Количественная оценка рентгеновской флуоресценции данных с использованием карты

Summary

Здесь мы демонстрируют использование рентгеновской флуоресценции установку программного обеспечения, в карты, созданные Аргоннской национальной лаборатории для количественной оценки данных микроскопии флуоресцирования. Количественные данные, которые приводит полезно для понимания Элементаль распределения и стехиометрические коэффициенты в образец интерес.

Abstract

Количественная оценка рентгеновской микроскопии флуоресцирования (XRF) карты путем установки сырой спектры известный стандарт имеет решающее значение для оценки химического состава и элементарного распределения в рамках материала. На базе синхротронного РФА стал неотъемлемая характеристика техники для различных тем исследований, особенно в связи с его non разрушительный характер и его высокая чувствительность. Сегодня synchrotrons можно приобрести флуоресценции данных пространственного разрешения значительно ниже мкм, позволяя для оценки композиционного вариации на наноуровне. Благодаря надлежащей количественной оценки то можно получить углубленные, с высоким разрешением понимание элементарного сегрегации, нейтро отношения и кластеризации поведение.

Эта статья объясняет, как использовать установку программного обеспечения, разработанного Аргоннской национальной лаборатории для количественной оценки полный 2-D РФА карты карты. Мы используем как пример результатов от Cu (In, Ga) Se₂ солнечных батарей, принятым на расширенный источник Фотон излучение 2-ID-D в Аргоннской национальной лаборатории. Мы показываем стандартной процедурой для установки необработанных данных, демонстрируют, как оценить качество fit и представить типичные мероприятия, сгенерированный программой. Кроме того мы обсуждаем в этой рукописи определенные ограничения программного обеспечения и предложение предложения для дальнейшего исправления данных будет численно точной и представитель пространственно решена, Элементаль концентрации.

Introduction

На базе синхротронного РФА был использован в нескольких дисциплинах на протяжении многих десятилетий. Например он был использован в биологии исследований например, проводимую Гераки et al., в котором они количественно следовые концентрации металлов в раковых и незлокачественные груди ткани ¹. В более общем плане количественных РФА был применен к широкий спектр биологических исследований касается концентрации металлов в клетках и тканях, как описано в Paunesku et al. ². Аналогичным образом, морской простейших были изучены для прослеживающие элементы ^3,4 и даже микро - и макро дистрибутивы были замечены в клетки растений ⁵. Работы по Kemner и др. ⁶, в котором определены явные различия в морфологии и элементного состава в клетках одного бактерии, также стало возможным благодаря количественных Рентгенофлуоресцентного анализа. Кроме того и в частности отношение к примеру раскрыта, материалы ученые, изучающие фотоэлемент устройства использовали разрешением РФА для исследования на существовании субмикронных металлических примесей в кремниевых полупроводников ^{7 , 8}, корреляционного электрические производительность работы как Элементаль дистрибутивы в солнечной устройства ^9,10, и определение глубины зависимых градиенты CIGS тонкие солнечных элементов через выпаса заболеваемости рентгеновского Флуоресценция (GIXRF) ¹¹.

Многие из этих исследований делают использование не только высоким разрешением возможности синхротрона рентгенофлуоресцентный для изучения пространственного распределения, но и количественной информации для численного выводов. Во многих исследованиях важно знать Элементаль концентрации, связанные с вышеупомянутыми пространственных распределений. Например, в работе Гераки et al., исследование требует количественная разница в концентрациях железа, меди, цинка и калия в раковых и незлокачественные груди ткани, чтобы лучше понять, какие концентрации становятся вредными для тканях человека ¹. Аналогичным образом работы, Luo и др. сделал использования количественных РФА определить небольшое количество хлора, включены в солнечных перовскита когда синтезируется с и без хлора содержащих прекурсоров ¹². Таким образом для некоторых исследований, в которых концентрации элементов, необходимо, надлежащей количественной оценки является необходимым и критическим шагом.

Процесс количественного элементного концентрации от рентгеновской флуоресценции (XRF) измерения переводит графов интенсивности флуоресценции в массовых концентраций (например, мкг/см²). Сырые спектры представляют количество фотонов, собранные энергии дисперсионных флуоресценции детектор как функция энергии. Спектры сначала подходят и затем по сравнению с стандартное измерение для расчета количественных данных. В частности первый шаг установки спектры флуоресценции важно даже для качественного анализа элементов. Это потому, что до установки, сегментирования рассчитывает на основе их энергию, которая становится проблемой, когда два элемента с аналогичными флуоресценции переходы, содержатся в образце. В этой ситуации может неправильно сегментирования и таким образом связанный с элементом неправильно рассчитывает.

Это также часто необходимо подсчитать РФА спектры для того, чтобы точно делать выводы на относительные количества элементов в образце. Без надлежащей количественной оценки, количество тяжёлых элементов и легкие элементы будут сравниваться непосредственно, игнорируя различия в захват крест секции, поглощения и флуоресценции вероятность, затухания флуоресценции фотонов и расстояние элемента поглощения край от падающей энергии, который влияет на количество фотонов, поразительно детектора. Таким образом процесс установки спектры для каждой карты и сравнении пиковых значений силы к стандарту, оба из которых сделаны в следующей процедуре, имеет решающее значение для точной количественной оценки каждого из элементарного концентрации.

Мы продемонстрируем преобразовать сырой количество фотонов флуоресценции единиц микрограмм на квадратный сантиметр (мкг/см²), Первый монтаж неотъемлемой спектра, или суммируются спектр всех индивидуальных спектров производится на каждом месте измерения или пикселей в 2D карты. Этот спектр показывает относительную интенсивность различных элементов, содержащихся в образце. Расстояние, от падающего луча-энергии края поглощения определенного элемента влияет на интенсивность их флуоресценции пиков. В целом чем ближе два энергии являются, тем больше интенсивность производства для этих элементов, хотя это не всегда так. Рисунок 4 в Ref ¹³ показывает зависимость длины поглощения рентгеновских фотонов, которая непосредственно относится к результате интенсивности, для большинства элементов в ячейке солнечной перовскита Иодид свинца methylammonium. Это демонстрирует ответ Флуоресценция элементов в отношении энергии, и показывает, что это не постоянное снижение в связи с увеличением расстояния от падающей энергии, но скорее, это также зависит от самого элемента.

В результате этого отношения является то, что сырье Элементаль концентрации может выше для элемента каналов с энергиями возбуждения, ближе к падающей энергии, даже если истинное количество этих элементов ниже относительно других элементов с возбуждением энергии дальше от инцидента. Энергетическая зависимость интенсивности, а также другие факторы, например флуоресценции вариации урожайности, различные покрытия краям, чувствительности и измерение фон, и т.д., поэтому почему уместно данных очень важно до рисования выводы о наблюдаемых Элементаль количествах. Мы затем применить алгоритм установки к составной спектра, где пользователь определяет элементы и параметры, чтобы соответствовать через текстовый документ.

Алгоритм, созданный Фогт и др. ¹⁴, делает использование регионов интерес (ROI) фильтрации, в которых она интегрирует определенные элементы пик регионов, и принцип компонент анализа (PCA). Во-первых PCA делается, чтобы определить только те элементы и вершины, которые очень сильно очевидны. Это позволяет для разделения шума от истинной сигнала. Далее, которые определены компоненты численно количественно, принцип, который имеет важное значение для deconvoluting различных элементов пиков с той же энергией возбуждения, например перекрывающихся Au M_α и_αP K. Наконец ROI фильтрации могут применяться к числовым данным путем интеграции через указанные регионы.

Касаются элементарной концентрации графов, хорошо количественных ссылку (часто упоминается как «стандарт») измеряется же условиях измерения, геометрии и энергии, как образца исследуемого. Этот стандарт является часто Dresden AXO или из Национального института стандартов и технологий США (NIST). Они охватывают целый ряд различных элементов и прийти с сдвига Элементаль дистрибутивов. Нормализации отсчеты измеряемых образца, представляющие интерес для графов стандарта на тех же условиях измерения обеспечивает основу для элементарного квантификации для образца интерес.

Говоря более конкретно, карты определяет элементы и их концентрации стандарта либо тот факт, что стандартная информация известна программа (как в случае стандартов АХО и NIST) или с помощью данных, введенных в отдельный файл (в случае из другой стандарт используется). Из этой информации программа касается измеряемых интенсивностей стандартных элементов под параметры измерения для предполагаемой концентрации, встроенные в КАРТАХ. Затем он создает коэффициент масштабирования для настройки смещения и экстраполирует этот коэффициент масштабирования для всех остальных элементов, не включенных в стандарт. Коэффициент масштабирования затем включает смещение от измерения параметров и информации, представленной в рамках карты для линейного преобразования необработанных счетчиков ареальная плотность в мкг/см².

Здесь, мы показали, как сделать использование программы, карты, разработанной д-р S. Vogt, дать количественную оценку данных, полученных от флуоресценции способных излучение в Аргоннской национальной лаборатории (ANL) ¹⁴. Данные, используемые для демонстрации была приобретена в секторе 2-ID-D ANL с помощью установки измерения, показанный на рисунке 1 из ¹⁰. Процедура установки могут также применяться к данным, взятые из других излучение, однако, отметить, что некоторые характеристики ANL излучение встроены в программу и будет необходимо обновить.

Protocol

Примечание: Перед началом установки, важно знать немного вещей о измерений: количество элементов детектора - различные излучение используют различные датчики, которые иногда разбиваются на более мелкие разделы, из которых являются графов чтение и компиляции; падающей энергии используется; и стандарт. Эта информация будет применяться во всех подразделениях различных аспектов процедуры.

1. Настройка программы

1. Скачать карты программы и IDL
   Примечание: Ссылки для загрузки карт и IDL можно найти на http://www.stefan.vogt.net/downloads.html и http://www.harrisgeospatial.com/ соответственно. Вместе файлы программы могут ожидать принимать до 20 МБ. Однако, фактическое пространство, необходимое для процесса установки, фактически будет быть намного больше и зависят от числа файлов данных, чтобы соответствовать и их размеров файлов. Требования к минимальной устройства для установки являются примерно 8 ГБ ОЗУ, Двухъядерный или четырехъядерный процессор со скоростью выше 2,0 ГГц. Опять же требования резко возрастет с размером файла, быть нужным.
   1. Чтобы скачать IDL виртуальной машины, перейдите по ссылке и создать учетную запись. После получения подтверждения электронной почты, войдите в веб-сайт и выберите «Загрузки» на вкладке «Мой счет». В неделю должна существовать возможность для самых последних IDL программного обеспечения для Windows, Mac или Linux. Для видео был использован версии 8.5 Виртуальная машина IDL.
      Примечание: Для видео, использовалась версия 1.7.3.12 карты. Версии 1.7.3.12 и выше могут быть использованы для установки данных, полученных в stepscan и flyscan режимах.
   2. Нажмите на ссылку для самой последней версии карты и скачать zip-папку. ZIP-файл должен содержать двоичный файл IDL карты, а также файлы «compound.dat», «henke.xdr» и «xrf_library.csv».
   3. Переместите в папку «lib» в папке IDL, созданной в документах после установки последних трех файлов. Эти файлы содержат рентгеновской флуоресценции специфичные информацию, необходимую для карт. Например файл библиотеки РФА хранит все энергии возбуждения для всех элементов.
   4. Поместите значок программы карты в любом месте, однако, часто бывает проще всего поместить его на рабочем столе. Это делает его легко найти и запустить графический интерфейс пользователя (GUI).
2. Собрать необходимые файлы для предварительной установки
   Примечание: Файлы, которые требуются перед выполнением установки называются «maps_settings.txt», «maps_fit_parameters_override.txt», данных файлы, оканчивающиеся на «.mda» и стандартный файл заканчивается в «.mca». Пример набора этих файлов можно найти в подтверждающих документах. В стандартный файл является стандартом АХО, которая была измерена в секторе 2-ID-D Аргоннской национальной лаборатории с использованием инцидента рентгеновского пучка энергии 10.4 кэВ. Для измерения данных, отображаемых в этой демонстрации были использованы те же параметры.
   1. Перенести файл соответствия параметров, файлов данных и стандартные файлы в каталог, используемый во время сбора данных на компьютере, на котором будет выполняться установка с карты. Кроме того файл параметров карты, предоставляется дополнительная информация может использоваться для любой ситуации.
   2. Создайте папку на рабочем столе. Например создайте «C:\Users\user\Desktop\Fittingfiles». Очень важно, что без файлов или папок, включенных в путь для установки содержат пробел, как карты не сможет получить к ним доступ.
   3. Создайте подпапку «Fittingfiles», названный «mda» и поместите все файлы данных «.mda» приобрел от рентгеновской флуоресценции измерений внутри. Убедитесь в том включить файл для представителя карту, которая будет использоваться для генерации fit. Например в видео, используется файл «2idd_0220.mda», потому что это наиболее похожий в размеры и разрешение для большинства оставшихся карт быть нужным.
   4. Поместите оставшиеся файлы с шагом 1,2 в родительской папке. Эти файлы будут редактироваться в описанные ниже шаги.
      1. Место стандартных файлов (заканчивающийся в «.mca») в папке «Fittingfiles».
         Примечание: Хорошо подходит стандарт должен содержать минимум двух элементов общего образцы изучается. В тех случаях, когда есть нет подходящего коммерческого стандарта репрезентативной выборки, содержащие элементы, представляющие интерес в известных количествах может сфабрикованы и используется в качестве стандарта. В этой ситуации созданного образца должна измеряться в так же, как любой другой стандарт.
      2. При использовании стандартных AXO Dresden ¹⁵, переименуйте файл, чтобы быть «axo_std.mca». 1 элемент детектора только один файл является обязательным и должен заканчиваться «.mca». Однако если использовался детектор 4-квадрант, должно быть четыре стандартных файлов, заканчивая «.mca0» через «.mca3».
      3. Если с помощью национального института стандартов и технологий США (NIST) стандарта 1833 или 1832 для тонкой пленки образцов, имя файла ничего как NIST стандарт позже вручную, а не ссылки в рамках программы.
         Примечание: На этот раз, только один стандарт могут применяться для установки одновременно. Однако если есть опасения, что определенный стандарт не охватывает достаточно элементов, которые также содержатся в образце интереса, можно повторно запустить фитингов, с использованием различных стандартов каждый раз. Затем можно сравнить данные от каждого стандарта для точности.
      4. Если используется более чем один стандарт, либо переместить форму «.h5» файлы от каждого запуска в собственный папку метку для каждого стандарта или переименовать файлы, например окончание в «_ < стандарт используется >»
      5. Если ни АХО или NIST Стандартный достаточна для образцов, изучается, измерьте любой другой образец как стандарт до тех пор, как он содержит известное количество элементов. В порядке для карт знать, чтобы использовать этот новый стандарт добавьте файл «maps_standardinfo.txt» для родительской папки, «Fittingfiles». Этот файл был включен в дополнительную информацию и могут быть адаптированы для использования непосредственно.
         1. Чтобы использовать созданный стандарт, откройте файл стандартной информации и введите имя файла для стандарта, который может быть назван ничего заканчивается в форматах надлежащего «.mca», которые будут использоваться в строке «имя файла:» (при использовании нескольких квадрантов, введите только имя, оканчивающиеся на «.mca0»). Далее перечислены элементы, которые находятся в стандарте, разделенных запятыми, в строке «ELEMENTS_IN_STANDARD:».
         2. Путем умножения плотность каждого элемента в стандарте на стандартные толщины, Вычислите плотность записи для каждого элемента в мкг/см². Список этих ценностей в порядке порядок элементов, перечисленных в действии 1.2.4.4. в строке «вес: «, также разделенных запятыми.
      6. Совпадает с количеством файлов, названный «maps_fit_parameters_override.txt» для число элементов детектора используется. Если только один детектор был использован, файл поддерживает формат «maps_fit_parameters_override.txt».
      7. Если использовался детектор четыре квадранта, скопируйте и вставьте в родительской папке файла параметров четыре раза и затем переименовать расширения в диапазоне от «.txt0» до «.txt3».
      8. Проверьте в файле «maps_settings.txt» что он перечисляет правильное количество элементов детектора в строке «DETECTOR_ELEMENTS:» (он должен быть либо 1 или 4).

2. выполнение установки

1. Запустите карты
   1. Дважды щелкните на значке «maps.sav», расположенный на рабочем столе, а затем щелкните в любом месте на всплывающем окне IDL для продолжения.
   2. В первом окне после открытия, называется «Запуск: карты v < версии используется >», выберите » пресс для изменить родительский dir» и затем выберите папку «Fittingfiles», созданный ранее.
   3. Выберите «O.K. и перейти к конфигурации».
2. Генерировать спектр от представителя карту, чтобы использовать для установки
   1. Из окна конфигурации, которые могут быть доступны через «config + генерировать карты « → «Общие настройки», изменение излучение, параметр должен соответствовать излучение используется для измерений.
      1. Если измерения были завершены в различных излучение, убедитесь, какой вариант в программе для излучение наиболее схожа в параметрах используются установки. Излучение возможности для Advanced Фотон источник (APS) на ANL можно найти на https://www1.aps.anl.gov/Beamlines/Directory. Сравнение некоторых параметров, таких как резолюции и потока можно определить ANL настройки в окне конфигурации наиболее похож на излучение используется для измерений.
   2. Выберите «выбрать файлы mda (и каталог)» и папки должен открыть папку «Fittingfiles», содержащий все необходимые файлы. Далее выберите «.mda» файл, соответствующий представитель карте (она должна быть карта аналогичного состава и измерения параметров большинство проверок, которые будут соответствовать с использованием параметров, установленных с этого представителя карты) и нажмите кнопку «открыть» , .
      Примечание: Если она не открывается в правильную папку, его можно изменить, выбрав «родитель dir» и соответствующую папку.
   3. Введите в падающей энергии, используемых в кэВ.
   4. Выберите «начать обработку». Когда процесс будет завершен, были созданы различные новые папки в каталоге и в папке «img.dat», должно быть 1 или 5 файлов (в зависимости от количества используемых детекторов) под названием «.h5».
      Примечание: В случае многоэлементных детектор, один h5 файл генерируется для каждого сегмента детектора (например, файлы «.h50» через «.h53» для 4-элемент детектора) и один файл, который является среднее отдельных элементов.
      1. Для просмотра определенных элементов как обработанные, но не подходят или количественных, введите эти элементы в строке «ELEMENTS_TO_FIT:» из файла «maps_fit_parameters_override.txt». Например включать элементы с L - или М-лайн вершины как «In_L» или «Au_M». В противном случае обработанный файл будет содержать только сведений о карте для элементов, которые были включены в файле соответствия параметров до их обработки.
   5. Чтобы просмотреть спектра, выберите «файл» → «Открыть изображение XRF - avg или только один элемент» и найдите в папке «img.dat» файл созданный «.h5», который будет использоваться для установки оставшихся карт, а затем выберите «Открыть».
      Примечание: Существует целый ряд способов для просмотра обработанный файл, который содержит составной спектр исходных данных, или сумма отдельных спектров, приобретенных на каждый пиксель в карте, а также полной карты непригодным и не составляются количественные данные. В большинстве случаев это лучше для просмотра данных, нормализованы в камеру вверх по течению Ион, который может быть сделано путем собирается второго выпадающего меню карты каталога и выбрав «США-СК».
      1. Просмотр созданных данных, выбрав «Просмотр» → «взгляд многоэлементные (M)», который будет показывать обработанные карты для каждого из элементов.
         Примечание: на данный момент, данных представляется была определена, как они представлены в единицах мкг/см², однако они еще не были подходят и поэтому не представляют собой правильно количественных данных. Когда фактическая установка завершена, он переопределяет файл «.h5», поэтому чрезвычайно важно отслеживать, какие файлы были подходят и которые просто были преобразованы в формат «.h5», как было описано в шаге 2.2.4.
      2. Ради установку, просмотрите неотъемлемой спектра, поэтому пойдите к «просмотра» → «участок неотъемлемой спектр». Рисунок 1 показывает пример неотъемлемой спектра (в белом) будет выглядеть.
   6. Сохраните данные комплексного спектра в файл расширение «.txt», выбрав «выводят» → «Экспорт сырья интегрированных спектры серии (длинная)». Закройте окно.
      1. Чтобы сохранить изображение, использовать захвата экрана программы, как карты сам не имеют возможность сохранить изображение.
      2. Для replot данных, участок данных экспортируемого комплексный спектр против энергетический диапазон, с помощью любого программного обеспечения визуализации данных.
         Примечание: Файл с интегрированной спектра будет называться «intspec _ < излучение > < samplenumber >. h5.txt» и будут найдены в родительский каталог в папке с именем «выход».
3. Подготовьте файл переопределения для установки
   1. Перейти на «Инструменты» → «спектра инструмент», а затем выберите «.txt» файл с именем «intspec _ < излучение > < samplenumber >. h5.txt»
   2. Откройте файл с именем «maps_fit_parameters_override.txt», которые теперь должны быть расположены в главном каталоге, как описано в шаге 1.2.3. и ввести известные параметры, как описано ниже. Этот файл используется для всех возможных ситуаций, независимо от количества элементов детектора.
      1. В строке «DETECTOR_ELEMENTS:», убедитесь, что номер является номером соответствующей для количество элементов детектора для излучение.
      2. В строке «ELEMENTS_TO_FIT:», введите любых недостающих ожидаемых элементов, маркировка линии L и M с суффиксами «_L» и «_M». K-линии предполагается по умолчанию.
      3. В строке «COHERENT_SCT_ENERGY:», введите падающей энергии используется. В следующих двух строках включают верхние и нижние границы для энергетический диапазон, как карты будет соответствовать для точного падающей энергии. Обычно, диапазон ± 0,2 кэВ до ± 0.5 кэВ падающей энергии является достаточным.
      4. В строке «MAX_ENERGY_TO_FIT:», введите значение не меньше, чем 1 кэВ выше падающей энергии и аналогичным образом, в строке «MIN_ENERGY_TO_FIT:», введите значение не меньше, чем 1 кэВ.
      5. В нижней части файла, есть варианты «SI_ESCAPE_ENABLE:» и «GE_ESCAPE_ENABLE:». В зависимости от материала детектора используется элемент (Si и Ge), введите значение 1 для элемента, используемого и 0 для элемента, не используемого. Это будет включать побег фактором для элемента детектора в fit.
      6. Ниже линии для 2.3.2.5 Введите имена элементов детектора. Это очень важно, что эта информация является правильным, в противном случае количественная оценка будет неверным, потому что он сделал не ссылаться на соответствующие каналы во время процесса.
         1. Чтобы найти имена соответствующих файлов, откройте файл «.mda», выбрав «файл» → «Открыть файл mda» а затем собирается «Просмотр» → «multi элемент вид (M)» и выбрав на нижней правой стороне «выберите элементы/детекторы» . Это будет открыто окно, содержащее все каналы, хранятся в файле «.mda». Скопируйте и вставьте имена переменных (PV) процесса для SRCurrent (например SRCURRENT:S:SRcurrentAI.VAL), вверх и вниз по течению Ион камер (например, US_IC:2idd:scaler1_cts1. C и DS_IC:2idd:scaler1_cts1. B) и четыре файла для живой затраченное время, затраченное реального времени, скорость ввода счета и производительность игр (например, ELT1:2iddXMAP:ElapsedLive, ERT1:2iddXMAP:ElapsedReal, ICR1:2iddXMAP:dxp1. InputCountRate, OCR1:2iddXMAP:dxp1. OutputCountRate). Наконец включать наименования для airpath (например AIRPATH:0.0).
            Примечание: Если неясно, какие названия для использования, попросить помощи, ученый излучение как этот шаг имеет решающее значение для процедуры в точности.
   3. Сохраните файл.
4. Определение параметров установки
   1. Попробуйте fit, перейдя в «анализ» → «пригодный спектра».
      1. Во-первых убедитесь, что диапазон энергий в верхней части окна охватывать все элементы, представляющие интерес. Как правило проще всего использовать тот же диапазон, как в шаге 2.3.2.3.
         Примечание: Далее, для первой установки, это нормально для «не iters», или количество итераций фитинга, равным нулю. Это будет увеличено позже в процессе установки для повышения качества fit.
      2. Наконец в нижней части окна, где он говорит: «сделать ПАКЕТНЫЙ пригодный всех спектров», выберите третью кнопку сверху помечены «ж / бесплатный E, FWHM, точечной, фиксированной хвосты» для того чтобы запустить первый fit. В папке основного каталога будет создан новый файл с именем «average_resulting_maps_fit_parameters.txt».
   2. В левой части спектра инструментов, выбрать все из выпадающего меню под названием «спец» читать «нет» , за исключением одного, который следует читать «установлен». Это покажет только fit накладывается на верхней части спектра, цветные линии, представляющие fit и белая линия, представляющая измерений спектра соответственно. От этого образа он может стать ясно, что некоторые основные пики не перекрываются очень хорошо с спектра или даже что fit не содержат пик на всех где спектра четко демонстрирует один. Если это так, изменения должны быть сделаны в форме Параметры файла.
   3. Начните с помощью функции «Добавить « → «элемент» и (+) и знаки (-) в нижней части спектра инструмент для поиска отсутствующих элементов. Это может быть сделано путем выстраиваются линии энергии с вершины, которые подходят, по-видимому, не включать.
   4. Если это не совсем ясно, какие элементы могут отсутствовать, запустить fit с большим числом итераций для улучшения fit и помочь прояснить, какие улучшения по-прежнему должны быть сделаны. Это может быть сделано путем изменения в окне «спец пригодный» вариант «no iters». Обычно делая по крайней мере 50 итераций будет fit значительно улучшить достаточно таким образом, что другие необходимые усовершенствования могут быть более легко идентифицированы.
   5. Добавить определены отсутствующие элементы в файле «maps_fit_parameters.txt» (Примечание: не «average_resulting» файл упоминалось ранее) и сохраните файл.
      Примечание: Если по-прежнему, как представляется, некоторые пики, не включены в установку, это возможно, есть элементы с ups ворс. Элемент накапливаться происходит, когда два РФА фотонов (часто от тот же элемент с той же энергией) забастовки детектор в то же время, читать как один фотон с энергией, которая является суммой двух оригинальных фотонов.
   6. Для поиска и включить элементы скопления, используйте ту же процедуру, как и 2.4.3, но вместо этого, выбрав «Добавить» → «элемент + pileup ' а». После того, как определены надеждой, добавьте элемент комбинации строку «ELEMENTS_WITH_PILEUP: «с элементов, включенных в один из скопления, разделенных символом подчеркивания (например, Si_Si для кремния кремния скопления) или Si_Cl для скопления Si и Cl фотонов.
   7. Оцените ветвления соотношения элементов L-линии. Большинство линии K-line элементы включены в файле соответствия параметров уже и эти основном точной и цитируется в литературе ^16,17. L-линии, однако, часто нуждаются в улучшении как они нашли меняться с возбуждением энергии ¹⁴. В настоящее время не существует такой процедуры для M-линий.
   8. Посмотрите на L-линии элементы нуждаются в более ветвления соотношения в разделах «BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L: «и BRANCHING_RATIO_ADJUSTMENT_L:».
      Примечание: «BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L:» описывает доступные уровни энергии L1, L2, L3, которые зависят от падающей энергии. Например если L1 > падающей энергии > L2, затем 0, 1, 1 должен использоваться для значений соответствующих коррективов.
      1. Чтобы настроить разветвленной семьи, начните с создания отдельных линий, отформатирован элемент и затем три 1.» s, как показано ниже.
         BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L: In_L, 1., 1., 1.
         BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L: Pb_L, 1., 1., 1.
      2. Настройте эти цифры, чтобы сместить соотношение интенсивностей пик, принадлежащих к каждой группе по отношению друг к другу в попытке лучше всего соответствует интенсивности по размеру пика интенсивности комплексного спектра.
         Примечание: «BRANCHING_RATIO_ADJUSTMENT_L: «в качестве альтернативы описывает каждый индивидуальный переход L-оболочки, каждый с уникальной энергии. Изменение коэффициента ветвления изменяет значение со ссылкой на значение литературы источников, вложенных в программе карты путем умножения двух значений.
      3. Чтобы адаптировать эти ценности, формы сопоставления высоты исходной линии (голубой, желтый или розовый, как правило, в зависимости от разветвленной семьи) наблюдается через функцию «Добавить» → «элемент» и фактической пик высотой и затем рассчитать ветвление отношение от грубой оценки.
         Примечание: например, если линия L_β1 представлены дважды как высоко, как фактическое пик появляется, затем коэффициентом ветвления для этой линии следует 0,5 или 50% от стоимости литературы.
   9. Сохраните файл fitparameters и повторите шаги, начиная с шага 2.4.2 до тех пор, пока fit, как представляется, быть разумными. Когда fit, как представляется, в пределах разумного, запустите установку еще раз, но по крайней мере 10 k итерации.
      Примечание: Это делается потому, что в процессе количественной оценки, невозможно изменить количество итераций, используемых. Таким образом увеличивая количество итераций на этой стадии процесса гарантирует, что информация в среднем результирующий файл в форме Параметры, который обновляется с каждым подходят попытка и позже используется для количественного определения процедуры, как точно возможно.

3. Запустите установку

1. Переименование файлов
   1. Как «average_resulting_maps_fit_parameters_override.txt» файл обновляется с каждым установку, используйте этот файл для фактической установки, которая будет применяться ко всем «.mda» файлы, которые нужны количественной оценки. Во-первых переименуйте файл «maps_fit_parameters_override.txt», который использовался для установки как «maps_fit_parameters_override_input.txt». Затем переименуйте файл «average_resulting_maps_fit_parameters_override.txt» как «maps_fit_parameters_override.txt».
   2. При использовании 4-элемент детектора, скопируйте и вставьте файл под новым именем «maps_fit_parameters_override.txt» для создания четырех дополнительных файлов, а затем измените расширение каждого таким образом, что они назвали «maps_fit_parameters_override.txt0» через «maps_fit_ parameters_override.txt3».
2. Создание файла конфигурации
   1. Перейти к «config + генерировать карты « → «Общие настройки и создавать карты « и измените параметры в начале процедуры, чтобы отразить установки измерения.
   2. Выберите используемые излучение или представитель излучение и установите флажок «использовать установку».
   3. Нажмите кнопку «выбрать mda файлы (и каталог)» и выберите все файлы «.mda» подогнать из папки «mda». Эти файлы могут быть добавлены в папку ранее на шаге 1.2.3.), но если не, они могут быть скопированы и вставлены в папку на данный момент.
   4. На правой стороне окна, используя (+) и (-) знаки для перемещения вправо и влево, прокрутите элементы и отметьте те, которые включены в форме Параметры файла, который будет использоваться для установки.
      1. Добавление элементов отсутствует из этого окна, установив покинуть поле неиспользуемых элемента, а затем переименовать элемент в поле «ROI имя», включая «_L» или «_M» так же, как она написана в форме Параметры файла. В дополнение к переименовать элемент, введите энергии для центра положение линии с высокой энергией (т.е. Если создание вкладки для In_L, введите значение в_Lα1 энергии) из литературы.
         Примечание: Легкий способ найти это значение — с помощью программы Гефеста, которые могут быть загружены онлайн, как часть пакета «Деметра с клубникой Perl», которые можно найти в настоящее время в https://bruceravel.github.io/demeter/ ¹⁸. Другой вариант заключается в том, чтобы загрузить буклет данных рентгеновского из страницы http://xdb.lbl.gov/. В программе Гефеста можно выбрать элемент из периодической таблицы и прокрутите вниз, чтобы найти правильное энергии (Обратите внимание на блок разницу между Гефест и карты).
   5. Также отметьте флажки для «s_i», «s_e», «s_a», «TFY» и «Фоновая».
   6. После того, как были внесены все изменения, выберите «запись параметров в конфигурационный файл» в правом верхнем углу. Этот файл можно назвать что-нибудь, но должно заканчиваться расширением «.cfg» и должны быть помещены в главной папке «Fittingfiles». Этот файл будет сохранить все параметры, введенные на шаге 3.2). для использования в будущем.
      Примечание: Выбор «прочитать параметры из файла конфигурации» позволяет пользователю открыть файл, содержащий сохраненные параметры подходят снова в будущем. Кроме того сохраненные настройки может изменены и обновлены путем открытия файла «.cfg», внесение изменений, а затем выбрав «записи параметров в конфигурационный файл» еще раз.
   7. Наконец если используется стандарт NIST (1832 и 1833), нажмите кнопку «НБС» для правильный стандарт и выберите стандартный файл, который должен использоваться для установки.
3. Применение установки
   1. Выберите начать обработку. Серии коробки будет pop-up, один для каждого стандартного элемента, который подходит (в зависимости от количества элементов детектора используется). Это не произойдет, однако, если используется стандарт помимо NIST или ОВБ.
      Примечание: В зависимости от числа и размера файлов «.mda» быть нужным, программа может занять от 30 минут до часов для завершения.

4. Проверка соответствия

1. Открыть файлы для установлены спектры, выбрав «файл» → «Open РФА имидж - avg или только один элемент» и выберите в папке «img.dat», один из «.h5»-файлов, которые были созданы.
2. Следуя той же процедуре, как описано в шаге 2.2.5.1, откройте окно просмотра многоэлементной и нормализации данных в камеру вверх по течению Ион.
   1. Чтобы выбрать, какие элементы/каналы отображаются, используйте выпадающее меню для «# изображений X:» и «# фото Y:» для выбора размеров карты будет отображаться. Далее, выберите «выбрать элементы/детекторы» и всплывающее меню будет отображаться флажки для всех каналов, содержащиеся в файле нужным «.h5».
3. Проверьте, что значения для элементов, известно, что в образце смысла. Оценки для концентрации можно рассчитать, если толщина образца известен. Для вычисления, используйте следующее уравнение:
   Концентрация = толщина образца Элементаль плотность ×
   Примечание: например, оценки концентрации меди в 2 мкм толщиной CIGS солнечных батарей составляет около 18 мкг/см². Сравнивая это с значения для меди на рисунке 2, можно увидеть, что оценка на нижнем конце, но что количественная оценка правильный порядок.
4. Чтобы иметь возможность нажать через несколько сканов, были подходящие, перейдите на «файл» → «обновление списка из текущего файлов из директории». Это будет место все файлы в папке «img.dat» в третьем раскрывающемся меню с левой стороны окна карты.
5. Чтобы экспортировать данные в файл электронной таблицы или файла Игорь, выберите «сделать комбинированный ASCII файлы карт» или «сделать комбинированный Игорь файлы карт» экспортировать данные для каждого выбранного канала, отображаемая в окне. Таким образом чтобы экспортировать данные для всех каналов, сначала выберите достаточно строк и столбцов для число элементов и детекторы, которые хотят просматривать и экспортировать и нажмите кнопку «выбрать элементы/детекторы» выбрать их. Если желательно, чтобы каждый из каналов, хранятся в виде отдельных файлов, используйте параметр «сделать отдельный...» для соответствующих файлов данного типа.
6. Чтобы экспортировать данные для пакетных файлов, перейдите к «файл» → «обновить список текущих файлов из каталог». Это позволит Показать все файлы в папке «img.dat». Затем после выбора элементов для экспорта, параметр «Экспорт комбинированный (отдельные) ASCII файлы карт» будет генерировать файлы электронных таблиц для всех «.h5» файлы в папке.
   Примечание: Экспортируемые данные будут сохранены в папке «выход» в пределах родительского каталога.

Representative Results

Пример правильной установки результатов можно увидеть на следующих рисунках. Во-первых, на рисунке 1 показано прямое сравнение между бедными подходят и подходящими для составной спектра. Плохо сочетаться может быть устранен путем обеспечения того, что элементы не хватает, например медь, которая имеет четкий пик в Рисунок 1(слева), но не включается в fit и корректировки ветвления соотношения линии L и K для повышения точности. Рисунок 2 вместо показывает сравнение между каналами элемента до и после установки. Первое заметное отличие это единицы измерения для изменения значения от «raw» в «ug/см ^ 2", предполагая, что данные были количественно. Кроме того число диапазонов следует привести в соответствие с теми, кто ожидал от предложенных вычисления в разделе 4.2. Эти значения должны вообще не идут к нулю. Если они это сделают, это почти всегда признак, что есть ошибка в установку.

Железо и медь каналы можно увидеть как до, так и после установки. Помимо наблюдения за изменения значения, это также ясно, что изображения лучше решаются и полосы, которые появляются в raw-данных ушли после установки. Это увеличение резолюции приходит в результате деконволюция пик, сделано путем установки для разделения элементов с перекрывающихся пиков. Это лишь одно из преимуществ установки и количественной оценки данных, предоставляя возможность более точно качественно и количественно анализировать данные флуоресценции. В конкретном примере CIGS солнечных батарей одно из свойств, которые интересуют исследователей является распределение трех катионов, медь, индий и галлия, на протяжении всего устройства. Статистические исследования для изучения изменений в их концентрации в зерновых и зерно границ ¹⁶. Такое исследование требует повышения резолюции в рамках карты так, что границы могут быть более легко идентифицированы с помощью метода водораздел. Кроме того имея возможность изучения корреляции и анти корреляции элементов предоставляет outlook на образце однородности и как улучшить его.

Хотя количественные данные могут теперь использоваться для связаны элементарного концентрации, процедура установки не является совершенным. Степень ошибки представил различные этапы процедуры, включая, но не ограничиваясь, качество fit, отбора, матрица однородности, измерение и экстраполяция стандарта и влияние других факторов таких как всегда будет вторичные флуоресценции и изменения толщины образца, которые не принимаются во внимание карты. Эти ошибки могут быть минимизированы, выбрав однородных стандарт с несколькими общими элементами с образцом и улучшение ветвления соотношения насколько это возможно, однако, обратите внимание, что некоторые из них, такие как контроль соответствия качества, систематические ошибки, которые трудно чтобы полностью искоренить. Хотя невозможно напрямую количественной оценки понесенных ошибка, приобретенных стандартов представит оценку ошибка для концентрации элементов, которые часто довольно высоки и следует учитывать при попытке анализа и распространения ошибки.

Исправление данных далее для некоторых такие вопросы, как изменения толщины, затухание света и вторичные флуоресценции может помочь уменьшить ошибки еще больше. Методологии для таких исправлений, описаны в разделе обсуждения.

Рисунок 1. Демонстрация до (слева) и после (справа) надлежащие коррективы были внесены в файл установки производить точную установку (показано зеленым) неотъемлемой спектра (показано в белый) и позднее, с конвертировать сырья обвинения мкг/см² точно. Два распространенных типов ошибок кружил в (а): красный круг определяет элемент отсутствует, в данном случае Cu, и желтый круг указывает на проблему с ветвлением коэффициенты для In_L линии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2. Демонстрация до (сверху) и после (внизу) установку и количественной оценке флуоресцентным каналов интерес. Наиболее примечательным является изменение в единицах от «raw» в «ug/см ^ 2». Количественные значения для железа и меди толщиной 2 мкм CIGS солнечных батарей на подложке из нержавеющей стали толщиной 500 мкм составляет порядка 1000 и 100 мкг/см².

Discussion

Цифры показывают важность установку данных с помощью этой процедуры. Цифры 1 (справа) и 2 (внизу) показать представителя результат, который должен возникнуть от правильного монтажа. Если существует недостаточно подходят, неотъемлемой спектра изображение будет выглядеть заметно покинуть и полученные количественные данные будут иметь ошибки в нем, хотя это будет трудно обнаружить в большинстве случаев. Для некоторых образцов типов, для которых стандарт не является представителем элементов в образце, особенно в том, что образцы не содержат элементов в стандарте, количественная оценка опирается исключительно на экстраполяции информации для всех элементов интерес. В подобной ситуации установку появится, чтобы быть точным, когда анализируются с помощью неотъемлемой спектра, однако, после количественного определения, значения будут отображаться резко неверно. В этой ситуации он становится необходимым использовать стандарт известных количеств, который больше похож на образце. Процесс выбора и сравнения стандартов также подтверждается в исследовании вьющиеся и др., которые используют NIST стандарта, а также некоторых синтезированных стандартов, для количественной оценки биологических образцов ³. Поступая таким образом, авторы смогли убедиться в целесообразности каждого стандарта и сравнить плотность данных производится с помощью каждого стандарта для установки. Самое главное этот документ показывает снижение ошибки, что результаты от выбора соответствующий стандарт и противоположно, сильное влияние, используя неправильный стандарт может иметь на количественной оценке.

Помимо установки и количественной оценки есть другие исправления, которые можно сделать для обеспечения точной интерпретации количественных данных, производимых РФА. Одним из примеров описывается Запад и др. ²⁰, который использует расчеты затухания, предоставляемый ДеБоер ²¹ для дальнейшего устранения количественных данных для вариативностью толщины и ослабления пучка в многослойных образец. В статье используется CIGS тонкопленочных солнечных батарей в тематическом исследовании для демонстрации важности использования таких исправлений затухания до формирования выводов на наблюдаемые концентрации вариации. Исправление устраняет проблему, что в многослойных образца с предполагаемой толщины вариацию слои, регионы до коррекции может предложить более высокие относительные количества определенного элемента из-за повышенной толщины, вместо того, чтобы увеличение Элементаль концентрация. Исправление также счета для ослабления пучка входящие и исходящие луча в многослойные образцы, а также самостоятельной затухания элементов в пределах конкретного слоя интерес. Это один из примеров дополнительного анализа, необходимых для точной количественной оценки данных микроскопии флуоресцирования рентгеновского. Однако исправления, применяется в ²⁰ основаны на предположениях, которые не имеют для всех типов образцов, и дальнейшие исправления может потребоваться рассматриваться в зависимости от материала образца и структурные характеристики.

Важно отметить, что сырье и установлены данные также включают графов из вторичных флуоресценции, происходящих от флуоресценции фотонов одного элемента, обеспечивая достаточно энергии для производства флуоресценции фотоны других элементов с более низких энергий привязки ^{21 ,22}. Изоляции первичных флуоресценции фотонов от других невозможно программой установки, приводит в над и под quantification в определенных элементов. Говоря более конкретно элементы с более высоких энергий флуоресценции обеспечивать энергией элементов нижняя привязка энергии и поэтому не учитываются детектором. Тем временем атомы, возбужденных по вторичной флуоресценции фотоны могут учитываться несколько раз потому, что они сначала отпустите фотоны вследствие падающего луча а потом снова фотонов от других элементов выборки. Данные, таким образом, требует дополнительного лечения, если ожидается, что эти взаимодействия имеют значительное влияние на количественную оценку элементов, представляющих интерес. В настоящее время посредством моделирования и оценки урожайности, как то, что описано в ²³лучший подход для обработки вторичных флуоресценции. Информация о режиме над которой вторичные флуоресценции становится значительным и в ²²предоставляются дополнительные уравнения для оценки.

Эта работа продемонстрировала первые шаги, необходимые для количественной оценки данных рентгеновской флуоресценции. Хотя этот процесс по-прежнему требует много улучшений и могут возникать проблемы, характерные для типа образца учился (полупроводников, растительных клеток, ткани человека и т.д.), техника является надежным методом для получения значимого количественная информация от качественного необработанных данных, полученных от РФА измерений.