

1. シリコン窒化 Windows の準備

  1. 逆ピンセットを使ってウィンドウ (windows が粉々 に落とした場合窒化ケイ素) を選択します。
  2. スライド ガラス、フラット面を上にウィンドウを配置します。
  3. ウィンドウの辺にスコッチ テープの小片を遵守し、培養皿の底に windows を遵守するこれらを使用します。
  4. 紫外線による培養皿で windows を滅菌します。UV 架橋キャビネット自動クロスリンク設定でこれが行うことができます約 1 h の層流フードに紫外線ランプの下でさらに UV 照射します。

2. 滅菌シリコン窒化 Windows 上に細胞をめっき

  1. ホールドそれを皿に約 45 ° の角度で傾いています。
  2. 皿の側に向かってピペッティングによるメディアを追加し、メディア ウィンドウをコートする傾斜角を徐々 に緩和します。
  3. 同じ方法で細胞を培養皿に追加し、孵化させなさい。
  4. 時折彼らは使用する準備ができているときに判断する光学顕微鏡を用いた細胞を観察します。

3. 固定と細胞の乾燥

  1. 層流フードの場合は、前述のように皿をひねりながら穏やかな吸引によりメディアを削除します。
  2. PBS の角度で保持しながら料理の側に向かってピペッティングを追加します。ゆっくりとコートに PBS でウィンドウの傾斜角を和らげます。
  3. 穏やかな吸引と PBS を削除します。
  4. 角度でそれを保持し、ディッシュの側に向かってピペッティング追加 4 %pfa/PBS、pH 7 セルをカバーします。このソリューション室温で 20 分間おいてください。
  5. PFA/PBS の混合物を削除し、危険物として処分します。
  6. PBS は、前述のように注を追加します。
  7. 3.5、3.6 の手順を 2 回繰り返します。
  8. 穏やかな吸引により、PBS を削除します。
  9. 20 mM パイプ、200 mM ショ糖、pH 7 を追加します。
  10. 穏やかな吸引パイプ/ショ糖を削除します。
  11. 2.8、2.9 の手順を 2 回繰り返します。
  12. すぐにしみの端、キムワイプでウィンドウのインデントをバックアップし、乾燥するためのゴム製グリッド マットなどのクリーンな表面上にウィンドウを設定します。

4. x 線細胞の蛍光イメージング

  1. サンプルが乾燥すると、光学顕微鏡を使用して windows 上の細胞の存在を確認します。
  2. ビームラインによって提供されるアルミ ホルダーに windows をセキュリティで保護するのにマニキュアを使用します。
  3. キネマティック マウントにアルミ ホルダーを挿入し、x 線顕微鏡の光学系の焦点で、サンプルの nanopositioning 段階にマウントされている、入射 x 線ビームを約 45 ° の角度で所定の位置に入れます。
  4. X 線顕微鏡計測器領域 (通常鉛壁の箱) を終了し、シャッターを開きます。残りの手順をリモートで実施します。
  5. 単色 x 線ビームを集中ゾーン プレートまたはカークパ トリック バエズ ミラーを使用して (通常 10 keV エネルギー) サブ μ m スポット サイズまで。
  6. Nanopositioning サンプル ステージを使用して、事前に校正された下流シンチレーション カメラでサンプルに x 線ビームの位置を表示するサンプルのデータをキャプチャするために適切な幅とラスター スキャンの高さを決定します。
  7. 入射ビームに 90 ° で約 3 mm 波長分散シリコンド リフト検出器または 1-2 秒滞留時間のスペクトラムを収集少ないサンプルから。
  8. テスト スペクトラムを表示するには、目的の要素のための十分な信号ノイズを提供するために、スキャンの適切な滞留時間を選択します。
  9. 1 つはサンプル、またサンプルの興味の特徴より大きいビームのスポット サイズより大幅に小さいスキャンに適切な解像度を選択します。
  10. プログラム スキャンのスキャン ソフトウェアに画像を収集しています。

蛍光 x 線、または蛍光 x 線分析、分光常温試料の元素分析を実行するために使用する非破壊分析技術であります。

蛍光 x 線分析は、生物学、法医学、環境もの芸術作品を含む、サンプルの広い範囲に適用できます。サンプルは、さまざまな形態、粉末、結晶、液体などもかかります。蛍光 x 線分析、サンプルは、蛍光放射と呼ばれる低いエネルギーで二次 x 線を放出する原因と x 線のビーム殺到です。

それを蛍光法と呼びます、しかし低いエネルギー可視光、あるいは光活性分子を使用しないという点で従来の蛍光顕微鏡と蛍光 x 線分析は異なります。

このビデオは、蛍光 x 線分析の基礎を紹介し、生物的サンプルの元素マップを収集する方法をデモンストレーションします。

十分なエネルギーの光子と原子を衝突、外殻電子の 1 つをエキサイティングなエネルギーが吸収されます。電子の緩和としては、通常の低エネルギー、二次光子を放出します。このプロセスは、蛍光と呼ばれます。蛍光顕微鏡で使用されるそれらのような低エネルギー光子と違って x 線光子が精力的に十分な完全に内殻からしっかりと開かれた電子を追放します。電子エネルギーの高いシェルからその後、欠員に分類されます。2 つのシェル間のエネルギー差に比例して光子が解放されます。各要素は、光子、またはスペクトル要素を識別し、現在の量を決定するための一意のセットを生成します。この現象は、蛍光 x 線と呼ばれます。

元素のスペクトルを収集すると、目的の要素の信号は分離できます。測定値は、イメージ、一度に 1 つのピクセルを生成するサンプル間で複数の場所で取得できます。このプロセスは、ラスター スキャンと呼ばれます。すべての要素のイメージをその後生成できます。これらの元素マップ サンプルに関する貴重な情報を提供します。蛍光 x 線分析の理解、元素マップを生成する生体細胞サンプルを準備する準備ができました。

まず、最初準備し、滅菌シリコン窒化ウィンドウで、スキャンの場所にサンプルを保持します。彼らは非常に壊れやすい、注意を使用します。それは平らな側面、ウィンドウに合わせます。培養皿でウィンドウを配置し、粘着テープの小片を使用して皿に付着します。

最後に、1 時間の紫外線によるシリコン窒化ウィンドウを殺菌します。

今ではウィンドウが滅菌されて、サンプルはそれに固定できます。まず、角度で培養皿を保持し、料理の側にメディアを追加します。徐々 に傾斜窓をコートに緩和します。同じ方法で料理にセルを追加し、インキュベートします。

使用する準備ができるまで定期的に光学顕微鏡で細胞を観察します。

層流フードのお皿からメディアを優しく吸引します。

その後、余分なメディアを削除するリン酸緩衝生理食塩水で細胞をすすいでください。

吸引、PBS、パラホルムアルデヒドとセルを修正します。20 分後混合物を削除し、有害廃棄物として処分します。

料理からウィンドウを削除すぐにエッジをしみと、キムワイプでウィンドウのインデント。きれいな表面を乾燥にウィンドウを設定します。

サンプルが乾燥していたら、光学顕微鏡にウィンドウの細胞の存在を確認します。

クリアのマニキュアを使用して、ウィンドウ アルミ ホルダーを固定します。

楽器マウントに試料ホルダーを挿入し、x 線顕微鏡の位置決めステージにマウントを配置します。

X 線顕微鏡光学系には、入射ビームに対して 45 度の角度の中心点のサンプル ウィンドウを配置します。

楽器周辺地域を終了し、被曝を最小限に抑えるために、リモートの残りの手順を実行します。

シャッターを開き、サブミクロン スポット サイズまで単色 x 線ビームを集中する光学系を使用します。

スポットの位置の事前校正カメラでイメージを作成することができます。位置決めステージを使用して、適切な幅とサンプルをラスターに必要な高さを決定します。

1-2 秒の滞留時間を持つ興味の要素のスペクトラムを収集します。

テスト スペクトルから興味の要素について十分な信号対雑音比を提供するために適切なスキャン時間を選択します。

次に、サンプルの必要な解像度を決定します。解像度は、興味の機能よりも小さいが、スポットのサイズよりも大きい必要があります。最後に、プログラムのスキャン ソフトウェアにスキャンし画像を収集します。

この実験では、いくつかの異なる要素のセルの元素マップを行いました。多くの金属は、銅、鉄、亜鉛など、細胞の重要な栄養素、セル内で明確に特定されました。

決定すると各金属は、セル内で見つかる、その正常な細胞プロセスについて貴重な情報を解明することができます。さらに、金属系の疾患を理解できます。

蛍光 x 線は、科学分野の広い範囲で使用されます。蛍光 x 線の非破壊的な性質により、歴史的遺物の研究での使用です。美術史家は、もともと芸術作品に使用されている顔料を把握する手法を利用します。これは後背地、時間、および信頼性で消えている色など、仕事に関する情報を解明することができます。法医学者は、犯罪現場の調査の蛍光 x 線を使用するもできます。銃を発射すると、周辺が銃声が残でコーティングされています。銃ショット残基には、火薬、点火プライマーおよびケーシングや弾丸から、金属が含まれています。蛍光 x 線分析で収集された情報には、犯人と武器使用を識別できます。

蛍光 x 線にそれ自身を貸す研究の別のフィールドは、古生物学。ここでは、元素情報は以上 2 億 5000 万年前に住んでいた海洋の節足動物、三葉虫化石から収集されます。

化石の元素組成を把握すること、長い間絶滅の人生について新しい情報を得ることができます。時折サンプルも昔悪化して軟部組織の組成を提供できます。

蛍光 x 線のゼウスの概要を見てきただけ。今、x 線分光の理論と幅広いソースから元素の情報を収集する方法を理解する必要があります。

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