HARİTALAR kullanarak x-ışını Floresans veri miktarının

Senkrotron tabanlı X-ışını floresansı; biyoloji, kimya ve malzeme bilimi dahil olmak üzere pek çok alandaki numunelerde element ayrışmasını, stokiyometrik ilişkileri ve kümelenme davranışını gözlemlemek için kullanılan önemli bir tekniktir. Ham floresans sayımlarını elementel alan kütlelerine dönüştürmek için uygun nicelleştirme prosedürleri uygulanana kadar, bu çalışmalardan elde edilen bilgiler nitel düzeydedir. Bu video, iki boyutlu X-ışını floresans haritaları için sayısal veriler üretmek amacıyla Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından geliştirilen nicelleştirme programının nasıl kullanılacağını gösterecektir.

MAPS programını kullanmak için öncelikle IDL yazılımının internetten indirilmesi gerekir. Bu işlem şu an için IDL web sitesine giderek bir hesap oluşturularak gerçekleştirilebilir. Ardından, Hesabım (My Account) ve ardından İndirmeler (Downloads) seçeneğini belirleyin; bu işlem tüm mevcut programların listelendiği bir sayfayı açacaktır.

Aşağı kaydırın ve IDL'nin en güncel sürümünü seçin. Ardından MAPS, Argonne National Laboratory web sitesinden indirilebilir. Zip klasörü indirilip çıkartıldıktan sonra dört dosya bulunmalıdır.Compound.

dat, henke. xdr, maps ve xrf_library.csv. Maps dışındaki üç dosya, lib isimli IDL alt klasörüne kopyalanıp yapıştırılmalıdır.

Windows bilgisayarlar için bu büyük olasılıkla Program Files altındaki Exelis klasöründe bulunabilir. Genellikle fit işlemini masaüstünden çalıştırmak kolaydır, ancak klasör adının ve dosya yolunun herhangi bir boşluk veya özel karakter içermemesi kritik önem taşır; aksi takdirde MAPS, fit işlemini çalıştırmaya çalışırken hata verecektir. Masaüstüne giden yol boşluk içeriyorsa, klasörü başka bir yere yerleştirin.

Örneğin, doğrudan C sürücüsünün içine. Bu gösterim için, kolay erişim sağlamak amacıyla Fitting Klasörü'nü ve MAPS.sav simgesini masaüstüne yerleştireceğim.

Bu klasörün içine maps_fit_parameters_override.txt ve maps_settings.txt dosyalarını yerleştirin. Bu dosyaların örnekleri destekleyici belgelerde sunulmuştur.

Ardından mda adında bir klasör oluşturun ve başlangıçtaki uyumlama işlemi için kullanılacak seçilen yüksek çözünürlüklü harita dosyasını buraya yapıştırın. Standart uyumlama için gereken dosyalar da eklenmiş olmalıdır ve bu dosyalar, sektör tarafından kullanılan detektör elemanlarının sayısına bağlı olarak bir veya dört dosyayı içermelidir. Bu dosyalar standardı temsil eder.

AXO standardı kullanıldıysa dosya axo_std. mca olarak adlandırılmalıdır; aksi takdirde, NIST veya başka bir standart kullanıldıysa, bu dosyalar daha sonra seçileceği için mca ile biten herhangi bir isim verilebilir. Ardından, dörtlü bölmeli bir dedektör için standart ve fit_parameter dosyaları, mca0 ile mca3 ve txt0 ile txt3 arasında değişecek şekilde ve sonunda txt olan tek bir fit_parameters dosyası içerecek şekilde adlandırılmalıdır.

Ardından, maps ayar dosyasını kontrol ederek doğru sayıda detektör elemanı kullanıldığından emin olun. Bu uyumlandırma durumunda, bir detektör elemanı kullanılmıştır. Uyumlandırma klasörü hazırlandıktan sonra MAPS programını açın ve dizini masaüstünde yeni oluşturulan klasör olarak değiştirin.

Ardından tamam'a tıklayın ve konfigürasyona gidin. Konfigürasyon penceresi, uyumlama (fitting) parametrelerini belirleyen çeşitli özelliklere sahiptir. İlk olarak, ölçümler için kullanılan hüzme hattını temsil eden beamline'ı seçin.

Ölçümler Argonne National Laboratory'de yapılmışsa, ışın hattı doğrudan karşılık gelmelidir. Aksi takdirde, hangi seçimin kullanılacağına dair ek bilgiler makalede yer almaktadır. Ardından kullanılacak mda dosyası seçilmeli ve ölçüm için kullanılan gelen enerji değeri girilmelidir.

İşlemeyi başlat seçeneğini belirleyin ve program bitene kadar bekleyin. İşlem tamamlandığında, dosya menüsüne gidin ve ardından ilk seçeneği belirleyin. XRF görüntü ortalamasını veya tekil elementi açın.

Program tarafından bir dizi yeni klasör oluşturulmuş olmalıdır; img klasörünü seçin; üretilen fit dosyaları veya h5 dosyaları bu klasörde yer almalıdır. Haritaya karşılık gelen dosyayı seçin ve ardından soldan ikinci açılır menüyü normalizasyon olarak değiştirin. Bu durumda, veriler yukarı akış iyon odasına veya USIC'ye göre normalize edilir.

Görüntüleme seçeneğinde, çoklu element görünümü bireysel element kanalları için görüntüler oluşturacaktır. Birimler şu anda santimetrekare başına mikrogram cinsindendir. Ancak değerler henüz uydurulmuş miktarları temsil etmemektedir.

Uyumlandırma üzerinde çalışmak için, veriler haritanın her bir pikselinden gelen tüm spektrumların toplamı olarak görülür; buna Görüntüleme (viewing) altındaki entegre spektrumu çizdir (plot integral spectrum) seçeneğine giderek bakılabilir. Ardından, görüntüyü kaydetmek için Çıktı Üret (generate output) altındaki ham entegre spektrum serilerini uzun olarak dışa aktar (export raw integrated spectra series long) seçeneğine gidin. Pencereyi kapatın ve Araçlar (tools), Spektrum Aracı (spectrum tool), Spektrumu Yükle (load spectrum) adımlarını izleyin.

Çıktı klasörüne az önce dışa aktarılan dosyayı bulun. Genellikle çıktı klasörünü değiştirilme tarihine göre sıralamak, her yeni uyumlama klasördeki dosyaları güncellediği için dosyaları bulmanın en hızlı yoludur. Dışa aktarılan spektrum, intspec ifadesinden sonra demet hattı ve tarama numarasının geldiği ve .txt ile biten bir isme sahip olacaktır.

Spektrum açıldıktan sonra maps_fit_parameters_override dosyasını açın. Öncelikle dedektör element sayısının doğru olduğunu kontrol edin. Ardından, uydurulacak elementler (elements to fit) satırına, numunede bulunması beklenen tüm elementleri ekleyin.

L hattı elementlerinin ve M hattı elementlerinin sırasıyla _L veya _M son ekini içerdiğine dikkat edin. Burada bakırın örnekte olduğu bilinmektedir ancak eksik bir uyum örneği sağlamak amacıyla hariç tutulacaktır. Aşağı kaydırarak, koherent saçılma enerjisi için gelen enerjiyi girin.

Ardından, sonraki iki satıra, programın sınır olarak kullanacağı maksimum ve minimum enerji aralığını girin. Genellikle artı ve eksi 2 ile artı ve eksi 5 keV arasındaki bir aralık yeterlidir. Daha aşağıda, fit edilecek maksimum ve minimum enerjinin, ilgilenilen elementlerin enerjilerini kapsadığından emin olun.

Ayrıca, hat dedektörü öğesinin germanyum veya silikon dedektörüne karşılık gelen doğru sayıya sahip olduğunu kontrol edin. Dosyanın alt kısmında, uydurma işleminde kullanılan dedektör kanallarının isimlerini değiştirme imkanı bulunmaktadır. Bunların nasıl değiştirileceğine dair daha fazla bilgi, makalede daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Değişiklikleri yaptıktan sonra dokümanı kaydedin. Ardından analysis (analiz), fit spectrum (spektrum uydurma) seçeneklerini seçin; bir pencere açılacaktır. Üst kısımda, uydurma için enerji aralığı ve uydurma işlemi için kullanılacak iterasyon sayısı ayarlanabilir.

Aralığı değiştirdikten sonra, alttaki dört düğmeden üçüncüsünü seçin; program bir fit işlemi gerçekleştirecektir. Spektrum aracı penceresinde, farklı eğrilerin görselleştirilmesine olanak tanıyan bir dizi açılır menü bulunmaktadır. Açılır menülerden birini "fitted" olarak ayarlayın, geri kalan seçimleri ise "none" olarak bırakın.

Sol altta, element ekle seçeneği kullanıcının spektrumda eksik olan pikleri aramasını sağlar. Artı işaretini kullanarak ilerlendiğinde, uygunlamada eksik olan piğin bakır K alfa piği olduğu görülmektedir. Bazı pikler için, özellikle görüntünün sol tarafına doğru, uygunlama doğru elementleri içeriyor gibi görünse de çizgiler, spektrumun yoğunluğuna kıyasla uygun yoğunluktan hala çok uzaktır.

Bu durum, iterasyon sayısı artırılarak iyileştirilebilir. Genellikle, fark edilir bir fark yaratmak için en az 50 iterasyon yeterlidir. Şimdi fit_parameters dosyasına dönüp bakır eklemek, kaydetmek ve ardından fit işlemini yeniden çalıştırmak, pikin artık iyi şekilde fit edildiğini göstermektedir.

Kalan tüm eksik elementler arandıktan sonra, uyum iyi görünmektedir. Bazı durumlarda, çizgileri mükemmel şekilde eşleşmemiş bazı pikler hala mevcuttur. Örneğin, indiyum Lg1 ile Lg4 çizgilerine karşılık gelen dört keV'deki iki pik, doğru elementin uyumlandırıldığına işaret etmektedir, ancak uyumlandırma işlemi pik yoğunluklarını ölçümden elde edilen gerçek değerlerden daha yüksek hesaplamaktadır.

Bu durum en sık L hattı elementleri için meydana gelir. K hattı elementlerinin pik şiddet oranları literatürde tablolanmışken, L hatları için pik yükseklikleri oranları gelen enerjiye çok daha bağımlıdır. Bu hatların uyumunu iyileştirmek için, öncelikle fit_parameters dosyasında dallanma ailesi ayarı için bir satır oluşturulmalıdır.

Bu sayılar, spektrum aracında sarı, pembe ve mavi çizgiler olarak gösterilen L1, L2 ve L3 aileleri için literatüre kıyasla göreceli yoğunlukları ifade eder. Çoğunlukla bu sayılar bir olarak kalabilir veya literatür değerlerine eşit olabilir. Bunun yerine, her bir tekil çizginin oranı değiştirilecektir.

İndiyum için dallanma oranı ayarlamasına geçmeden önce, L gama çizgileri için dallanma oranlarının tamamının bire ayarlandığına dikkat edin. İntegral spektruma bakıldığında, literatür değerinin çok yüksek olduğu açıkça görülmektedir. Her bir enerji için yeşil ve beyaz çizgiler arasındaki yüzde farkı tahmin edip ardından dallanma oranını değiştirerek, kaydetme ve fit işlemini yeniden çalıştırma adımları sonucunda, yeşil çizginin beyaz spektrum çizgisine uyumunda gözle görülür bir iyileşme sağlanmaktadır.

Bu işlem genellikle birkaç deneme gerektirir; ancak uydurmanın doğruluğunu sağlamak için bu gereklidir. Mümkün olan en iyi uydurmayı sağlayan fit_parameters belirlendikten sonra, uydurma işlemini 10 veya 50 K iterasyonda bir kez daha çalıştırın. Bunun nedeni, her uydurmanın, gerçek uydurma için uygulanacak olan ortalama sonuçlu maps_fit_parameters_override dosyasını güncellemesidir.

Nihai uyum işlemi tamamlandığında, spes araç penceresini kapatın. Ardından maps_fit_parameters dosyasına _input ekleyin ve sonuçlanan ortalama dosyayı maps_fit_parameters_override.txt olarak yeniden adlandırın. Bu işlem tamamlandığında, konfigürasyon penceresine geri dönün ve ışın hattını seçin.

Ardından "use fitting" seçeneğini işaretleyin ve fit edilecek tüm mda dosyalarını mda klasörüne kopyalayıp yapıştırın. "Select mda files" seçeneğini kullanarak fit edilecek tüm dosyaları gözden geçirin ve vurgulayın. Gelen enerji, fit etme işleminden zaten girilmiş olacaktır.

Pencerenin sağında, artı ve eksi sembollerini kullanarak fit_parameters dosyasında yer alan elementlerin kutucuklarını tıklayarak işaretleyin. Bazı elementler bu kutuda yer almamaktadır. Örneğin, indiyum yer almaz.

İndiyum eklemek için, uydurulmayan diğer elementlerden herhangi biri için bir kutucuğu işaretleyin. Ardından, ROI adı kategorisinde, adı ihtiyaç duyulan elementle değiştirin. Sonrasında, örneğin Hephaestus uygulaması gibi herhangi bir floresans veritabanını kullanarak, ana enerji çizgisi için enerjiyi bulun.

Bu durumda, indiyum L alfa bir. S_I, S_E, S_A, TFY ve arka planı da seçerek elementlerin sonunda yer alana kadar kaydırmaya devam edin. Sol üst köşeden, sığdırma ayarlarını gelecekte kullanmak üzere kaydetmek için "right settings to config file" seçeneğini belirleyin.

Bu aşamada, kalibrasyon eğrisi için NIST standardı kullanılacaksa, NBS 1832 veya 1833 NIST standart numarasına karşılık gelen düğmeyi seçin. Ardından, ana klasörden standart için dosya adını seçin. Bu işlemden sonra kalibrasyon eğrisi hazır olacaktır.

İşlemi başlatmak için "start processing" seçeneğini belirleyin. Uydurma işlemleri tamamlandığında, dosya (file), XRF görüntüsünü aç (open XRF image), ortalama veya tek element (average or single element) adımlarını izleyerek, ardından görüntüleme (viewing), çoklu element görünümü (multi element view) kısmına giderek daha önce olduğu gibi görselleştirme yapılabilir.

Sağ altta yer alan dedektör seçim öğelerini kullanarak analiz edilen kanallar değiştirilebilir. Buradan, örnek için beklenen düzeylerde, santimetrekare başına mikrogram cinsinden sayısal değerler görüntülenir. Beklenen değerleri tahmin etmek için kullanılan hesaplama yöntemi makalede belirtilmiştir.

Örneğin, burada bir CIGS güneş hücresinin ana elementleri olan bakır, indiyum ve galyuma ait nicel veriler gösterilmiştir. Kullanılan gelen enerji nedeniyle, ölçüm selenyum pikine karşı duyarlı değildi veya bu piki tespit edemedi. Bu nedenle selenyum hariç tutulmuştur.

Bu verilerle, örnekteki çeşitli elementlerin dağılımları birbirleriyle ilişkilendirilebilir; böylece bir sig güneş pili içindeki çeşitli katyonların cihaz içinde nasıl dağıldığı ve sergiledikleri heterojenlik derecesi hakkında sonuçlar çıkarılabilir. Her bir uyum haritası için uyum spektrumu, görüntüleme (viewing) altındaki integral spektrumunu çizdir (plot integral spectrum) seçeneğine gidilerek yeniden görüntülenebilir. Burada, verilerin spektrumu beyaz renkte, uyum ise renkli olarak görülmelidir.

Bu, sürecin her haritaya doğru şekilde uygulandığından emin olmak için tüm veri dosyalarının uyumunu kontrol etmek amacıyla kullanılabilir. Son olarak verileri dışa aktarmak için "generate output" (çıktı oluştur) sekmesine gidin, "export" (dışa aktar) seçeneğini belirleyin ve "make combined ASCII files of maps" (haritaların birleştirilmiş ASCII dosyalarını oluştur) seçeneğini seçin. Bu işlem, görüntülenen tüm elementlerin nicel floresans verilerini içeren bir Excel dosyası oluşturacaktır.

Ögeleri değiştirmek veya eklemek için "select elements detectors" seçeneğini kullanın. Veriler daha sonra çıktı klasöründe bulunabilir. Bu video, X-ışını floresans verilerinin nicelleştirilmesi için Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından geliştirilen MAPS fitleme yazılımının adım adım nasıl kullanılacağını açıklamıştır.

Yöntem birçok farklı durum için oldukça yararlı olsa da, ek değerlendirme gerektiren birçok özel durum senaryosu ve zorluk bulunmaktadır. Bunlar aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır ve X-ışını floresans spektrumlarının sığdırma doğruluğunu daha da artırmak için sürekli iyileştirmeler yapılmaktadır. Bununla birlikte, programın kalitatif, yüksek çözünürlüklü 2D floresans haritalarını kantitatif, mekansal olarak çözünür element miktarlarına dönüştürme yeteneği, bu ölçümlerden elde edilebilecek bilgilerin önemli ölçüde artmasını sağlamaktadır.

Bu gösterimin, X-ışını floresan mikroskopi verilerinin nicelleştirilmesi sürecinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olduğunu umuyoruz. İzlediğiniz için teşekkürler.