Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Kwantificeren van Röntgen fluorescentie gegevens met behulp van MAPS

doi: 10.3791/56042 Published: February 17, 2018

Summary

Hier, tonen we het gebruik van de X-ray software voor de montage van de fluorescentie, kaarten, gemaakt door Argonne National Laboratory voor de kwantificering van de fluorescentie microscopie gegevens. De gekwantificeerde gegevens die het resultaat is nuttig voor het begrijpen van de elementaire distributie en stoichiometrische verhoudingen binnen een steekproef van belang.

Abstract

De kwantificering van Röntgen fluorescentie (XRF) microscopie kaarten door het aanbrengen van de ruwe spectra met een bekende norm is van cruciaal belang voor de beoordeling van de chemische samenstelling en elementaire distributie in een materiaal. Synchrotron gebaseerde XRF geworden een integraal karakterisering techniek voor een verscheidenheid van onderzoeksonderwerpen, met name als gevolg van de niet-destructieve aard ervan en de hoge gevoeligheid. Vandaag, kunnen synchrotrons verwerven fluorescentie gegevens bij ruimtelijke resoluties goed onder een micron, rekening houdend met de evaluatie van compositorische variaties op nanoschaal. Door juiste kwantificering is het dan mogelijk om een diepgaande, high-resolution begrip van elementaire segregatie, stoichiometrische verhoudingen en clustering gedrag.

In dit artikel wordt uitgelegd hoe u de montage van de software die is ontwikkeld door Argonne National Laboratory voor de kwantificering van volledige 2D-XRF kaarten kaarten. We gebruiken een voorbeeld voortvloeit uit een Cu (In, Ga) Se2 zonnecel, genomen op de geavanceerde Photon bron beamline-ID-2D bij Argonne National Laboratory. Wij tonen de standaardprocedure voor montage onbewerkte gegevens, laten zien hoe te evalueren van de kwaliteit van een fit en presenteren van de typische resultaten gegenereerd door het programma. Daarnaast bespreken we in dit manuscript bepaalde beperkingen van de software en bieden suggesties voor het verder de om gegevens te corrigeren als numeriek nauwkeurige en representatieve van ruimtelijk opgelost, elementaire concentraties.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Synchrotron gebaseerde XRF heeft in meerdere disciplines gebruikt voor vele decennia. Bijvoorbeeld, is het gebruikt in de biologie op studies zoals dat wordt gedaan door Geraki et al., waarin zij sporen van metalen concentraties binnen kanker en niet-kanker borst weefsel 1gekwantificeerd. Meer in het algemeen, kwantitatieve XRF is toegepast op een breed scala van biologie studies betrokken met metalen concentraties in cellen en weefsels, zoals beschreven door Paunesku et al. 2. Evenzo mariene protisten werden bestudeerd voor spoorelementen 3,4 en zelfs micro- en macronutriënten distributies werden waargenomen in plantaardige cellen 5. Werken door Kemner et al. 6, die geïdentificeerd duidelijke verschillen in morfologie en elementaire samenstelling in één bacteriën cellen, werd ook mogelijk gemaakt door kwantitatieve XRF analyse. Bovendien, en in het bijzonder relevant zijn voor het voorbeeld vermeld hierin materialen wetenschappers bestuderen zonnecel apparaten gebruik hebben gemaakt van hoge resolutie XRF voor studies op het bestaan van sub micron metalen onzuiverheden in silicium halfgeleiders 7 , 8, oereenstemming werk op hoe elementaire distributies invloed hebben op de elektrische prestaties in zonne-energie apparaten 9,10, en identificeren diepte-afhankelijke gradiënten van CIGS dunne film zonnecellen via begrazing incidentie X-ray fluorescentie (GIXRF) 11.

Veel van deze studies maken gebruik niet alleen van de high-resolution mogelijkheden van synchrotron Röntgen fluorescentie te bestuderen van de ruimtelijke verdeling, maar ook de kwantificering van de informatie voor numerieke conclusies te trekken. In vele studies is het van cruciaal belang om te weten van de elementaire concentraties gekoppeld aan de bovengenoemde ruimtelijke distributies. Bijvoorbeeld, in het werk van Geraki et al.., de studie vereist kwantificeren van het verschil in concentratie van ijzer, koper, zink en kalium in kanker en niet-kanker borstweefsels, beter begrijpen welke concentraties worden schadelijk zijn voor menselijke weefsels 1. Ook werk van Luo et al. gebruik van gekwantificeerde XRF te identificeren van kleine hoeveelheden chloor opgenomen in perovskiet zonnecellen wanneer gesynthetiseerd zowel met als zonder chloor-bevattende precursoren 12gemaakt. Voor bepaalde studies waarin de concentraties van elementen nodig, adequate kwantificering zijn daarom een noodzakelijke en essentiële stap.

Het proces van het kwantificeren van de elementaire concentraties van Röntgen fluorescentie (XRF) metingen vertaalt graven van de intensiteit van de fluorescentie in massaconcentraties (bijvoorbeeld µg/cm2). De ruwe spectra presenteren het aantal fotonen verzameld door de energie dispersieve fluorescentiedetector als een functie van energie. De spectra zijn eerste passen en vervolgens vergeleken met een standaard meting voor het berekenen van de gekwantificeerde gegevens. In het bijzonder, is de eerste stap van de montage van de fluorescentie spectra kritische zelfs voor de kwalitatieve analyse van de elementen. Dit is omdat voorafgaand aan de montage, de graven zijn weggegooid gebaseerd op hun energie, die een probleem ontstaat als twee elementen met soortgelijke fluorescentie overgangen zijn opgenomen in de steekproef. In deze situatie kunnen graven worden onjuist weggegooid en dus de verkeerde element zijn gekoppeld.

Het is vaak ook nodig zijn om te kwantificeren XRF spectra om nauwkeurig conclusies te trekken over de relatieve hoeveelheden van elementen in een monster. Zonder juiste kwantificering, graven van zware elementen en lichtere elementen zullen worden vergeleken rechtstreeks, het negeren van verschillen in opname cross sectie, absorptie en fluorescentie waarschijnlijkheid, demping van de fluorescentie fotonen, en de afstand van de de rand van de absorptie van het element van de invallende energie, die alle invloed op het aantal fotonen opvallend van de detector. Daarom is het proces van de montage van de spectra voor elke kaart en vergelijken intensiteiten van de piek aan de norm, die beide worden gedaan in de volgende procedure, is kritiek voor het nauwkeurige kwantificering van elk van de elementaire concentraties.

We laten zien hoe de ruwe graven van fluorescentie fotonen omzetten in eenheden van microgram per vierkante centimeter (µg/cm2) door het aanbrengen van een integraal spectrum of een opgeteld spectrum van alle individuele spectra geproduceerd bij elke meting plek of pixel in een 2D kaart. Dit spectrum toont de relatieve intensiteiten van de verschillende elementen in het monster. De afstand van die de rand van de absorptie van een bepaald element van de energie van de invallende lichtbundel is beïnvloedt de intensiteiten van de toppen van hun fluorescentie. In het algemeen, zijn hoe dichter de twee energieën, hoe groter de intensiteit geproduceerd voor deze elementen, hoewel dit niet altijd het geval. Figuur 4 in Ref 13 toont de afhankelijkheid van de lengte van de absorptie van röntgenstraling fotonen, die rechtstreeks verband met de resulterende intensiteit, voor de meeste elementen in een methylammonium voorsprong jodide perovskiet zonnecel houdt. Hieruit blijkt dat de reactie van de fluorescentie van elementen met betrekking tot energie en laat zien dat er niet een voortdurende afname van de reactie met toenemende afstand van de invallende energie, maar dat het is ook afhankelijk van het element zelf.

Het resultaat van deze relatie is dat rauwe elemental concentraties hoger voor element kanalen met de energieën van de excitatie dichter aan de invallende energie, verschijnen zelfs als het ware hoeveelheden van die elementen lager ten opzichte van andere elementen met excitatie zijn energie verder van het incident. Daarom is de energieafhankelijkheid van intensiteit, samen met andere factoren zoals fluorescentie opbrengst variaties met verschillende absorptie randen, gevoeligheid van de detector, en meting achtergrond, enz., de reden waarom de montage van de gegevens is zeer belangrijk voorafgaand aan tekening conclusies over de waargenomen elementaire hoeveelheden. Wij vervolgens toepassen een montage-algoritme op het integraal spectrum, waar de gebruiker definieert de elementen en parameters te passen via een tekstdocument.

Het algoritme, gemaakt door Vogt et al. 14, maakt gebruik van regio's voor het filteren van belang (ROI), waarin het integreert over bepaalde elementen piek, Regio'sen beginsel componenten analyse (PCA). Ten eerste wordt partnerschaps-en samenwerkingsovereenkomst gedaan om alleen de elementen en de bergtoppen die zeer sterk duidelijk zijn te identificeren. Dit zorgt voor de scheiding van lawaai van de ware signaal. Hierna sloeg het beginsel componenten geïdentificeerd zijn numeriek gekwantificeerd, die belangrijk is voor de ander element pieken met dezelfde excitatie energie deconvoluting, bijvoorbeeld overlappende Au Mα en P Kα. Ten slotte, ROI filteren kan worden toegepast in de numerieke gegevens door over bepaalde gebieden te integreren.

Als u wilt gaan graven over elementaire concentraties, wordt een goed gekwantificeerde verwijzing (vaak aangeduid als "standaard") gemeten onder dezelfde voorwaarden van de meting, geometrie en energie, als het monster onder studie. Deze standaard is vaak van Dresden AXO of van het National Institute of Standards and Technology (NIST). Zij omvatten een scala aan verschillende elementen en voorzien van getabelleerde elemental distributies. De normalisatie van de gemeten graven van het monster van belang aan de graven van de standaard onder dezelfde meting voorwaarden vormt de basis voor de elementaire kwantificering voor het monster van belang.

Meer in het bijzonder, MAPS identificeert de elementen en de concentraties van de standaard door het feit dat de standaard informatie is bekend door het programma (zoals het geval voor de normen AXO en NIST) of via de gegevens die worden ingevoerd in een afzonderlijk bestand (in het geval van een verschillende standaard wordt gebruikt). Van deze informatie, heeft het programma betrekking op de gemeten intensiteiten van de standaard elementen onder de instellingen van de meting bij de verwachte concentratie ingebed in de kaarten. Vervolgens maakt een schaalfactor om aan te passen voor elke offset en extrapoleert deze schaalfactor om alle resterende elementen niet opgenomen in de standaard. De schaalfactor wordt dan de offset van de instellingen van de meting en de inlichtingen binnen MAPS voor de lineaire conversie van raw graven naar oppervlaktedichtheid in µg/cm2omvat.

Hier, we laten zien hoe maak je gebruik van het programma, kaarten, ontwikkeld door Dr. S. Vogt, te kwantificeren van fluorescentie-staat straallijnen op Argonne National Laboratory (ANL) 14verkregen gegevens. De gegevens die worden gebruikt voor de demonstratie werd overgenomen bij sector 2-ID-D van ANL met behulp van de setup van de meting afgebeeld in figuur 1 van 10. De passende procedure kan ook worden toegepast op gegevens uit andere straallijnen, echter rekening mee dat bepaalde kenmerken van de straallijnen ANL zijn ingebed in het programma en zal moeten worden bijgewerkt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Opmerking: Voorafgaand aan het begin van de montage, het is belangrijk om te weten een paar dingen over de verrichte metingen: het aantal detector elementen gebruikt - verschillende straallijnen gebruiken verschillende detectoren die soms zijn onderverdeeld in kleinere secties waaruit de graven zijn lezen en samengesteld; de invallende energie gebruikt; en de standaard gemeten. Deze informatie zal worden toegepast in verschillende aspecten van de procedure.

1. het opzetten van het programma

  1. Download de IDL en het programma kaarten
    Opmerking: Links voor het downloaden van kaarten en IDL kan gevonden worden op http://www.stefan.vogt.net/downloads.html en http://www.harrisgeospatial.com/ respectievelijk. Samen, kunnen de dossiers van het programma worden verwacht maximaal circa 20 MB. De werkelijke ruimte eisen voor de montage proces, echter zal eigenlijk veel groter zijn en afhankelijk van het aantal gegevensbestanden te passen en hun bestandsgrootte. De minimaal vereiste apparaatstuurprogramma eisen voor montage zijn ongeveer 8 GB RAM, dual - core of quad-core processor met snelheden boven 2,0 GHz. Nogmaals, de eisen dramatisch toenemen met de bestandsgrootte wordt passen.
    1. IDL Virtual Machine downloaden, ga naar de link en maak een account. Na ontvangst van e-mail bevestiging, inloggen op de website en selecteer 'Downloads' onder het tabblad "Mijn account". Binnen downloads, moet er een optie voor de meest recente IDL-software voor Windows, Mac of Linux. Voor de video, werd de versie 8.5 van IDL Virtual Machine gebruikt.
      Opmerking: Voor de video, versie 1.7.3.12 van kaarten werd gebruikt. Versie 1.7.3.12 en hierboven kan worden gebruikt voor de montage van gegevens die zijn verworven in zowel stepscan als flyscan-modus.
    2. Klik op de koppeling voor de meest recente versie van kaarten en het downloaden van de zip-map. Het ZIP-bestand moet bevatten het binaire bestand van MAPS IDL, evenals de bestanden "compound.dat", "henke.xdr" en "xrf_library.csv".
    3. De laatste drie bestanden verplaatsen naar de map "lib" in de IDL-map gemaakt in de documenten bij de installatie. Deze bestanden bevatten Röntgen fluorescentie-specifieke informatie die nodig is voor MAPS. Bijvoorbeeld, slaat het bibliotheekbestand XRF alle de excitatie-energieën voor alle elementen.
    4. Het pictogram voor het programma van de kaarten op een willekeurige plaats, echter, vaak is het het gemakkelijkst om het te plaatsen op het bureaublad. Daarbij maakt het gemakkelijk om te zoeken en uitvoeren van de grafische gebruikersinterface (GUI).
  2. Verzamelen van de benodigde bestanden voor voorlopige montage
    Opmerking: De bestanden die nodig zijn voor het uitvoeren van een montage heten "maps_settings.txt", "maps_fit_parameters_override.txt", gegevensbestanden die eindigen op ".mda" en een standaardbestand die eindigen op ".mca". Een voorbeeld-set van deze bestanden kan worden gevonden in de bewijsstukken. Het standaard bestand is de AXO standaard die werd gemeten bij sector 2-ID-D van Argonne National Laboratory met behulp van een incident X-ray lichtbundel energie van 10.4 keV. Dezelfde instellingen werden gebruikt voor de metingen van de gegevensset die wordt getoond in deze demonstratie.
    1. Overdracht van het bestand fit parameters, de gegevensbestanden en de standaard bestanden in de directory die wordt gebruikt tijdens de aanwinst van gegevens op de computer waarop de montage met kaarten zullen worden uitgevoerd. Bovendien, kan het instellingenbestand van de kaarten waarin de aanvullende informatie worden gebruikt voor elke situatie.
    2. Maak een map op het bureaublad. Bijvoorbeeld, "C:\Users\user\Desktop\Fittingfiles" maken Het is zeer belangrijk dat geen bestanden of mappen die zijn opgenomen in het traject voor de montage een ruimte bevatten, zoals kaarten zal niet zitten kundig voor inzage.
    3. Maak een submap van "Fittingfiles" met de naam "mda" en alle van de ".mda" gegevensbestanden verworven van de Röntgen fluorescentie metingen binnen plaatsen. Zorg ervoor dat het bestand voor de representatieve kaart die wordt gebruikt voor het genereren van de pasvorm. Bijvoorbeeld, in de video, wordt het bestand "2idd_0220.mda" gebruikt omdat het is meest vergelijkbaar in afmetingen en de resolutie met de meerderheid van de resterende kaarten te passen.
    4. Plaats de resterende bestanden uit stap 1.2 in de bovenliggende map. Deze bestanden zullen worden bewerkt in de stappen die hieronder worden beschreven.
      1. Plaats de standaard bestanden (eindigend op ".mca") in de map "Fittingfiles".
        Opmerking: Een geschikt standaard moet bevatten op minimaal twee elementen gemeen met de monsters die worden onderzocht. In gevallen waar geen geschikte commerciële standaard bestaat, worden een representatieve steekproef met elementen van belang in bekende hoeveelheden gefabriceerd en gebruikt als een standaard. In deze situatie moet het gemaakte monster worden gemeten op dezelfde wijze als iedere andere norm.
      2. Bij het gebruik van de standaard van AXO Dresden 15, verdopen naar de vijl te "axo_std.mca". Voor een 1 element detector, slechts één bestand is vereist en moet eindigen met ".mca". Echter, als een detector 4-Kwadrant werd gebruikt, moeten er vier standaard bestanden die eindigen met ".mca0" door ".mca3".
      3. Als met behulp van de standaard van het National Institute of Standards and Technology (NIST) 1833 of 1832 voor dunne film monsters, naam van het bestand om het even wat zoals de NIST-standaard later is handmatig geselecteerd in plaats van binnen het programma naar verwezen.
        Opmerking: Op dit moment slechts één standaard kan worden toegepast voor de montage op een moment. Als er bezorgdheid dat een bepaalde standaard dekt niet genoeg elementen die ook zijn opgenomen in de steekproef van belang is, is het echter mogelijk de armaturen met behulp van verschillende normen elke keer opnieuw moet worden uitgevoerd. De gegevens van elke norm kan vervolgens worden vergeleken voor nauwkeurigheid.
      4. Als meer dan één standaard wordt gebruikt, verhuizen ofwel de fit ".h5" bestanden van elke run naar een aparte folder gelabeld voor elke standaard of verdopen naar de archief, bijvoorbeeld die eindigen op "_ < standaard gebruikt >"
      5. Indien de AXO noch de NIST standaard voldoende voor de monsters die worden onderzocht is, meet een andere monster als standaard, zolang het een bekende hoeveelheid van elementen bevat. Om kaarten te weten om dit nieuw gecreëerde standaard te gebruiken, voeg het bestand "maps_standardinfo.txt" naar de bovenliggende map, "Fittingfiles". Dit bestand is opgenomen in de aanvullende informatie en rechtstreeks voor gebruik kan worden aangepast.
        1. Als u de gemaakte standaard, de standaard info-bestand openen en geef de bestandsnaam voor de norm, die eindigt in de formaten van de juiste ".mca", in de regel moet worden gebruikt om het even wat kan worden genoemd "bestandsnaam:" (als u meerdere kwadranten, Voer alleen de naam die eindigt op ".mca0"). Vervolgens een lijst van de elementen die in de standaard gescheiden door komma's in de regel "ELEMENTS_IN_STANDARD:".
        2. Berekenen door te vermenigvuldigen met de dichtheid van elk element in de standaard van de standaard dikte, de oppervlaktedichtheid voor elk element in µg/cm2. Een lijst van deze waarden in orde met betrekking tot de volgorde van de elementen vermeld in stap 1.2.4.4. in de regel "gewicht:", ook gescheiden door komma's.
      6. Overeenkomt met het aantal bestanden met de naam "maps_fit_parameters_override.txt" voor het aantal elementen van de detector gebruikt. Als slechts één detector werd gebruikt, wordt de indeling "maps_fit_parameters_override.txt" in het bestand gehandhaafd.
      7. Als een vier-Kwadrant detector werd gebruikt, kopieer en plak het bestand parameters viermaal in de bovenliggende map en wijzig de extensies naar bereik van ".txt0" naar ".txt3".
      8. Controleren in het bestand "maps_settings.txt" dat het vindt u het juiste aantal detector elementen in de regel "DETECTOR_ELEMENTS:" (het moet 1 of 4).

2. uitvoeren van de montage

  1. Draaien kaarten
    1. Tweevoudig tikken voort naar de "maps.sav"-icoon op het bureaublad en klik vervolgens op overal in het pop-upvenster IDL voort te zetten.
    2. In het eerste venster na opening, genaamd "opstarten: kaarten v < versie wordt gebruikt >", selecteert u "druk op te wijzigen van bovenliggende dir" en selecteer vervolgens de map van de "Fittingfiles" eerder hebt gemaakt.
    3. Selecteer "OK en ga naar configuratie".
  2. Genereren van een spectrum van een representatieve kaart te gebruiken voor montage
    1. Vanuit het configuratievenster die toegankelijk zijn via "config + genereren kaarten" "algemene configuratie", verandering de beamline instellen om te corresponderen met de beamline gebruikt voor de metingen.
      1. Als metingen werden verzorgd door een verschillende beamline, controleert u welke optie in het programma is voor een beamline meest vergelijkbaar in parameters die voor de gebruikte setup. Beamline mogelijkheden voor de geavanceerde Photon bron (APS) bij ANL kunnen gevonden worden op https://www1.aps.anl.gov/Beamlines/Directory. Vergelijking van bepaalde parameters zoals resolutie en flux kunt bepalen welke ANL-instelling in het configuratievenster is meest vergelijkbaar met de beamline gebruikt voor de metingen.
    2. Kies "Selecteer mda bestanden (en directory)" en de map naar de map van de "Fittingfiles" met alle benodigde bestanden moeten openstellen. Selecteer daarna een ".mda"-bestand dat correspondeert met een representatieve kaart (het moet een kaart van soortgelijke samenstelling en waardering parameters voor de meerderheid van de scans die past worden aan de hand van de parameters vastgesteld van die vertegenwoordiger kaart) en klik op "open" .
      Opmerking: Als het niet naar de juiste map wordt geopend, kan het worden gewijzigd door "bovenliggende dir" en de gewenste map te selecteren.
    3. Typ in de invallende energie gebruikt in keV.
    4. Selecteer "begonnen met de verwerking". Wanneer het proces klaar is, diverse nieuwe mappen zijn gemaakt in de map, en binnen de map "img.dat", moet er 1 of 5 bestanden (afhankelijk van het aantal detectoren gebruikt) met de naam ".h5".
      Opmerking: In het geval van een multi element detector, één h5-bestand is gegenereerd voor elk segment van de detector (bijvoorbeeld bestanden ".h50" door ".h53" voor een 4-element detector) en een bestand dat is het gemiddelde van de afzonderlijke elementen.
      1. Als u bepaalde elementen zoals verwerkte, maar niet fit of gekwantificeerde, voert u deze elementen in de regel "ELEMENTS_TO_FIT:" van het "maps_fit_parameters_override.txt" bestand. Bijvoorbeeld elementen met L - of M-line pieken als "In_L" of "Au_M". Anders bevat het bewerkte bestand alleen toewijzingsgegevens voor de elementen die werden opgenomen in het bestand van de fit parameters vóór verwerking.
    5. Als u wilt weergeven van het spectrum, ga naar "file" "Open XRF afbeelding - avg of enkel element alleen" en zoek in de map "img.dat" de gegenereerde ".h5" bestand dat wordt gebruikt voor de montage van de resterende kaarten en selecteer "open".
      Opmerking: Er zijn een aantal manieren om de verwerkte bestand, waarin het integrale spectrum van de ruwe gegevens te bekijken, of de som van de individuele spectra verworven op elke pixel in de kaart, evenals de volledige kaarten van de ongeschikt en niet gekwantificeerde gegevens. In de meeste gevallen is het beste om de gegevens genormaliseerd naar de upstream ion kamer, die kan worden gedaan door gaan naar de tweede drop-down menu van de map kaarten en selecteren "U.S.-IC"te bekijken.
      1. De gegenereerde gegevens bekijken door het selecteren van "bekijken" → "multi elementweergave (M)", die zal het tonen van de verwerkte kaarten voor elk van de elementen.
        Opmerking: op dit moment de gegevens lijken te hebben is gekwantificeerd, zoals zij zijn vertegenwoordigd in eenheden van µg/cm2, evenwel nog niet past en vertegenwoordigen dus niet het goed gekwantificeerde gegevens. Wanneer de feitelijke montage is voltooid, zal het het bestand ".h5", overschrijven, zodat het is uiterst belangrijk om bij te houden welke bestanden al fit en die hebben gewoon omgezet naar ".h5" formaat, zoals werd beschreven in stap 2.2.4.
      2. Omwille van de montage, Bekijk het integraal spectrum, dus ga naar "bekijken" → "perceel integraal spectrum". Figuur 1 toont een voorbeeld van wat een integraal spectrum (in wit) als zal kijken.
    6. De geïntegreerde spectrum gegevens opslaan naar een bestand ".txt" door het selecteren van "uitvoer genereren" "export rauwe geïntegreerde spectra serie (lang)". Sluit het venster.
      1. Sla de afbeelding te gebruiken van een screen capture programma, zoals kaarten zelf beschikt niet over de optie om het beeld te bewaren.
      2. Plot om replot de gegevens, de gegevens van de geëxporteerde geïntegreerde spectrum tegen het energiebereik met data visualisatie software.
        Opmerking: Het bestand met de geïntegreerde spectrum zal worden genoemd "intspec < beamline > _ < samplenumber >. h5.txt" en zal worden gevonden in de bovenliggende map in de map met de naam "output".
  3. Bereid het bestand overschrijven voor montage
    1. Ga naar "Tools" → "spectrum gereedschap" en selecteer de ".txt"-bestand met de naam "intspec < beamline > _ < samplenumber >. h5.txt"
    2. Open het bestand met de naam "maps_fit_parameters_override.txt", die nu moet worden gevestigd in de hoofdmap, zoals beschreven in stap 1.2.3., en voer de bekende instellingen zoals hieronder besproken. Dit bestand wordt gebruikt voor alle situaties, ongeacht het aantal elementen van de detector.
      1. In de regel "DETECTOR_ELEMENTS:", zorg ervoor dat het getal is het juiste getal voor het aantal elementen van de detector gebruikt voor de beamline.
      2. In de regel "ELEMENTS_TO_FIT:", voer eventuele ontbrekende verwachte elementen, labelen van L en M lijnen met achtervoegsels "_L" en "_M". K-lijnen zijn overgenomen door standaard.
      3. In de regel "COHERENT_SCT_ENERGY:", voer de invallende energie gebruikt. In de volgende twee regels, omvatten bovenste en onderste grenzen voor de energiebereik, MAPS voor de exacte incident energie zal passen. Meestal een bereik van ± 0,2 tot ± 0,5 keV keV van de invallende energie is voldoende.
      4. In de regel "MAX_ENERGY_TO_FIT:", voer een waarde in niet minder dan 1 keV boven de invallende energie, en ook in de regel "MIN_ENERGY_TO_FIT:", voer een waarde in niet minder dan 1 keV.
      5. Naar de onderkant van het bestand, er zijn de opties "SI_ESCAPE_ENABLE:" en "GE_ESCAPE_ENABLE:". Afhankelijk van het materiaal van de detector element (Si of Ge) gebruikt, voert u een 1 voor het element gebruikt en een 0 voor het element niet gebruikt. Dit zal een ontsnapping factor voor de detector-element opnemen in de pasvorm.
      6. Onder de regels voor 2.3.2.5, voert u de namen van de elementen van de detector. Het is zeer belangrijk dat deze informatie klopt, anders de kwantificering onjuist omdat het ging ook niet verwijzen naar de juiste kanalen tijdens het proces.
        1. Om te zoeken naar de juiste bestandsnamen, het ".mda"-bestand te openen door te selecteren "bestand" "mda bestand openen" dan gaat naar de "weergeven" "multi-elementweergave (M)" en op de onderkant rechterkant "Selecteer elementen/detectoren" . Dit opent een venster met alle kanalen opgeslagen in het bestand ".mda". Kopiëren en plakken van de variabele (PV) procesnamen voor de SRCurrent (bijvoorbeeld SRCURRENT:S:SRcurrentAI.VAL), upstream- en downstream ionisatiekamers (bijvoorbeeld US_IC:2idd:scaler1_cts1. C en DS_IC:2idd:scaler1_cts1. B) en vier bestanden voor de verstreken levende tijd, de verstreken tijd van de real, het tarief van input tellen en de uitvoer graaf tarief (bijv. ELT1:2iddXMAP:ElapsedLive, ERT1:2iddXMAP:ElapsedReal, ICR1:2iddXMAP:dxp1. InputCountRate, OCR1:2iddXMAP:dxp1. OutputCountRate). Tot slot omvatten de benaming voor de airpath (bijvoorbeeld AIRPATH:0.0).
          Opmerking: Als het is onduidelijk wat namen te gebruiken, de wetenschapper beamline vragen voor hulp, als deze stap is essentieel voor de nauwkeurigheid van de procedure.
    3. Sla het bestand.
  4. Identificatie van de montage-parameters
    1. Probeer de pasvorm door naar "analyse" "passen spectrum".
      1. Controleer eerst dat de energiebereik in de bovenkant van het venster inclusief alle elementen van belang is. In het algemeen is het makkelijkst te gebruiken hetzelfde bereik zoals in stap 2.3.2.3.
        Opmerking: Volgende, voor de eerste montage, het is fijn voor de "niet iters" of aantal iteraties van de montage, gelijk zijn aan nul. Dit zal later worden verhoogd in het proces van de montage te verbeteren van de kwaliteit van de fit.
      2. Tot slot aan de onderkant van het venster waar het zegt Selecteer "passen BATCH van alle spectra", de derde knop vanaf de bovenkant met het label "w / gratis E, FWHM, scatter, vaste staarten" om uit te voeren van de eerste fit. In de map hoofdmap een nieuw bestand met de naam "average_resulting_maps_fit_parameters.txt" ontstaat.
    2. Aan de linkerkant van het spectrum-hulpprogramma, selecteer alle van de drop-down menu's met de naam "spec" te lezen "none" met uitzondering van één, die moet gelezen "voorzien". Dit toont alleen de pasvorm die op de top van het spectrum, met de gekleurde lijn vertegenwoordigen de pasvorm en de witte lijn respectievelijk de gemeten spectrum. Van dit beeld, kan het duidelijk dat bepaalde grote pieken overlappen elkaar niet heel goed met het spectrum of zelfs dat de pasvorm niet bevat een piek helemaal waar het spectrum blijkt een geworden. Als dit het geval is, zal wijzigingen moeten worden aangebracht in het bestand fit parameters.
    3. Opstarten met de functie "toevoegen" → "element" en het (+) en (-) tekens aan de onderkant van de spec tool om te zoeken naar ontbrekende elementen. Dit kan gebeuren door de voering van de energielijnen met bergtoppen die de pasvorm niet lijkt op te nemen.
    4. Als het is niet helemaal duidelijk wat elementen kunnen ontbreken, rennen de pasvorm met een groter aantal iteraties te verbeteren de pasvorm en helpen verhelderen welke verbeteringen moeten nog worden gemaakt. Dit kan worden gedaan door te wijzigen in het venster "spec passend" de optie "nee van iters". Meestal zal doen ten minste 50 iteraties verbeteren de pasvorm sterk genoeg zodat andere noodzakelijke verbeteringen kunnen gemakkelijker worden geïdentificeerd.
    5. Geïdentificeerde ontbrekende elementen toevoegen aan het bestand "maps_fit_parameters.txt" (Opmerking: eerder vermeld niet het bestand "average_resulting") en sla het bestand.
      Opmerking: Als er nog steeds lijkt te worden sommige pieken niet worden opgenomen in de montage, het is mogelijk er elementen met stapel ups. Een element stapel omhoog doet zich voor wanneer twee XRF fotonen (vaak uit hetzelfde element met dezelfde energie) staking de detector op hetzelfde moment, wordt gelezen als een foton met een energie die is de som van de twee oorspronkelijke fotonen.
    6. Als u zoekt en pile-up elementen, gebruik de zelfde procedure als in 2.4.3, maar in plaats daarvan door het selecteren van "toevoegen" "element + pileup". Zodra pile-ups zijn geïdentificeerd, de combinaties van de element toevoegen aan de regel "ELEMENTS_WITH_PILEUP:" met de elementen die zijn opgenomen in een pile-up gescheiden door een onderstrepingsteken (bijvoorbeeld Si_Si voor een opeenhoping van silicium-silicium) of Si_Cl voor een opeenhoping van Si en Cl fotonen.
    7. Evalueren de vertakkende ratio's van de L-lijn-elementen. De meeste onderdelen van de K-lijn zijn opgenomen in het bestand fit parameters al en dit grotendeels nauwkeurig en geciteerde literatuur 16,17. L-lijnen, echter behoeven vaak verbetering zoals ze zijn bevonden om te variëren met excitatie energie 14. Op dit moment is er geen dergelijke procedure voor M-lijnen.
    8. Kijken naar de elementen van de L-lijn behoefte aan verbeterde vertakkende verhoudingen, beide in de secties "BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L:" en BRANCHING_RATIO_ADJUSTMENT_L: ".
      Opmerking: "BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L:" beschrijving van de toegankelijke energieniveaus L1, L2, L3, die afhankelijk van de invallende energie zijn. Bijvoorbeeld, als L1 > incident energie > dan 0, 1, 1 MB L2-moet worden gebruikt voor de respectieve aanpassingswaarden.
      1. Om aan te passen de vertakkende familie, beginnen met het maken van afzonderlijke regels opgemaakt met het element en vervolgens drie 1.' s, zoals hieronder getoond.
        BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L: In_L, 1., 1., 1.
        BRANCHING_FAMILY_ADJUSTMENT_L: Pb_L, 1., 1., 1.
      2. Deze nummers verschuiven van de ratio's van de piek intensiteit behorend tot elke groep ten opzichte van elkaar in een poging om de beste overeenkomen met de intensiteit van de aanpassen aan de intensiteit van de piek van het geïntegreerde spectrum aanpassen aan.
        Opmerking: "BRANCHING_RATIO_ADJUSTMENT_L:" als alternatief beschrijving van elke individuele L-shell overgang, elk met een unieke energie. De vertakkende verhouding wijzigt, wordt de waarde met betrekking tot de literatuur-sourced waarde ingebed in het programma kaarten door de twee waarden vermenigvuldigen.
      3. Te passen van deze waarden, vormen een vergelijking van de hoogte van de referentielijn (blauwe, gele of roze meestal, afhankelijk van de vertakkende familie) waargenomen door de "add" "element" functie en de werkelijke piekhoogte en vervolgens berekenen de vertakkende ratio van ruwe schatting.
        Opmerking: bijvoorbeeld, als de Lβ1 -lijn is twee keer zo hoog als de werkelijke piek verschijnt vertegenwoordigd, dan een vertakkende verhouding voor die lijn moet 0,5% of 50% van de waarde van de literatuur.
    9. Sla het bestand fitparameters en herhaal de stappen beginnen met stap 2.4.2 totdat de pasvorm lijkt redelijk. Wanneer de pasvorm lijkt te zijn binnen reden, lopen de montage nogmaals maar met ten minste 10 k iteraties.
      Opmerking: Dit gebeurt omdat tijdens het proces van de kwantificering, is het niet mogelijk om te veranderen het aantal iteraties gebruikt. Daarom, verhoging van het aantal iteraties in dit stadium van het proces zorgt ervoor dat de informatie in het gemiddelde resulterende fit parameters bestand, die is bijgewerkt met elke poging passen en later werkzaam voor de kwantificering, procedure zo nauwkeurig als mogelijk.

3. Voer de montage

  1. De naam van bestanden wijzigen
    1. Als de "average_resulting_maps_fit_parameters_override.txt" bestand is bijgewerkt met elke montage, gebruiken dit bestand voor de feitelijke montage die zal worden toegepast op alle ".mda" bestanden moeten kwantificering. Eerst naam van het "maps_fit_parameters_override.txt" bestand dat werd gebruikt voor de montage als "maps_fit_parameters_override_input.txt". Vervolgens verdopen naar de vijl "average_resulting_maps_fit_parameters_override.txt" als "maps_fit_parameters_override.txt".
    2. Als met een 4-element detector, kopieer en plak de nieuwe naam "maps_fit_parameters_override.txt" bestand vier extra bestanden maken en vervolgens wijzigt u de extensie van elk zodanig dat ze "maps_fit_parameters_override.txt0" door "maps_fit_ heten parameters_override.txt3 ".
  2. Configuratiebestand maken
    1. Ga naar "config + genereren kaarten" "algemene configuratie en het genereren van kaarten" en wijzig de instellingen als in het begin van de procedure zodat de meting setup.
    2. Selecteer de gebruikte beamline of representatieve beamline en controleren "gebruik montage".
    3. Klik op 'Selecteer mda bestanden (en directory)' en selecteer alle bestanden uit de map "mda" passen ".mda". Deze bestanden kunnen hebben toegevoegd aan de map eerder in stap 1.2.3.), maar als niet, zij kunnen worden gekopieerd en in de map op dit moment geplakt.
    4. Op de rechterkant van het venster, met behulp van de (+) en (-) tekens verplaatsen van rechts en links, blader door de elementen en afvinken die zijn opgenomen in het bestand fit parameters die worden gebruikt voor de montage.
      1. Elementen ontbreekt in dit venster door controle uit een doos van een ongebruikte element, en vervolgens het hernoemen van het element in de "ROI veldnaam", met inbegrip van "_L" of "_M", net zoals het geschreven staat in het bestand fit parameters toe te voegen. Naast de naam van het element wijzigen, voer de energie voor de middenpositie van de regel met de hoogste energie (dat wil zeggen als een tabblad maken voor In_L, geef de waarde voor InLα1 energie) uit de literatuur.
        Opmerking: Een gemakkelijke manier om deze waarde te vinden is met behulp van het programma van Hephaestus, die kan worden gedownload online als onderdeel van het "Demeter met aardbei Perl"-pakket, die momenteel kan worden gevonden op https://bruceravel.github.io/demeter/ 18. Een andere optie is het downloaden van de X-ray gegevens boekje van de pagina http://xdb.lbl.gov/. In het programma van Hephaestus is het mogelijk om te selecteren een element uit het periodiek systeem, en ga naar zoeken de juiste energie (Let op het verschil van de eenheid tussen Hephaestus en kaarten).
    5. Ook Schakel de selectievakjes voor de "s_i", "s_e", "s_a", "TFY" en "Bkgnd".
    6. Zodra alle wijzigingen zijn aangebracht, selecteer "write configuratiebestand instellingen" in de rechter bovenhoek. Het bestand kan worden genoemd om het even wat, maar moet eindigen met de extensie "cfg" en moet worden geplaatst in de hoofdmap, "Fittingfiles". Dit bestand zal alle instellingen hebt opgegeven in stap 3.2 opslaan.) voor toekomstig gebruik.
      Opmerking: Selecteren "leesinstellingen uit configuratiebestand" kan de gebruiker het bestand met de opgeslagen fit instellingen in de toekomst weer te openen. Daarnaast kunnen de opgeslagen instellingen worden gewijzigd en bijgewerkt door openen van een bestand "cfg", het invoeren van de wijzigingen en selecteert u "het schrijven van instellingen naar configuratiebestand" nogmaals.
    7. Tot slot, als met behulp van de standaard van de NIST (1832 of 1833), "NBS" Klik voor de juiste standaard en selecteert u het standaardbestand dat moet worden gebruikt voor de montage.
  3. Toepassing van de montage
    1. Selecteer start verwerking. Een aantal vakken zal pop-up, één voor elk standaard element, dat (afhankelijk van het aantal elementen van de detector gebruikt geschikt is). Dit zal niet gebeuren, echter als een standaard dan het NIST of AXO wordt gebruikt.
      Opmerking: Afhankelijk van het aantal en de grootte van de bestanden van de ".mda" wordt passen, het programma kan van 30 minuten tot uur duren om te voltooien.

4. controle van de pasvorm

  1. De bestanden voor de ingerichte spectra openen door te gaan naar "file" → "Open XRF afbeelding - avg of enkel element alleen" en selecteer onder de map "img.dat" een van de ".h5"-bestanden die zijn gemaakt.
  2. Volgens dezelfde procedure zoals beschreven in stap 2.2.5.1, open de multi element kijkvenster en normaliseren van de gegevens naar de upstream ion vergaderzaal.
    1. Als u wilt aangeven welke elementen/kanalen worden weergegeven, gebruiken de drop-down menu's voor "# beelden X:" en "# beelden Y:" om te kiezen van de afmetingen van de kaarten worden weergegeven. Vervolgens Selecteer 'select elementen/detectoren' en een pop-upmenu wordt weergegeven met de selectievakjes uit voor alle kanalen die zijn opgenomen in het bestand fit ".h5".
  3. Controleer dat de waarden voor de elementen waarvan bekend is dat in de steekproef zinvol. Een schatting voor de concentratie kan worden berekend als de dikte van het monster is bekend. Wilt berekenen, gebruikt u de volgende vergelijking:
    Concentratie = elementaire dichtheid × monster dikte
    Opmerking: een schatting van de concentratie van koper in een zonnecel van 2 µm dik CIGS is bijvoorbeeld ongeveer 18 µg/cm2. Dit te vergelijken met de waarden voor koper in Figuur 2, blijkt dat de schatting op de onderkant, maar dat de kwantificering van de juiste orde van grootte.
  4. Om te kunnen meerdere scans die al fit doorklikken, ga naar "file" → "Update lijst van huidige bestanden uit map". Dit zal alle bestanden in de map "img.dat" in de derde drop-down menu aan de linkerkant van het venster van de kaarten plaats.
  5. Selecteer de om gegevens te exporteren naar een spreadsheet-bestand of een bestand Igor, "make gecombineerde ASCII-bestanden voor maps" of "make gecombineerde IGOR bestanden van kaarten" om de gegevens voor elke geselecteerde zender wordt weergegeven in het venster te exporteren. Daarom, om de gegevens voor alle zenders exporteert, selecteert u eerst genoeg rijen en kolommen voor het aantal elementen en detectoren die worden bekeken en geëxporteerd en klik vervolgens op "Selecteer elementen/detectoren" om te kiezen hen. Als het is wenselijk dat elk van de kanalen als afzonderlijke bestanden opgeslagen, gebruikt u de optie "Maak aparte..." voor het respectieve dossiertype.
  6. Als u wilt de gegevens voor een batch-bestanden exporteren, gaat u naar "bestand" → "updatelijst van huidige bestanden van Directory"". Dit toont alle bestanden in de map "img.dat". Vervolgens zal hebt geselecteerd de elementen worden geëxporteerd, de optie "export gecombineerd (aparte) ASCII-bestanden voor maps" genereren spreadsheet-bestanden voor alle ".h5" bestanden in de map.
    Opmerking: De geëxporteerde gegevens worden opgeslagen in de map "output" binnen de bovenliggende map.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Een voorbeeld van correcte montage resultaten kan worden gezien in de volgende cijfers. In de eerste plaats in Figuur 1 een directe vergelijking is aangetoond tussen een arme passen en een goed geschikt voor het integraal spectrum. De slechte pasvorm is repareren door ervoor te zorgen geen elementen ontbreekt, bijvoorbeeld koper, die heeft een duidelijke piek in Figuur 1(links), maar is niet wordt opgenomen in de pasvorm, en aanpassing van de vertakkende ratio's van de L en K lijnen ter verbetering van de nauwkeurigheid. Figuur 2 toont in plaats daarvan een vergelijking tussen de kanalen van het element voor en na montage. Het eerste opvallende verschil is de eenheden voor de wijzigingen van de waarden van "ruwe" naar "ug/cm ^ 2", wat suggereert dat de gegevens hebben gekwantificeerd. Nummerreeksen moeten bovendien worden uitgelijnd met die van de voorgestelde berekening in punt 4.2 verwacht. Deze waarden moeten in het algemeen niet gaan naar nul. Als zij dit doen, is dit bijna altijd een teken dat er een fout in de montage.

Zowel de ijzer- en koper kanalen kunnen zowel vóór als na de montage worden gezien. Buiten het observeren de waarde verandert, het is ook duidelijk dat de beelden beter opgelost zijn en de strepen die in de ruwe gegevens verschijnen gegaan zijn op montage. Deze verhoging van de resolutie komt als gevolg van de piek deconvolutie gedaan door het aanbrengen voor de scheiding van elementen met overlappende pieken. Het is gewoon een van de voordelen van montage en kwantificeren van de gegevens, de mogelijkheid nauwkeuriger kwalitatief en kwantitatief de fluorescentie om gegevens te analyseren. In het bijzonder voorbeeld van een CIGS-zonnecellen is een van de eigenschappen die onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in de verdeling van de drie kationen, koper, indium en gallium, in het apparaat. Statistisch onderzoek is gedaan om te bestuderen van de verandering in hun concentraties binnen korrels en graan grenzen 16. Een dergelijke studie vereist de verbeterde resolutie binnen de kaart zodat grenzen gemakkelijker kunnen worden geïdentificeerd met behulp van een waterscheiding techniek. Daarnaast biedt hebben de mogelijkheid om het onderzoek naar de correlatie en anti-correlatie van de elementen een kijk op het monster homogeniteit en hoe het te verbeteren.

Terwijl de gekwantificeerde gegevens kunnen nu worden gebruikt om te relateren elemental concentraties, is de passende procedure niet perfect. Er zullen altijd een zekere mate van fout ingevoerd uit de verschillende stappen van de procedure, met inbegrip van, maar niet beperkt tot, de kwaliteit van de pasvorm, de selectie, matrix homogeniteit, meting en extrapolatie van de standaard, en de invloed van andere factoren zoals secundaire fluorescentie en monster dikte variatie die niet in aanmerking worden genomen door MAPS. Deze fouten kunnen geminimaliseerd worden door het selecteren van een homogene norm met meerdere gemeenschappelijke elementen met het monster en verbetering van de vertakkende ratio's zo veel mogelijk, echter er rekening mee dat sommige daarvan, zoals fit kwaliteit, regelen systematische fouten die moeilijk zijn om volledig uit te roeien. Hoewel het is niet mogelijk om direct het kwantificeren van de gemaakte fout, zal gekochte normen bieden een schatting van de fout om de concentraties van de elementen, die zijn vaak erg hoog en moeten worden beschouwd wanneer het proberen om te analyseren en propageren van fouten.

Corrigeren van de gegevens verder voor bepaalde kwesties zoals variatie van de dikte, lichtbundel demping en secundaire fluorescentie kunnen helpen verminderen de fout nog verder. Methoden beschikbaar voor het doen van dergelijke correcties worden beschreven in de sectie discussie.

Figure 1
Figuur 1. Demonstratie van vóór (links) en na (rechts) de juiste aanpassingen zijn aangebracht in het bestand van de montage tot een nauwkeurige montage (afgebeeld in groen) van het integraal spectrum (weergegeven in wit) en later om te zetten in ruwe naar µg/cm2 nauwkeurig telt. Twee algemene typen fout zijn omcirkeld in (a): de rode cirkel identificeert een ontbrekend element, in dit geval Cu, en de gele cirkel identificeert een probleem met de vertakkende ratio's voor de In_L-lijn. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Demonstratie van vóór (boven) en na (onder) montage en kwantificering van de kanalen van de fluorescentie van belang. Meest opmerkelijk is de verandering in eenheden van "ruwe" naar "ug/cm ^ 2". De gekwantificeerde waarden voor ijzer en koper in een 2 µm dik CIGS-zonnecellen op een 500 µm dik roestvrij staal substraat zijn over de volgorde van 1000 en 100 µg/cm2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De cijfers tonen het belang van passende gegevens met behulp van deze procedure. Cijfers 1 (rechts) en 2 (onder) Toon een representatief resultaat die moet voortvloeien uit een juiste montage. Als er een onvoldoende passen, de integraal spectrum afbeelding ziet er merkbaar af en de resulterende gekwantificeerde gegevens zal fouten hebben, hoewel dit zal zijn moeilijk op te sporen in de meeste gevallen. Voor bepaalde monster typen waarvoor de norm niet vertegenwoordiger van de elementen in het monster, is met name in dat de monsters geen elementen in de standaard, de kwantificering berust uitsluitend op extrapolatie van de informatie voor alle elementen van belang. In een situatie als deze verschijnt de montage nauwkeurig wanneer geanalyseerd met behulp van het integraal spectrum, echter bij de kwantificering, de waarden zal drastisch wordt onjuist weergegeven. In deze situatie wordt het noodzakelijk om een norm van bekende hoeveelheden die is meer vergelijkbaar met het monster te gebruiken. Het proces van het kiezen en vergelijken van normen is ook aangetoond in een studie door Twining et al.., welke gebruik gemaakt van de NIST standaard, evenals enkele gesynthetiseerd normen, voor 3kwantificeren van biologische monsters. Door dit te doen, konden de auteurs om te controleren van de geschiktheid van elke norm en vergelijk de oppervlaktedichtheden geproduceerd met behulp van elke norm voor de montage. Maar bovenal toont het papier de vermindering van de fout die het resultaat is van het kiezen van een passende norm en tegengesteld, de grote invloed die op kwantificering met behulp van de verkeerde standaard kan hebben.

Naast de montage en kwantificering zijn er andere correcties die kunnen worden gedaan om te zorgen voor de nauwkeurige interpretatie van gekwantificeerde gegevens geproduceerd door XRF. Een voorbeeld is beschreven door West et al.. 20, die gebruik maakt van demping berekeningen geboden door DeBoer 21 verder de gekwantificeerde om gegevens te corrigeren voor dikte variaties en demping van de lichtbundel binnen een multi-layer monster. Het artikel maakt gebruik van CIGS dunne film zonnecellen in een case studie voor het aantonen van het belang van het gebruik van dergelijke correcties van de demping vóór de vorming van conclusies over de concentratie van de waargenomen variaties. De correctie behandelt de kwestie die in een gelaagde monster met de dikte van de veronderstelde variatie binnen de lagen, de regio's vóór correctie hogere relatieve hoeveelheden van een bepaald element als gevolg van verhoogde dikte in plaats van verhoogde elemental voorstellen kunnen concentratie. De correctie is ook verantwoordelijk voor de lichtbundel demping van de inkomende en uitgaande lichtbundel in gelaagde monsters, evenals zelfstandige demping van elementen binnen de specifieke laag van belang. Dit is een voorbeeld van aanvullende analyse nodig voor nauwkeurige kwantificering van Röntgen fluorescentie microscopie gegevens. Echter de correcties toegepast in 20 zijn gebaseerd op veronderstellingen die houd niet voor alle soorten monsters, en verder kunnen correcties moeten worden overwogen afhankelijk van het monstermateriaal en structurele kenmerken.

Het is belangrijk op te merken dat de ruwe en ingerichte gegevens ook graven van secundaire fluorescentie optreedt van fluorescentie fotonen van één element omvatten, leveren genoeg energie voor het produceren van fluorescentie fotonen van andere elementen met lagere energieën van de bindende 21 ,22. Het isolement van primaire fluorescentie fotonen van anderen is niet mogelijk door het montage-programma, wat resulteert in over - en onder - quantification van bepaalde elementen. Meer in het bijzonder, de elementen met de hogere energieën van de fluorescentie energie aan elementen van lagere bindingsenergie leveren en worden daarom niet meegeteld door de detector. Ondertussen kunnen de atomen wordt opgewekt door secundaire fluorescentie fotonen meer dan eens worden geteld omdat ze Introductiedatum fotonen te wijten aan de invallende lichtbundel en dan weer fotonen van de andere elementen van de steekproef loslaat. De gegevens, vereist daarom extra behandeling als deze interacties worden verwacht om een aanzienlijke invloed hebben op de kwantificering van elementen van belang. Momenteel is de beste aanpak voor de behandeling van secundaire fluorescentie via modellering en het schatten van het rendement, zoals wat in 23wordt beschreven. Informatie over de regeling waarover secundaire fluorescentie significante en extra vergelijkingen voor schatting wordt zijn beschikbaar in 22.

Dit werk heeft de eerste stappen die noodzakelijk zijn voor de kwantificering van Röntgen fluorescentie gegevens aangetoond. Hoewel het proces vereist nog veel verbeteringen en kunnen problemen die specifiek zijn voor het soort monster studeerde (halfgeleiders, plantencellen, menselijke weefsels, enz.), de techniek is een betrouwbare methode voor de extractie van zinvolle kwantitatieve informatie van de kwalitatieve onbewerkte gegevens verkregen uit XRF metingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Wij erkennen dat financiering uit het Amerikaanse Department of Energy onder contract DE-EE0005948. Gebruik van het centrum voor nanoschaal materialen en de geavanceerde Photon bron, beide Office of Science gebruiker voorzieningen, werd gesteund door de Amerikaanse Department of Energy, Office of Science, Office van energie basiswetenschappen, onder het veld Contractnr. DE-AC02-06CH11357. Dit materiaal is gebaseerd op het werk gedeeltelijk ondersteund door de National Science Foundation (NSF) en het Department of Energy (DOE) onder NSF CA nr. EEG-1041895. Videobewerking werd gedaan door VISLAB aan de Arizona State University. Eventuele adviezen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen uitgedrukt in dit materiaal zijn die van de auteur (s) en weerspiegelen niet noodzakelijk die van NSF of DOE. T.N. wordt ondersteund door een IGERT-SUN fellowship gefinancierd door de National Science Foundation (Award 1144616).

References

  1. Geraki, K., Farquharson, M. J., Bradley, D. A. X-ray fluorescence and energy dispersive x-ray diffraction for the quantification of elemental concentrations in breast tissue. Phys. Med. Biol. 49, 99-110 (2004).
  2. Paunesku, T., Vogt, S., Maser, J., Lai, B., Woloschak, G. X-ray fluorescence microprobe imaging in biology and medicine. J. Cell. Biochem. 99, (6), 1489-1502 (2006).
  3. Twining, B. S., et al. Quantifying Trace Elements in Individual Aquatic Protist Cells with a Synchrotron X-ray Fluorescence Microprobe. Anal. Chem. 75, (15), 3806-3816 (2003).
  4. de Jonge, M. D., et al. Quantitative 3D elemental microtomography of Cylotella meneghiniana at 400-nm resolution. Proc. Natl. Acad. Sci. 107, (36), 15676-15680 (2010).
  5. Duĉić, T., et al. Enhancement in statistical and image analysis for in situ µSXRF studies of elemental distribution and co-localization, using Dioscorea balcanica. J. Synchrotron Rad. 20, 339-346 (2013).
  6. Kemner, K. M., et al. Elemental and Redox Analysis of Single Bacterial Cells by X-ray Microbeam Analysis. Science. 306, (5696), 686-687 (2004).
  7. Bertoni, M. I., et al. Nanoprobe X-ray fluorescence characterization of defects in large-area solar cells. Energy Environ. Sci. 4, (10), 4252-4257 (2011).
  8. Fenning, D. P., et al. Iron distribution in silicon after solar cell processing: Synchrotron analysis and predictive modeling. Appl. Phys. Lett. 98, (162103), (2011).
  9. Buonassisi, T., et al. Quantifying the effect of metal-rich precipitates on minority carrier diffusion length in multicrystalline silicon using synchrotron-based spectrally resolved x-ray beam induced current. Appl. Phys. Lett. 87, (044101), (2005).
  10. Stuckelberger, M. Engineering solar cells based on correlative X-ray microscopy. J. Mat. Res. 32, (10), 1825-1854 (2017).
  11. Streeck, C., et al. Grazing-incidence x-ray fluorescence analysis for non-destructive determination of In and Ga depth profiles in Cu(In,Ga)Se2 absorber films. Appl. Phys. Lett. 103, (113904), (2013).
  12. Luo, Y., et al. Spatially Heterogeneous Chlorine Incorporation in Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells. Chem. Mater. 28, 6536-6543 (2016).
  13. Stuckelberger, M. Charge Collection in Hybrid Perovskite Solar Cells: Relation to the Nanoscale Elemental Distribution. IEEE J. Photovolt. 7, (2), 590-597 (2017).
  14. Vogt, S., Maser, J., Jacobsen, C. Data analysis for X-ray fluorescence imaging. J. Phys. IV France. 104, 617-622 (2003).
  15. Applied X-ray Optics: AXO Dresden. Available from: http://axo-dresden.de/mainframe_products.htm (2017).
  16. West, B. M. Grain engineering: How nanoscale inhomogeneities can control charge collection in solar cells. Nano Energy. 32, 488-493 (2017).
  17. Krause, M. O. Atomic Radiative and Radiationless Yields for K and L Shells. J. Phys. Chem. Ref. Data. 8, (2), 307-327 (1979).
  18. Hubbell, J. H., et al. A Review, Bibliography, and Tabulation of K,L, and Higher Atomic Shell X-Ray Fluorescence Yields. J. Phys. Chem. Ref. Data. 23, (2), 339-364 (1994).
  19. Ravel, B., Newville, M. ATHENA, ARTEMIS, HEPHAESTUS: data analysis for X-ray absorption spectroscopy using IFEFFIT. J. Synchrotron Rad. 12, 537-541 (2005).
  20. West, B. M., et al. X-ray fluorescence at nanoscale resolution for multicomponent layered structures: a solar cell case study. J Synchrotron Rad. 24, (2017).
  21. De Boer, D. K. G. Calculation of X-Ray Fluorescence Intensities from Bulk and Multilayer Samples. X-Ray Spectrom. 19, (3), 145-154 (1990).
  22. Lachance, G. R., Claisse, F. Quantitative X-ray Fluorescence Analysis: Theory and Application. John Wiley & Sons. (1995).
  23. Sokaras, D., Karydas, A. G. Secondary Fluorescence Enhancement in Confocal X-ray Microscopy Analysis. Anal. Chem. 81, (12), 4946-4954 (2009).
Kwantificeren van Röntgen fluorescentie gegevens met behulp van MAPS
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Nietzold, T., West, B. M., Stuckelberger, M., Lai, B., Vogt, S., Bertoni, M. I. Quantifying X-Ray Fluorescence Data Using MAPS. J. Vis. Exp. (132), e56042, doi:10.3791/56042 (2018).More

Nietzold, T., West, B. M., Stuckelberger, M., Lai, B., Vogt, S., Bertoni, M. I. Quantifying X-Ray Fluorescence Data Using MAPS. J. Vis. Exp. (132), e56042, doi:10.3791/56042 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter