Küçük açılı Nötron Difraktometre KWS-2 de Nanometre ve Mikrometre Boyutları bir geniş uzunluk ölçekli üzerinde yumuşak madde ve Biyolojik Sistemleri incelenmesi

Bioengineering
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Radulescu, A., Szekely, N. K., Appavou, M. S., Pipich, V., Kohnke, T., Ossovyi, V., Staringer, S., Schneider, G. J., Amann, M., Zhang-Haagen, B., Brandl, G., Drochner, M., Engels, R., Hanslik, R., Kemmerling, G. Studying Soft-matter and Biological Systems over a Wide Length-scale from Nanometer and Micrometer Sizes at the Small-angle Neutron Diffractometer KWS-2. J. Vis. Exp. (118), e54639, doi:10.3791/54639 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

KWS-2 SANS difraktometre yumuşak madde ve nm um, geniş bir uzunluk ölçeğini kapsayan biyofizik sistemlerin incelenmesi adamıştır. Enstrüman, aynı anda yüksek sağlarken, klasik iğne deliği birleştirerek (lensler ile) odaklanarak 1x10 -4 ve 0.5 Å -1 arasındaki geniş momentum transferi Q aralığının keşif için optimize ve zaman-of-flight yöntemleri (kıyıcı ile) olan ayarlanabilir bir çözünürlüğe sahip -neutron yoğunlukları. Belirli örnek ortamları ve yardımcı cihazlar donatmak imkanı ile kombine yoğunluğu ve deney sırasında geniş sınırlar içinde çözünürlüğü ayarlamak kabiliyetini, yüzünden, KWS-2 yapısal ve morfolojik çalışmalar geniş olarak ele yüksek çok yönlülük gösterir alan. dinamik ve kinetik süreçler milisaniye onlarca dakika arasında zaman ölçeklerinde üzerinde incelenebilir ise denge yapıları, statik ölçümler ele alınabilirİlik zamana bağımlı yaklaşımları ile. KWS-2 kapaklı küçük ve zayıf-saçılma sistemleri (örneğin, tek polimerler veya proteinlerin birden çok yapısal seviyeleri (örneğin, jeller, ağlar, ya da makro-agrega) sergileyen karmaşık, hiyerarşik sistemleri yelpazesi incelenmiştir Tipik sistemleri çözüm). MHz aralığında sayım oranlarının tespiti sağlayan algılama sistemi, son yükseltme, yüksek Q tampon saçılma seviyesine yakın zayıf saçılım sinyallerine ile tampon çözelti içinde bile çok küçük biyolojik morfolojileri incelemek için yeni fırsatlar açar.

Bu yazıda, karakteristik boyut seviyeleri geniş bir uzunluk ölçeği kapsayan ve KWS-2 kullanılarak orta ölçekli yapısında sipariş sergileyen örnekleri araştırmak için bir protokol sağlar. Biz alet ve elde edilir performans düzeyine göre sunulan çoklu çalışma modları nasıl kullanılacağını detaylı olarak sunuyoruz.

Introduction

Yumuşak ve biyolojik malzemeler, daha büyük, karmaşık agrega için öz-örgütlenme ve elementer birimlerinin öz-montaj gibi özellikleri ile karakterizedir morfolojileri zengin bir çeşitlilik göstermektedir. Onlar da serbestlik derecesi çok sayıda kooperatif etkileşimi göstermektedir; yapısal birim ve dış alanlara böylece yüksek hassasiyet arasındaki zayıf etkileşim; ve nanometre milimetre ve nanosaniye gelen gün geniş yayılabilir uzaysal ilişki. Çünkü ilgili boyu ve zaman ölçekleri arasında geniş bir ürün yelpazesi, bu malzemelerin özelliklerinin deneysel karakterizasyonu çok zorlu. nötron saçılma teknikleri yapısı, dinamiği ve bu tür karmaşık sistemlerin termodinamik özelliklerinin araştırılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Gibi özel problar, nötron 1 H ve 2 saat boyunca (döteryum, D) hidrojen izotoplarının arasında farklı etkileşimleri gibi olanaklar sunar. büyük farklılıkhidrojen ve döteryum arasında tutarlı saçılma uzunluğu yoğunluğu ence kontrast varyasyon ve kontrast eşleştirme yöntemlerinin temelini oluşturmaktadır. yumuşak bir maddeden ve biyolojik sistemlerin en hidrokarbonlar, hidrojen / döteryum oluşur (H / D), ikame geniş bir aralıkta bir bileşiğin koherent saçılma uzunluğu yoğunluğu değiştirme imkanını sağlar. Bu teknik sayesinde, karmaşık bir sistem seçilen bileşenler izotop değişimi ile etiketli olabilir. Karmaşık yumuşak madde veya biyofizik morfolojisi içindeki saçılma uzunluğu yoğunluğu ve diğer bileşenler seçilmiş bileşenler veya bölgelerin arasındaki onun kontrast kare farka bağlı olarak kimyasal sistemi değiştirmeden saçılma deneyde görünür ya da görünmez hale getirilebilir. Ayrıca, nötronlar yüksek nüfuz ve yıkıcı olmayan problar olarak ve kiriş yerleştirilen ek maddelerden katılım reli olabildiği özel ortamlarda örneklerin incelenmesi için de kullanılabilirbeceriyle ölçülerek için düzeltildi.

Elastik saçılma deneyleri bir numunenin yapısı ve morfolojisi hakkında bilgi sunmak. Saçılan yoğunluğu momentum transferi Q, Q = 4π / λ sin bir fonksiyonu olarak karşılıklı boşlukta ölçülür nötron dalga boyu ¸ - - l ile Θ / 2, saçılma açısı; Bu daha sonra bir ters Fourier dönüşümü ile gerçek uzaya çevrilmiştir. Böylece, büyük Q değerleri klasik nötron kırınımı (ND) tarafından incelenen arası atom korelasyon ile, kısa uzunluk ölçekleri ile ilgilidir. Küçük Q değerleri, büyük uzunluk ölçekleri küçük açı nötron saçılması (SANS) tarafından keşfedilebilir. Tipik haliyle, tek ya da çözelti içinde sentetik veya doğal makromoleküller, montaj eriyik, film veya dökme örnekleri, klasik iğne deliği SANS uygulanması ve U ile, nanometre ve mikrometre boyut arasından geniş bir uzunluk ölçüsü boyunca karakterize edilirteknikleri (odaklama veya tek kristal kırınım dayanarak) LTRA-SANS. Bununla birlikte, tam bir yapısal karakterizasyon elde etmek için farklı yöntemler ya imkanı kombinasyonlarıyla numunede mevcut miktarı, uzun bir zaman ölçeğinde örnekleri stabilitesi, özel bir termodinamik koşullar etkilerinin yeniden üretilebilirlik ve deneysel ortak veri analizi gibi sorunların bazen zordur farklı deney geometrilerde elde edilmiştir. Ayrıca, yapıları ve yüksek boşluk veya zaman çözünürlüğü ile karakterizedir hızlı yapısal değişikliklerle başa çalışmalar çok özel deney düzeneklerini gerektiren çok zorlu. Bu nedenle, limitler kolay ve uygulanabilir bir şekilde tipik bir yapılandırma ötesinde itilebilir çok yönlü SANS araçların geliştirilmesi, toplantı kullanıcı topluluğunun tüm özel talepleri için faydalıdır.

J işletmesinde SANS difraktometresi KWS-2 (Şekil 1),2; Garching'deki Heinz Maier-Leibnitz Merkezi (MLZ) de Nötron Science (JCNS) Merkezinin lich başlangıçta yüksek nötron akı yararlanan bir klasik iğne deliği SANS enstrüman FRM II nötron kaynağı tarafından teslim (Ek Şekil 1) 1 ve özel rehber sistemi 2-4. Tekrarlanan yükseltmeleri sonra enstrüman yüksek nötron yoğunluklarını ve ayarlanabilir çözünürlük sağlayan, Å -1 1x10 -4 ile 0.5 arasında, geniş bir Q aralığında keşif için optimize edilmiştir. Belirli örnek ortamları ve yardımcı cihazlar (Tablo 1) durumu ile, enstrüman statik ölçümler aracılığıyla, um kadar nm yumuşak madde ve geniş bir uzunluk ölçeği üzerinde biyofiziksel sistemleri incelemek için donatılmış olabilir; o da dakika ve onlarca arasında geniş bir zaman ölçeği kapsayan nedeniyle kinetik süreçleri dengede veya dönüşüm altında yapılar ve morfolojileri zamana bağımlı araştırmalar yapabilirmilisaniye. Geleneksel çalışma modunda (Şekil 2A) olarak 7x10 -4 Å -1 ve 0.5 Å arasındaki Q aralığı -1 örnek-dedektör mesafesi ve / veya dalga boyu değişimi yoluyla karşılanabilir. Bu nedenle, 9000 Â kadar 10 Å bir uzunluk ölçeğinde yapısal düzeyleri ve korelasyon etkileri (boyut 2π / Q olarak kabul edilir), gerçek uzayda kontrol edilebilir. Δλ / λ =% 20 bir dalga boyu yayılmasını sağlar 4.5 Å ve 20 Å, mekanik bir monokromatör kullanarak (hız seçici) arasındaki dalga boyu seçimi, kolimasyon koşullarının değişimi (kolimasyon uzunluğu L, C ve diyafram açıklıkları, A C - kiriş son nötron kılavuzu segmentinde ve A S aşağıdaki giriş açıklığı, - sadece numune önünde örnek açıklık) ve algılama mesafesi L D bilgisayar kontrolü yoluyla, otomatik olarak yapılır.

Q m ve MHz aralığında yüksek sayım hızlarında hızlı algılama cihazı performansını artırmayı hedefleyen, son zamanlarda gerçekleştirilmiştir. Bu işlem sırasında, cihaz ek özellikler ile teçhiz edilmiştir.

Değişken yarık açıklıkları (Ek Şekil 2) ve zaman-of-flight (TOF) veri toplama modu ile bir çift disk helikopter 5 vardır. Kıyıcı 10 Hz ve 100 Hz arasında değişen bir frekansı f helikopterde, 0 ° 'lik açılarla arasında iki kesici pencere açısal açıklıklar çalıştırılabilir ≤ Δφ birbirine göre iki disk konumlandırma değiştirerek 90 ° ≤. Dalgaboyu çözünürlüğü Δλ / l gelişme DECR tarafından w nötron kılavuz τ açılış süresini kısaltarak elde edilirΔφ kolaylaştırılması ve / veya f kıyıcı artar. Dedektör kaydedilen elde edilen darbe genişliği W τ eşleşen ve hedeflenen Δλ / l ile karakterize edilen zaman kanalları arasında uygun sayıda bölünür.

50 mm (Şekil 1) bir çapa sahip olan, magnezyum florit MgF2 parabolik lensler 6 yapılan odaklama unsurları vardır. 26 MgF2 lensler farklı dalga boyları λ = 7-20 Å ile odaklama koşullarını elde etmek için kiriş bağımsız hareket edebilir üç paket (4 + 6 + 16 lensler) halinde gruplandırılmış. Lens fononları ilgili saçılması azaltarak iletimi arttırmak için, mercek özel bir soğutma sistemi kullanılarak 70 K tutulur.

