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Chemistry

ऊर्जा फ़िल्टर्ड ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी टोमोग्राफी द्वारा 3 डी रासायनिक नक्शे प्राप्त करना

Published: June 9, 2018 doi: 10.3791/56671
Automatic Translation
1, 2, 3, 3
1Univ Lyon, INSA-Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, 2IFP Energies nouvelles, 3Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)

Summary

यह कागज एक प्रोटोकॉल का वर्णन करने के लिए 3d रासायनिक ऊर्जा फ़िल्टर इमेजिंग और इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी संयोजन नक्शे को प्राप्त करने । दो उत्प्रेरक के रासायनिक वितरण तत्वों है कि अंय इमेजिंग तकनीक से अलग करने के लिए मुश्किल है द्वारा गठित समर्थन का अध्ययन किया गया । प्रत्येक आवेदन मानचित्रण ओवरलैप रासायनिक तत्वों के होते हैं-क्रमशः स्थान-ionization किनारों ।

Abstract

ऊर्जा फ़िल्टर्ड ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी टोमोग्राफी (EFTEM टोमोग्राफी) एक nanometric पैमाने पर सामग्री के तीन आयामी (3 डी) रासायनिक नक्शे प्रदान कर सकते हैं । EFTEM टोमोग्राफी रासायनिक तत्वों है कि बहुत से अंय इमेजिंग तकनीकों का उपयोग कर अंतर कर रहे है अलग कर सकते हैं । प्रायोगिक प्रोटोकॉल यहां वर्णित कैसे 3 डी रासायनिक नक्शे बनाने के लिए रासायनिक वितरण और एक सामग्री की आकृति विज्ञान समझने के लिए दिखाता है । डेटा विभाजन के लिए नमूना तैयारी चरण प्रस्तुत किए गए हैं । इस प्रोटोकॉल एक nanometric नमूना में रासायनिक तत्वों के 3d वितरण विश्लेषण परमिट । हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वर्तमान में, 3 डी रासायनिक नक्शे केवल नमूनों के लिए उत्पंन किया जा सकता है कि बीम संवेदनशील नहीं हैं, के बाद से फ़िल्टर छवियों की रिकॉर्डिंग एक गहन इलेक्ट्रॉन बीम के लिए लंबे समय जोखिम समय की आवश्यकता है । प्रोटोकॉल दो अलग विषम उत्प्रेरक का समर्थन करता है के घटकों के रासायनिक वितरण यों तो लागू किया गया था । पहले अध्ययन में एल्यूमिनियम और टाइटेनियम के टाइटेनिया-एल्यूमिना के रासायनिक वितरण का विश्लेषण किया गया । नमूनों को झूले-पीएच पद्धति का प्रयोग कर तैयार किया गया । दूसरे में, एल्यूमीनियम और सिलिकॉन के सिलिका-एल्यूमिना में रासायनिक वितरण का समर्थन करता है कि सोल-पाउडर और यांत्रिक मिश्रण विधियों का उपयोग कर तैयार किया गया था की जांच की गई ।

Introduction

कार्यात्मक सामग्री के गुण उनके 3 डी मापदंडों पर निर्भर हैं । पूरी तरह से उनके गुणों को समझने और उनके कार्यों को बढ़ाने के लिए, यह 3 डी में उनकी आकृति विज्ञान और रासायनिक वितरण का विश्लेषण करने के लिए महत्वपूर्ण है । इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी1 (एट) नैनोमीटर स्केल2,3पर यह जानकारी प्रदान करने के लिए सबसे अच्छा तकनीकों में से एक है । यह एक बड़े कोणीय रेंज पर नमूना घूर्णन और प्रत्येक कोणीय कदम पर एक छवि रिकॉर्डिंग के होते हैं । प्राप्त झुकाव श्रृंखला का उपयोग करके नमूने की मात्रा को पुन पुनर्निर्माण करने के लिए प्रयोग किया जाता है के आधार पर गणितीय एल्गोरिदम का ̈रदों4,5रूपांतरण । मात्रा में ग्रे स्तर का चयन 3 डी में नमूना मॉडल और कण स्थानीयकरण6 और आकार वितरण7, ताकना स्थिति और आकार वितरण8, आदि की तरह 3 डी मापदंडों यों में मदद करता है

सामांय में, एट अधिकतम संभव कोण करने के लिए नमूना झुकाव द्वारा एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ किया जाता है, अधिमानतः या तो दिशा में ७० ° से अधिक । प्रत्येक झुकाव कोण पर, नमूने के एक प्रक्षेपण एक छवियां झुकाव श्रृंखला के गठन दर्ज की गई है । कि झुकाव श्रृंखला गठबंधन है और नमूना है जो विभाजित किया जाएगा और quantified की मात्रा को फिर से संगठित करने के लिए इस्तेमाल किया । नमूना-९० ° से + ९० ° करने के लिए घुमाया नहीं जा सकता, क्योंकि खंगाला गया वॉल्यूम ओर्थोगोनल अक्ष9 ब्लाइंड रिकॉर्डिंग कोण के कारण के साथ एक अनिसोट्रोपिक रिज़ॉल्यूशन है ।

एट अलग इमेजिंग मोड में किया जा सकता है । उज्ज्वल क्षेत्र उनि मोड (BF-उनि) जटिल आकार के साथ अमली पदार्थ, जैविक नमूनों, पॉलिमर, या उत्प्रेरक का समर्थन करता है का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है । छवि विश्लेषण10 घटकों के घनत्व निस्र्पक भूरे रंग के स्तर के भेदभाव पर आधारित है (एक घने घटक एक लाइटर, यानी, कम घने घटक से अधिक अंधेरा हो जाएगा) । उच्च कोण कुंडलाकार डार्क फील्ड स्कैनिंग में उनि मोड (HAADF-स्टेम) क्रिस्टलीय नमूनों का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किया जाता है. संकेत परमाणु संख्या के एक समारोह के रूप में रासायनिक जानकारी प्रदान करता है; नमूने के एक भारी घटक उज्ज्वल है कि एक हल्का एक9दिखाई देगा । अंय मोड, जैसे ऊर्जा disperser x-ray स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX), जो सामग्री11द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे एकत्र करता है, और ऊर्जा फ़िल्टर इमेजिंग मोड (EFTEM)12,13, भी 3 डी रासायनिक वितरण का आकलन करने में सक्षम हैं भीतर नमूना है ।

EFTEM इमेजिंग में, 2 डी रासायनिक नक्शे एक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रोमीटर के साथ एक उनि का उपयोग कर दर्ज किया जा सकता है । स्पेक्ट्रोमीटर अपनी ऊर्जा के एक समारोह के रूप में इलेक्ट्रॉनों को फैलाने के द्वारा एक चुंबकीय चश्मे के रूप में कार्य करता है । एक छवि एक विशिष्ट परमाणु के साथ बातचीत से खो ऊर्जा के आधार पर इलेक्ट्रॉनों के द्वारा बनाई गई है । यदि एक ही 2d रासायनिक नक्शा अलग झुकाव कोण पर गणना की है, रासायनिक अनुमानों का एक झुकाव श्रृंखला है, जो 3 डी रासायनिक मात्रा को फिर से संगठित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है प्राप्त की है ।

नहीं सभी सामग्री EFTEM टोमोग्राफी द्वारा विश्लेषण किया जा सकता है । तकनीक कमजोर या परिक्रमा सामग्री के साथ नमूनों के लिए आरक्षित है । फिर भी, यह प्रकाश तत्वों है कि बहुत अंतर करने के लिए जब अंय इमेजिंग तकनीक का उपयोग कर मुश्किल हो विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इसके अलावा, विश्वसनीय 2d रासायनिक नक्शे प्राप्त करने के लिए, सामग्री की मोटाई14सामग्री के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के मतलब मुक्त पथ से कम होने की आवश्यकता है । इस हालत के तहत, एक एकल इलेक्ट्रॉन एक एकल परमाणु के साथ बातचीत होने की संभावना सबसे बड़ी है । दो तरीकों के लिए एक 2d रासायनिक नक्शे की गणना किया जाता है । पहले एक, और सबसे अधिक इस्तेमाल किया है "तीन-windows विधि", जहां दो फ़िल्टर ऊर्जा खिड़कियां विश्लेषण के तहत तत्व के ionization एज से पहले दर्ज कर रहे हैं, और ionization एज13के बाद एक तिहाई । पहली दो छवियों के लिए पृष्ठभूमि का अनुमान है, जो तीसरी खिड़की की स्थिति पर एक शक्ति कानून का उपयोग कर extrapolated है और इसे से घटाया उपयोग किया जाता है । प्राप्त छवि नमूना मात्रा में विश्लेषण रासायनिक तत्व के 3 डी वितरण के प्रक्षेपण है । दूसरी विधि "कूद अनुपात" कहा जाता है; यह केवल दो ऊर्जा फ़िल्टर छवियों, एक से पहले और ionization एज के बाद एक का उपयोग करता है । इस विधि गुणात्मक है, के रूप में अंतिम छवि केवल उन दो छवियों के बीच अनुपात प्रदर्शन से गणना की है, और पृष्ठभूमि ऊर्जा भिन्नता के लिए खाता नहीं है ।

एट के साथ EFTEM के संयोजन से, फ़िल्टर्ड ऊर्जा का विश्लेषणात्मक टोमोग्राफी प्राप्त किया जा सकता है । EFTEM टोमोग्राफी और एटम जांच टोमोग्राफी (एपीटी) पूरक तकनीक हैं । के रूप में उपयुक्त की तुलना में, EFTEM टोमोग्राफी एक गैर विनाशकारी लक्षण विश्लेषण है कि जटिल नमूना तैयारी की जरूरत नहीं है । यह एक अद्वितीय nanoparticle पर विभिन्न characterizations प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । EFTEM टोमोग्राफी सामग्री को अछूता विश्लेषण कर सकते हैं, जबकि एपीटी बहुत कम लेजर सहायता से उंहें मापने के लिए की जरूरत है । एपीटी परमाणु स् केल पर चलता है, जबकि EFTEM टोमोग्राफी कम रिज़ॉल्यूशन के साथ पर्याप् त रूप से कार्य करता है । EFTEM टोमोग्राफी केवल नमूने है कि प्रयोग के दौरान बीम गिरावट का विरोध के लिए प्रासंगिक है । सभी झुका हुआ कोण पर सभी फ़िल्टर छवियों को रिकॉर्ड करने के लिए, नमूना के रूप में लंबे समय के रूप में 2 एच के लिए इलेक्ट्रॉन बीम को उजागर किया जा सकता है । इसके अलावा, 2d नक्शे में एक अधिकतम रासायनिक संकेत रिकॉर्ड करने के लिए, उच्च बीम तीव्रता पर अब प्रदर्शनी अवधि आवश्यक हो सकता है । ऐसी स्थितियों में बीम संवेदनशील नमूनों में कठोर रूपात्मक और रासायनिक परिवर्तन पीड़ित होते हैं । इसलिए, इलेक्ट्रॉन बीम के लिए नमूना संवेदनशीलता का एक सटीक माप प्रयोग से पहले स्थापित किया जाना चाहिए । इसके अलावा, EFTEM टोमोग्राफी नमूना में मौजूद हैं कि रासायनिक तत्वों के स्थानिक स्थान और प्रकृति का निर्धारण करने के लिए आवश्यक के रूप में कई tomograms के रूप में रिकॉर्डिंग का परिणाम है। फिर भी, EFTEM टोमोग्राफी अपने उत्प्रेरक अनुप्रयोगों मॉडलिंग के लिए नए अंतर्दृष्टि देने के लिए, इस तरह के उत्प्रेरक का समर्थन करता है के रूप में नमूनों के लिए 3 डी रासायनिक वितरण के विषय में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकते हैं ।

आज यह समर्पित सॉफ्टवेयर है कि ऊर्जा अंतराल, रिकॉर्ड फ़िल्टर ऊर्जा खिड़की छवियों का चयन कर सकते है का उपयोग संभव है, और अलग झुकाव कोण पर रासायनिक नक्शे की गणना । वे नमूना झुकाव की अनुमति, ट्रैकिंग, ध्यान केंद्रित है, और EFTEM मोड में फ़िल्टर छवि रिकॉर्डिंग । 2 डी रासायनिक नक्शे की गणना की जा सकती है, और फिर झुकाव श्रृंखला गठबंधन किया जा सकता है, रासायनिक मात्रा चलने एल्गोरिदम का उपयोग कर गणना, और अंत में श्रृंखला विभाजित किया जा सकता है और15quantified,16.

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Protocol

1. नमूना तैयारी

  1. एक मोर्टार में नमूना क्रश और यह शराब या आसुत जल में फैलाने; एक माइक्रोस्कोपी ग्रिड पर नमूना की एक छोटी बूंद प्लेस और यह सूखा ।
    नोट: सिलिका एल्यूमिना या टाइटेनिया एल्यूमिना जैसे नमूने एक पाउडर या एक निकाले गए सामग्री हो सकते हैं, और अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके समाधान में क्रश और फैलाया जा सकता है । सामांय में, एट विश्लेषण के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि ग्रिड पर नमूना एकाग्रता कम है, नमूना superposition से बचने के लिए और जब बड़े कोणों पर ग्रिड झुकाव छाया । २००-मेष माइक्रोस्कोपी ग्रिड कि छिद्रित कार्बन या लेसी कार्बन की एक फिल्म का समर्थन करने की सिफारिश कर रहे हैं ।
  2. एक पिपेट का प्रयोग, नमूना पर फिड्यूशियल मार्कर युक्त एक कोलाइडयन समाधान की एक छोटी बूंद डाल दिया । किसी भी अतिरिक्त समाधान को अवशोषित और इसे सूखा ।
    नोट: फिड्यूशियल मार्करों अच्छी तरह से नपे-तुले नैनोकणों एक समाधान में निलंबित कर रहे हैं । फिड्यूशियल मार्कर भी नमूना जोड़ने से पहले ग्रिड पर फैलाया जा सकता है. एक उदाहरण के रूप में, यदि नमूना नैनोकणों से फिड्यूशियल मार्करों के रूप में समान आकार के साथ किया जाता है, ग्रिड पर फिड्यूशियल मार्करों जमा क्रम में उन्हें अच्छी तरह से डेटा विभाजन और ठहराव के दौरान अलग करने के लिए. फिड्यूशियल मार्करों स्थिति का इस्तेमाल किया जब झुका छवियों संरेखित संदर्भ हैं ।

2. फ़िल्टर झुकाव श्रृंखला छवियों की रिकॉर्डिंग

  1. इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ, माइक्रोस्कोपी ग्रिड के केंद्र में एक अलग नमूना मिल.
    नोट: इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में, एक्स अक्ष नमूना धारक के साथ है, Y अक्ष नमूना धारक को सीधा है, और Z अक्ष इलेक्ट्रॉन बीम के साथ है । अधिकतम झुकाव कोण पर नमूना झुकाव करने के लिए सक्षम होने के लिए, एक्स अक्ष के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में स्थित एक नमूना का विश्लेषण.
  2. एक बार जब नमूना अच्छी तरह से तैनात है, नमूना रासायनिक संरचना की जांच करें । ऊर्जा फैलाव का उपयोग कर एक रासायनिक विश्लेषण प्रदर्शन एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री (), या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा नुकसान स्पेक्ट्रोमेट्री (ईल) चुना नमूना पर बीम ध्यान केंद्रित करके, और एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड. यदि नमूने में रुचि के रासायनिक तत्व होते हैं, तो उससे दूर चले जाएं और पास के प्रतिनिधि नमूने पर अगला परीक्षण चलाएं ।
  3. नमूना पर इलेक्ट्रॉन बीम तीव्रता की जांच करें, फ़िल्टर छवियों की ऊर्जा खिड़कियों की चौड़ाई, और प्रत्येक फ़िल्टर छवि के प्रदर्शनी समय । बीम क्षति और रासायनिक अनुमानों में दर्ज रासायनिक संकेत के बीच नमूने के लिए सबसे अच्छा समझौता खोजने के लिए12,13,17.
    नोट: फ़िल्टर किए गए चित्रों में अधिकतम रासायनिक संकेत रिकॉर्ड करने के लिए, अधिकतम बीम तीव्रता का उपयोग करें । हालांकि, इलेक्ट्रॉन बीम के प्रभाव से नमूने में किसी भी परिवर्तन की जांच करने के लिए किसी भी विश्लेषण से पहले एक विकिरण परीक्षण किया जाना चाहिए । ऐसा करने के लिए, झुकाव श्रृंखला की रिकॉर्डिंग के दौरान इलेक्ट्रॉन खुराक की गणना । इसके अलावा, एक आसान परीक्षण से पहले एक छवि और प्रयोग के बाद एक छवि की तुलना द्वारा किया जा सकता है ।
  4. एक 2d रासायनिक नक्शा तीन windows विधि का उपयोग कर की गणना करने के लिए रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर के EFTEM मोड का उपयोग करें, और एक पर्याप्त रासायनिक संकेत रिकॉर्ड किया जाता है की जाँच करें ।
    नोट: सॉफ्टवेयर तीन फ़िल्टर छवियों रिकॉर्ड; पहले दो को तीसरी छवि से पृष्ठभूमि का अनुमान किया जाता है.
    1. सॉफ्टवेयर में, जांच और उसके ionization एज के तहत रासायनिक तत्व का चयन करें । ऊर्जा खिड़की की चौड़ाई और जोखिम समय निर्धारित करें । छवियों को रिकॉर्ड और फिर पृष्ठभूमि निकालने के लिए एक शक्ति कानून का उपयोग कर रासायनिक नक्शे की गणना । ५१२ x ५१२ पिक्सेल के साथ एक ३२-बिट वातावरण में, न्यूनतम संकेत लगभग 300-400 गणना एक रासायनिक छवि में दर्ज पिक्सेल प्रति है ।
  5. eucentric ऊंचाई पर नमूना सेट करें और न्यूनतम झुकाव कोण, यानी,-७० ° या कम, और अधिकतम झुकाव कोण, यानी, + ७० ° या अधिक की जाँच करें ।
  6. नमूना लाने के लिए वापस देखने में विश्लेषण और एक छवि रिकॉर्ड (यह अधिग्रहण से पहले छवि हो जाएगा) । तो उपयुक्त सॉफ्टवेयर का उपयोग कर फ़िल्टर छवियों की झुका श्रृंखला रिकॉर्ड.
    नोट: समर्पित EFTEM टोमोग्राफी plugins एक ही समय में कई झुकाव श्रृंखला रिकॉर्ड कर सकते हैं । इसका मतलब यह है कि, प्रत्येक झुकाव कोण पर, कई क्रमिक छवियों को दर्ज किया जा सकता है । पहली छवि एक फ़िल्टर शूंय पर केंद्रित छवि नुकसान हो सकता है और इस छवि को एक ठेठ उज्ज्वल क्षेत्र छवि है । पूर्व धार छवियों और फिर पहले रासायनिक तत्व की बढ़त के बाद की छवि पूर्व बढ़त छवियों और दूसरा रासायनिक तत्व के बाद बढ़त छवि के बाद कर रहे हैं । रासायनिक तत्वों की उत्तराधिकारी उनके चयनित ionization धार द्वारा दी जाती है.
    1. रिकॉर्डिंग EFTEM झुकाव श्रृंखला सॉफ्टवेयर में, प्रत्येक ऊर्जा खिड़की और उसके जोखिम समय की चौड़ाई का चयन करें, और फिर अधिकतम और न्यूनतम झुकाव कोण और झुकाव के कोणीय कदम. झुकाव श्रृंखला में छवियों की संख्या और इलेक्ट्रॉन बीम करने के लिए नमूने के कुल जोखिम समय के बीच समझौता करने के लिए, 4 °, अर्थात्, ५१ ± ७१ ° के बीच झुकाव श्रृंखला प्रति छवियों के एक झुकाव कदम का उपयोग करें; हालांकि, एक छोटे झुकाव कदम चुना जा सकता है अगर नमूना बीम के नीचे नीचा नहीं है ।
    2. प्रत्येक रासायनिक तत्व के लिए, तीन विंडोज विधि का उपयोग रासायनिक प्रक्षेपण की गणना करने के लिए फ़िल्टर छवियों के तीन झुकाव श्रृंखला रिकॉर्ड. फ़िल्टर छवियों (नमूना अधिक से अधिक 1 मिनट के लिए कुछ झुकाव कोण पर रह सकते हैं) रिकॉर्डिंग जबकि प्रत्येक झुकाव कोण पर नमूना के प्राकृतिक बहाव यों तो, पहली छवि शून्य हानि संकेत पर एक फ़िल्टर छवि हो सकता है ताकि पिछले दर्ज की गई छवि एक unfil हो जाएगा तेरे सभी ऊर्जा पर इलेक्ट्रॉनों द्वारा गठित छवि । उन दो छवियों के नमूने की मोटाई नक्शा गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इसलिए, प्रत्येक झुकाव कोण पर दो तत्वों के रासायनिक वितरण देख के लिए, रिकॉर्ड 7 फ़िल्टर छवियों (1 शूंय हानि, पहले रासायनिक तत्व के लिए 3, दूसरा रासायनिक तत्व के लिए 3) और 1 अनफ़िल्टर्ड छवि (कुल में, 8 झुकाव श्रृंखला दर्ज की गई) ।

3. संरेखण और झुकाव श्रृंखला के पुनर्निर्माण

  1. प्रत्येक झुकाव कोण के लिए प्रत्येक रासायनिक तत्व के लिए इसी तीन फ़िल्टर छवियों संरेखित, और रासायनिक एक विशेष EFTEMTJ15,ImageJ के18 प्लगइन का उपयोग कर नक्शे की गणना । ImageJ सॉफ़्टवेयर में, पथ फ़ाइल का उपयोग करें । खोलें और फ़िल्टर छवियों झुकाव श्रृंखला के लिए इसी फाइल का चयन करें । सभी तीन फ़िल्टर झुकाव श्रृंखला: दो पूर्व बढ़त और एक के बाद बढ़त खोलो ।
    1. समर्पित EFTEMTJ प्लगइन खोलें । पर क्लिक करें + | छवि या स्टैक और झुकाव श्रृंखला है कि पहले से ही खुले है का चयन करें ।
    2. तालिका में प्रकट होता है, प्रत्येक झुकाव श्रृंखला, यानी, ऊर्जा जिस पर प्रत्येक झुकाव श्रृंखला दर्ज की गई थी के लिए ऊर्जा बदलाव भरें । इसके अलावा, भट्ठा चौड़ाई, यानी, ऊर्जा खिड़कियां भरें । प्रत्येक फ़िल्टर की गई छवि के "एक्सपोज़र समय" भरें । सभी तीन झुकाव श्रृंखला मानचित्रणके लिए जांच करें । अगलापर क्लिक करें ।
    3. पहली छवि को संदर्भ छवि के रूप में चुना और फिर लागूकरेंक्लिक करें । अगलापर क्लिक करें: प्रस्तावित संरेखण की एक पूर्वावलोकन छवि प्रकट होता है । नेत्रहीन सत्यापित करें कि एक ही झुकाव कोण पर दर्ज 3 छवियों को अच्छी तरह से superposed है (छवियों के बीच कोई बदलाव नहीं मनाया जाना चाहिए) ।
      नोट: इस प्रोटोकॉल EFTEMTJ प्लगइन के संस्करण ०.९ पर किया गया था । इस समय, एक ही झुकाव कोण पर दर्ज की गई फ़िल्टर छवियों गठबंधन कर रहे हैं ।
    4. EFTEMTJ खिड़की, पृष्ठभूमि के लिए इसी छवियों और रासायनिक बढ़तके लिए पर चयन करें । पावरके रूप में सिग्नल निष्कर्षण के मॉडल का चयन करें, और फिर मानचित्र बनाएंपर क्लिक करें । ImageJ पर, फ़ाइल चुनें । सहेजें और इस अंतिम फ़ाइल को सहेजने के लिए पथ ढूंढें ।
      नोट: रासायनिक नक्शे की झुकाव श्रृंखला प्राप्त की है । कैसे प्लगइन का उपयोग करने के बारे में अधिक जानकारी ऑनलाइन उपलब्ध है ।
    5. सभी रासायनिक झुकाव श्रृंखला के लिए ३.१ कदम दोहराएं ।
  2. Imod सॉफ्टवेयर19 के एक संस्करण का उपयोग करके शूंय हानि झुकाव श्रृंखला संरेखित २००९ में जारी झुकाव श्रृंखला संरेखित करें । सॉफ्टवेयर एक झुकाव श्रृंखला पर एक और ज़ोर श्रृंखला के लिए गणना की संरेखण के आवेदन की अनुमति देता है ।
    नोट: संरेखण सॉफ़्टवेयर प्रत्येक छवि पर लागू सभी विस्थापितों वाली डिस्क फ़ाइलों पर लिखता है । Imod20 का उपयोग कर संरेखण प्रक्रिया कहीं और की समीक्षा की है और इस आलेख के क्षेत्र में नहीं है ।
  3. शूंय-हानि झुकाव श्रृंखला के लिए परिकलित संरेखण का उपयोग करें, और यह पहले से परिकलित रासायनिक झुकाव श्रृंखला के लिए लागू होते हैं ।
    नोट: इस सॉफ्टवेयर संस्करण में, यह फ़ाइल के नाम के संरक्षण और पिछले गणना विस्थापितों को लागू करने से एक रासायनिक झुकाव श्रृंखला फ़ाइल के साथ शूंय हानि झुकाव श्रृंखला फ़ाइल बदलने के लिए संभव है । अंयथा, सॉफ्टवेयर के लिए, फ़ाइल एक ही नाम, एक ही आकार की छवियों की एक ही नंबर होगा, लेकिन यह शूंय हानि छवियों लेकिन रासायनिक छवियां शामिल नहीं होगा ।
  4. पार से बहाव को बढ़ाता है correlating पहले दर्ज की गई छवि, यानी, शून्य हानि पर केंद्र, और पिछले एक (अनफ़िल्टर्ड छवि). सभी फ़िल्टर छवियों दर्ज कर रहे हैं, जबकि नमूना हर झुकाव कोण पर कई सेकंड खर्च कर सकते हैं. इस समय के दौरान, नमूना स्वाभाविक रूप से एक छोटी राशि बहती है ।
    1. ImageJ सॉफ्टवेयर पर, फाइल पर क्लिक करें | खुला है और शूंय हानि गठबंधन झुकाव श्रृंखला का चयन करें, तो रासायनिक नक्शे संरेखित झुकाव श्रृंखला खोलो ।
    2. संपादन पर क्लिक करें | रंग | चैनल मर्जकरें । लाल रंग के लिए शूंय हानि के लिए इसी फ़ाइल का चयन करें, हरी के लिए पहला रासायनिक तत्व है, और दूसरा रासायनिक तत्व नीले रंग के लिए, उस क्रम में । समग्र बनाएं को अनचेक करें और स्रोत छवि रखेंचेक करें । एक ढेर सभी दर्ज की छवियों के लिए प्रत्येक झुकाव कोण पर बनाया गया है ।
    3. Plugins पर क्लिक करें । RGB 21 योजनाओं संरेखितकरें । लाल संदर्भ छवि है । हरे रंग का चयन करें और तीर का उपयोग कर, यह लाल एक पर ओवरलैप । अगले पर क्लिक करें और सभी कोणों के लिए दोहराएँ ।
    4. संपादन पर क्लिक करें | रंग | विभाजन चैनल और आरजीबी स्टैक तीन स्टैक में विभाजित किया जाएगा: लाल शून्य हानि करने के लिए इसी, और हरे और बहाव के साथ रासायनिक नक्शे के लिए इसी नीले सही. फ़ाइल पर क्लिक करें | झुकाव श्रृंखला को बचाने के लिए सहेजें ।
  5. Plugins पर क्लिक करें । Tomoj22,23 लोड कोण प्रपत्र फ़ाइल का चयन करने के लिए । क्योंकि सभी झुकाव श्रृंखला पहले से ही गठबंधन कर रहे हैं, पुनर्निर्माणके लिए सीधे नेविगेट । शूंय-हानि, साथ ही रासायनिक मात्रा, कला, SIRT, ओएस कला, आदिजैसे पुनर्निर्माण एल्गोरिदम का उपयोग कर के संस्करणों की गणना
    नोट: यह रासायनिक वॉल्यूम के पुनर्निर्माण के लिए एक चलने एल्गोरिथ्म का उपयोग करने के लिए अनुशंसित है । इस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके, यह GPU का उपयोग कर वॉल्यूम को फिर से संगठित करने के लिए संभव है ।
  6. सभी वॉल्यूम परिकलित कर रहे हैं एक बार, प्राप्त किए गए वॉल्यूम के लिए भिन्न रंग लागू करें और 3 डी रासायनिक मैप प्राप्त करने के लिए उन्हें एक ही वॉल्यूम में अधिव्याप्त करने के लिए मर्ज चैनल विकल्प का उपयोग करें ।

4.3d मॉडलिंग और ठहराव

  1. Binarize इसी ग्रे स्तर है, जो सफेद में प्राप्त की मात्रा (8 बिट में, तीव्रता २५५ है) और काले (8 बिट में, तीव्रता 0 है) का चयन करके खंगाला ZL मात्रा । ImageJ में, "थ्रेशोल्ड चुनें" विकल्प का उपयोग करें. सभी नमूने के लिए इसी पिक्सल का चयन करें (एक BF छवि में, गहरा पिक्सल नमूना द्रव्यमान के अनुरूप) और एक मात्रा जहां नमूना सफेद है और वैक्यूम काला है बनाते हैं ।
    नोट: शून्य-हानि मात्रा विश्लेषण नमूना, यानी, आकार और नमूने के आकार की रूपात्मक जानकारी प्रदान करता है ।
  2. २५५ द्वारा शूंय हानि की बाइनरी मात्रा विभाजित है, और एक मात्रा प्राप्त जहां नमूने के अंदर तीव्रता 1 और कहीं 0 रहे हैं । यह सामान्यीकृत मात्रा है ।
  3. परिकलित रासायनिक खंड में से प्रत्येक के द्वारा सामान्यीकृत मात्रा गुणा (चरण ४.१) जहाँ नमूना के अंदर तीव्रता रासायनिक जानकारी के लिए संगत है, और इन तीव्रता 0 कहीं भी हैं एक वॉल्यूम प्राप्त करने के लिए ।
    नोट: रासायनिक जानकारी नमूने से व्युत्पंन है और इसलिए, सभी कलाकृतियों बाहर रखा गया है ।
  4. ImageJ में, रासायनिक मात्रा के हिस्टोग्राम की गणना और एक सारणीबद्ध सॉफ्टवेयर में हिस्टोग्राम के मूल्यों को आयात.
    1. सारणीबद्ध सॉफ्टवेयर में, 0 (इस लाइन शूंय से मेल खाती है की एक तीव्रता डकैती गिनती के साथ लाइन को नष्ट) ।
    2. किसी नए स्तंभ में, वॉल्यूम में प्रत्येक तीव्रता के अनुपात की गणना करें. सभी गिनती के योग से प्रत्येक तीव्रता की गिनती विभाजित है, और यह १०० से गुणा ।
    3. किसी नए स्तंभ में, गणना के वर्तमान अनुपात को वृद्धिशील रूप से जोड़कर, पिछले अनुपात के साथ पहले परिकलित करके खंड योग की तीव्रता के अनुरूप अनुपात परिकलित करें.
      नोट: रासायनिक मात्रा में, उच्च तीव्रता रासायनिक जानकारी के अनुरूप । हालांकि, तीव्रता कम कर रहे है और मात्रा में शोर उच्च । थ्रेशोल्ड उच्चतम तीव्रता का चयन करके बनाया जाता है ।
    4. मछली के स्पेक्ट्रम से गणना की नमूना में रासायनिक तत्व के सापेक्ष एकाग्रता जानने के लिए, चोरी तीव्रता का चयन करें । २५५ से शुरू (यदि मौजूदा) और कम तीव्रता रासायनिक तत्व एकाग्रता करने के लिए इसी ।
    5. रासायनिक एकाग्रता के लिए इसी सबसे कम तीव्रता खोजने के लिए, स्तंभ जहां इसी तीव्रता के अनुपात कुल मात्रा में गणना की गई थी नेविगेट करने के लिए, १००% सामान्य रूप से २५५ की तीव्रता से मेल खाती है. १००% से, रासायनिक तत्व की गणना सापेक्ष अनुपात निकालने (ईल स्पेक्ट्रम से): परिणाम सीमा में न्यूनतम तीव्रता के अनुरूप होगा. इस तरह, रासायनिक बायनेरिज़ मात्रा प्राप्त कर रहे हैं, जहां voxels २५५ की तीव्रता के साथ रासायनिक तत्व के अनुरूप है और बाकी सभी 0 रहे हैं । दूसरे तत्व के लिए प्रक्रिया को दोहराएँ और दो रासायनिक बायनेरिज़ वॉल्यूम प्राप्त करें ।
  5. मर्ज चैनल विकल्प का उपयोग कर बायनेरिज़ रासायनिक वॉल्यूंस ओवरलैप और एक RGB वॉल्यूम बनाने के लिए प्रत्येक तत्व खंड के लिए कोई भिंन रंग असाइन करें ।
    नोट: दो बायनेरिज़ रासायनिक मात्रा अतिव्यापी द्वारा, voxels कि आरोपित हैं, जो दोनों रासायनिक तत्वों (कम्यूनल voxels) और voxels है कि किसी भी रासायनिक तत्व (मुक्त voxels) से संबंधित नहीं है के लिए कर रहे है पर प्रकाश डाला । उदाहरण के लिए, लाल और हरे रंग का बायनेरिज़ रासायनिक खंड बनाने सांप्रदायिक voxels कि पीले हैं ।
  6. 8 बिट्स मात्रा में आरजीबी मात्रा रूपांतरण; रंग अलग ग्रे तीव्रता होगा । थ्रेशोल्ड विकल्प का उपयोग करते हुए, दोनों रासायनिक प्रजातियों (RGB मात्रा में पीला) से संबंधित voxels का चयन करें । फिर, एक ही थ्रेशोल्ड विकल्प का उपयोग करते हुए, किसी भी रासायनिक तत्व से संबंधित नहीं है voxels का चयन करें (वे पहले से चयनित voxels से कम तीव्रता है) । 0 तीव्रता के साथ शूंय का चयन न करें ।
  7. कम्यूनल voxels के वॉल्यूम और फ्री voxels की मात्रा को सामान्य करें । रासायनिक मात्रा द्वारा मुक्त voxels के संस्करणों गुणा, तो अन्य रासायनिक मात्रा घटाना.
    नोट: यह प्रत्येक voxel में रासायनिक तत्व है कि उच्चतम तीव्रता है गणना करता है ।
  8. voxels है कि संबंधित है और voxels है कि रासायनिक तत्व है कि उन voxels में सबसे अधिक तीव्रता है की मात्रा से संबंधित नहीं है के संस्करणों जोड़ें ।
    नोट: इस तरह, प्रत्येक सांप्रदायिक voxel या मुक्त voxel विभेदित और रासायनिक तत्व है कि voxel में सबसे अधिक तीव्रता है की मात्रा के लिए आवंटित किया जाता है । यह "छवि कैलकुलेटर" विकल्प के द्वारा किया जा सकता है:

Equation 1

  1. नमूना बनाने वाले voxels की संख्या का अंदाजा लगाने के लिए, सेगमेंटेड वॉल्यूम को विशेषीकृत सरफ़ेस रेंडरिंग सॉफ़्टवेयर में आयात करें, जैसे 3d स्लाइसर. फिर, 3 डी में नमूने की मात्रा प्राप्त करने के लिए एनएम3 में एक voxel की मात्रा गुणा ।
  2. खोज किनारों विकल्प का उपयोग कर, नमूना की सतह बनाने voxels मात्रा, और नमूना की सतह को प्राप्त करने के लिए एनएम2 में voxel क्षेत्र के साथ गुणा ।
  3. नमूना के द्रव्यमान द्वारा नमूना की सतह विभाजित करके विशिष्ट सतह क्षेत्र की गणना ।
    नोट: नमूने के द्रव्यमान नमूने के सैद्धांतिक घनत्व का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है । सामांय में, एट द्वारा परिकलित विशिष्ट सतह क्षेत्र 10 विशिष्ट सतह जैसे N2 सोखना desorption समर्पित विधियों द्वारा परिकलित से कम है ।
  4. ताकना आकार वितरण की गणना करने के लिए, शूंय हानि (BF मात्रा) के बायनेरिज़ खंड का उपयोग करें । BF पुनर्निर्माण के द्विआधारी मात्रा 3 डी toolkit का उपयोग कर फैली हुई है/रूपात्मक फैली 3 डी प्लगइन जब तक सभी pores कवर कर रहे है और फिर 3 डी toolkit का उपयोग कर घिस/रूपात्मक घिस 3d के रूप में कई बार के रूप में फैली हुई है । फिर, प्राप्त की गई मात्रा को एक समर्पित सतह प्रतिपादन सॉफ्टवेयर का उपयोग कर visualized किया जा सकता है कि pores वितरण मात्रा में परिणाम के लिए, बायनेरिज़ BF मात्रा के औंधा मात्रा से गुणा है ।

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Representative Results

इस प्रोटोकॉल के अनुप्रयोग का एक उदाहरण संदर्भ13में दिखाया गया है । EFTEM टोमोग्राफी टाइटेनिया एल्यूमिना उत्प्रेरक का समर्थन करता है का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । राज्यमंत्री2 नैनोकणों के सक्रिय चरण के उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ाने के लिए, hydrodesulfurization (HDS) जैसे अनुप्रयोगों में, यह महत्वपूर्ण है कि टाइटेनिया समर्थन सतह पर है, और सक्रिय चरण के साथ संपर्क में है । यह ज्ञात है कि टाइटेनिया में एल्यूमिना की तुलना में छोटी विशिष्ट सतह होती है । अध्ययन का उद्देश्य एल्यूमिना द्वारा समर्थित टाइटेनिया का निर्माण करना है (और इस प्रकार, एक बढ़ाया विशिष्ट सतह बनाने के लिए), और फिर यह एक उत्प्रेरक समर्थन के रूप में परीक्षण करने के लिए । यहाँ, EFTEM टोमोग्राफी स्विंग पीएच विधि द्वारा तैयार टाइटेनिया-एल्यूमिना विषम उत्प्रेरक समर्थन का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किया जाता है । इस अध्ययन में विभिन्न टाइटेनिया सांद्रता के तीन नमूनों का विश्लेषण किया जाता है । नमूना 1 ५०% एल्यूमिना और ५०% टाइटेनिया से बना है, नमूना 2 ७०% एल्यूमिना और 30% टाइटेनिया से बना है, और नमूना 3 ९०% एल्यूमिना और 10% टाइटेनिया से बना है । चित्र 1a-1cमें, XY विमान के समानांतर रासायनिक मैप्स के क्रॉस अनुभागों को दिखाया गया है । ग्रीन टाइटेनिया के स्थानिक रासायनिक वितरण का प्रतिनिधित्व करता है, लाल एल्यूमिना के वितरण का प्रतिनिधित्व करता है, और नीला निर्वात का प्रतिनिधित्व करता है । रासायनिक मात्रा तीन-windows विधि के साथ झुकाव श्रृंखला से गणना कर रहे हैं. फ़िल्टर ऊर्जा खिड़कियों के रूप में इस प्रकार थे: 10 ev चौड़ा, ५९, ७०, और ८१ ev पर केंद्रित, अल एल23 के लिए 3 एस की एक प्रदर्शनी समय होने के किनारे पर स्थित ७३ ev और 30 ev चौड़ा, ४१५, ४४५, और ४८२ ev पर केंद्रित, तिवारी के लिए 15 एस की एक रिकॉर्डिंग समय होने एल23 एज ४५५ eV में स्थित है । स्थिति और चौड़ाई, के रूप में अच्छी तरह के रूप में फ़िल्टर छवियों का जोखिम समय के लिए एक जासूसी रासायनिक संकेत के साथ एक रासायनिक नक्शा प्राप्त करने के लिए चुना गया । झुकाव श्रृंखला के बीच दर्ज किया गया-७१ ° और + ७१ ° के बारे में ११९ मिनट में है Saxton मोड24 में 4 डिग्री की वृद्धि के साथ ।

यह पाया गया कि एक उच्च एकाग्रता पर टाइटेनिया समूहों है कि एल्यूमिना में एंबेडेड है बनाने है । मॉडल (नमूना 1), 1e (नमूना 2), और 1f (नमूना 3) चित्र 1 डी में प्रदर्शित कर रहे हैं । मॉडलों में टाइटेनिया नीले रंग में प्रदर्शित होता है और यह एल्यूमिना पारदर्शी लाल रंग में प्रदर्शित होता है । इन मॉडलों में नमूनों की सतह पर टाइटेनिया और एल्यूमिना के रासायनिक वितरण का प्रयोग quantified गया । यह पाया गया कि नमूने में टाइटेनिया और एल्यूमिना के अनुपात से स्वतंत्र, नमूना की सतह को 30% के अनुपात में टाइटेनिया के साथ कवर किया गया है । हालांकि, नमूने की विशिष्ट सतह बढ़ती जा रही है, जबकि एल्यूमिना की विशिष्ट सतह तक पहुंचने के लिए टाइटेनिया अनुपात कम हो रहा है । केवल 10% टाइटेनिया युक्त नमूना 3 के लिए, के बारे में 10 एनएम मोटी की एक परत नमूना की सतह पर बना है । इसके अलावा, रासायनिक नक्शा तीन संस्करणों अतिव्यापी द्वारा बनाई गई है: लाल रंग में सिलिका, हरे रंग में टाइटेनिया, और नीले में शूंय नुकसान । लाल और हरे रंग के बीच का मिश्रण पीला voxels हैं । पीले voxels उस voxel में सबसे अधिक तीव्रता वाले तत्व को मॉडल में जिंमेदार ठहराया जाता है । यह 3 डी रासायनिक नक्शे के स्थानिक संकल्प में एक सीमा है, जो सीधे एट में अनिसोट्रोपिक संकल्प और EFTEM द्वारा प्रदान की 2d रासायनिक नक्शे के संकल्प से संबंधित है । विश्लेषण ऐसी एक्स-रे प्रतिदीप्ति, एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी, और एन2 porosimetry के रूप में अंय विश्लेषणात्मक तकनीकों के साथ संबंधित है । यह निष्कर्ष निकाला गया है कि विशिष्ट सतहों के बीच अंतर उत्प्रेरक अनुप्रयोगों में एक भूमिका निभा सकता है ।

एक दूसरे उदाहरण के रूप में,17 में विस्तृत अध्ययन दिखाया गया है । इस अध्ययन में, हम सिलिका एल्यूमिना उत्प्रेरक का समर्थन करता है की एक श्रृंखला का विश्लेषण किया । इन उत्प्रेरक का समर्थन करता है एक aluminosilicate के गठन, एल्यूमिना और सिलिका के बीच मिश्रण द्वारा प्रदान की अंलता । अध्ययन के लक्ष्य के लिए दो घटकों के बीच मिश्रण मात्रा था । प्रयोगात्मक चैलेंज तथ्य यह है कि एल के23 किनारों और एसआई बहुत करीब हैं, ७३ ev और ९९ ev में क्रमशः, और अल के ionization एज si के ionization एज के साथ ओवरलैप में झूठ बोला था । इन शर्तों के तहत तीन विंडो विधि रासायनिक संकेत निकालने के लिए कम सटीक है । आदेश में अल और एसआई के दो संकेतों अंतर करने के लिए, "आर अनुपात" विधि विकसित किया गया था, संदर्भ12में विस्तृत. फ़िल्टर छवियों झुकाव श्रृंखला के बारे में 83-104 मिनट में Saxton के मोड में 4 डिग्री की एक वृद्धि कदम के साथ नमूना फार्म-७१ ° से + ७१ ° झुकाव द्वारा दर्ज किए गए थे । एसआई के एल23 ionization एज के सिग्नल को अलग करने के लिए तीन फ़िल्टर्ड इमेज रिकॉर्ड किए गए । छवियों ५९ ev, ७० ev, और ८१ ev पर केंद्रित थे, 10 ev व्यापक थे, और 5 एस के लिए उजागर । अल के एल23 एज करने के लिए इसी संकेत के लिए, केवल दो फ़िल्टर छवियों दर्ज किए गए थे, ९९ ev और ११० ev, 10 ev चौड़ा, और 12 एस के लिए उजागर पर केंद्रित ।

इस अध्ययन में, हम अल और एसआई विभिंन तरीकों से तैयार की चार नमूनों की एक श्रृंखला का विश्लेषण किया । चित्रा 2a XY विमान और सोल-पाउडर विधि द्वारा तैयार नमूने के मॉडल के समानांतर रासायनिक नक्शा के एक पार अनुभाग है । इस नमूने थर्मल भाप के तहत इलाज किया गया था, दूसरा नमूना उपज, जिसका रासायनिक नक्शा और मॉडल चित्र बीमें प्रदर्शित कर रहे हैं । चित्र 2c यांत्रिक मिश्रण द्वारा तैयार नमूने के रासायनिक नक्शे से पता चलता है. इस नमूने से, गर्म भाप के तहत एक थर्मल उपचार के बाद, हम चौथा नमूना प्राप्त, चित्र 2dमें दिखाया गया है । एल्यूमिना के लिए रासायनिक नक्शे और मॉडल लाल होते हैं और सिलिका के लिए हरे रंग के होते हैं, जबकि एन्हांस्ड नीला सिलिका और एल्यूमिना के बीच की सतह पर सीमा का प्रतिनिधित्व करता है । एसिड उत्प्रेरक गतिविधि नमूना की सतह पर एल्यूमिना और सिलिका के बीच मिश्रण द्वारा दिया जाता है । यह पाया जाता है कि तैयारी विधि के स्वतंत्र, सिलिका नमूना सतह के केवल 30% शामिल हैं । थर्मल उपचार के बाद, रासायनिक वितरण अधिक सजातीय है, और सतह ५०% सिलिका और ५०% एल्यूमिना के साथ कवर किया जाता है । सोल-पाउडर विधि यांत्रिक मिश्रण के साथ तुलना में घटकों के बीच एक उच्च एकरूपता के साथ नमूने प्रदान करता है । एल्यूमिना में एंबेडेड सिलिका के छोटे डोमेन नमूने में मौजूद हैं । यांत्रिक मिश्रण द्वारा तैयार नमूने के लिए, सिलिका नमूना के मूल रूपों और एल्यूमिना एक खोल के रूप में मौजूद है । दोनों नमूनों कि थर्मल इलाज नहीं कर रहे है की एक सामांय विशेषता के रूप में, सिलिका केंद्र में है, और एल्यूमिना सतह पर है ।

aluminosilicate द्वारा उपलब्ध कराई गई एसिड साइट घनत्व सिलिका और एल्यूमिना के बीच अंतरंग मिश्रण द्वारा गठित, इसकी सतह पर Brønsted एसिड साइटों का निर्माण, मनमाने ढंग से इकाइयों में मापा जाता है (a.u.)/m2 सह सोखना । सिलिका और एल्यूमिना के बीच की सीमा का परिमाणीकरण m/g या m/एम2में किया गया था, जो भौतिक इकाइयां जानी जाती हैं । ज़ाहिर है, सिलिका और एल्यूमिना के बीच का इंटरफेस मोटा हो सकता है, लेकिन स्थानिक प्रस्ताव तक पहुंच गया कि इसी चौड़ाई के सटीक मूल्य की गणना की अनुमति नहीं है । हालांकि, इस अध्ययन के सिलिका और एल्यूमिना के बीच इंटरफेस की एक गहरी समझ की ओर रास्ता खुल जाता है ।

Figure 1
चित्रा 1: क्रॉस वर्गों और टाइटेनिया और एल्यूमिना नमूनों के मॉडल को खंगाला । XY विमान के लिए रासायनिक नक्शा समानांतर के माध्यम से पार वर्गों, जहां रासायनिक वितरण टाइटेनिया (हरे रंग में), एल्यूमिना (लाल), और निर्वात (नीले रंग में) के लिए दिखाया गया है: (a) नमूना 1, ५०% एल्यूमिना और ५०% टाइटेनिया, (b) नमूना 2, ७०% एल्यूमिना और 30% टाइटेनिया, और (ग) नमूना 3, ९०% एल्यूमिना और 10% टाइटेनिया । (घ) (ङ) और (च) पारदर्शी लाल रंग में नीले और एल्यूमिना में टाइटेनिया के साथ क्रमशः नमूना १, नमूना २, और नमूना ३ के मॉडलों को प्रदर्शित करना. नमूना 1 और नमूना 2 में, एल्यूमिना टाइटेनिया एंबेड होता है । नमूना 3 में, टाइटेनिया के 10 एनएम के एक पतली परत नमूना की सतह पर बना है । यह आंकड़ा Roiban एट अल से संशोधित किया गया है । 13 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2: क्रॉस अनुभागों और सिलिका और एल्यूमिना नमूनों के मॉडल को खंगाला । बाईं तरफ, रासायनिक संस्करणों से XY विमान के समानांतर पार वर्गों रहे हैं, सही पर खंगाला मॉडल हैं । एल्यूमिना को लाल, हरे रंग के सिलिका में दिखाया जाता है, और सिलिका और एल्यूमिना की सतहों के बीच की सीमा नीले रंग में दर्शायी जाती है । उन मॉडलों में, सीमा कृत्रिम रूप से एक 4-voxel क्षेत्र के लिए इसे दृश्यमान बनाने के द्वारा फैली हुई है । (क) सोल-पावडर पद्धति द्वारा तैयार किए गए नमूने, (ख) सोल-पावडर विधि द्वारा तैयार किए गए नमूने और ताप का उपचार, (ग) यांत्रिक मिश्रण पद्धति द्वारा तैयार किए गए नमूने, और (घ) द्वारा तैयार किए गए नमूने यांत्रिक मिश्रण विधि और थर्मल इलाज किया । यह आंकड़ा Roiban एट अल से संशोधित किया गया है । 17 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

इस पत्र का उद्देश्य EFTEM टोमोग्राफी का उपयोग कर 3 डी रासायनिक नक्शे प्राप्त करने के लिए कैसे वर्णन है । यह प्रोटोकॉल पूरी तरह से मौलिक है और लेखकों द्वारा विकसित किया गया था ।

EFTEM टोमोग्राफी के रूप में यहां वर्णित कई कमियां हैं: (i) केवल नमूने है कि इलेक्ट्रॉन किरण प्रतिरोधी रहे है विश्लेषण किया जा सकता है, लंबे समय जोखिम फ़िल्टर छवियों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय के कारण । (ii) EFTEM टोमोग्राफी विवर्तन कंट्रास्ट के प्रति संवेदनशील है । (iii) कई संरेखण मैंयुअल रूप से निष्पादित किए गए थे । 3 डी रासायनिक नक्शा प्राप्त करने के लिए, शून्य घटाने की मात्रा और रासायनिक मात्रा निर्देशांक की एक एकल प्रणाली में होने की जरूरत है. यह आवश्यक है कि सभी झुकाव श्रृंखला एक ही समंवय प्रणाली में पूरी तरह से गठबंधन किया जाना है । यह एक लंबे समय के कार्य की अवधि का प्रतिनिधित्व करता है प्रति नमूना ंयूनतम दो सप्ताह । समय लेने के बावजूद, इस प्रोटोकॉल एक nanometric संकल्प पर 3 डी रासायनिक नक्शे की गणना की अनुमति देता है । इसके अलावा, अंय स्पेक्ट्रोस्कोपी और विश्लेषणात्मक तकनीक के साथ संयुक्त जैसे, एक्स-रे प्रतिदीप्ति, एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्विचेज स्पेक्ट्रोस्कोपी, या जादू-कोण कताई (MAS) एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक कार्यात्मक सामग्री का पूरा विवरण हो सकता है बनाया.

इलेक्ट्रॉन बीम तीव्रता आमतौर पर इलेक्ट्रॉन बीम संघनित्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है । ऊर्जा खिड़की के माध्यम से जो फ़िल्टर छवियों को दर्ज कर रहे है की चौड़ाई, और उनके जोखिम समय रासायनिक संकेत तीव्रता प्रत्येक रासायनिक प्रक्षेपण में दर्ज की है, जो झुका अनुमानों के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा रासायनिक मात्रा फिर से संगठित प्रभाव होगा । फ़िल्टर किए गए चित्रों के जोखिम समय झुकाव श्रृंखला की रिकॉर्डिंग के दौरान एक गहन इलेक्ट्रॉन बीम के तहत नमूना के कुल जोखिम समय को प्रभावित करेगा । यदि एक नमूना बीम के नीचे बहुत अधिक समय के लिए रहता है, यह कठोर संशोधनों पीड़ित कर सकते हैं । ऊर्जा खिड़कियों की चौड़ाई पृष्ठभूमि सन्निकटन एक शक्ति कानून का उपयोग करने के लिए पोस्ट-एज फ़िल्टर तीन-windows विधि का उपयोग कर छवि से रासायनिक संकेत निकालने के लिए प्रभावित करता है ।

चूंकि यह एक चुनौतीपूर्ण तकनीक है, और समय लेने, EFTEM टोमोग्राफी व्यापक पैमाने पर लागू करने के लिए व्यावहारिक नहीं है । हालांकि, इस तरह के विकास के रूप में नई तकनीकी सुधार और अधिक संवेदनशील स्पेक्ट्रोमीटर25 और तेजी से रिकॉर्डिंग कैमरों26,27 (कैमरों संदर्भ सूची एक आंशिक सूची है) झुकाव के कुल रिकॉर्ड समय कम हो जाएगा श्रृंखला और रासायनिक नक्शे के ऊर्जावान संकल्प में वृद्धि होगी । जैसा कि पहले उल्लेख किया है, संरेखण के कई मैनुअल, संकेत निष्कर्षण और रासायनिक अनुमानों की गणना से एक ही संदर्भ में सभी अनुमानों के संरेखण के लिए कर रहे हैं । स्वचालित प्रक्रियाओं के विकास के नियमित विश्लेषण में EFTEM टोमोग्राफी का एक अधिक सामांय उपयोग पैदा करेगा ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम उच्च शिक्षा और अनुसंधान, संमेलनों Industrielles de गठन सममूल्य ला सभ्य (CIFRE) और IFP ऊर्जा Nouvelles उनके वित्तीय सहायता के लिए के फ्रांसीसी मंत्रालय के आभारी हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
JEOL 2100f JEOL Electron microscope
Tridiem Gatan Imaging Filter (GIF) Gatan Post colum energy filter
Digital micrograph Gatan Software
Gatan EFTEM tomography plugin Gatan Dedicated software to record filtered tilt series for EFTEM tomograohy
Tomoj Imagej plugin http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ Free software developed by Currie Institute in Paris, France for electron tomography
EFTEM-Tomoj Imagej plugin http://www.cmib.fr/en/download/softwares/ Free software developed by Currie Institute in Paris, France , for EFTEM imaging
Imod http://bio3d.colorado.edu/imod/ Free software developed by University of Colorado, USA for electron tomography
Imagej https://imagej.nih.gov/ij/ Free software developed by National Institute of Mental Health, Bethesda, Maryland, USA for images treatment
Merge channels https://imagej.net/Color_Image_Processing Fonction in Imagej allowing to give different colors to volumes while they are overlapped
3D Slicer https://www.slicer.org/ Free software developed by a large consortium lead by Ron Kikinis , Harvard Medical School, Boston, MA, SUA
Chimera https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/ Free software developed by the Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics at the University of California, San Francisco,for data segmentation, cuatification and visualisation of 3D models
silica alumina support of catalyst IFPEN sample prepared for eleboration of this protocol
titania alumina support of catalyst IFPEN sample prepared for eleboration of this protocol
alcohol
water
Au nanoparticles of 5 nm BBI Solutions
Holey carbn film 200 mesh microscopy grid Agar
EDX sepctrometer Oxford Instruments

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References

  1. Frank, J. Electron Tomography - Methods for Three-Dimensional Visualization of Structures in the Cell. , Springer-Verlag. New York. (2006).
  2. Midgley, P. A., Dunin-Borkowski, R. E. Electron tomography and holography in materials science. Nat. Mater. 8, 271-280 (2009).
  3. Carenco, S. The core contribution of transmission electron microscopy to functional nanomaterials engineering. Nanoscale. 8 (3), 1260-1279 (2016).
  4. Radon, J. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten. Akad. Wiss. 69, 262-277 (1917).
  5. Radermacher, M. Radon transform techniques for alignment and three-dimensional reconstruction from random projections. Scanning Microscopy. 11, 171-177 (1997).
  6. Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Pham-Huu, C., Drillon, M., Ersen, O. 3D-TEM investigation of the nanostructure of a δ-Al2O3 catalyst support decorated with Pd nanoparticles. Nanoscale. 4 (3), 946-954 (2012).
  7. Georgescu, D., Roiban, L., Ersen, O., Ihiawakrim, D., Baia, L., Simon, S. Insights on Ag doped porous TiO2 nanostructures: a comprehensive study of their structural and morphological characteristics. RSC Adv. 2 (12), 5358 (2012).
  8. Shakeri, M., Roiban, L., Yazerski, V., Prieto, G., Gebbink, M. J. M. G., de Jongh, P. E., de Jong, K. P. Engineering and Sizing Nanoreactors To Confine Metal Complexes for Enhanced Catalytic Performance. ACS Catal. 4 (10), 3791-3796 (2014).
  9. Midgley, P. A., Weyland, M. 3D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography. Ultramicroscopy. 96 (3-4), 413-431 (2003).
  10. Ersen, O., Florea, I., Hirlimann, C., Pham-Huu, C. Exploring nanomaterials with 3D electron microscopy. Mater. Today. 18 (7), 395-408 (2015).
  11. Lepinay, K., Lorut, F., Pantel, R., Epicier, T. Chemical 3D tomography of 28nm high K metal gate transistor: STEM XEDS experimental method and results. Micron. 47, 43-49 (2013).
  12. Roiban, L., Sorbier, L., Pichon, C., Bayle-Guillemaud, P., Werckmann, J., Drillon, M., Ersen, O. Three-Dimensional Chemistry of Multiphase Nanomaterials by Energy-Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography. Microsc. Microanal. 18 (05), 1118-1128 (2012).
  13. Roiban, L., Sorbier, L., Hirlimann, C., Ersen, O. 3 D Chemical Distribution of Titania-Alumina Catalyst Supports Prepared by the Swing-pH Method. ChemCatChem. 8 (9), 1651-1657 (2016).
  14. Egerton, R. F. Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope. , Springer. (2011).
  15. Messaoudi, C., Aschman, N., Cunha, M., Oikawa, T., Sorzano, C. O. S., Marco, S. Three-Dimensional Chemical Mapping by EFTEM-TomoJ Including Improvement of SNR by PCA and ART Reconstruction of Volume by Noise Suppression. Microscopy and Microanalysis. 19 (6), 1669-1677 (2013).
  16. Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., Ferrin, T. E. UCSF Chimera-A visualization system for exploratory research and analysis. Journal of Computational Chemistry. 25 (13), (2004).
  17. Roiban, L., Ersen, O., Hirlimann, C., Drillon, M., Chaumonnot, A., Lemaitre, L., Gay, A. S., Sorbier, S. Three-Dimensional Analytical Surface Quantification of Heterogeneous Silica-Alumina Catalyst Supports. ChemCatChem. 9 (18), 3503-3512 (2017).
  18. EFTEM-TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/EFTEM-TomoJ.html (2018).
  19. Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD. J Struct Biol. 116 (1), 71-76 (1996).
  20. The IMOD Home Page. , Available from: http://bio3d.colorado.edu/imod/ (2018).
  21. Landini, G. Align RGB planes. ImageJ. , Available from: https://ImageJ.net/Align_RGB_planes (2018).
  22. Messaoudi, C. TomoJ. , Available from: http://www.cmib.fr/en/download/softwares/TomoJ.html (2018).
  23. MessaoudiI, C., Boudier, T., Sorzano, C., Marco, S. TomoJ: tomography software for three-dimensional reconstruction in transmission electron microscopy. BMC Bioinf. 8 (1), 288 (2007).
  24. Saxton, W. O., Baumeister, W., Hahn, M. Three-dimensional reconstruction of imperfect two-dimensional crystals. Ultramicroscopy. 13 (1-2), 57-70 (1984).
  25. Gatan, Inc. Quantum Energy Filters High Throughput Spectrometers. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/gif-quantum-energy-filters (2018).
  26. Gatan, Inc. Direct Detection 16-Megapixel Camera. , Available from: http://www.gatan.com/products/tem-imaging-spectroscopy/k2-direct-detection-cameras (2018).
  27. Direct Electron, LP. DE-Series Cameras. , Available from: http://www.directelectron.com/products/de-series (2018).

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Roiban, L., Sorbier, L., Hirlimann, C., Ersen, O. Obtaining 3D Chemical Maps by Energy Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography. J. Vis. Exp. (136), e56671, doi:10.3791/56671 (2018).

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