1 mm'lik pozisyon çözünürlük ve 0.45 mm piksel boyutunda bir ikincil yüksek çözünürlüklü pozisyon duyarlı sintilasyon dedektörü bulunmaktadır. detektörtipik = sabit bir mesafe L D vakum tankının üstünde kulede 17 metre yerleştirilir ve dikey (Şekil 1) veya kiriş dışına taşınmış olabilir. Lensler kullanarak yüksek çözünürlüklü incelemeler (düşük Q) 4,7 yapılmaktadır ikincil detektör ışınının hareket ederken ana dedektörü, 20 m tankın son konumda park edilir. L C'de küçük bir giriş açıklığı = 20 m olacağını ise ikincil dedektör diğer odak noktası olarak, bu durumda, mercek sisteminin bir odak noktasına yerleştirilir.

Orada 144 3 O tüplerin bir dizi içeren yeni ana algılama sistemi = 5 Å için% 85 tüp başına küresel bir verimlilik ile birlikte) ve bu 0,9 m 2 (Şekil 1) aktif bir algılama alanı eşdeğer tanımlar. 3 O tüp çerçevenin arka tarafındaki kapalı durumda monte Yenilikçi hızlı okuma elektronik geliştirirözelliklerini-okuma ve arka plan gürültüsünü azaltır. Eski sintilasyon detektörü (6 Li sintilatör ve 8x8 fotoçoğaltıcılar bir dizi, Şekil 1) ile ikame yeni sistem 25 NSEC etkili bir ölü zaman sabiti ve% 10 sokan, 5 MHz kadar yüksek genel sayısı oranı ile karakterize edilir düz profiller için zaman. Bu özellikler, bir olaydan sonra ölü zamanlı deneyim sistemlere göre bir avantajı olan sistem paralel çalışan bağımsız kanal içerdiği gerçeğine, kaynaklanır. daha yüksek sayım oran ölçme kez kısaltır ve dolayısıyla aynı süre içinde gerçekleştirilebilir deney sayısını artırır.

Tüm bu yenilikler sayesinde, cihaz seçilen ve doğrudan kullanıcı dostu bir şekilde kullanılabilecek çok sayıda çalışma modları (Tablo 2) sunarak yapısal çalışmaların geniş bir yelpazede ele alabilir çok yönlü bir araç haline gelmiştir. yüksek yoğunluklu modunda (Aynı çözünürlük için geleneksel iğne deliği moda kıyasla on iki kez yoğunluk artışına Şekil 2B), örneklem büyüklüğü arttırarak lensler ile elde edilebilir. Kıyıcı ve TOF veri toplama ile ayarlanabilir çözünürlük modunda, farklı Q aralıkları içinde saçılma özellikleri geliştirilmiş karakterizasyonu% 2 ve% 20 arasında 5 dalga boyu çözünürlüğü Δ λ / λ farklılık imkanı olarak etkindir. Genişletilmiş Q -range modunda (Şekil 2C) kullanarak lensler ve ikincil yüksek çözünürlüklü dedektörü, 1 x 10 -4 Å -1, elde edilebilir iğne deliği modu ile, hangi kombinasyon halinde, izin gibi düşük bir Q m mikron aralığında nm sürekli bir uzunluk ölçeği üzerinde boyutlarda keşif. Δ l daralan bir helikopterde kullanımı / λ wh yerçekimi ve renk efektleri kaçınarak doğru ışın karakteristikleri sağlarlensler kullanarak tr. Gerçek zamanlı modunda, yüksek yoğunluklu ve örnek ortamlar tarafından veri toplama haricen sömürerek, yapısal değişiklikler 50 milisaniye kadar zaman çözünürlükleri ile çözülebilir. Kıyıcı ile aşağı ö λ / λ =% 5'e dalga boyu çözünürlüğü artırarak, 2 milisaniye kadar iyi zaman çözünürlükleri gerçekleştirilebilir.

Burada, detaylı bir şekilde farklı çalışma modları ve nasıl incelenen numunelerin yapısal bilgi veri azaltılması yoluyla toplanan verilerden elde edilebilir KWS-2 nasıl yapılır tipik deneyler üzerinde bir protokol mevcut. Bu gösteri, biz büyüklük ve sipariş sırasında KWS-2 ile esnek ve verimli bir şekilde geniş aralıklarda ele alınabilir nasıl göstermek amacıyla standart parçacık çözümleri çeşitli boyutlarda ve bir yüksek konsantre polimer misel solüsyon karakterize etmek SANS kullanacak bir deney oturumu. sorumluluk yönün sahip polistiren küresel partiküllerkira boyutları (R = 150, 350, 500, 1000 ve 4000 Å yarıçapı) ve σ R bir boyut polidispersite Denklem 5 % 8 bir su çözeltisi% 1 hacim fraksiyonu en (% 90 D 2 O ve% 10 H2O karışımı) içinde disperse edilir. % 12 bir konsantrasyonda D 2 O Cı 28H 57 -PEO5 diblok kopolimerlerin oluşturduğu miseller sıralı bir yapıyı göstermektedir.

Protocol

1. Örnek Hücreleri yükleniyor

  1. Farklı boyutlarda, (R = 150, 350, 500, 1000 yarıçapı, 4000 A) ve σ R bir boyut poli polistiren küresel parçacıklar Disperse Denklem 5 Bir su çözeltisi içinde% 8% 1 hacim fraksiyonu en (% 90 D 2 O ve% 10 H2O bir karışımı).
  2. 2 O / H2O, D 2 O C28 çözeltisi, H 57 -PEO5 ve D 2 O / H2O ve D 2 O çözücüler kuvars hücrelerine D polistiren taneciklerin altı çözüm aktarın (Şekil 3 ) Pasteur pipet kullanarak. boynuna kadar kuvars hücrelerin her biri doldurun. onların stoper kuvars hücreleri kapatın.
    NOT: örneklerle kuvars hücreleri doldurma işlemi orada tanımlanmış özel çalışma koşulları uyarak FRM II numune hazırlama laboratuarında yapılmalıdır.
  3. Instanumune tutucu Al-kartuşlar (Şekil 3) içine ll dolu kuvars hücreleri. kartuşun bir boşluğunda her bir doldurulmuş kuvars hücre yerleştirin ve kuvars hücre örneği tamamen nötron sağlanır kartuş pencere açıklığı kapsamaktadır belirleyerek yeterli materyal ile dolu olup olmadığını kontrol edin. kartuşun ek konumlarda düzeltme ve standart örnekleri (boş kuvars hücre, bor karbür plaka ve pleksiglas plaka) yerleştirin ve boş ışın ölçümü için ücretsiz bir konum bırakın.
  4. Kapak vidaları (M3x5) kullanarak Cd kaplı Al-kapak plakaları (Şekil 3) ile kartuşu örtün. Özel Al vidalarını (Şekil 4) kullanılarak numune tutucu Al-çerçeve üzerinde kartuşu sabitleyin.

2. Konumlandırma Numune Sahne üzerinde Numune Tutucu / Örnek Çevre

  1. ayarlayarak numune tutucu örnek pozisyonunda gerekli alanı belirlemekkolimasyon burun uzunluğu (Şekil 5). Kolimasyon burun kontrol sisteminde kayıtlı yapılandırmaları örnek tutucu için uygun yapılandırmayı seçin.
  2. Allen vida, M6x40 (Şekil 6) kullanılarak optik breadboard önceden belirlenmiş bir konumda örnek sahnede uygun numune tutucu / numune ortamı yükleyin.
  3. , Dış taraftaki düğmeleri kullanarak kapı aydınlık sinyali ile gösterilir son konumuna ulaşana kadar kontrol düğmeleri aktif tutarak motorlu sürgülü kurşun kapı (Şekil 5) kapatın.
    Dikkat: tamamen kapalı ve son anahtarı aktive kapı olmadan, kiriş deklanşör elle ya da ölçüm kontrol yazılımından, açılamaz; ölçüm yazılımı ölçümü başlamadan önce bu soruna yönelik ek bir onay gerektirir.

3. Deneyler Planlama

  1. adequ seçinyapıları ve örnek ortaya korelasyon etkileri uzunluğu ölçek için uygun olan bir Q aralığında bir araştırma yapmak için, deneysel konfigürasyon modu ve yedi. Alet 4 (Şekil 7 ve Tablo 2) dinamik aralığını kontrol edin.
  2. Numuneler 8 araştırılması gereken karakterize yaklaşık boyut, konsantrasyon ve kontrast faktörü bilerek dağınık yoğunluğu tahmini seviyesine göre numune üzerinde uygun yoğunluğunu sağlamak için yeterli deney yapılandırma ve modunu seçin. Bu bir hedef ölçülen istatistik için ölçüm zamanı optimize etmek ve kısa bir kararlılık süresi ile numunelerin durumunda örnek istikrarı maç için yapılır. Farklı deney konfigürasyonları 4 (Ek Şekil 1 ve Tablo 2) yoğunluk haritası edin.
  3. Yeterli deneysel yapılandırmayı ve modunu seçinboyutunda poli derecesi ve örnek 8'de saçılma nesnelerin konsantrasyonunun yaklaşık bilgiye dayalı uygun bir çözünürlük temin edilmesi için. Bu örnekteki etkileri sipariş nedeniyle meydana ince saçılma özellikleri çözünürlüğünü sağlamak amacıyla yapılır. Dalga boyu çözünürlüğü 5 (Tablo 2) ayar imkanı olup olmadığını kontrol edin.

4. Ölçüm Yazılımı hazırlanması ve yürütülmesi ve Deneme görselleştirme

  1. Ana menüye (Ek Şekil 3) etkinleştirmek için KWS-2 aracının ölçüm kontrol bilgisayarda bir terminal penceresinde KWS2TC yazarak ölçüm yazılımını başlatın. ölçümünü başlatmak için, örnekler ve kurulum koşulları (Definition) seçmek için (Yapılandırma) ilköğretim motorlu pozisyonlarını tanımlamak için fonksiyonları sol setini kullanın ve tüm motorları (Kontrol) denetlemek ve gerçek denetleyecekdetektör (Canlı-Display).
  2. Kullanıcı verilerini tanımlamak ve numune üzerinde cihazlar ve alanlar için temel motorlu pozisyonları ve set noktaları yapılandırmak için kws2-Konfigürasyon menüsü (Ek Şekil 4) etkinleştirmek için ana menüde Yapılandırma işlevini seçin.
    1. UserData fonksiyonunu (Ek Şekil 4) seçin ve alanlar Kullanıcı adı, e-posta, dosya ilk bölümü ve Kullanıcı veri menüsünden Ölçüm comment (görünüm / düzenleme) doldurun. Kaydet tıklayarak menüyü bırakın.
      Dikkat: Dosya adı öneki için, @, $,%, vb gibi özel karakterler kullanmayın. tüm deneysel prosedür boyunca özel karakterleri kullanmaktan kaçının.
    2. Örnek yapılandırma menüsünü (Ek Şekil 4) etkinleştirmek için örnek fonksiyonunu (Ek Şekil 4) seçin. alanları Örnek başlık, Örnek ışın pencere doldurun - Boyut, Numune kalınlığı ve her sampl için YorumE ve menünün sol dikey listesinden seçilen pozisyon. tanımını tamamladıktan sonra her bir numune yapılandırmasını kaydedin. Kapat tıklayarak menüyü bırakın.
    3. Yapılandırma menüsünde işlevlerin üst set Dosya fonksiyonu altındaki tüm yapılandırmaları kaydetmek.
  3. Deney düzeneği ve ölçüm programı tanımlamak için kws2 Tanımı menüsünü (Ek Şekil 5) etkinleştirmek için ana menüde (Ek Şekil 3) Tanımı işlevini seçin.
    1. Seç Örnekleri menüsü (Ek Şekil 5) etkinleştirmek için örnek işlevini seçin.
      1. Sol dikey alanda bilinen örnekleri listesinden (Şekil 3'te gösterildiği gibi) ölçülmelidir on iki numune yapın ve mavi ok kullanılarak seçilmiş örnekler alanına taşımak. mavi dikey okları kullanarak seçilen örneklerin listesini sipariş edin.
      2. Örnek p kontrolarameters ve gerekirse isim, kalınlık ve yorumunu ayarlayın. Kaydet veya Kapat basarak menüye bırakın.
    2. Ölçümler menüsü (Ek Şekil 6) Tanımı etkinleştirmek için Dedektör işlevini seçin.
      1. Ölçüm alanında Standardı seçerek statik ölçüm türünü seçin. Bitiş Koşullar alanında, alan ölçme süre için uygun bir zaman birimini seçin.
      2. Seç Dedektör ve Kolimasyon Mesafeler alanında, (dalga boyu (Seçici alanı), algılama mesafesi (Dedektör Mesafe alanı), veri toplama modu (TOF alanı), amaçlayan dalgaboyu çözünürlüğü için uygun değerleri seçerek DLambda deney düzeneği ve çalışma modunu seçin / Lambda alanı), ölçüm zamanı (zaman alanı), lensler yapılandırma (lensler alanı) ve kolimasyon mesafesi (kolimasyon Mesafe alanı).
      3. bir yapılandırma tamamen düzeltmek ve lo depolamak için tanımlanan sonra Yeni düğmesine tıklayınwer tablo. Bir sonraki yapılandırmasını tanımlayan ve tamamlandıktan yapılandırmaları tüm seti (Ek Şekil 6) kadar benzer bir şekilde saklayın. deneysel kurulum ve çalışma modları ayar bittiğinde Kaydet veya Ölçümler menüsünün tanımı Kapat vur.
      4. Programın (Ek Şekil 7) tarafından oluşturulan menüsünün altındaki gösterilen üç döngüler (koşulları sıralama) 'e göre ölümlerin listesini sıralayın. İlgili satır işaretleme ve kırmızı olarak işaretlenmiştir "X" düğmesine tıklayarak istenmediği ölçümleri kaldırın. her zaman ekranda etkin kalır kws2 Tanımı menüsünde, kırmızı, işaretlenmiş merkezi alanda toplam tanımlanan ölçüm süresi, kontrol ederek istediğiniz gibi her ölçüm için ölçüm süresini ayarlayın.
      5. Kaydet menüsünü bırakın ya da kapatın ve kws2 Tanımı menüsü (Ek Şekil 5) geri dönün. kws2 Tanımı kapatınMenü ve ana menüde (Ek Şekil 3) dönüş.
  4. Ölçüm kontrol menüsü (Ek Şekil 8) etkinleştirmek için KWS2 ölçüm yazılımı (Ek Şekil 3) ana menüsündeki Kontrol işlevini seçin.
    1. Gösterge bilim adamı tarafından bildirilecektir kullanıcı adı ve şifre ile giriş yapın ve yüklenen ölçüm programı komutları çalıştırır komut, üretmek için oturumu kilitlemek. Yüklenen ölçüm programı kontrol etmek için Döngü Tanımı seçin.
    2. Başlat düğmesine basın ve örnek pozisyon kapı fiili durum ve kiriş-perde hakkında program tarafından oluşturulan sorulara cevap. ölçüm programı başlatılır. Devam eden ölçüm görselleştirme (motorların pozisyonları ve araç bileşenlerinin durumunu sağlamak için Güncel Değerler seçin oranını saymak ve Evolutiozaman içinde yekpare yoğunluğu n).
      Not: detektör ve detektör ve monitörlerin sayısı oranlarına sinyal şiddeti, ya tek tek ya da ölçüm grubu tamamını gösterilmiştir ve ölçüm programını değiştirmek için kullanılabilir.
  5. Ölçümler tanımlı ölçüm programına göre yürütülen ve tamamlanması izin verin.
    NOT: Ölçümler ayrılmaz yoğunluğu kadar tahsil edildikleri (devam etmek veya dosyayı kaydetmeden akım ölçümünü durdurmak için, ya da tüm programı durdurmak için) istenen seçeneği Durdurma işlevi aktive seçerek kesintiye veya durdurulabilir belirli bir zaman noktası yeterli kabul edilir veya başarısızlıkları ölçümleri sırayla tanımlanır zaman.
    1. Döngü Tanımlar seçeneği altında Yazdır butonuna tıklayarak ölçüm oturumun Seyir Defteri oluşturmak tanımlı ölçüm programı durduruldu (Ek Şekil 8) ya da abonesilinmiş.
  6. KWSlive_MainWindow arabirimi (Ek Şekil 9) etkinleştirmek için KWS2 ölçüm yazılımı (Ek Şekil 3) ana menüsünde Canlı Ekran seçin.
    1. Türü ekranında, sırasıyla, ana ya da ikincil (yüksek çözünürlüklü) dedektörü ile toplanan verileri görselleştirmek için GEDET veya PSD birini seçin. Üç boyutlu (Yüzey) seçerek Ekran Modu de görselleştirme modu, iki boyutlu (Contour), ya da tek boyutlu (Radyal ortalama) modunu seçin. Q karşı n yoğunluğu (düzeltilmemiş) gibi veri sunumu sağlamak amacıyla arsa seçenekleri (lineer veya logaritmik ölçek) ve Radyal ortalama seçenekler menüsünden alanlarında parametre değerlerini (dalga boyu ve algılama mesafesi L D) girin.
    2. (Ana veya ikincil dedektör ile ya) TOF modunda toplanan verileri görselleştirmek için istenen TOF-kanalı seçin.

5. Veri Analizi

  1. KWS-2 aracının veri analizi bilgisayar bir terminal penceresinde qtiKWS komutu yazarak veri işleme yazılımını başlatın. ana arayüzü sağ tarafında New Script seçeneğini seçin.
  2. Veri analizi işlevlerini etkinleştirmek için ana arayüzü (Ek Şekil 10) üst işlevleri menüsünden DAN seçeneğini seçin. Ana dedektör kullanarak KWS-2 ölçülen veriler için veri analizi modunu etkinleştirmek için sağ taraftaki menüde Options KWS-2 cihazı seçin. Ölçülen veri dosyalarının bulunduğu ve düzeltilmiş veri dosyaları nerede saklanacağı klasörü tanımlayın.
  3. Araçlar seçeneği seçin ve sağ taraftaki menüden (Ek Şekil 11) üzerine başlığı (ler) işlevini etkinleştirmek ve işlenecek dosyaları içeren bilgi-tablo oluşturmak. Yeşil okların sol dizi tıklayarak tablo adını tanımlayınÜstbilgi (ler) alanında. Üstbilgi (lar) alanında yeşil okların sağ set tıklayıp ölçülen dosyaları seçerek ölçülen dosyaları yükleyin.
    NOT: Her bir ölçüm dosyası hakkında tam bilgi içeren bilgi tablo projesinin alt kısmında explorer-benzeri menüde saklanır. Proje daha sonra oluşturulur Tüm sonuçlar orada saklanır.
  4. Sağ taraftaki menüde (Ek Şekil 12) Maske fonksiyonunu etkinleştirin ve veri işleme için kabul edilecektir dedektör alanını tanımlayan aktif maske oluşturmak. izotropik saçılma modellerinin analizi durumunda dikdörtgen maskenin sol alt ve sağ üst köşeleri tanımlamak için Edge değerleri ve Işın-Stop alanları doldurun.
  5. Sağ taraftaki menüde (Ek Şekil 13) Duyarlılık fonksiyonunu etkinleştirin ve belirgin yeşil fi girerek belirli bir yapılandırma için dedektör hassasiyeti oluşturmakStandart numune (pleksiglas), boş kiriş (EB), ve bloke ışın (B4C) ölçümleri için çalışma numaralarını elds.
    1. Bir sonraki standart numune iletimini hesaplanması için sarı bir alan (İletim) yeşil okları setinde tıklayın. Üretmek ve yeni olarak Hesapla seçerek duyarlılık matrisi adı ve alt menüsünden uygun arsa işlevlerini kullanarak oluşturulan matris görselleştirmek. Diğer konfigürasyonlarda durumunda bu işlemi tekrarlayın.
  6. Sağ taraftaki menüde (Ek Şekil 14) Veri İşleme fonksiyonunu etkinleştirin ve düzeltmek kalibre ve verilerin radyal ortalamasının gerçekleştirmek için düzeltme ve kalibrasyon tablosunu ve script tablosu oluşturur.
    1. Sağ taraftaki menüde (kırmızı ok) üstünde yatay kaydırma çubuğunu kullanarak deneyde kullanılan koşullar sayısını tanımlayın. Her deneysel koşul için girerek sarı kalem ile gösterilen alanları doldurunuzBoş hücre için numaralar (EC), bloke ışın (B4C), ve standart çalıştırmak örnekleri-pleksiglas (Abs. Cal. FS) standardı, standart düzeltme (Abs. Cal. EB) için boş kiriş ve bloke ışın düzeltme (Abs. Cal. B4C).
    2. Güçlü ileri Merkezi alanında saçılma ile ölçümlerin koşmak numaralarını girin. EB alanında boş bir kirişin çalışma numarasını girin ve bir sonraki Tr (Ec-to-EB) işlevine kutuyu işaretleyerek numunelerin iletim hesaplanması için gelen deneysel durumu seçin.
    3. Tanımlı dosyaları veri işleme için gerekli bilgileri yüklemek için ve boş hücreye aktarılmasını hesaplamak için seçenekler dikey dizi (Ek Şekil 14) yeşil okları dönen bir dizi ile belirtilen her bir düğmesini tıklayın. Sütun adını tanımlamak için her sarı sütunun başlığını tıklayın.
    4. üretmek ve b edecek veri dosyalarının tablosunu isim için Yeni düğmesini tıklayınE işlendi. işlenecektir veri dosyalarını yüklemek için Ekle düğmesine tıklayın. Her numunenin iletimini hesaplamak için Script-Tablo Araçları alanı altındaki yeşil okları dönen seti ile gösterilen Tr düğmesine tıklayın. Oluşturulan tablo (Ek Şekil 14) sonuçları kontrol edin.
    5. Geçerli qtiKWS oturumda (proje) tablolar ya da matris tüm sonuçları kaydetmek için bir arayüz (Ek Şekil 14) sağ alt köşesindeki proje seçin. iki boyutlu verilerin düzeltilmesini ve kalibrasyon işlemlerini gerçekleştirmek üzere I [x, y] düğmesine tıklayın. düzeltme, kalibrasyon ve veri radyal ortalamasının gerçekleştirmek için I (Q) düğmesine tıklayın. Grafik (Ek Şekil 15) seçeneği altında grafiksel fonksiyonlarını kullanarak sonuçları çizilir.
      NOT: Tüm sonuçlar adımda 5.2 tanımlandı dış klasörüne kaydedilir harici dosyaların, th olarak oluşturulurarayüz e sağ alt köşesinde, dosya yerine Projenin seçilir.
  7. Sağ taraftaki menüde (Ek Şekil 11) de Araçları seçti ve TOF etkinleştirmek | Her zaman tekabül tek dosya içine TOF çalışma modunda ana dedektör ile toplanmıştır verileri bölmek için RT seçeneği (Ek Şekil 16) kanal.
    1. TOF :: Hesapla Parametreleri fonksiyonu ve yük bir dosya, TOF koşulları hakkında bilgi ayıklanır hangi tıklayın. TOF tıklayın | RT :: Numara :: Oku fonksiyon vs toplamı ve sol tarafında gösterilen gibi bir toplam-TOF-dosya tablosu oluşturmak amacıyla, gerçek zamanlı ya da TOF modlarında ölçülen ilgi dosyayı yüklemek çalışma arayüzü. Üst fonksiyonlar menüsünde Grafik fonksiyonu altında grafik seçenekleri kullanarak toplam-TOF-dosyasından zaman kanalları (Ek Şekil 16) bir fonksiyonu olarak ayrılmaz yoğunluğunu çizilir.
    2. işleme p tanımlaTOF işlev alanlarında arameters. TOF tıklayınız | RT :: Tüm Seçili Adımlar :: tanımlanmış zaman aralıklarının her birine karşılık gelen tek bir dosya ayrılacak veri dosyalarını yüklemek için düğmeye ilerleyin.
      NOT: Her zaman diliminde ölçülen verileri içeren dosyalar oluşturulur ve adım 5.2'de tanımlanan dosya konumda depolanır ve zaman diliminin sayısına göre takip orijinal TOF dosyasının adını, alırsınız.
    3. Δλ karşılık, gelişmiş çözünürlük ile ölçülen verileri analiz etmek için adım 5.6 gibi devam edin kıyıcı kullanarak, amaçlanmıştır l.
  8. İkincil yüksek çözünürlüklü dedektörü kullanılarak KWS-2 ile ölçülen veriler için veri analizi modunu etkinleştirmek için ana arayüzü (Ek Şekil 17) sağ taraftaki menüde Options KWS2-HRD enstrüman seçin. Maske Sağ taraftaki menüde fonksiyonu (Ek Şekil 18A) ve Generat etkinleştirindedektörün etkin alanı tanımlayan aktif maske e.
    1. Ana arayüzünde (Ek Şekil 18B) üst işlevleri menüsünden DanP seçeneğini seçin. Sağ taraftaki menüde ASCII.2D seçeneğini seçin. Veri analizi için dikkate alınacaktır dedektör üzerinde özel bir sektör tanımlamak amacıyla 2B maskeleme fonksiyonunu etkinleştirin.
    2. Alan Merkezi'nde kiriş-stop merkezi tanıtmak. özel maske dış alanı ihmal maske matrisi ve Maske :: Koşullar değerini 0 seçin. açısal sektörü seçin ve sektör alanları sağ tarafındaki renkli düğmesine tıklayın. adımlarda 5.5 ve 5.6 gibi yüksek çözünürlüklü detektörü ile ölçülen veri ile devam edin.
  9. qtiKWS projesi (üst menü Dosya seçeneği altında işlevleri kaydetmek) kaydedin.

Representative Results

Yapı ve yumuşak madde sistemleri iki Örnek tip morfolojisi farklı çalışma modları KWS-2 ile gerçekleştirilmiştir başarılı deney Örnek sonuçlar Şekil 8-11 'de verilmiştir. Bu sonuçlar, D 2 O içeriği% 90 olan, D 2 O / H2O Çözeltilerin polistiren standart boyutlu parçacıkların bir dizi araştırma vardır ve tam protonlanmış diblok kopolimer C 28 H 57 -PEO5 bölgesindeki bir yüksek polimer hacim fraksiyonu (% 12) D 2 O. R yarıçapı polistiren standart boyutlu parçacıkları, 150, 350, 500 ve 1000, bir algılamanın farklı kombinasyonları kullanılarak geleneksel iğne deliği modu test etmek için kullanıldı = L D ve dalga boyu l mesafesi. Büyük ölçekli parçacıklar test etmek ve genişletilmiş Q -range modunu devreye kullanılmıştır (= 4.000 Å R). sıralı MICEL verir iki bloklu kopolimerD 2 O yüksek konsantrasyonlarda lar yapısı test ayarlanabilir çözünürlük modunu devreye için kullanılmıştır.

Şekil 8 odaklama lensleri ve yüksek çözünürlüklü ikincil dedektör kullanarak ana dedektörü (eski parıldama dedektör) ve genişletilmiş Q -range modunda kullanarak iğne deliği modunda ölçülmüştür iki boyutlu saçılma desen sonuçlarını göstermektedir. Şekil 8A λ = 5 Å kullanarak L D = 8 m ölçülen R = 500 Å ile polistiren parçacıklar saçılması deseni temsil eder. Şekil 8B = 20 Å l kullanarak L D = 20 m toplanan R = 1,000 Å polistiren parçacıklardan saçılması deseni gösterir. λ = 5 Å ile yapılan ölçümler için, doğrudan ışın toplanmıştır merkezi dedektör önüne monte kiriş-stop ve iletilen ışın bir sma ile izlenebilir olabilirkiriş durağı ortasında kuruldu 3 O sayacı ll. Bu sözde izleyicisi 3 (Ek Şekil 8). Enstrüman vardır iki polikromatik ışın izlemek için hız seçici (Monitör 1) önüne monte ve hız seçicisi arkasında monokromatik ışın izlemek için (2 Monitör) olan, 3 He sayaçları ek. Teknik sınırlamalar nedeniyle, λ = 20 Å ile ölçümler eski KWS-2 dedektör ile kullanılan tipik kurulum oldu dedektör, doğrudan ışın ile gerçekleştirilmiştir. aşağı yerçekimi nedeniyle düşüyor uzun dalga boylarında zayıf, direkt ışın yoğunluğu, dedektör neden zarar vermeden tespit edilebilmiştir. Bu durumda iletilen ışın kısa algılama mesafesi L D = 2 m Monitor 3 ile izlendi. Bu durumda, yer çekimi etkisi zayıftır ve doğrudan profil (Şekil 8A'da benzeri) huzme-durdurucu için düşer. Veri iki Dimensi toplananonally 5.25 mm x 5.25 mm piksel boyutu için dedektör üzerinde daha fazla dedektör hassasiyeti için düzeltilmiş ve boş bir hücreye, enstrüman arka ve solvent katkıları kesinlikle pleksiglas ikincil standart 4'ten saçılmasını kullanılarak kalibre edildi. Son olarak, izotropik pozisyon Q → 0 civarında dağıtıldı saçılma desenleri her polistiren partikül sistemi için dΣ / dΩ teslim olan, radyal ortalaması alınmıştır.

0.5 mm X 0.5 mm bir piksel boyutuna yüksek çözünürlüklü detektörü ile ölçüldüğü gibi, büyük polistiren partikülleri (R = 4.000) için iki boyutlu saçılması deseni, Şekil 8C'de gösterilmiştir. küçük direkt ışın algılama planı mercek sistemi tarafından odaklanmış ve dedektör yüzünde yüklü küçük bir ışın-stop (4 mm x 4 mm) tarafından yakalanır. kuadratik kiriş durağına gölge görülebilir <Aktif dedektör alanının sol üst tarafında strong> Şekil 8C. yerçekimi etkileri dedektör farklı dalga boylarında nötron geniş dikey dağılımına neden olur. Lensler mükemmel odaklanmış çünkü Ayrıca, üçgen dağılım merkezi dalgaboyu l ile karakterize sadece nötronlar hız seçicisi 2,5 ile teslim edilir; merkez birinin etrafında farklı dalga boylarında nötronlar odak dışında hafifçe dedektör geliyor. Bu iki etkileri sadece ışın-stop yukarıda ve aşağıda görülebilir zayıf doğrudan ışın izleri verim. Lensler ve yüksek çözünürlüklü dedektörü kullanılarak statik genişletilmiş Q -range modunda, veriler sürekli toplanır. Yerçekimi etkileri katkısını azaltmak amacıyla, dağınık veri kiriş-stop başlar ve Şekil 8C gösterildiği gibi, onun sağ yatay uzanan dar bir açısal sektörde analiz edilmektedir. Veri f işlenirurther dΣ / dΩ elde edilmesi için tipik bir yaklaşım kullanılmıştır. Yüksek çözünürlüklü dedektör 1 piksel (0.5 mm) bir genişliğe sahip olan dar bir yatay dilim içinde toplanmıştır Şekil 8D, dedektörün jantına-kiriş durağına pozisyonda karşı yoğunluğunu göstermektedir. bunlar 5 dakika gibi kısa bir test ölçümü toplandı ve örnek çözeltisi ve referans (çözücü) elde edilen veriler gösterilmiştir. kısa pozisyonlarda yoğunluğu damla kiriş-stop kaynaklanmaktadır. kısa konumlarda yoğunluklarının oranı kaynaktan örnek iletim (% 87) tahmin edilebilir.

R = 500 Â polistiren taneciklerinin çözüm dΣ / dΩ bakımından elde edilen düzeltilmiş ve kalibre edilmiş sonuçları birlikte çözücüden olanlar, Şekil 9'da gösterilmektedir. Bu sonuçlar, bilinen bir iğne deliği modunda KWS-2 ile kaplı olabilir S aralığını göstermekAlgılama L konumu D varyasyonu ve bir veya daha fazla dalga boyu kullanılarak gerçekleştirilebilir. Düşük Q Guinier bölge ve bağlı ara Q aralığında küresel Bessel fonksiyonu salınımlar: form faktörü de ortaya çıkar küresel parçacıkların 8,9 sahiptir. Yüksek Q aralığında, yayılma profilini çözücüden saçılma hakim olduğu ve bu nedenle, çözgen kendisinden gibi, düz bir davranışı gösterir. Form faktörü minimum bir yandan enstrüman kararı 5 etkilenen, diğer yandan parçacık büyüklüğü polidispersite suretiyle hesaplanmaktadır. KWS-2 durumunda, gösterge çözünürlüğü çok Δλ / λ =% 20 dalga yayılması ile belirlenir. Parçacıkların her türlü boyutu polidispersite σ R =% 8 oldu. Şekil 10, dΣ olarak ifade polistiren taneciklerin her türlü SANS soruşturma elde edilen sonuçları göstermektedir/ Çözücü katkı için düzeltildikten sonra dΩ uygulandı. Yüksek Q aralıklarında, -4 eğimi ortaya ederken Guinier bölgeleri açıkça küresel nesnelerin form faktörü için tipik olan, düşük Q değerleri doğru tüm parçacıklar için kanıtlanır edilir. Standart boyutlu parçacıkların yapısal parametreleri dağılımlı bir form-faktörü ile veri oturması tarafından teyit edildi aletin 10-12 çözünürlük fonksiyonu ile kıvrık 8,9 küreler.

Şekil 11,% 12 polimer hacim fraksiyonu en D 2 O oluşur Cı 28H 57 -PEO5 polimer miselleri sıralaması yapısından iki boyutlu ve radyal olarak ortalama tek boyutlu saçılım modellerini göstermektedir. Sonuçlar farklı algılama toplanmıştır kombine geleneksel iğne deliği ve ayarlanabilir çözünürlük modları hem L D mesafeleriAynı ölçüm oturumu. Hız seçicisi ve sürekli (statik) veri toplama tarafından sağlanan sistem, Δλ / λ =% 20 dalga boyu yayılmasını kullanarak geleneksel iğne deliği modda incelendiğinde, üç geniş zirveler L D saçılma desenlerinde gözlenen = 4 m. özellikleri gerçek ya da bunların bir ince yapısı zaman içinde kaybolur eğer olup olmadığı kontrol edilebilir, böylece ayarlanabilir çözünürlük modunda, kıyıcı ve hız seçicisi ile birlikte TOF veri toplama kullanarak, dalga boyu yayılması geliştirilebilir. Bu yüzey merkezli kübik (FCC) kristaller 5,13 içine misellerin sipariş açık kimlik etkin Δλ / λ =% 5 ile ölçüldüğünde Δλ / λ =% 20 görülmektedir, birinci ve ikinci tepeler bölme ortaya .

Bunlar KWS-2 SANS diffra ve nasıl çok yönlülük ve performans iki tipik örnekleridir ctometer yumuşak madde ve uzunluk ölçeği ve sipariş bakımından karmaşık yapısal özellik gösteren biyofizik sistemlerde ayrıntılı soruşturmalar için sağlanan protokol takip ederek kolay ve kullanıcı dostu bir şekilde kullanılabilir.

Şekil 1
Şekil 1: 2010 ve 2015 (A) aracın genel görünümü arasında yapılan tüm yükseltmeler dahil KWS-2 SANS enstrüman, Düzen. (B) İkincil yüksek çözünürlüklü dedektörü ve vakum tankının üstünde bunun kulesi. (C) üç paket halinde gruplandırılmış MgF2 odaklama lensleri, ve onların soğutma sistemi (soğuk kafa). Fotoçoğaltıcılar onun 8 x 8 dizi (D) eski ana dedektörü (parıldama). (E) daha büyük bir algılama alanına sahip yeni bir ana dedektörü (O borular 3).f = "http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54639/54639fig1large.jpg" target = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2: KWS-2 sunulan üç çalışma modları şematik görünümü. (A) geleneksel iğne deliği modu. A C ve A S kolimasyon giriş açıklığı ve numune açıklığı, sırasıyla L, C ve L D, sırasıyla kolimasyon ve algılama uzunlukta L C = L D, ve optimal iğne deliği durum A C = 2A S için Ben, detektörde P 'ışın profili 2A C'ye eşit bir taban genişliğinin yaklaşık üçgen şeklindedir. (B) modunda odaklama yüksek yoğunluklu. lens kullanarak, daha büyük numune th aynı çözünürlük ile ölçülebilirE geleneksel iğne deliği modu (dedektör ışın profili Ben P bu durumda dikdörtgen biçimindedir). (C) modunda odaklama -range genişletilmiş Q. Lensler ve lens sisteminin bir odak noktası üzerine yerleştirilen küçük bir giriş deliği (tipik olarak 4 mm x 4 mm), bir kullanarak, küçük bir ışın lenslerin diğer odak noktası üzerine yerleştirilir detektör üzerine iletilir . Bu nedenle, geleneksel bir iğne deliği modunda daha az dalga vektörü transferi Q m için daha düşük bir değer elde edilebilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: çevre sıcaklığında ölçümler için numune tutucu Al kartuşa monte örneklerinin görünümü. içindeAl-kartuşta düzenlenen kavitelerle. Bunların tapa (C) örnekleri ile dolu ve kapalı (A) kuvars hücreleri (B) yerleştirilebilir. Aşağıdaki gibi Al-kartuş üzerinde pozisyonları örnekleri ile işgal edildi: pozisyonları 1 Nolu sayılı 5, polistiren R = 150, 350, 500, 1000 boyutları ile parçacıklar ve 4.000 Å D 2 O / H 2 O çözücü; pozisyon No. 6, D 2 O C 28 H 57 -PEO5 iki bloklu kopolimer içinde; pozisyonlara sayılı 7 ve 8 numaralı, çözücüler, D 2 O / H2O ve D 2 O; pozisyon 9. Maddesinde, boş kuvars hücre (referans); pozisyon No. 10 yılında, pleksiglas (standart); (Boş kiriş ölçümü için) pozisyonu 11 sayılı, hiçbir şey; pozisyon No. 12, (arka tarafta bantlanmış; bloke ışın ile alet arka plan ölçümü için) B 4 C plakası. Dış yüzeyi üzerinde CD maske ile kaplı al kapak plakasının (D), birsipariş örnek hücrelerini korumak ve nötron pencere (F) tanımlamak için vidaların (E) ile kartuşun üstündeki sabit. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4: ortam koşullarında ölçümler için KWS-2 kullanılan çok düzeyli ve çok pozisyonlu hücre sahiplerinin birinin görünümü. Geçerli deneysel oturum için numuneler, orta düzeyde kuruldu. Üç düzeyleri (nötron doğru) dış yüzünde Cd maskeleri ile kaplı Al-kapak plakaları ile kapatılır farklı hücre geometrileri için tasarlanmış kartuşları (A) ile donatılmış olabilir. Vidalar kullanılarak yapılır tutucu kartuşlarının kurulumu (B (C) yer alır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5: KWS-2'nin numune alanı şematik üstten görünüşüdür. Kiriş çeşitli örnek ortamlar montajı için kullanılabilir alanı (sarı oklarla gösterildiği gibi nötronlar, alttan geliyor) gösteren kolimasyon burun iki uç konfigürasyonları (A) Sunum. Açılış ve kapanış tuşları (sırasıyla 1 ve 2) ile (B) kurşun kapı kontrol paneli. kapı motoru sadece sürece tuşlarına sürekli basılı olarak çalışmaktadır. kapı kenarlarına donatılmıştırBir engel algılandığında motorun kapatma neden sensörler. engeli çıkardıktan sonra, motorlu engelleme üst tuşu (3) ve açılması ile iptal edilebilir veya kapatma eylemi devam edilebilir. (C) kolimasyon burun kontrol paneli. burun panelinde, uygun bir yapılandırma anahtarı (4) kullanılarak seçilebilir. Burun seçilen konumlandırma ulaşıldığında ve hareket kendiliğinden durana kadar sürekli aktif anahtarı (5) tutarak hareket ettirilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil 6: ortam sıcaklığında SANS ölçümleri için numune sahnede düzeyli ve çok pozisyonlu numune tutucu montajı (Fotoğraf kredisi: Wenzel Schürmann, Technigörüntülenmesine yol açar Universität München, Almanya). Örnek pozisyonunda ana bileşenleri ucuna (A), kiriş (B) 'de numunelerin yatay ve dikey bir pozisyonunu içerir numune aşaması, dedektör vakum haznesinin giriş penceresine numune deliği ile kolimasyon ucu vardır (C) kenarına (D) sensörlü talebi kapı ve örnek aşamasının, optik deneysel devre (F) tutucu yüklenmesi için hücre tutucusuna (E), taban desteği. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Şekil 7: KWS- farklı enstrümantal kurulumları için dinamik aralık2. Ben 0 örnek konumunda nötron akı temsil eder. Tanımlı alanlar dalga boyu 4.5 Å ve özellikle kolimasyon algılama konfigürasyonları için 20 Å arasında değişmekteydi zaman karşılanabilir mevcut Q aralığını gösterir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 8,
Şekil 8: mevcut protokole göre deneysel oturumu sırasında toplanan iki boyutlu saçılma desen örnekleri. (A), λ = 5 ile ölçülen D 2 O, R = 500 Â arasında bir yarıçap / H2O, polistiren taneciklerinden L D = 8 m toplanan saçılması modeli. saçılma desen izotropik b etrafında dağıtılırDedektörün ortasında doğrudan ışın engelleyen EAM-stop. Λ = 20, ölçülen (B) D 2 O, R = 1.000 bir yarıçapa sahip polistiren taneciklerinden L D = 20 m toplanan dağıtma modeli / H2O. saçılma desen izotropik bu dalga boyunda ışın-stop altına düştüğünde ve görselleştirme yazılımları fonksiyonlarını kullanarak kiriş-stop ile birlikte maskelenmiş iletilen ışının, konumu etrafında dağıtılır. (C) L D yüksek çözünürlüklü detektörü ile toplanmıştır saçılması desen = genişletilmiş Q aralığında λ = 7 ile ölçülen D 2 O, R = 4.000 boyutunda / H2O, polistiren taneciklerinden 17 m , lensler ve yüksek çözünürlüklü detektörlü. saçılma desen izotropik engelleyen odaklanmış doğrudan ışın küçük kiriş-stop (4 mm x 4 mm), etrafına dağıtılır. w açılı sektörhich Veriler ayrıca huzme-durdurucu için sağ tarafında gösterilir analiz edilir. (D) yüksek çözünürlüklü dedektör, 1 piksel (0.5 mm) genişliğinde dar bir yatay dilim kısa bir test ölçümü toplanır gibi ışın durağına pozisyonda karşı şiddeti. veri örnek solüsyonu ve referans (çözücü) den gösterilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 9,
Şekil 9: D 2 O polistiren parçacıklarından saçılma modelleri / H 2 O çözeltisi (semboller) ve çözücüden (çizgiler). veriler farklı enstrüman yapılandırmaları konvansiyonel iğne deliği modunda toplanmıştır oFarklı renkler ile ifade edilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 10,
Şekil 10: çözücüden saçılma için düzeltme yapıldıktan sonra D 2 O / H 2 O farklı boyutlarda polistiren parçacıklarından saçılma desenler uygulanmıştır. Kırmızı çizgiler enstrüman çözünürlüğü 10, 11 ve büyüklüğü polidispersite dahil küresel form faktörü 9 uyuyor, temsil etmektedir. Küresel form faktörü için tipik Q -4 asimptotik davranışı yüksek Q aralığında düz çizgi ile gösterilir. Farklı dalga boylarında veya kurulumları ile kaplı Q aralığının alt sınırı, özellikle mar olduğunuked. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 11,
Şekil 11: Δλ geleneksel iğne deliği modunda ölçülmüştür O (% 12 polimer hacim fraksiyonu en) D2 C 28H 57 -PEO5k polimer miselleri, iki boyutlu ve radyal olarak ortalama tek boyutlu saçılım modelleri / λ =% 20 (üstte) ve ayarlanabilir çözünürlük modunda, L D = 4m (sol taraf) ve L D = 8m (sağ taraf) de Δλ ile / λ =% 5. Klasik modda, üç geniş zirveler gözlenebilir. İlk iki doruklarına bir ince yapısı geliştirilmiş ö & # ile 5, 13 ortaya955; / λ çözünürlük. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 12,
Şekil 12: D 2 O tam protonlanmış PHO10k-PEO10k diblok kopolimer miseller saçılma deseni (çözücü saçılma düzeltmesi uygulandıktan sonra), geleneksel bir iğne deliği ve uzatılmış S -range modları birleştirerek ölçüldü. Bir çekirdek-kabuk silindirik morfolojisi orta Q ve yüksek Q gözlenen S -5/3 bağımlılığı (blob saçılma) de dağınık yoğunluğu Q -1 bağımlılığı ile gösterilir. Düşük Q yoğunluklu plato ve orta Q ortaya koymaktadır bükme to uzunluk ve sırasıyla silindir kalınlığı. Enstrümantal çözünürlük 10-12 dahil kırmızı eğri, bir çekirdek-kabuk silindir modeli 9 deney verilerinin uygun temsil eder. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 13,
Şekil 13: Konvansiyonel iğne deliği ve yüksek yoğunlukta (objektif) modlarında ölçülen D 2 O polistiren partikülleri (R = 150 a) yayılma modelleri / H2O. (A) lensler ile yüksek yoğunluklu modunda geleneksel modda ve L D = 20 m L D = 8 m λ = 7 Å ölçülen tek boyutlu saçılım örüntüleri. tO yüksek yoğunluklu modu, numune üzerinde farklı ışın boyutları yoğunluğunu arttırmak amacıyla kullanılmıştır. 26 lensler geleneksel iğne deliği moda göre kullanıldığı zaman 12 kata kadar yoğunluk kazanç elde edildi. Büyük bir örneği 5 cm çapında yuvarlak bir kuvars hücre kullanarak ışın yerleştirilmiştir. (B) 10 mm x 10 mm arasında bir ışın-boyutu, iğne deliği modunda detektör toplanan iki boyutlu saçılım modeli. (C) 27 lensler ve 30 mm x 30 mm bir ışın boyutu kullanarak yüksek yoğunluklu modunda dedektör üzerinde toplanan iki boyutlu saçılma deseni. dedektör üzerinde duruldu doğrudan ışının boyutu (çözünürlük) iğne deliği modda aynıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 14
Şekil 14: 5.6 mg bir konsantrasyonda dötere heksaflorizopropanol dHFIP tamponu tampon çözeltisinden ve beta amiloid protein monomerlerden saçılması örüntüsü (Aβ 1-42, moleküler ağırlık Mw = 4.5 kDa) / ml kuluçka üç hafta sonra. Tam üçgen tampon çözeltisinden saçılma eğrisini gösterir iken tam noktalar protein çözeltisinden saçılma eğrisi temsil etmektedir. tampon katkı için düzeltme uygulandıktan sonra mavi noktalar monomerlerden (sağ dikey ölçekte) saçılma kesitini ifade etmektedir. hata çubukları nötron sayıları elde edilen standart sapma gösterir. Kırmızı düz çizgi sabit boyut d = 2 14 ile donatılmış Beaucage işlevini gösterir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.


Şekil 15: D 2 O ve ortam 5000 bar farklı basınçlarda ölçülen tampon çözeltisi, 50 mM asetat tampon içerisinde lizozim, 50 mg / ml arasında yayılma modelleri. çizgiler tampon veri gösterirken semboller protein çözeltisine verileri temsil etmektedir. Veriler iki algılama mesafeleri, L D = 4 m (açık semboller) ve L D = 1 m (tam sembolleri) toplanmıştır. Ilave basıncının bir fonksiyonu olarak (uygulanan tamponu katkı için düzeltme yapıldıktan sonra), protein çözeltisine, tampon ve proteinin kendisinin ileri doğru saçılan yoğunluğu I (S → 0) davranışını göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Parametre / Fonksiyon Yardımcı ekipman Kullanım Aralığı doğruluk Teknik detaylar
konumlandırma örnek sahne En. 600 kg yük
X 0-360 mm 0,05 mm
Y 0-330 mm 0,05 mm
Z (ışın ekseni) El 600 mm
θ r (rotasyon) 0 ° - 360 ° 0.002 °
θ t (beşik) 30 ° ± 0.002 °
Ortam sıcaklığı üç seviyeli çok pozisyonlu Al tutucu (Cd maskeleri) 3X9 = 27 geniş kuartz hücreler
3x12 36 dar bir kuvars hücrelerine =
üç pozisyonları 3 büyük kuvars hücreleri (çap Φ = 5 cm)
Al tutucu (B 4 C maskesi)
Sıcaklık Termostat (yağ banyosu) + -25 ° C ile 200 ° C ± 0.5 ° C 4 pozisyon
küçük bakır blok hava ya da vakum odası (kapalı küvetleriyle)
termostat (su banyosu) +, iki seviyeli çok pozisyonlu 5 ° C ila 85 ° C ± 0.2 ° C 2x9 = 18 geniş bir kuvars hücreleri; 2x12 24 dar bir kuvars hücrelerine =
Al blok
termostat + yüksek hassasiyetli fırın 10 ° C ila120 ° C <0.1 ° C 1 pozisyon, geniş kuvars hücre
Peltier termostatlı küvet tutucu -20 ° C ile 140 ° C ± 0.2 ° C 8 pozisyonları (kuvars veya sütyen sandviç tipi hücrelerin her türlü hücre); 5 ° C'nin altında kontrollü atmosfer
(B4C maskesi)
Basınç HP hücre SANS + termostat (su banyosu) 5000 bar'a kadar 5 ° C ila 85 ° C aralığındaki sıcaklıklar
Düşük sıcaklık safir pencereli kriyostat aşağı 50 K
reometre reometre; kararlı durum ve salınımlı modları
Nem nem Hücre % 95,% 5 Sıcaklık15 ° C ila 60 ° C aralığındaki
In-situ FT-IR 20 FT-IR spektrometre ZnSe pencereli örnek hücreleri

Tablo 1: Kullanım aralığı, doğruluk ve her cihazın ayrıntıları dahil KWS-2 SANS difraktometre, mevcut yardımcı ekipmanların listesi.

Ölçüm Modu Deneysel kurulum çözüm kiriş / örneklem büyüklüğü En. yoğunluk [n / s] Q-aralığı [Å -1]
Δλ / λ
konvansiyonel iğne deliği λ = 7, bir % 20 10 x10 mm2 1.3 x 10 8 0.002 .. 0.3
L C = 2 m - 20 m
L D = 1 m - 20 m
λ = 4.5 A, L, C = 2 M, L, d = 1 m % 20 10 x 10 mm2 2 x 10 8 0.01 .. 0.5
λ = 10 Å, L, C = 20 m, L D = 20 m % 20 10 x 10 mm2 7.5 x 10 5 0.001 .. 0.02
λ = 20 Å, L, C = 20 m, L D = 20 m % 20 10 x 10 mm2 4 x 10 4 7x10 -4 .. 1.5x10 -2
Yüksek yoğunluk Odaklama λ = 7 A, L, C = 20 M, L D = 17 m % 20 Φ 50 mm = 3 x 10 7 ≈ 0.002 .. 0.03
odaklanma
yüksek çözünürlük
(Genişletilmiş Q-aralık)
λ = 7 A, L, C = 20 M, L D = 17 m,
A, C = 4 x 4 mm 2
% 20 10 x 10 mm2 1.6 x 10 4 ≈ 2x10 -4 .. 0.02
ayarlanabilir çözünürlük λ = 4.5 Å, % 5 10 x 10 mm2 CA. Geleneksel modundan% 7 0.002 .. 0.5
L C = 20 m,
L D = 1 m .. 20 m

Tablo 2: KWS-2 SANS difraktometrede deneysel yapılandırmalar mevcuttur.

Ek Şekil 1: Farklı kolimasyon dalga boyu l bir fonksiyonu olarak KWS-2'nin örnek pozisyonuna mutlak nötron akısı L, C ve reaktör soğuk kaynağın uygun doldurma uzunlukları. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 2: değişken yarık açılması ile çift diskli kıyıcı şematik görünümü. Δφ açma yarık 0 ° ve 90 ° arasında ayarlanabilir, böylece kesici frekans f bağlı olarakHelikopter, kılavuzun w açılış süresi τ (resim sağ dikey serisi kırmızı dikdörtgen) çeşitli olabilir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 3: KWS-2 ölçüm kontrolü ve görüntüleme yazılımının ana kullanıcı arayüzü. Sağ taraftaki fonksiyonları ve göstergeler (b) sorumlu cihaz tarafından kullanılır ise sol taraf işlevleri (A) deneyselciler tarafından kullanılabilir. Sağ taraftaki menüde gösterilen bir sunucu veya süreç operasyonel olduğunu ve yeşil işaretli olduğunda normal olarak çalışıyor. Sarı işaretli bileşenler aktif değildir. Herhangi bir arıza kırmızı ile gösterilir. Inci indirmek için tıklayınızrakamdır.

Ek Şekil 4: kws2 Yapılandırma menüsü ve Örnek yapılandırma fonksiyonları görünümü. kullanıcılar ilk UserData alanları bilgileri doldurun ve sonra numunelerin yapılandırmasını yapmanız gerekir. alınmalıdır doldurulmalıdır alanlar ve eylemler kırmızı olarak işaretlenmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 5: kws2 tanımı menüsünün görüntüleme ve örnek fonksiyonları seçin. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 4.3 tarif edilmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

ekli Şekil 6: Ölçümler fonksiyonların kws2 tanımı menüsü ve tanımı gör. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 4.3 tarif edilmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 7: tanımlanmış örnekleri ve tanımlanmış deneysel koşullar birleştirerek oluşturulan ölçüm programı. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 4.3 tarif edilmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 8: kws2-Ölçü kontrol menüsü ve Güncel Değerler seçeneği. Sabit parametreler (pozisyonları, isimler, dalga boyu, vs.) ve variables (zaman, şiddetler, hızı, vb saymak) görüntülenir çalışan ölçüm karakterize eder. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 4.4 açıklanmıştır. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 9: KWSlive_MainWindow menüsü ve farklı veri görselleştirme seçenekleri ile Canlı Görüntüleme seçeneği. Yüzey görselleştirme modu seçilir. Radyal ortalama modu (sağ taraftaki resim) seçildiğinde, parametre ayarı Seçenekler menüsünden altında bulunabilir bu rakamı indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 10: Veri azaltma yazılımı qtiKWS ana arayüzü w enstrüman seçimi ve deneysel ve işlenmiş verilerin konumu için seçenekler i. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 11: Verilerin kümesi için log-kitap tanımlamak için işlevler tedavi edilecek (info-table). kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 5.3 açıklanmıştır. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 12: Veri işleme alınacaktır hangi dedektör maskesi tanımlamak için çalışır. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 5.4 açıklanmıştır.target = "_ blank"> bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 13: Dedektör hassasiyeti haritalar tanımlamak için çalışır. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler aşama 5.5'te tarif edilmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 14: Verilerin düzeltilmesi, kalibrasyon ve radyal ortalama için komut tablo oluşturmak için fonksiyonlar. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 5.6 açıklanmıştır. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 15: t planlamaktan fonksiyonlarO verileri işlenmiş. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler aşama 5.6.5 tarif edilmiştir. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 16: ayarlanabilir çözünürlük modunda ölçülen verilerin hazırlanması ve yarma için fonksiyonlar. 64 TOF kanallarda başlangıçta helikoptere teslim ve toplanan iki darbe verileri bir darbe birleştirilir. Amaçlayan Δλ / l ile karakterizedir ortaya çıkan zaman kanalları ayrı dosyalar olarak kaydedilebilir ve böylece birkaç kanal gruplandırılmıştır. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 17: Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 18: Veri işleme alınacaktır bunun için yüksek çözünürlüklü dedektör maskeleri tanımlamak için çalışır. kullanıcı tarafından alınması gereken işlemler adım 5.8 açıklanmıştır. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Ek Şekil 19: tipik olarak ortam veya değişken sıcaklığında yumuşak bir madde ve biyolojik numunelerin araştırılması için KWS-2 kullanılan örnek hücrelerinin her türlü bakış. (A) l Görünümlensler ile yüksek yoğunluklu modu ve geniş bir ışın boyutu için kullanılabilir arge kuvars hücreleri. borated plastik maskeleri ile donatılmış hücre tutucu, (1), planlama ve tek oturumda üç ölçümün yapılması izin verir. (B) numunesi kaplar gibi ve her tür hücre için uygun 8 pozisyonlu kartuşları ile donatılmış bir sıcaklık kontrollü tutucu (Peltier tipi) kullanılan kuvars veya pirinç hücrelerinin görünümü. tutucu hem yüzündeki borated plastik maskeler (1) ile korumalıdır. (C) KWS-2 operasyonda basınç hücre görünümü. Hücre ortam ve ölçüm programı tarafından kontrol edilen bir otomatik modda 5.000 bar arasındaki numune üzerinde baskı sağlayabilir. ortasında küçük bir diyafram ile yuvarlak Cd maskesi (1) örnek üzerinde kiriş-boyutunu belirler. Bu rakam indirmek için tıklayınız.

Discussion

Yumuşak madde ve biyofiziksel sistemleri tipik nm mikron, geniş bir uzunluk ölçeğini kapsayan yapısal korelasyon ve birbiriyle mikroyapı ve morfolojik seviyeleri ile karakterize edilir. Oluşumu ve bu sistemlerin morfoloji ve mikroskopik özellikleri ve makroskopik özellikler arasındaki ilişkinin evrimi mekanizmasını anlamak için, toplam uzunluk ölçeği üzerinde ve ilgili çevre koşulları (örneğin sıcaklık, basınç, pH altında mikro yapı keşfetmek için önemlidir , nem, vs.). Tipik olarak, küçük açılı nötron (SANS) veya sinkrotron X-ışınları (SAXS) ile tekniklerinin saçılma bu çalışmalarda yer almaktadır. Sinkrotron X-ışınları karşı nötron yoğunluğu dezavantajı ancak enstrümantal çözünürlük kötüleşmesine yol açar nispeten büyük Δλ / l, kullanımı ile telafi edilir. Bununla birlikte, SANS Contr sunduğu olanaklardan dolayı benzersiz avantajlar sağlamaktadırözellikle hidrojen izotopları arasında ast varyasyon. Bu nedenle, SANS özellikle benzersiz yapısal ve morfolojik bilgi sevk ettiği için yumuşak madde ve biyofizik sistemlerin çalışmasında, kullanılan deneysel bir yöntemdir. Amaçlayan düşük Q çözünürlüğü sağlayan SANS diffraktometreler iğne deliği ilkesi (Şekil 2A) dünya çapında 21 eser, çoğu. Pratikte, tüm yüksek akı SANS diffraktometreler 1 x 10 8 n cm -2 sn -1 sırasına benzer bir maksimum akı var. Rahat dalga boyu karara istinaden, KWS-2 neredeyse akı 2, 4 katına çıktı. Son zamanlarda, çok özel SANS diffraktometreler çok küçük saçılma tür araştırmalar için gibi uygulamalar, belirli bir aralığı için optimize edilmiş özelliklere sahip hizmet etmek faaliyete geçmiştir 23, 22 vektörleri. Kararlı durum reaktörler 24 veya spallatio da uzman TOF-SANS diffraktometreler çok yakın komisyonu ilen kaynaklar 25, 26, belirli bir deney düzeneği ve deneysel çözünürlük seçimi ile ilgili daha fazla esneklik ve optimizasyon bir kitlesel-artmış dinamik Q aralık sunulmaktadır. KWS-2 SANS difraktometresi için, çok yönlülük ve yumuşak madde ve biyofizik alanında çok özel yapısal çalışmalar için gerekli olan performansı yüksek seviyede bir başka klasik SANS enstrüman etkindir. Açıklanan protokol tarafından desteklenen gibi optimizasyon, esneklik ve karmaşık çalışmalar tasarımı ve yürütülmesinde kendiliğindenlik, optimize edilmiş deneysel parametrelerin (örneğin, yoğunluk, uzunluk ölçeği, uzay çözünürlük ve zaman çözünürlük) ve karmaşık numune kombinasyonu ile elde edilir ortamlar. Şekil 8-15 sunulan sonuçlarla Giriş sayılan ve desteklenen çoklu çalışma modlarını kullanarak, KWS-2 kolay ve pratik bir şekilde klasik SANS difraktometresi performansını artırırBu tür araçların geleneksel sınırlarının ötesine istikrarlı bir nötron kaynağı (reaktör) de.

Bu protokol, normal bir kullanıcı tanımlayabilir ve sadece ortam termodinamik şartlar altında (sıcaklık, basınç, bağıl nem) ve statik koşullar altında numunelerin inceleme (yapı oluşumu hiçbir kinetik ya da içeren basit bir deneysel bir program yapmak için yürütmek gerektiğini adımları sunar dönüşüm, herhangi bir kayma veya akış). Çeşitli ısı kontrollü sahipleri veya basınç hücreleri, reometrelerin veya nem hücreleri gibi özel numune ortamları (Tablo 1 ve Ek Şekil 19), kullanılabilir ve en iyi şekilde kurulmalı ve enstrüman ekibinden özel destek ile ayarlanabilir. Bu protokol, ekipman ayarları ve kontrolleri hakkında yönergeler sağlamaz. tanımı ve dış kontrolör aktivasyonu başka, daha karmaşık bir protokol kullanılmasını gerektirir. Bu protokol sunardar bir dikdörtgen şeklinde (Şekil 3) kuvars numune hücreleri ile çalışma olgusu. Ancak, hücre geometri ve türleri (Ek Şekil 19) geniş bir alanda deneylerini de artan esneklik ve verimlilik sağlamak amacıyla, kullanıcılara sunulmaktadır. Bu tür hücreler kullanılarak durumunda, bu protokolün adım 4.2.2'de açıklanan parametrelerin ayarlanması ile takip edilebilir. ölçüm kontrol yazılımı, kullanıcıların cihazın teknik operasyonda bilimsel hedefleri ve optimizasyon peşinde esneklik sunmak için geliştirilmiştir. Tüm ayarlamalar ve özel fonksiyonlar ve enstrümanın bileşenlerinin yapılandırmaları enstrüman ekibi tarafından yapılır. aygıtının konfigürasyonu, tanımı ve kullanımı bilimsel kullanıcıların katılımı basitleştirilmiş ve özellikle de bir deneysel oturumda bilimsel konularla ilgili olan bu yönleri yalnızca sınırlıdır. Configuration dosyaları gibi, kiriş numune konumlandırma (koordinatlar x, örnek sahnede y, Ï † ve co, rotasyon tablo veya beşiği kiriş özel sahiplerinin konumlandırma gibi tüm özel deneysel sorunları karşılamak amacıyla önceden tanımlanmıştır Tamamlayıcı Şekil 5), farklı dalga boyları için dedektör ve kiriş-stop pozisyonlarının ayarlanması, farklı dalga boylarında, algılama mesafeleri ve hedefleyen çözüm için helikopter parametrelerinin ayarlanması (frekans ve açılış pencere), vb Ayrıca, mevcut protokolde gerçek zamanlı modu KWS-2 nasıl kullanılabileceğini tarif etmez. daha karmaşık bir protokol kullanımı da zamana bağımlı SANS deneyleri yapmak için gereklidir.

Ayrıca, bu protokol ölçülmüş veri enstrüman ve referanslar farklı saçılma katkıları için düzeltilmiş ve numunenin differenti elde etmek için kalibre edilebilir nasıl sunulurark saçılma kesiti dΣ / dΩ, cm-1 olarak ifade edilmiştir. Bu miktar numune ile ilgili tüm yapısal ve morfolojik bilgiler içerir ve incelenen sistemin karakteristik yapısal korelasyon ve birbiriyle boyut düzeyleri göründüğü üzerinde geniş bir uzunluk ölçeği, karşılık gelen geniş bir Q aralığında ölçülür. Saçılma tesir kesiti dΣ / dΩ böylece bir açı Θ bir statik saçılma deneyinde ölçülen yoğunluğu ile ilgilidir, ben s örnek yapısal özelliklerine f (Θ) =.

Ilgi konusu bir sistemi dΣ / dΩ değerlendirilmesi için, sistemin ölçüm yanı sıra, ilave ölçümler, herhangi bir harici dağılımı için durumunda (yani, çevre, numune hücresi, bir çözücü ya da tampon çözeltisi verilerini düzeltmek için gerekli olan çözünen sistemleri, vs.) ve mutlak birimler düzeltilmiş veri kalibre > 8. dış arka plan (örnek hücre veya kap), referans numunesi (solvent veya tampon çözeltileri), (mutlak birimler giderilmiştir sonuçların doğru arka plan çıkarma ve kalibrasyon için gerekli) örnek iletim, dedektörün elektronik arka plan, dedektör ve normalize edilmiş standart bir örnek hassasiyeti (alan detektörleri doğasında detektör verimliliği içinde homojen olmama), aynı zamanda ölçülmelidir. KWS-2 için, pleksiglas (PMMA), standart numune olarak kullanılır. Bu sözde ikincil standart ve periyodik olarak vanadyum bir birincil standart numune, karşı kalibre edilir. Vanadyum çok zayıf dağınık yoğunluğu sunar ve uygun istatistik toplamak için çok uzun ölçüm süreleri gerektirir; Bu nedenle, bu SANS amaçlar için pratik değildir. Aşağıdaki gibi faiz I S numuneden ve standart numune St toplanan yoğunluk ifade edilebilir:

t "> denklem 1 [1]

denklem 1 [2]

I 0 (kolimasyon sistemi tarafından temin edilir), gelen yoğunluğunu temsil eder, T, A ışınına maruz Konum kalınlığı olan, T iletim ve Δ ψ bir algılama hücresi görüldüğü olan katı açıdır örnek pozisyon. Örnek ve standart hem gelen ışına göre aynı şartlarda ölçülür (yani, L, C, A, C ve A S ve λ ve Δ λ / λ), 0 ve A aynı ve katı açı (bir algılama hücre alanını temsil eden bir D) bir D / L D olarak belirtilmiştir. İki ilişkileri bölerek, saçılma tesir-sectiörnek olduğu gibi elde edilmiştir:

denklem 1 [3]

St ortalama olarak ifade edilmektedir nerede (tutarsız bir saçılma sistemi gibi standart düz bir saçılma modeli sunar). Ben S boş hücreye Ben pil gerilimi katkısı ve kapalı kiriş, ben B dedektör arka planda göre hücre (konteyner) numunenin ölçülen yoğunluğu düzeltildikten sonra elde edilir. Saçılma ve standart bir örnek fiziksel parametreleri içeren St. T St (dΣ / dΩ) Abone terminali, t faktörü, nötron dalga boyunun X bağlıdır ve tipik olarak standart bir örnek kalibrasyonu bilinmektedir. Bu nedenle, veri azaltma yazılımı 4 tablolaştırılmıştır. Denklem parametreleri ve miktarları. Kalibrasyon prosedüründe bilinmektedir 3es ve deneysel kurulum (t S, L D) tanımı sözde kalibrasyon faktörü k oluştururlar. Denklem görünen yoğunlukları ve örnek iletim T S. 3 ölçülmelidir. veri analizi programı qtiKWS deneysel verilerin düzeltilmesi, kalibrasyon ve radyal ortalamasını esnek ve çok yönlü bir çalışma modunda incelenen numuneler için dΣ / dΩ ulaşılmasını sağlar. QtiKWS yazılımı ile oluşturulan nihai sonuçlar dört sütunlu tablolar halinde sunulmuştur: Q, ben dΣ / dΩ ve eğim veya temsil Δ I, Δσ Q çözünürlüğü 5'tir.

KWS-2 görüş pratik açıdan, birleştirildi SANS USANS araştırmalar numune geometrisi ve termodinamik koşullar sabit kalması avantajlı olarak, gerçekleştirilebilir. Daha fazla göstermek Büyük morfolojiŞekil 12 'de gösterildiği gibi, boyutları mikrometre nanometre geniş bir uzunluk ölçeğini kapsayan iple yapısal kat, doğrudan bir şekilde araştırılabilir. Geleneksel iğne deliği modunda ölçülmüştür saçılması eğrisinde gözlenen küçük ölçekli yapı sınırı R ° yanı sıra, lensler ve yüksek çözünürlüklü detektör poli oluşturulan silindirik bir çekirdek-kabuk misellerinin büyük yapısal sınırı L, C etkinleştirerek - (heksilen-oksit-ko-etilen oksit) D 2 O 14 PHO10k-PEO10k diblok kopolimer (tam proton) uzatılmış S -range çalışma modunda düşük S değerleri gözlenebilir. Çekirdek-kabuk-silindirik form faktörü 9,14 ile deney sonuçlarının bir uydurma ile ortaya çıktığı gibi, silindirik miseller, yaklaşık 300 Â ve toplam kalınlığı yaklaşık 7000 arasında bir uzunluk ile karakterize edilir. Bu nedenle, termo-duyarlı jeller veya oluşumu ve kristal büyümesi gibi bazı hassas etkileriçizgi veya kısmen kristalin morfolojisi net bir şekilde iki veya daha fazla farklı araçlar ve örnek geometriler içeren klasik yaklaşımın aksine, KWS-2 ile keşfedilebilir.

Şekil 11'de görüldüğü gibi, sistemleri korelasyon ve ek bakım ve güvenlik konularını içerecektir karmaşık monochromatization sistemlerinin montajı, zaman ve çaba harcamadan, çok esnek bir şekilde adapte çözünürlüklerde ile ele alınabilir yapıları emretti. Ayrıca, helikopter ve TOF veri toplama modu, tek dağılımlı yumuşak madde sistemleri ya da düşük boyut polidispersiteyle kompleksleri dahil ederek hala yüksek yoğunluklarda 5 çok hassas karakterize edilebilir.

tutarken nedeniyle oldukça seyreltilmiş sistemleri veya uygun olmayan bir kontrast koşullarının kullanılması ile zayıf bir dağılımı ile oluşturulan engeller, numune daha büyük ışın boyutuna göre daha da yüksek yoğunluklarda kullanılması ile aşılabilirçözüm. Şekil 13A R yarıçaplı bir polistiren parçacıklarından saçılma desenleri raporları = 150 Å, lensler ve 10 x 10 mm mm arasında, geleneksel iğne deliği modunda kullanılan tipik boyutu değişen bir kuadratik ışın boyutunu kullanarak yüksek yoğunluklu modunda ölçülmüştür ve 30 mm x 30 mm. Buna ek olarak, çapı (tam objektif boyutu) bir yuvarlak kiriş 50 mm olan bir ölçümün sonucu gösterilmiştir. Buna paralel olarak, geleneksel iğne deliği modda elde edilen normalize sonuç sunulmuştur. Sabit ışın boyutu tutarken λ = 7 Å ve konvansiyonel iğne deliği modu (Şekil 2B) aynı giriş açıklık boyutu A C nötron 26 lensler kullanarak, yaklaşık 12 kez numune üzerinde yoğunluğunda bir kazanç elde edilir (çözünürlük ) Şekil 13B-C'de gösterildiği gibi detektör ilgilidir. 27 lens sistemi, ortam sıcaklığında yaklaşık 32% geçirgenliğe sahiptir. 50 K arasında bir sıcaklığa soğutuldu, mercek transmisyon artar nedeniylelens materyali olarak fononların üzerinde saçılma bastırılması. 26 parabolik lens sistemi 10 mm x 10 mm'lik bir dörtgen profil boyutu için ışın lens tüm hacmi boyunca gider 50 mm yuvarlak kiriş boyutu, yaklaşık% 65 bir geçirgenliğe sahiptir ve yaklaşık% 92 lens materyalinin zaman sadece çok miktarda kiriş kalır. lensler ile yüksek yoğunluklu modu genellikle büyük algılama mesafesinde karşılaştı ve zayıf kontrast koşulları durumunda özellikle sorunlu olan zayıf saçılma durumunda avantajlar sunuyor. Örnek kez kısa bir süre içinde sadece kararlı olduğunda, başka bir yerde, 15 gösterildiği gibi, bu, modu kullanımı, açık bir avantajı temsil eder.

Öte yandan, biyolojik sistemlerin durumda, küçük bir örnek hacimleri deneyleri için tipik olarak mevcuttur. birkaç nanometre boyutlarında fizyolojik koşullarda küçük molekül, Domi üzerinde zayıf yayılma sinyallerini sağlarTampon çözümlerinden nant saçılması. Bu tür sinyaller kısa kolimasyon kullanılarak L C = 2 m ya da 4'ün m ve kısa algılama mesafeleri L D = 1 uzunlukları, iğne deliği modu düşük çözünürlüklü kurulumunda enstrümanın yüksek yoğunluk yararlanan, KWS-2 ile ölçülebilir m, 2 m veya 4 m. Tampon saçılma sinyali düzeltme uygulandıktan sonra elde edilen rakam 14 dötere hekzafloroizopropanol dHFIP saçılma beta amiloid proteini desenleri (Aβ 1-42 M W = 4.5 kDa) monomerleri sunar. Verilerin bir model uyum Å 16 yaklaşık 16 ± 1 bir monomer boyutu teslim etti. Ölçümler kısa algılama mesafelerde yürütülen olmasına rağmen her deneysel koşul için birkaç saat (algılama mesafesi L D ve örnek tipi) uzun bir ölçüm süresi, yer aldı. sayım oranına ilişkin sınırlamalar göstermiştir eski dedektör, kısa kolimasyon mesafelerde kullanımını engellemiştirAlet maksimum akı dolayısıyla kullanımı L C. Tam nötron akı kullanımını sağlayan yeni algılama sistemi komisyonu ile, bu tür zayıf şiddetleri daha kısa zamanlarda ve gelecekte gelişmiş istatistiklerle ölçülecektir.

Son olarak, uyarı duyarlı etki KWS-2 özel yardımcı ekipman kullanılarak esnek ve kolay bir şekilde incelenebilir. Bir örnek D 2 O tamponu içinde ve farklı basınçlarda toplanan tampon Lizozim proteininden SANS modellerini gösterir, Şekil 15, rapor edilmiştir. Özel dikkat PSI, İsviçre tarafından yapılan bir tasarımı izlenerek in-house üretilen yeni basınç hücresinin performansı testinde kullanılan Lizozim moleküllerden arka plan ve ön saçılma soruşturma, ödenmiştir. Sonuçlar Kohlbrecher ve arkadaşları tarafından elde edilenlere benzerdi. Benzer bir çalışmada inşa orijinal basınç hücre modeli test etmekOrada 17, 18. 5000 bar basınç ulaşıldı yana KWS-2 ile, daha fazla veri satın alınmıştır. PSI, İsviçre 18 çalışmasında görüldüğü gibi proteinden öne dağınık yoğunluğu Evrimi, doğrusal bir davranış izler.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
heavy water D2O Sigma-Aldrich 151882
heavy water D2O/H2O Sigma-Aldrich 151882 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3030A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanospher Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3070A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3100A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanospher Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3200A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3800A 90% D2O and 10% H2O
diblock copolymer C28H57-PEO5k synthesized in house in D2O
Quartz Cells 110-QX Hellma analytics 110-1-46
Aluminum cuvette-holder manufactured in house for measurements at ambient temperature
screwdriver
Allen keys

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gläser, W., Petry, W. The new neutron source FRM II. Physica. B. 276-278, 30-32 (2000).
  2. Radulescu, A., Pipich, V., Ioffe, A. Quality assessment of neutron delivery system for small-angle neutron scattering diffractometers of the Jülich Centre for Neutron Science at FRM II. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 689, 1-6 (2012).
  3. Radulescu, A., Ioffe, A. Neutron guide system for small-angle neutron scattering instruments of the Jülich Centre for Neutron Science at FRM-II. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 586, 55-58 (2008).
  4. Radulescu, A., Pipich, V., Frielinghaus, H., Appavou, M. S. K. W. S. -2 the high intensity/wide Q-range small angle neutron diffractometer for soft-matter and biology at FRM II. J. Phys.: Conf. Ser. 351, 012026 (2012).
  5. Radulescu, A., et al. Tuning the instrument resolution using chopper and time of flight at the small-angle neutron scattering diffractometer KWS-2. J.Appl.Cryst. 48, 1849-1859 (2015).
  6. Frielinghaus, H., et al. Aspherical refractive lenses for small-angle neutron scattering. J. Appl. Cryst. 42, 681-690 (2009).
  7. Radulescu, A., Fetters, L. J., Richter, D. Structural characterization of semicrystalline polymer morphologies by imaging-SANS. J.Phys.: Conf.Ser. 340, 012089 (2012).
  8. Neutron, X-rays and Light Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter. Zemb, T., Lindner, P. Elsevier Science. (2002).
  9. Pedersen, J. S. Analysis of small-angle scattering data from colloids and polymer solutions: modeling and least square fittings. Adv. Colloid Interface Sci. 70, 171-210 (1997).
  10. Barker, J. G., Pedersen, J. S. Instrumental Smearing Effects in Radially Symmetric Small-Angle Neutron Scattering by Numerical and Analytical Methods. J. Appl. Cryst. 28, 105-114 (1995).
  11. Hammouda, B., Mildner, D. F. R. Small-angle neutron scattering resolution with refractive optics. J. Appl. Cryst. 40, 250-259 (2007).
  12. Vad, T., Sager, W. F. C., Zhang, J., Buitenhuis, J., Radulescu, A. Experimental determination of resolution function parameters from small-angle neutron scattering data of a colloidal SiO2 dispersion. J. Appl. Cryst. 43, 686-692 (2010).
  13. Amann, M., Willner, L., Stellbrink, J., Radulescu, A., Richter, D. Studying the concentration dependence of the aggregation number of a micellar model system by SANS. Soft Matter. 11, 4208-4217 (2015).
  14. Ströbl, M. Diploma Thesis. Univ. Regensburg. Germany. (2008).
  15. Dahdal, Y. N., et al. Small-Angle Neutron Scattering Studies of Mineralization on BSA Coated Citrate Capped Gold Nanoparticles Used as a Model Surface for Membrane Scaling in RO Wastewater Desalination. Langmuir. 30, 15072-15082 (2014).
  16. Zhang-Haagen, B., et al. Monomeric Amyloid Beta Peptide in Hexafluoroisopropanol Detected by Small Angle Neutron Scattering. PLOS One. 11, e0150267 (2016).
  17. Kaneko, F., Radulescu, A., Ute, K. Time-resolved small-angle neutron scattering on guest-exchange processes in co-crystals of syndiotactic polystyrene. J. Appl. Cryst. 47, 6-13 (2014).
  18. Kohlbrecher, J., et al. A high pressure cell for small angle neutron scattering up to 5000 MPa in combination with light scattering to investigate liquid samples. Rev. Sci. Instr. 78, 125101 (2007).
  19. Vavrin, R., et al. Structure and phase diagram of an adhesive colloidal dispersion under high pressure: A small angle neutron scattering, diffuse wave spectroscopy, and light scattering. J. Chem. Phys. 130, 154903 (2009).
  20. Kaneko, F., et al. Development of a Simultaneous SANS/FTIR Measuring System. Chem. Lett. 44, 497-499 (2015).
  21. SAS Portal. Available from: www.smallangle.org (2016).
  22. Goerigk, G., Varga, Z. Comprehensive upgrade of the high-resolution small angle neutron scattering instrument KWS-3 at FRM II. J. Appl. Cryst. 44, 337-342 (2011).
  23. Desert, S., Thevenot, V., Oberdisse, J., Brulet, A. The new very-small-angle neutron scattering spectrometer at Laboratoire Léon Brillouin. J. Appl. Cryst. 40, s471-s473 (2007).
  24. Dewhurst, C. W. D33 - a third small-angle neutron scattering instrument at the Institute Laue Langevin. Meas. Sci. Technol. 19, 034007 (2008).
  25. Zhao, J. K., Gao, K. Y., Liu, D. The extended Q-range small-angle neutron scattering diffractometer at the SNS. J. Appl. Cryst. 43, 1068-1077 (2010).
  26. Takata, S., Suzuki, J., Shinohara, T., Oku, T., Tominaga, T., Ohishi, K., Iwase, H., Nakatani, T., Inamura, Y., Ito, T., Suzuya, K., Aizawa, K., Arai, M., Otomo, T., Sugiyama, M. The Design and q Resolution of the Small and Wide Angle Neutron Scattering Instrument (TAIKAN) in J-PARC. JPS Conf. Proc. 8, 036020 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics