Studera Soft-materia och biologiska system över ett brett Längd skala från nanometer och mikrometer storlek vid liten vinkel Neutron Diffractometer KWS-2

Bioengineering
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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 diffraktometer är tillägnad utredning av mjuk materia och biofysiska system som täcker ett brett längdskala, från nm till pm. Instrumentet är optimerad för utforskning av den breda momentöverföring Q intervallet mellan 1x10 -4 och 0,5 Å -1 genom att kombinera klassisk hål, fokusering (med linser), och tids of-flight (med helikoptern) metoder, samtidigt som ger hög -neutron intensiteter med en justerbar upplösning. På grund av dess förmåga att justera intensiteten och upplösningen inom vida gränser under experimentet, i kombination med möjligheten att utrusta specifika prov miljöer och hjälpanordningar, KWS-2 visar en hög mångsidighet i att ta itu med brett spektrum av strukturella och morfologiska studier i fältet. Jämviktsstrukturer kan studeras i statiska mätningar, medan dynamiska och kinetiska processer kan undersökas över tidsskalor mellan minuter tiotals millisekunderder med tidsupplösta metoder. Typiska system som undersöks med KWS-2 täcker allt från komplexa, hierarkiska system som uppvisar flera strukturella nivåer (t.ex. geler, nätverk eller makroaggregat) till små och dåligt spridningssystem (t.ex. enstaka polymerer eller proteiner i lösning). Den senaste uppgraderingen av detekteringssystemet, vilket gör det möjligt att upptäcka räkna talen i MHz-området, öppnar nya möjligheter att studera även mycket små biologiska morfologier i buffertlösning med svaga spridningssignaler nära buffertspridningsnivån vid högt Q.

I detta dokument ger vi ett protokoll för att undersöka prover med karaktäristiska storlek nivåer som spänner över ett brett längdskala och uppvisar beställning i mesoskalig struktur med hjälp av KWS-2. Vi presenterar i detalj hur man använder flera arbetslägen som erbjuds av instrumentet och prestandanivå som uppnås.

Introduction

Mjuka och biologiska material visar en rik variation av morfologier som kännetecknas av funktioner som självorganisering och självorganisering av elementära enheter till större, komplexa aggregat. De visar också kooperativa samspel med ett stort antal frihetsgrader; svag växelverkan mellan de strukturella enheterna, och därmed hög känslighet för yttre fält; och Spatiotemporal korrelationer som kan spänner över ett brett spektrum, från nanometer till millimeter och från nanosekunder till dagar. På grund av det stora utbudet av relevant längd- och tidsramar, experimentell karakterisering av egenskaperna hos dessa material är mycket utmanande. Spridningstekniker med neutroner spelar en viktig roll i undersökningen av struktur, dynamik, och termodynamiska egenskaperna hos sådana komplexa system. Som unika prober, neutroner erbjuder fördelen med olika interaktioner mellan ett H och 2 H (deuterium, D) väteisotoper. Den stora skiljernaden i den koherenta spridningslängden densitet mellan väte och deuterium utgör grunden för de kontrast variation och kontrast matchande metoder. Eftersom de flesta av mjuk materia och biologiska system består av kolväten, väte / deuterium (H / D) substitution ger möjlighet att variera sammanhängande spridningslängden densitet av en förening inom ett brett område. Med denna teknik, kan valda beståndsdelar i ett komplext system märkas genom isotoputbyte. Beroende på kontrast den kvadrat skillnaden mellan dess spridning längd täthet och att de övriga valda komponenter eller regioner inom en komplex mjuk materia eller biofysikalisk morfologi kan göras synlig eller osynlig i spridningsexperiment utan kemiskt förändra systemet. Dessutom är neutroner mycket genomträngande och kan användas som icke-destruktiva sonder och för att studera prover i speciella miljöer, där bidraget från ytterligare material placerade i strålen kan vara reliskickligt mätas och korrigeras.

Elastiska spridningsexperiment levererar information om strukturen och morfologin hos ett prov. Den spridda intensiteten mäts i det reciproka rummet som en funktion av den momentöverföring Q, där Q = 4π / λ synd Θ / 2, med λ - neutronen våglängd och Θ - spridningsvinkeln; Detta översätts sedan i verkliga rymden genom en omvänd Fourier transformation. Således, stora Q-värdena hänför sig till korta längdskalor, med interatom korrelationer undersökts av klassisk neutrondiffraktion (ND). Vid små Q-värden, kan stora längdskalor undersökas av små vinklar neutronspridning (SANS). Typiskt, singel eller montering syntetiska eller naturliga makromolekyler i lösning, smälta, är film eller bulkprover kännetecknas över ett brett längdskala, från nanometer och mikrometer storlekar, genom tillämpning av de klassiska pin-håls SANS och uLTRA-SANS (baserat på fokusering eller enda kristall diffraktometri) tekniker. Det är dock ibland svårt kombinationen av olika metoder eller anordningar för att uppnå en fullständig strukturell karakterisering på grund av frågor som finns mängd prov, stabilitet av prover över långa tidsperioder, reproducerbarhet effekter i särskilda termodynamiska förhållanden, och gemensam analys av experimentella data som erhållits i olika experimentella geometrier. Dessutom studier som behandlar strukturer och snabba strukturförändringar som kännetecknas av hög utrymme eller tidsupplösning är mycket utmanande, som kräver mycket speciella experimentella uppställningar. Därför, är fördelaktigt för mötet alla speciella krav från användarna utvecklingen av mycket mångsidiga SANS instrument, där gränser kan skjutas förbi den typiska konfigurationen i ett enkelt och praktiskt sätt.

Den SANS diffraktometer KWS-2 (Figur 1), som drivs av J2; lich Centre of Neutron Science (JCNS) vid Heinz Maier-Leibnitz Center (MLZ) i Garching, var ursprungligen en klassisk pinhole SANS instrument som omfattas av en hög neutronflöde (Kompletterande Figur 1) som levereras av FRM II neutronkälla en och den dedikerade styrsystemet 2-4. Efter upprepade uppgraderingar, var instrumentet optimerad för utforskning av ett stort Q område mellan 1x10 -4 och 0,5 -1, vilket ger hög neutron intensitet och en justerbar upplösning. Med tillgång till specifika provmiljöer och tillhörande enheter (tabell 1), kan instrumentet vara utrustade för att studera mjuk materia och biofysiska system över ett brett längdskala, från nm upp till pm, genom statiska mätningar; det kan också utföra tidsupplösta undersökningar av strukturer och morfologier vid jämvikt eller under omvandling till följd av kinetiska processer, som spänner över ett brett tidsskala mellan minuter och tiotalsmillisekunder. Vid konventionell arbetsläge (Figur 2A), en Q intervall mellan 7x10 -4 -1 och 0,5 Å -1 kan täckas genom variationen av provet till detektoravstånd och / eller våglängd. Därför kan strukturella nivåer och korrelationseffekter på en längdskala från 10 A upp till 9000 Å inspekteras i verkliga rymden (där dimensionen anses vara 2π / Q). Valet av den våglängd, mellan 4,5 Å och 20 Å, användning av en mekanisk monokromator (hastighetsväljare) som tillhandahåller en våglängd spread Δλ / λ = 20%, den variation av kollimationsbetingelser (kollimations sträcka L C och bländare öppningar, A C - ingångsöppningen, efter den sista neutron styrsegmentet i strålen, och A S - provöppningen, precis framför provet) och detekteringsavståndet L D sker automatiskt via datorstyrning.

Q m, och den snabba detektering vid höga räkningshastigheter i MHz-området nyligen genomförts i syfte att öka instrumentprestanda. Under denna process, var instrumentet utrustad med extra funktioner.

Det finns en dubbel-skiva chopper 5 med variabel slitsöppningar (kompletterande figur 2) och time-of-flight (TOF) datainsamlingsläget. Choppern kan drivas vid en varierande frekvens f chopper mellan 10 Hz och 100 Hz och med vinkel öppningarna hos de två chopper fönster mellan vinklar av 0 ° ≤ Δφ ≤ 90 ° genom att ändra placeringen av de två skivorna med avseende på varandra. Förbättringen i våglängdsupplösning Δλ / λ uppnås genom att förkorta öppningstiden för neutronen styr τ w av Decrlättnader Δφ och / eller ökande f chopper. De resulterande pulserna som spelats in på detektorn är uppdelad på ett lämpligt antal tidskanaler som matchar τ w i bredd och kännetecknas av den avsedda Δλ / λ.

Det finns också fokuserar element av magnesium fluorit MgF2 paraboliska linser 6 med en diameter på 50 mm (Figur 1). 26 MgF2 linser är grupperade i tre paket (4 + 6 + 16 linser) som kan flyttas oberoende i balken för att uppnå fokus förhållanden med olika våglängder X = 7-20 Å. För att öka överföringen genom att minska spridningen på fononer i linsmaterialet, är linserna hålls vid 70 K med hjälp av ett speciellt kylsystem.

Det finns en sekundär högupplösande positionskänslig scintillationsdetektor med en 1 mm positionsupplösning och en 0,45 mm pixelstorlek. detektornplaceras typiskt i tornet på toppen av vakuumtanken på ett fast avstånd L D = 17 m och kan förflyttas vertikalt i eller ut ur balken (Figur 1). Den huvudsakliga detektorn parkerad i ändläget av tanken på 20 m, medan den sekundära detektorn förflyttas i balken när högupplösta undersökningar (låg Q) med linser utförs 4,7. Den sekundära detektorn är placerad i en brännpunkt hos linssystemet, medan en liten entréöppning vid L C = 20 m skulle vara, i detta fall, i den andra brännpunkten.

Det finns en ny huvuddetekteringssystem som består av en matris av 144 3 He-rör (med en global effektivitet per rör av 85% för λ = 5 Å) och som definierar en aktiv detektionsarea ekvivalent med 0,9 m 2 (figur 1). Innovativa snabba avläsningselektronik monterade i en sluten fall på baksidan av tre Han rörram förbättrarutlästa egenskaper och reducerar bakgrundsljud. Det nya systemet som ersatt den gamla scintillationsdetektor (6 Li scintillator och en matris med 8x8 fotomultiplikatorer, figur 1) kännetecknas av en effektiv dead-tidskonstant på 25 ns och en total räknehastighet så hög som 5 MHz vid 10% tidsfristen tid för plana profiler. Dessa funktioner är beroende på det faktum att systemet innehåller oberoende kanaler som drivs parallellt, vilket är en fördel jämfört med system som upplever dödtids efter en händelse. Den mycket högre pulsfrekvens förkortar mättider och ökar antalet experiment som kan utföras i samma tidsperiod därför.

Med alla dessa innovationer, instrumentet blev ett mycket mångsidigt verktyg som kan ta itu med ett brett utbud av strukturella studier genom att erbjuda flera arbetslägen (tabell 2) som kan väljas och användas på ett direkt och användarvänligt sätt. I det högintensiva läge (Figur 2B), upp till tolv gånger den intensitet som förstärkningen jämfört med den konventionella pinhole läge för samma upplösning kan uppnås med linser genom att öka provstorlek. I avstämbara upplösning med chopper och TOF datainsamling, är förbättrad karakterisering av spridningsfunktioner inom olika Q intervall möjliggörs av möjligheten att variera våglängden upplösning Δ λ / λ mellan 2% och 20% 5. I den utökade Q smältområde läge (figur 2C), med hjälp av linser och sekundära högupplösta detektor, en Q m så lågt som 1 x 10 -4 -1 kan uppnås, vilket i kombination med den hål läge, tillstånd utforskandet av storlekar under en sammanhängande längd skala från nm till mikron. Användningen av en chopper för att minska Δ λ / λ ger noggranna balk egenskaper genom att undvika gravitations och kromatiska effekter WHsv använder linserna. I realtid läge, genom att utnyttja den höga intensitet och extern utlösning av datainsamling genom provmiljöer, strukturella förändringar kan lösas med tids upplösningar ner till 50 ms. Genom att förbättra våglängden upplösning ner till Δ λ / λ = 5% med helikoptern, kan tids upplösningar lika bra som 2 ms realiseras.

Här presenterar vi i detalj ett protokoll om hur typiska experiment utförs på KWS-2 i dess olika arbetslägen och hur strukturinformation från de undersökta proverna kan erhållas från de insamlade uppgifterna genom datareduktion. I denna demonstration kommer vi att använda SANS att karakterisera flera storlekar av standardpartikellösningar och ett högt koncentrerad polymer micellär lösning för att visa hur storlek och ordning kan studeras över breda områden på ett flexibelt och effektivt sätt med KWS-2 under en experimentell session. Polystyrenpartiklar sfäriska partiklar med diffehyres storlekar (radier på R = 150, 350, 500, 1000, och 4000 A) och en storlek polydispersitet av σ R ekvation 5 8% är dispergerade i en vattenlösning (en blandning av 90% D2O och 10% H2O) vid en volymfraktion av 1%. Miceller som bildas av de C 28 H 57 -PEO5 disegmentsampolymerer i D2O vid en koncentration av 12% visar en ordnad struktur.

Protocol

1. Laddar exempel celler

  1. Dispergera polystyrenpartiklar sfäriska partiklar med olika storlekar (radier på R = 150, 350, 500, 1000, och 4000 A) och en storlek polydispersitet av σ R ekvation 5 8% i en vattenlösning (en blandning av 90% D2O och 10% H2O) vid en volymfraktion av 1%.
  2. Överföra de sex lösningar av polystyrenpartiklar i D2O / H2O, lösningen av C 28 H 57 -PEO5 i D2O, och D2O / H2O och D2O lösningsmedel för att kvartsceller (Figur 3 ) med användning av Pasteur-pipetter. Fyll vardera av de kvartsceller upp till halsen. Stänga kvartsceller med sina proppar.
    OBS: Funktionen att fylla kvartscellerna med prover skall utföras i provberedningen lab av FRM II genom att följa de särskilda arbetsförhållanden som anges där.
  3. install de fyllda kvartsceller in i Al-patroner av provhållaren (fig 3). Placera varje fylld kvartscell i en hålighet i kassetten och kontrollera om kvartscell fylls med tillräckligt prov genom att bestämma huruvida provet helt täcker fönsteröppningen i kassetten som tillhandahålls för neutroner. Placera korrigering och standardproverna (den tomma kvartscell, bor-metallplatta, och Plexiglas plattan) i ytterligare platser på patronen och lämna en plats fri för den tomma strålen mätningen.
  4. Täck kassetten med CD-belagda Al-täckplåtar (Figur 3) med skruvarna (M3x5). Fäst patronen på Al-ram av provhållaren med hjälp av speciella Al skruvarna (Figur 4).

2. Placera provhållaren / Sample miljö om provrörshållaren

  1. Bestämma det nödvändiga utrymmet vid provposition av provhållaren genom att justeralängden av kollimations näsan (Figur 5). Välj lämplig konfiguration för provhållaren från de lagrade konfigurationer i kollimations näsan styrsystemet.
  2. Installera lämplig provhållaren / provmiljö på provet scenen i den förutbestämda positionen på den optiska bakbord med hjälp av insexskruvarna, M6x40 (Figur 6).
  3. Stäng motoriserade skjut bly dörren (Figur 5) med hjälp av rattarna på sin utsida, hålla vreden aktiveras tills dörren når ändläget, vilket indikeras av en ljussignal.
    Varning: Utan dörren helt stängd och slut omkopplaren aktiveras, strålen slutare kan inte öppnas, antingen manuellt eller från mätningen styrprogram; mätningen programvara kommer att kräva en ytterligare kontroll för det här problemet innan mätningen.

3. Planering av experiment

  1. Välj adequåt experimentell konfiguration och läge för att utföra undersökningen i en Q intervall som är lämpligt för längdskalan av strukturerna och korrelationseffekter som uppdagas av provet. Kontrollera det dynamiska området av instrumentet 4 (figur 7 och tabell 2).
  2. Välj lämplig experimentell konfiguration och läge för att möjliggöra korrekt intensitet på provet baserat på den uppskattade nivån för den spridda intensiteten genom att veta den ungefärliga storleken, koncentration och kontrast faktor som kännetecknar de prover som skall undersökas 8. Detta görs i syfte att optimera mättiden för en målinriktad uppmätt statistik och för att matcha provets stabilitet i händelse av prover med en kort stabilitetstiden. Kontrollera intensiteten kartan för olika experimentella konfigurationer 4 (Kompletterande Figur 1 och Tabell 2).
  3. Välja den lämpliga experimentella konfigurationen och lägetför att åstadkomma en korrekt upplösning baserat på en ungefärlig kunskap om graden av polydispersitet i storlek och koncentrationen av de spridande objekt i provet 8. Detta görs för att möjliggöra upplösning av fina spridningsfunktioner som uppstår på grund av att beställa effekter i provet. Kontrollera om möjligheten att finjustera våglängdsupplösning 5 (tabell 2).

4. Förbereda mätning programvara och dirigering och visualisera experiment

  1. Starta mätningen programvara genom att skriva in KWS2TC i ett terminalfönster vid mätning styrdator i KWS-2 instrumentet för att aktivera huvudmenyn (Kompletterande Fig 3). Använd vänster uppsättning funktioner för att definiera de elementära motorpositioner (Configuration), för att välja prov och inställningsförhållanden (Definition), för att starta mätningen och övervaka alla motorer (Control), och att övervaka den faktiskadetektor (Live-Display).
  2. Välj konfiguration funktion i huvudmenyn för att aktivera kws2-konfigurationsmenyn (Kompletterande Figur 4) för att definiera användardata och konfigurera elementära motorpositioner och börvärden för de enheter och fält på provet.
    1. Välj Userdata funktion (Kompletterande Figur 4) och fyll fälten Användarnamn, E-post, första delen av filnamnet, och värdering kommentar i menyn Användare (visa / redigera). Lämna menyn genom att klicka på Spara.
      Varning: Använd inte specialtecken, som @, $,%, etc., för filnamnsprefix. Undvik att använda specialtecken under hela försöksförfarandet.
    2. Välj Prov funktionen (Kompletterande Figur 4) för att aktivera Provkonfigurationsmenyn (Kompletterande Figur 4). Fyll fälten Sample titel, Prov balk fönster - Storlek, provets tjocklek, och Kommentar till varje sample och position väljs från den vänstra vertikala listan av menyn. Spara varje prov konfiguration efter avslutad definition. Lämna menyn genom att klicka på Stäng.
    3. Spara alla konfigurationer under File funktionen vid den övre uppsättningen av funktioner i konfigurationsmenyn.
  3. Välj funktionsdefinitionen i huvudmenyn (Kompletterande Figur 3) för att aktivera kws2 Definition menyn (Kompletterande figur 5) för att definiera experimentuppställning och mätprogrammet.
    1. Välj Prov funktion för att aktivera Select Prover menyn (Kompletterande Figur 5).
      1. Välj de tolv prover som ska mätas (som visas i Figur 3) från listan över kända prover i den vänstra vertikala fält och flytta dem till de utvalda proverna fält med blå pilen. Beställa en lista över de utvalda proverna genom att använda de blå vertikala pilarna.
      2. Kontrollera prov parameters och justera namn, tjocklek, och kommentera, om det behövs. Lämna menyn genom att klicka på Spara eller Stäng.
    2. Välj detektorfunktionen för att aktivera Definition av menyn Mätning (Kompletterande figur 6).
      1. Välj den statiska mätningen typ genom att välja Standard i mätområdet. I slutet förhållanden, välj rätt tidsenhet för området mättid.
      2. I Välj detektor och Kollimering Avstånd, välj den experimentuppställning och arbetsläge genom att välja lämpliga värden för våglängden (Selector fält), detekteringsavstånd (detektor Avstånd fält), datainsamling läge (TOF fält), som syftar våglängdsupplösning (DLambda / Lambda fält), mättid (Time fält), linser konfiguration (linser fält), och kollimation avstånd (kollimering Avstånd fält).
      3. Klicka på knappen Ny efter en konfiguration helt definieras för att fixa det och förvara den i lower tabell. Definiera nästa konfiguration och förvara den på ett liknande sätt tills hela uppsättningen konfigurationer (kompletterande figur 6) har slutförts. Hit Spara eller Stäng i definitionen av mätningar menyn när justeringen av experimentuppställning och arbetslägen är klar.
      4. Sortera listan över mätningar enligt de tre slingor (sortering förhållanden) visas längst ned på menyn som genereras av programmet (kompletterande figur 7). Ta de mätningar som inte är önskvärda genom att markera motsvarande rad och klicka på "X" -knappen markeras med rött. Justera mättiden för varje mätning som önskas genom att kontrollera den totala definierade mättiden i det centrala området, markerade i rött, i kws2 Definition menyn, som alltid förblir aktiv på skärmen.
      5. Lämna meny med Spara eller Stäng och återgå till kws2 Definition menyn (Kompletterande Figur 5). Stäng kws2 Definitionmenyn och återgå till huvudmenyn (Kompletterande Figur 3).
  4. Välj Control-funktionen i huvudmenyn för KWS2 mätprogramvara (Kompletterande Figur 3) för att aktivera Measurement kontrollmenyn (Kompletterande figur 8).
    1. Logga in med användarnamn och lösenord som kommer att meddelas av instrument vetenskapsman och låsa sessionen för att generera skriptet, som kommer att utföra kommandon i den uppladdade mätprogram. Välj Loop Definition för att kontrollera den uppladdade mätprogram.
    2. Tryck på startknappen och svara på frågorna som genereras av programmet om den aktuella statusen av provposition dörren och balk slutare. Mätprogrammet startas. Välj aktuella värden för att möjliggöra visualisering av den pågående mätningen (lägena för motorer och status för instrumentkomponenter, räkna ränta, och Evolution av den integrerade intensiteten i tid).
      OBS: Den integrerade intensiteten på detektorn och de räknehastigheter av detektorn och monitorer visas och kan användas för att ändra mätprogrammet, antingen individuellt eller helheten av uppsättningen mätvärden.
  5. Låt mätningarna genomföras och avslutas i enlighet med den definierade beräkningsprogrammet.
    OBS: Mätningarna kan avbrytas eller stoppas genom aktivering av stoppfunktionen och välja önskat alternativ (att fortsätta, för att stoppa strömmätning med eller utan att spara filen, eller för att stoppa hela programmet) när integralintensiteten samlas upp till en viss tidpunkt anses tillräckliga eller när fel upptäcks i mätningarna sekvensen.
    1. Generera Loggbok av mätserie genom att klicka på knappen Skriv ut under alternativet Loop Definitioner (Kompletterande figur 8) när den definierade beräkningsprogrammet har stoppats eller compborttagna.
  6. Välj Live-Display i huvudmenyn för KWS2 mätprogramvara (Kompletterande Figur 3) för att aktivera KWSlive_MainWindow gränssnitt (Kompletterande figur 9).
    1. Vid typ skärmen, välja antingen GEDET eller PSD för att visualisera data som samlats in med huvud eller med den sekundära (hög upplösning) detektor, respektive. Välj visualisering läge på visningsläge genom att välja den tredimensionella (Surface), den tvådimensionella (Contour), eller den endimensionella (Radial genomsnitt) läge. Ange tomten alternativ (linjär eller logaritmisk skala) och parametervärden (våglängd och detektionsavstånd L D) i områdena för Radial genomsnittliga alternativmenyn för att möjliggöra en presentation av uppgifter som n intensitet (okorrigerat) mot Q.
    2. Välj en önskad TOF-kanal för att visualisera data som samlats in i TOF-läge (med antingen huvud- eller sekundär detektor).

5. Dataanalys

  1. Starta databehandling programvara genom att skriva kommandot qtiKWS i ett terminalfönster för dataanalys dator av KWS-2 instrument. Välj alternativet Nytt skript på den högra sidan av de viktigaste gränssnittet.
  2. Välj alternativet DAN i övre funktioner menyn av de viktigaste gränssnittet (Kompletterande Figur 10) för att aktivera dataanalysfunktioner. Välj KWS-2 instrument från Alternativ på höger sidomenyn för att aktivera dataanalysläge för data som mäts på KWS-2 med hjälp av huvuddetektorn. Ange den mapp där de uppmätta datafiler finns och där de korrigerade datafiler ska lagras.
  3. Välj alternativet Verktyg och aktivera Header (s) funktion på höger sidomenyn (kompletterande figur 11) och generera information-tabellen som innehåller de filer som ska bearbetas. Definiera tabellnamnet genom att klicka på den vänstra uppsättningen gröna pilarpå fältet Header (er). Ladda de uppmätta filer genom att klicka på rätt uppsättning av gröna pilarna på fältet Header (s) och välja de uppmätta filer.
    OBS! Info-tabellen som innehåller fullständig information om varje mätning fil lagras i explorer-liknande meny i den nedre delen av projektet. Alla resultat som kommer att genereras senare i projektet kommer att lagras där.
  4. Aktivera maskfunktionen i den högra menyn (Kompletterande Fig 12) och att alstra den aktiva mask som definierar det område av detektor, som kommer att övervägas för databehandling. Ange värden i Edge och Beam-Stop fält för att definiera det nedre vänstra och övre högra hörn av den rektangulära masken när det gäller analysen av isotropa spridningsmönster.
  5. Aktivera känslighetsfunktionen i den högra menyn (Kompletterande figur 13) och generera detektorkänslighet för en viss konfiguration genom att skriva in i den markerade gröna fields siffrorna köra för mätningar av standardprov (plexiglas), tom stråle (EB), och blockerade balk (B4C).
    1. Klicka på uppsättningen gröna pilarna bredvid det gula fältet (Transmission) för beräkning av sändandet av standardprovet. Skapa och namnge känslighetsmatris genom att välja Beräkna som Ny och visualisera den genererade matrisen genom att använda lämpliga tomt funktioner i den nedre menyn. Upprepa denna procedur vid andra konfigurationer.
  6. Aktivera databehandling i den högra menyn (Kompletterande figur 14) och generera korrigering och kalibreringstabellen och manuset bordet för att korrigera, kalibrera och utföra radiella medelvärdes av data.
    1. Definiera antal villkor som används i experimentet genom att använda den horisontella reglage på toppen av den högra sidomenyn (röd pil). Fyll de områden som anges med den gula pennan genom att ange för varje experimentell tillstånd attköra siffror för den tomma cellen (EG), blockerade balk (B4C), och standardprover-plexiglas (Abs. Cal. FS), tom stråle för standardkorrigering (Abs Cal. EB.), och blockerade strålen för standarden korrigering (Abs. Cal. B4C).
    2. Ange kör antalet mätningar med starkt framåt spridning på mittfältet. Ange löpnummer av en tom balk i EB fältet och välj motsvarande experimentella villkor för beräkning av överföringen av prover genom att markera rutan bredvid Tr (EC-till-EB) funktion.
    3. Klicka på varje knapp som anges av en uppsättning roterande gröna pilarna på den vertikala rad alternativ (kompletterande figur 14) för att ladda den information som behövs för databehandling från de definierade filer och beräkna överföringen av tom cell. Klicka på huvudet på varje gul kolumn för att definiera kolumnnamnet.
    4. Klicka på knappen Ny för att generera och namnge tabellen av de datafiler som kommer be bearbetas. Klicka på knappen Lägg till för att ladda datafiler som kommer att behandlas. Klicka på Tr knapp som anges med uppsättningen av roterande gröna pilarna under Script-Table Tools området för att beräkna sändandet av varje prov. Kontrollera resultaten i den genererade tabellen (Supplementary Figur 14).
    5. Välj Project i det nedre högra hörnet av gränssnittet (kompletterande figur 14) för att spara alla resultat som tabeller eller matriser i den aktuella qtiKWS session (projekt). Klicka på I [x, y] -knappen för att utföra korrigering och kalibrering av två-dimensionella data. Klicka på I (Q) -knappen för att utföra korrigeringen, kalibrering och radiell medelvärdesbildning av data. Plotta resultat med grafiska funktioner under grafen (kompletterande figur 15) alternativet.
      OBS: Alla resultat kommer att genereras som externa filer som sparas i den externa mapp som definierades i steg 5,2, när, i the nedre högra hörnet av gränssnittet, är fil väljs i stället för Project.
  7. Välj Verktyg i den högra menyn (kompletterande figur 11) och aktivera TOF | RT alternativet (Kompletterande Figur 16) för att dela data som samlades in med huvuddetektorn i TOF arbetsläge i enstaka filer som motsvarar varje gång kanalisera.
    1. Klicka på TOF :: Beräkna parametrar funktion och belastning en fil, från vilken information om TOF förhållanden utvinns. Klicka på TOF | RT :: Summa vs Number :: Läs funktion och läsa in filen av intresse, mätt i realtid eller TOF lägen, för att generera en summa-TOF-fil bordet som den som visas på den vänstra sidan av arbetsgränssnitt. Rita den integrerade intensiteten som en funktion av tidskanaler (Kompletterande Figur 16) från summan-TOF-fil med hjälp av grafiska alternativen under graffunktionen i övre funktioner menyn.
    2. Definiera bearbetnings parameters inom områdena TOF-funktionen. Klicka på TOF | RT :: alla valda steg :: Fortsätt knappen för att ladda datafiler som ska delas upp i enstaka filer som motsvarar var och en av de definierade tidsluckor.
      OBS: Filer som innehåller data som uppmätts i varje tidslucka genereras och lagras i filen plats som anges i steg 5,2 och får namnet på den ursprungliga TOF-filen, följt av numret på den tidslucka.
    3. Gör som i steg 5,6 för att analysera de data som mäts med förbättrad upplösning, motsvarande AA X syftar, med hjälp av helikoptern.
  8. Välj KWS2-HRD instrument från Alternativ på höger sida meny av de viktigaste gränssnittet (Kompletterande Figur 17) för att aktivera dataanalysläge för data som mäts med KWS-2 med hjälp av den sekundära högupplösta detektor. Aktivera maskfunktionen i den högra menyn (Kompletterande Fig 18A) och genee det aktiva mask som definierar den aktiva ytan hos detektorn.
    1. Välj alternativet Danp i övre funktioner menyn av de viktigaste gränssnittet (Kompletterande Figur 18B). Välj alternativet ASCII.2D i den högra menyn. Aktivera 2D Maskerings funktion för att definiera en särskild sektor på detektor som kommer att övervägas för dataanalysen.
    2. Införa strålen-stop center i området Center. Välj maskmatris och värdet 0 i Mask :: Förhållanden som försummar utanför området av den speciella masken. Välj vinkelsektorn och klicka på den färgade knappen på den högra sidan av fälten sektorn. Fortsätt med data som uppmätts med upplösningen detektorn hög, som i steg 5.5 och 5.6.
  9. Spara qtiKWS projektet (spara funktioner under Arkiv alternativ på övre menyn).

Representative Results

Representativa resultat av ett lyckat experiment som genomfördes med KWS-2 i olika arbetslägen på strukturen och morfologin hos två representativa typer av mjuk materia system ges i figurerna 8-11. Dessa resultat är från utredningen av en serie av polystyren standardstorlek partiklar i D2O / H2O lösningar, med en D2O halt av minst 90%, och fullt protonerad disegmentsampolymer C 28 H 57 -PEO5 i D2O vid en hög polymervolymfraktionen (12%). De polystyren standardstorlek partiklar, med radier R = 150, 350, 500, och 1000 Å användes för att testa konventionella hål läge med olika kombinationer av avkänningsavstånd L D och våglängder λ. Större stora partiklar (R = 4,000 Å) användes för att testa och driftsätta det utökade Q smältområde läge. Disegmentsampolymeren som ger en ordnad micellar struktur vid höga koncentrationer av D 2 O användes för att testa och driftsätta avstämbara upplösning.

Figur 8 presenterar resultaten av de tvådimensionella spridningsmönster mätt i hål läge med hjälp av huvuddetektorn (den gamla scintillationsdetektorn) och i det utökade Q smältområde läge med fokuseringslinser och den högupplösta sekundär detektor. Figur 8A representerar spridningsmönster från polystyrenpartiklar med R = 500 Å uppmätt vid L D = 8 m med λ = 5 Å. Figur 8B visar spridningsmönstret från polystyrenpartiklar med R = 1000 Å, samlas vid L D = 20 m med λ = 20 Å. För de mätningar som utförts med λ = 5 Å, var den direkta strålen samlas på den centrala balk stoppa monteras framför detektorn, och den utsända strålen kunde övervakas med en smaLL 3 Han räknare som installerades i mitten av balken-stop. Detta är den så kallade Monitor 3 (kompletterande figur 8). Instrumentet har ytterligare tre Han räknare, som är installerade i framför hastighetsväljaren (Monitor 1) för att övervaka polykromatiska strålen, och bakom hastighetsväljaren (monitor 2) för att övervaka den monokromatiska strålen två. Grund av tekniska begränsningar, var mätningarna med λ = 20 Å utförs med den direkta strålen på detektorn, som var den typiska uppspänning med den gamla KWS-2-detektor. Den svagare, direkta strålens intensitet vid långa våglängder, som sjunker ner på grund av gravitationen, kunde detekteras utan skador på detektorn. Den utsända strålen i detta fall övervakades med Monitor 3 på ett kort detekteringsavstånd L D = 2 m. I detta fall är de gravitationseffekterna är svaga och den direkta strålen faller på den balk stopp (som i figur 8A). De insamlade uppgifterna två dimensionally på detektorn för en pixelstorlek på 5,25 mm x 5,25 mm var ytterligare korrigerat för detektorkänslighet, och bidragen från den tomma cellen, instrument bakgrund, och lösningsmedel absolut kalibreras med hjälp av spridning från plexiglas sekundär standard 4. Slutligen var spridningsmönster som isotropiskt fördelade runt positionen Q → 0 genomsnitt radiellt, som levererat dΣ / dΩ för varje polystyren partikel-system.

Den tvådimensionella spridningsmönster från de stora polystyrenpartiklar (R = 4000 A) visas i Figur 8C, som det mättes med hög upplösning detektor för en pixelstorlek på 0,5 mm x 0,5 mm. Den lilla direkta strålen fokuseras av linssystemet på planen upptäckt och fångas upp av en liten stråle-stop (4 mm x 4 mm) installeras på detektorn ansiktet. Skuggan från den kvadratiska balk stopp kan observeras i <strong> Figur 8C i det övre vänstra sidan av den aktiva detektorområdet. Gravitationseffekter inducerar ett brett vertikala fördelningen av neutroner med olika våglängder på detektorn. Dessutom, eftersom linserna är inriktade perfekt, är endast de neutroner som kännetecknas av den centrala våglängden λ av triangulär fördelning levereras av hastighetsväljaren 2,5; neutronerna med olika våglängder runt den centrala en anländer på detektorn något ur fokus. Dessa två effekter ger den svaga direkta balk spår som kan observeras strax ovanför och under strålen-stop. I den statiska utökade Q smältområde läge med linser och högupplösande detektor, är de insamlade uppgifterna kontinuerligt. I syfte att minska bidraget av gravitationseffekter, är de spridda data analyseras i ett smalt vinkelsektor som startar från balken-stop och sträcker sig horisontellt till höger, såsom visas i fig 8C. Uppgifterna behandlas fTTERLIGARE använder typiskt tillvägagångssätt för att uppnå dΣ / dΩ. Figur 8D visar intensiteten kontra position från strålen-stop mot kanten av detektorn, som samlades in i en smal horisontell skiva med en bredd av en pixel (0,5 mm) på upplösningen detektorn hög. Data från provlösningen och referens (lösningsmedel) visas som de samlades in i en kort testmätning av 5 min. Droppen intensiteten vid korta positioner beror på balk stopp. Från förhållandet mellan de intensiteter vid de kortaste positionerna skulle provet transmissionen (87%) beräknas.

De korrigerade och kalibrerade erhållna resultaten i termer av dΣ / dΩ på lösning av polystyrenpartiklar de med R = 500 Å visas i figur 9, tillsammans med dem från lösningsmedlet. Dessa resultat illustrerar Q intervallet som kan täckas med KWS-2 på konventionellt pinhole lägegenom variation av detekteringsläget L D och användning av en eller flera våglängder. Formfaktorn har 8,9 av de sfäriska partiklarna också avslöjas: den Guinier regionen vid låg Q och svängningarna på grund av den sfäriska Bessel-funktionen i mellan Q området. I högt Q intervallet, är spridningsprofilen domineras av spridningen från lösningsmedlet, och därför visar en platt beteende, som det från själva lösningsmedlet. Formfaktor minima påverkas av instrumentupplösning 5 å ena sidan, och av partikelstorleks polydispersitet å andra sidan. Instrumentupplösning i fallet med den KWS-2 är till största delen bestäms av den våglängd spridningen av Δλ / λ = 20%. Storleken polydispersitet för alla typer av partiklar var ca σ R = 8%. Figur 10 visar de resultat som erhållits i SANS utredning av alla typer av polystyrenpartiklar uttryckt som dΣ/ DΩ efter korrigering för lösningsmedels bidrag tillämpades. De Guinier regionerna är tydligt framgår för alla partiklar mot låga Q-värden, medan det i de höga Q intervallen, är lutningen på -4 avslöjade, vilket är typiskt för den formfaktor av sfäriska föremål. De strukturella parametrar standardstorlek partiklarna bekräftades genom passningen av data med den formfaktor polydispers sfärer 8,9 invecklad med upplösningen funktion av instrumentet 10-12.

Figur 11 presenterar två-dimensionella och de radiellt medelvärdes endimensionella spridningsmönstren från beställarens strukturen av C 28 H 57 -PEO5 polymer miceller som inträffar i D2O vid en polymervolymfraktion av 12%. Resultaten samlades vid olika avkänningsavstånd L D, med både konventionella pinhole och avstämbara upplösningslägen kombineras isamma mätserie. När systemet undersöks i den konventionella hål läge med våglängden spridningen av Δλ / λ = 20%, i enlighet med hastighetsväljaren, och kontinuerlig (statisk) datainsamling, tre breda toppar observeras i spridningsmönster på L D = 4 m. I det avstämbara upplösningsläge, genom att använda chopper och TOF datainsamling i kombination med hastigheten väljaren, våglängdsspridning kan förbättras så att det kan kontrolleras om dessa funktioner är verkliga eller om en fin struktur av dessa kommer så småningom att visas. De första och andra toppar observerades vid Δλ / λ = 20% visar en uppdelning när de mäts med Δλ / λ = 5%, vilket gjorde det möjligt att tydligt identifiera beställning av miceller i ansiktet centrerade kubiska (FCC) kristaller 5,13 .

Dessa är två typiska exempel på hur mångsidighet och prestanda KWS-2 SANS diffra ctometer kan användas på ett enkelt och användarvänligt sätt genom att följa den medföljande protokoll för att genomföra detaljerade undersökningar mjuk materia och biofysiska system som visar komplexa strukturella egenskaper i fråga om längd skala och beställning.

Figur 1
Figur 1: Layout av KWS-2 SANS instrument, inklusive alla uppgraderingar gjorda mellan 2010 och 2015. (A) Den allmänna uppfattningen av instrumentet. (B) Den sekundära högupplösande detektor och dess torn på toppen av vakuumtanken. (C) MGF 2 fokuseringslinser, grupperade i tre paket, och deras kylsystem (kallhuvudet). (D) Den gamla huvud detektor (scintillation) med sin 8 x 8 matris av fotomultiplikatorer. (E) Den nya huvud detektor (3 Han rör) med en större detektionsområde.f = "http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54639/54639fig1large.jpg" target = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2: Schematisk vy av tre arbetslägen som erbjuds på KWS-2. (A) Den konventionella hål läge. För L C = L D, där L C och L D är kollimering och detekterings längd, respektive, och optimal pinhole skick A C = 2A S, där A C och A S är kollimationsingångsöppning och provöppning, respektive är strålprofilen jag P på detektorn ungefär trekantiga med en bas bredd lika med 2A C. (B) med hög intensitet fokusläge. Genom att använda linser, kan större prover mätas med samma upplösning som i the konventionell hål läge (strålprofilen jag "P på detektorn är rektangulär i detta fall). (C) Den utökade Q smältområde fokusläge. Genom att använda linser och en liten entré öppningen A C (typiskt 4 mm x 4 mm) som är placerad på en brännpunkt linssystemet, är en liten stråle som sänds på detektorn, som är placerad på den andra brännpunkten av linserna . Därför kan åstadkommas ett lägre värde för den minsta våg vektoröverföring Q m än i konventionell hål läge. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: Vy av proven monterade i Al-patron av provhållaren för mätningar vid rumstemperatur. ihålrum som finns i Al-patron. (A) kvartsceller (B) fylld med prover och täckta med sina proppar (C) kan placeras. De positioner på Al-patronen ockuperades med prover på följande sätt: i positionerna nr 1 till nr 5, de polystyrenpartiklar med storlekar på R = 150, 350, 500, 1000, och 4000 Å i D2O / H 2 O lösningsmedel; i läge nr 6, C 28 H 57 -PEO5 disegmentsampolymer i D2O; i positionerna # 7 och # 8, det lösningsmedel D2O / H2O och D2O; i position nr 9, den tomma kvartscell (referens); i position nr 10, den Plexiglas (standard); i position nr 11, ingenting (för mätning av den tomma stråle); i position nr 12, B-4 C platta (tejpade på baksidan; för mätning av instrumentet bakgrund med den blockerade stråle). Al täckplåten (D), belagda med Cd mask på utsidan, ärfast på toppen av patronen med skruvarna (E) för att säkra provcellerna och för att definiera neutron fönstret (F). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: Vy över ett av de flera nivåer och multi-positionscell socklar som används på KWS-2 för mätningar vid omgivningsbetingelser. Proverna för den aktuella experimentella sessionen installerades i mitten nivå. De tre nivåerna kan utrustas med patroner (A) avsedda för olika cellgeometrier som är stängda med Al-täckplattorna belagda med Cd masker på den yttre ytan (i riktning mot de neutroner). Installationen av patronerna på hållaren sker med skruvarna (B (C), som tillåter dess installation i ett förutbestämt läge på provstadiet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5: Schematisk vy uppifrån av provområdet KWS-2. (A) Utformning av två extrema konfigurationer av kollimering näsa, som visar det tillgängliga utrymmet för installation av olika provmiljöer i balken (neutronerna kommer från botten, såsom indikeras av de gula pilar). (B) Kontrollpanelen på ledningen dörren, med öppnings- och stängningsknapparna (1 och 2, respektive). Dörrmotorn fungerar endast så länge som knapparna är kontinuerligt nedtryckt. Dörren är utrustad på sina kanter medsensorer som inducerar avstängningen av motorn när ett hinder avkänns. Efter avlägsnande av hinder, kan motorn blockering avbrytas med den övre knappen (3) och öppna eller stänga åtgärd kan återupptas. (C) Den kontrollpanel kollimering näsan. Från näsan panelen kan en lämplig konfiguration väljas med hjälp av knappen (4). Näsan flyttas genom att hålla knappen (5) kontinuerligt aktiverad tills den valda placeringen har uppnåtts och rörelsen stannar av sig själv. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 6
Figur 6: Installation av flera nivåer och flera lägen provhållare på provstadiet för SANS mätningar vid rumstemperatur (FOTO: Wenzel Schürmann, Technische Universität München, Tyskland). Huvudkomponenterna vid provposition är kollimations näsan med provöppningen vid dess ände (A), provsteget, som ger den horisontella och vertikala positioneringen av proverna i strålen (B), varvid ingångsfönster av detektorn vakuumtanken (C), den ledande dörren med sensorer på sin kant (D), och basen stöd av cellhållaren (E), som föreskriver att installera hållaren på den optiska bakbord (F) av provstadiet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 7
Figur 7: Det dynamiska omfånget för olika instrumentella inställningar på KWS-2. Jag 0 representerar neutronflödet i provposition. De definierade områden anger tillgängliga Q område som kan täckas när våglängden varieras mellan 4,5 Å och 20 Å för särskilda kollimering-detekteringskonfigurationer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 8
Figur 8: Exempel på tvådimensionella spridningsmönster insamlats under prov session enligt det nuvarande protokollet. (A) Den spridningsmönster uppsamlades vid L D = 8 m från polystyrenpartiklar med en radie på R = 500 Å i D2O / H2O, mätt med λ = 5 Å. Spridningsmönstret isotropiskt fördelade runt bEAM-stopp, som blockerar den direkta strålen i mitten av detektorn. (B) spridningsmönster samlas in på L D = 20 m från polystyrenpartiklar med en radie R = 1000 Å i D 2 O / H2O, mätt med λ = 20 Å. Spridningsmönstret isotropiskt fördelade runt positionen för den utsända strålen, som för denna våglängd faller under balk stopp och maskeras tillsammans med balk sluta använda funktionerna i visualiseringsprogram. (C) Den spridningsmönstret samlas med upplösningen detektorn hög vid L D = 17 m från polystyrenpartiklar med en storlek på R = 4000 Å i D 2 O / H2O, mätt med λ = 7 Å i det utökade Q intervallet , med objektiv och upplösningen detektorn hög. Spridningsmönstret isotropiskt fördelade runt den lilla strålen-stop (4 mm x 4 mm), som blockerar den fokuserade direkt stråle. Den vinkelsektor i which data analyseras vidare indikeras på den högra sidan hos den balk stopp. (D) Intensiteten kontra position från strålen-stop som samlades in i en kort testmätning i en smal horisontell skiva, med bredden av en pixel (0,5 mm), om resolutionen detektorn hög. Data visas från provlösningen och referens (lösningsmedel). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 9
Figur 9: De spridningsmönstren från polystyrenpartiklarna i D2O / H2O-lösning (symboler) och från lösningsmedlet (linjer). Uppgifterna samlades in i den konventionella hål läge vid olika instrumentkonfigurationer somindikeras med olika färger. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 10
Figur 10: De spridningsmönstren från polystyrenpartiklar av olika storlekar i D2O / H2O efter korrigeringen för spridningen från lösningsmedlet applicerades. De röda linjerna representerar passar med den sfäriska formfaktor 9, inklusive instrument upplösning 10, 11 och storleken polydispersitet. Den typiska Q -4 asymptotiskt beteende för den sfäriska formfaktor indikeras av den raka linjen i hög Q-intervallet. Den låga gränsen för Q område som täcks med olika våglängder eller inställningar är specifikt marked. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 11
Figur 11: Den tvådimensionella och radiellt genomsnitt endimensionella spridningsmönster från C 28 H 57 -PEO5k polymer miceller i D 2 O (vid en polymervolymandel på 12%), mätt i den konventionella hål läge med Δλ / λ = 20% (överst) och i den avstämbara upplösning, med Δλ / λ = 5% vid L D = 4m (vänster sida) och L D = 8m (höger sida). I den konventionella läget kunde tre breda toppar observeras. En fin struktur av de första två topparna avslöjas 5, 13 med förbättrad Δ & #955; / λ upplösning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 12
Figur 12: Den spridningsmönster från helt protonerade PHO10k-PEO10k disegmentsampolymer miceller i D2O (efter korrigering för spridningen från lösnings applicerades), mätt genom att kombinera den konventionella pinhole och de förlängda Q smältområde lägen. En kärna-skal-cylindrisk morfologi indikeras av Q -1 beroende av spritt intensitet vid mellanliggande Q och Q -5/3 beroende (blob spridning) observerades vid högt Q. Intensiteten platå vid låg Q och böjning vid mellan Q avslöjar than längden och tjockleken av cylindrarna, respektive. Den röda kurvan visar passningen av de experimentella data med en kärna-skal cylindermodell 9, med den instrumentala upplösning ingår 10-12. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 13
Figur 13: spridningen mönster från polystyrenpartiklar (R = 150 Å) i D 2 O / H2O, mätt i den konventionella hål och högintensiva (lins) lägen. (A) endimensionella spridningsmönster mätt med λ = 7 A vid L D = 8 m på konventionellt sätt och vid L D = 20 m hög intensitet läge med linser. i than högintensiva läge, olika spridnings storlekar på provet användes för att öka intensiteten. Upp till 12 gånger vinsten i intensitet uppnåddes när 26 linser användes jämfört med den konventionella hål läge. Ett stort prov placerades i strålen genom att använda en rund kvartscell med en diameter av 5 cm. (B) Den tvådimensionella spridningsmönster uppsamlades på detektorn i pinhole läge för en balk-storlek på 10 mm x 10 mm. (C) Den tvådimensionella spridningsmönstret samlas på detektorn i högintensiva läge med 27 linser och en balk storlek på 30 mm x 30 mm. Storleken (upplösningen) av den direkta strålen fokuseras på detektorn är densamma som i den pinhole läge. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 14
Figur 14: Den spridningsmönster från buffertlösningen och från beta amyloid protein monomerer (A-beta 1-42, molekylvikt Mw = 4,5 kDa) i deutererad hexafluorisopropanol dHFIP buffert vid en koncentration av 5,6 mg / ml efter tre veckors inkubation. De fullständiga punkter representerar spridningskurva från proteinlösningen medan den fullt triangel visar den spridande kurvan från buffertlösningen. De blå prickarna anger spridningen tvärsnitt (på den högra vertikala skalan) från monomerer efter korrigering för buffert bidrag tillämpades. Felgränserna representerar standardavvikelser härledda från neutron räknas. Den röda heldragna linjen visar den monterade Beaucage funktion med fast dimension d = 2 14. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 15: De spridningsmönstren från lysozym 50 mg / ml i 50 mM acetatbuffert i D2O och från buffertlösning mättes vid olika tryck, från omgivningstemperatur till 5000 bar. Symbolerna representerar data från proteinlösningen medan linjerna visar de data från bufferten. Datainsamlingen gjordes vid två avkänningsavstånd, L D = 4 m (öppna symboler) och L D = 1 m (fullständiga symboler). Den infällda bilden visar beteendet hos den framåt spridda intensiteten I (Q → 0) från proteinlösningen, bufferten, och själva proteinet (efter korrigering för buffert bidraget applicerades) som en funktion av tryck. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Parameter / funktion hjälputrustning Användningsområde Noggrannhet Tekniska detaljer
positionering provsteget max. lasta 600 kg
X 0 - 360 mm 0,05 mm
Y 0 - 330 mm 0,05 mm
Z (strålens axel) manuellt, 600 mm
θ r (rotation) 0 ° - 360 ° 0,002 °
θ t (vaggan) ± 30 ° 0,002 °
Omgivningstemperatur tre-nivå i flera positioner Al hållaren (Cd masker) 3x9 = 27 breda kvartsceller
3x12 = 36 smala kvartsceller
tre positioner 3 stora kvartsceller (diameter Φ = 5 cm)
Al Hållare (B4C mask)
Temperatur termostat (oljebad) + från -25 ° C till 200 ° C ± 0,5 ° C 4-positionerna
små koppar blocket i luft eller i vakuumkammare (med slutna kyvetter)
termostat (vattenbad) + två-nivå multi-position från 5 ° C till 85 ° C ± 0,2 ° C 2x9 = 18 breda kvartsceller; 2x12 = 24 smala kvartsceller
al-block
termostat + hög precision ugn från 10 ° C till120 ° C <0,1 ° C 1 position, bred kvartscell
Peltier-termostat kyvett-hållaren från -20 ° C till 140 ° C ± 0,2 ° C 8 positioner (alla typer av kvarts eller bras sandwich typ celler celler); kontrollerad atmosfär under 5 ° C
(B4C mask)
Tryck HP cell SANS + termostat (vattenbad) upp till 5000 bar Temperatur inom intervallet från 5 ° C till 85 ° C
Låg temperatur Kryostat med safirfönster ner till 50 K
reometri reometer; steady-state och oscillerande lägen
Fuktighet fuktighet Cell 5% till 95% Temperaturi intervallet från 15 ° C till 60 ° C
In-situ FT-IR 20 FT-IR-spektrometer Provceller med ZnSe fönster

Tabell 1: Listan över hjälputrustning för KWS-2 SANS diffraktometer, inklusive användningsområde, noggrannhet, och detaljerna i varje enhet.

mätläge Experimentuppställning Upplösning balk / provstorleken max. intensitet [n / s] Q-range [Å -1]
Δλ / λ
konventionell pinhole λ = 7 Å 20% 10 x10 mm 2 1,3 x 10 8 0,002 .. 0,3
L C = 2 m - 20 m
L D = 1 m - 20 m
λ = 4,5 Å, L C = 2 m, L D = 1 m 20% 10 x 10 mm 2 2 x 10 8 0,01 .. 0,5
λ = 10 Å, L C = 20 m, L D = 20 m 20% 10 x 10 mm 2 7,5 x 10 5 0,001 .. 0,02
λ = 20 Å, L C = 20 m, L D = 20 m 20% 10 x 10 mm 2 4 x 10 4 7x10 -4 .. 1,5x10 -2
Fokusering högintensiva λ = 7 Å, L C = 20 m, L D = 17 m 20% Φ = 50 mm 3 x 10 7 ≈ 0,002 .. 0,03
fokusera
hög upplösning
(Extended Q-range)
λ = 7 Å, L C = 20 m, L D = 17 m,
A C = 4 x 4 mm 2
20% 10 x 10 mm 2 1,6 x 10 4 ≈ 2x10 -4 .. 0,02
avstämbar upplösning λ = 4,5 Å, 5% 10 x 10 mm 2 ca. 7% från konventionell läge 0,002 .. 0,5
L C = 20 m,
L D = 1 m .. 20 m

Tabell 2: De experimentella konfigurationer tillgängliga på KWS-2 SANS diffraktometer.

Kompletterande Figur 1: Den absoluta neutronflödet vid prov positionen av KWS-2 som en funktion av våglängden λ vid olika kollimering längder L C och för optimal fyllning av reaktorn kall källa. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 2: Schematisk vy av den dubbla skivkvarn med ett variabelt slitsöppningen. Slitsöppningen Δφ kan justeras mellan 0 ° och 90 °, så att, beroende på helikoptern frekvens favbrytare, kan öppningstiden τ w av styrningen (den röda rektangeln på den högra vertikala serie bilder) varieras. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 3: Huvud användargränssnitt av programvaran kontrollmätning och visualisering av KWS-2. Den vänstra funktioner (A) kan användas av experimentalister, medan den högra funktioner och indikatorer (B) används av instrumentet ansvarig. En server eller process som visas i den högra menyn är i drift och fungerar normalt när det är markerat i grönt. De komponenter märkta i gult är inte aktiverade. Något fel indikeras med rött. Klicka här för att ladda thär figur.

Kompletterande Figur 4: Vy över kws2-inställningsmenyn och konfigurations Sample funktioner. Användarna måste fylla i informationen i Userdata fälten första och sedan göra konfigurationen av prover. Fälten som måste fyllas och de åtgärder som måste vidtas är markerade i rött. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 5: Vy över kws2 Definition menyn och Välj Prov funktioner. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 4,3. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Tilläggary Figur 6: Vy över kws2 Definition menyn och Definition mätningar funktioner. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 4,3. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 7: Mätprogrammet genereras genom att kombinera de definierade proverna och den definierade experimentella förhållanden. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 4,3. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 8: kws2-mätning kontrollmenyn och alternativet aktuella värden. De fasta parametrar (positioner, namn, våglängd, etc.) och variables (tid, intensiteter, räkna hastighet, etc.), vilka karaktäriserar det rinnande mätningarna visas. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 4,4. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 9: Live-visningsalternativ med KWSlive_MainWindow menyn och olika datavisualisering alternativ. läge Surface visualisering väljs. När Radial genomsnittliga läget är valt (högra bilden), kan hittas inställning av parametrar i Alternativ-menyn Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 10: De viktigaste gränssnittet för datareduktion programvara qtiKWS w ed alternativen för val av instrument och placeringen av de experimentella och bearbetade data. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 11: Funktionerna för att definiera loggboken för uppsättningen av data som ska behandlas (info-tabell). De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5,3. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 12: Funktionerna för att definiera detektor mask för vilka uppgifterna kommer att behandlas. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5,4.target = "_ blank"> Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 13: Funktionerna för att definiera de detektor känslighet kartor. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5,5. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 14: Funktionerna för att generera skript tabellen för korrigeringen, kalibrering och radiell medelvärdesbildning av data. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5,6. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 15: Funktionerna för plottning tHan bearbetade data. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5.6.5. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 16: Funktionerna för beredning och uppdelning av de uppgifter som uppmätts i den avstämbara-upplösning. Data från de två pulserna levereras av helikoptern och samlade först i 64 TOF kanaler samman till en puls. Flera kanaler är grupperade tillsammans så att de resulterande tidskanaler som kännetecknas av Δλ / λ syftar kan sparas som separata filer. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 17: Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 18: Funktionerna för att definiera de högupplösta detektor masker för vilka uppgifterna kommer att behandlas. De åtgärder som skall vidtas av användaren beskrivs i steg 5,8. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Kompletterande Figur 19: Översikt över alla typer av provceller som vanligtvis används på KWS-2 för undersökning av mjuk materia och biologiska prover vid rumstemperatur eller variabel temperatur. (A) Vy över large kvarts celler tillgängliga för högintensiva läge med linser och en stor balk storlek. Kyvetthuset, som är utrustad med boreplastmasker (1), tillåter planering och genomförande av tre mätningar i en session. (B) Vy över kvarts eller mässing celler som används som provbehållare och en temperaturstyrd hållare (Peltier-typ) utrustad med 8-positions patroner lämpliga för varje celltyp. Hållaren är avskärmad med borerad plastmasker (1) på båda sidor. (C) Vy över tryckcellen i drift på KWS-2. Cellen kan ge tryck på provet mellan omgivnings och 5000 bar i ett automatiskt läge, styrs av mätprogrammet. Den runda Cd mask (1) med en liten öppning i mitten bestämmer strålen storlek på provet. Klicka här för att ladda ned den här figuren.

Discussion

Mjuk materia och biofysiska system kännetecknas typiskt av strukturella samband och inbördes mikro och morfologiska nivåer som spänner över ett brett längdskala, från nm till mikrometer. För att förstå mekanismen för bildandet och utvecklingen av morfologin av sådana system och förhållandet mellan deras mikroskopiska egenskaper och makroskopiska egenskaper, är det viktigt att undersöka deras mikrostruktur över hela längden skala och under relevanta miljöförhållanden (t.ex. temperatur, tryck, pH , fuktighet, etc). Normalt är små vinklar spridningstekniker med neutroner (SANS) eller synkrotron röntgen (SAXS) som deltar i sådana studier. Intensiteten Nackdelen med neutroner kontra synkrotron röntgen kompenseras genom användning av jämförelsevis stora Δλ / λ, som dock leder till försämring av den instrumentala upplösning. Ändå SANS ger unika fördelar på grund av de möjligheter som erbjuds av CONTRast variation, särskilt mellan väteisotoperna. Därför är SANS en experimentell metod specifikt används i studien av mjuk materia och biofysiska system, för vilket den levererar unika strukturella och morfologisk information. De flesta av de SANS diffraktometrar världen över 21 arbetsplatser på hål-principen (Figur 2A), vilket gör den åsyftade låg Q upplösning. Praktiskt alla high-flux SANS diffraktometrar har en liknande maximalt flöde i storleksordningen 1 x 10 8 n cm -2 s -1. Baserat på den avslappnade våglängdsupplösning, KWS-2 har en nästan fördubblats flöde 2, 4. Nyligen, mycket specialiserade SANS diffraktometrar togs i drift för att servera med optimerade egenskaper för ett specifikt område av tillämpningar, såsom för utredningar vid mycket liten spridning vektorer 22, 23. Med den allra senaste uppdrag av specialiserade TOF-SANS diffraktometrar vid steady-state reaktorerna 24 eller spallation källor 25, 26, ett massivt-ökat dynamiskt Q intervall i en viss experimentuppställning och ökad flexibilitet och optimering när det gäller valet av den experimentella upplösning erbjuds. För KWS-2 SANS diffraktometer, är en hög grad av flexibilitet och prestanda som krävs för mycket specifika strukturstudier inom mjuk materia och biofysik aktiverat på en annars klassisk SANS instrument. Optimering, flexibilitet och spontanitet i utformningen och genomföra komplicerade undersökningar, som stöds av den beskrivna protokollet, uppnås genom en kombination av de optimerade experimentella parametrar (t.ex. intensitet, längdskala, utrymme upplösning och tidsupplösningen) och komplexa prov miljöer. Använda flera arbetslägen som räknas upp i inledningen och som stöds av de resultat som presenteras i figurerna 8-15, KWS-2 förstärker på ett enkelt och praktiskt sätt resultatet av en klassisk SANS diffraktometerpå en stadig neutronkälla (reaktor) utöver de konventionella gränserna för sådana instrument.

Detta protokoll visar de steg som en vanlig användare måste utföra för att definiera och genomföra en enkel experimentellt program som innebär endast undersökning av prover vid omgivningstermodynamiska förhållanden (temperatur, tryck, relativ fuktighet) och under statiska förhållanden (inga kinetik struktur bildning eller transformation, ingen skjuvning eller flöde). Flera temperaturreglerade hållare eller speciella provmiljöer (Tabell 1 och kompletterande Figur 19), såsom tryckceller, rheometers eller luftfuktighet celler, finns tillgängliga och kan optimalt installeras och justeras med särskilt stöd från instrumentet laget. Detta protokoll ger inte instruktioner om inställningar och kontroller av sådan utrustning. Definitionen och aktivering av externa styrenheter kräver användning av en annan, mer komplexa protokoll. Detta protokoll presenterarVid arbete med kvarts testceller från en smal rektangulär form (figur 3). Emellertid är ett brett spektrum av cellgeometrier och typer (Kompletterande Figur 19) erbjuds till användare, i syfte att tillhandahålla ökad flexibilitet och effektivitet i dirigering experimenten. När det gäller användning av sådana celler, kan detta protokoll följas vid justering av parametrarna som diskuteras i steg 4.2.2. Mätningen styrprogram har utvecklats för att erbjuda användarna ökad flexibilitet genom att driva vetenskapliga mål och optimering i den tekniska driften av instrumentet. Alla justeringar och konfigurationer av specialfunktioner och komponenter i instrumentet görs av instrumentet laget. Medverkan av de vetenskapliga användare i konfigurationen, definition och utnyttjande av instrumentet förenklas och specifikt begränsas till de aspekter som är i samband med de vetenskapliga frågorna om den experimentella sessionen. configuration filer är fördefinierade för att täcka alla special experimentella frågor, såsom placeringen av speciella hållare i strålen, prov positionering i balken (koordinater x, y, Φ, och ω på provstadiet, rotation bord, eller vagga i tilläggs Figur 5), justering av positionerna detektor och balk-stop för olika våglängder, justering av helikoptern parametrarna (frekvens och öppna fönster) för olika våglängder, detekteringsavstånd och syftar upplösning, etc. även det nuvarande protokollet beskriver inte hur realtid läge kan användas på KWS-2. Användningen av ett mer komplext protokoll krävs också för att utföra tidsupplösta SANS experiment.

Dessutom presenterar detta protokoll hur de uppmätta data kan korrigeras för olika spridnings bidrag från instrumentet och referenserna och kalibreras för att erhålla provets differential spridningstvärsektion, dΣ / dΩ, uttryckt i cm -1. Denna kvantitet innehåller hela den strukturella och morfologisk information om provet och mäts över ett brett Q intervall motsvarar ett brett längdskala, över vilka strukturella korrelationer och inbördes storlek nivåer karakteristiska för den undersökta systemet visas. Spridningstvärsektion dΣ / dΩ avser således intensiteten mätt i en statisk spridningsexperiment med en vinkel Θ, jag s = f (Θ) till de strukturella egenskaperna hos provet.

För utvärderingen av dΣ / dΩ ett system av intresse, förutom mätningen av systemet är ytterligare mätningar behövs för att korrigera data för någon extern spridning (dvs. miljö, cellprov, lösningsmedel eller buffertlösning när det gäller lösta system, etc.) och för att kalibrera de korrigerade uppgifterna i absoluta enheter > 8. Den externa bakgrunden (cellprov eller behållare), referensprovet (lösningsmedel eller buffertlösningar), provöverföring (behövs för korrekt bakgrunden subtraktion och kalibrering av de korrigerade resultaten i absoluta enheter), den elektroniska bakgrund av detektorn, detektorn känslighet (homogen i detektoreffektivitet som är inneboende för området detektorer), och den normaliserade standardprov bör också mätas. För KWS-2, plexiglas (PMMA) används som standardprov. Detta är den så kallade sekundära standard och är periodvis kalibreras mot en primär standardprov, som är vanadin. Vanadin levererar en mycket svag spridd intensitet och kräver mycket långa mättider för att samla in relevant statistik; därför är det opraktiskt för SANS ändamål. Intensiteten samlas från provet av intresse I S och från standardprov I St kan uttryckas på följande sätt:

t "> ekvation 1 [1]

ekvation 1 [2]

där I 0 representerar inkommande intensitet (som levereras av kollimering systemet), t är tjockleken, A är området utsatt för strålen, är T sändningen, och Δ ψ är den fasta vinkel vid vilken en detekteringscell ses från provposition. Om både provet och standarden mäts under samma förhållanden med avseende på den inkommande strålen (dvs, L C, A C och A S och λ och Δ λ / λ), jag 0 och A är lika och den fasta vinkeln är uttryckt som en D / L D (med A D representerar arean av en detektionscell). Genom att dividera de två förbindelser, spridningstvär-avspå av provet erhålls som:

ekvation 1 [3]

där jag St är uttryckt som ett genomsnitt (standard som ett osammanhängande spridningssystem ger en platt spridningsmönster). I S erhålls efter korrigering av uppmätta intensiteten av provet i cellen (behållare) med avseende på bidrag tom cell jag ECell och bakgrunden på detektorn för den slutna strålen, jag B. Faktorn t St T St (dΣ / dΩ) St, som innehåller spridningen och fysikaliska parametrar av standardprovet, beror på neutron våglängden λ och typiskt känt från kalibreringen av standardprovet. Sålunda är det i tabellform i den datareduktion programvara 4. Parametrarna och kvantiteter i EQ. 3 som är kända från kalibrerings procedures och definitionen av experimentuppställning (t S, L D) bildar den så kallade kalibreringsfaktorn k. Intensitet och provöverförings T S som visas i EQ. 3 måste mätas. Dataanalysprogram qtiKWS möjliggör korrigering, kalibrering och radiella medelvärdes av experimentella data och uppnåendet av dΣ / dΩ för de undersökta proverna i en flexibel och mångsidig arbetsläge. De slutliga resultaten som genereras med qtiKWS programmet presenteras som tabeller med fyra kolumner: Q, I, Δ I Δσ där jag representerar dΣ / dΩ och Δσ är Q upplösning 5.

Ur praktisk synvinkel, med KWS-2 kan kombineras SANS och USANS undersökningar genomföras, med den fördelen att provgeometri och de termodynamiska förhållanden förblir konstant. Stora morfologier som visar multiple strukturella nivåer som spänner över ett brett längd skala från nanometer till mikrometer storlekar kan undersökas på ett direkt sätt, såsom visas i figur 12. Förutom den småskaliga strukturell begränsning R C observeras i spridningskurvan mätt på konventionellt hål läge, genom att aktivera linserna och den högupplösta detektor, den storskaliga strukturella gräns L C cylindriska kärna-skal miceller som bildas av poly - (hexylen-oxid-co-etylen-oxid) PHO10k-PEO10k disegmentsampolymer (fullt protonerad) i D2O 14 kunde observeras vid mycket låga Q-värden i det utökade Q smältområde arbetsläge. De cylindriska miceller kännetecknas av en total tjocklek av ca 300 Å och en längd av ca 7000 Å, vilket framgår av passningen av de experimentella resultaten med kärn-skal-cylindrisk form-faktor 9,14. Därför vissa känsliga effekter såsom värmekänslig geler eller bildning och tillväxt av kristalllinje- eller delvis kristallina morfologier kan entydigt utforskas med KWS-2, till skillnad från den klassiska tillvägagångssättet att involvera två eller flera olika instrument och prov geometrier.

Som framgår av Figur 11, korrelerade system och ordnade strukturer kan studeras med anpassade upplösningar i ett mycket flexibelt sätt, utan att spendera tid och ansträngning på installation av komplexa monochromatization system, vilket skulle innebära ytterligare vård och säkerhetsaspekter. Dessutom genom att involvera chopper och TOF datainsamlingsläge, monodispergerade mjuk materia system eller komplex med liten storlek polydispersitet kan karakteriseras mycket exakt vid fortfarande höga intensiteter 5.

Hindren som genereras av den svaga spridningen orsakade av högt utspädda system eller ogynnsamma kontrastförhållanden kan övervinnas genom användning av ännu högre intensiteter baserade på den större strålstorleken på provet, samtidigt som denupplösning. Figur 13A rapporterar spridningsmönster från polystyrenpartiklar av en radie R = 150 Å, mätt i högintensiva läge med hjälp av linser och en kvadratisk balk storlek varierar mellan 10 mm x 10 mm, den typiska storleken som används i den konventionella hål läge och 30 mm x 30 mm. Dessutom är resultatet från en mätning med en rund stråle 50 mm i diameter (full lins storlek) visas. Parallellt med detta den normaliserade resultat som erhållits på konventionellt hål läge presenteras. Med användning av 26 linser med neutroner av λ = 7 Å och samma ingångsöppning storlek A C som för den konventionella pinhole läge (figur 2B), är en vinst i intensitet på provet av ca 12 gånger som erhålls och samtidigt hålla en konstant strålstorlek (upplösning ) på detektorn, som visas i Figur 13B-C. Den 27-linssystemet har en transmission av ca 32% vid omgivningstemperatur. Kyls ned till en temperatur av 50 K, ökar linstransmissions grundundertryckandet av spridning på fononer i linsmaterialet. Systemet med 26 paraboliska linser har en transmission av ca 65% för en rundstrålande storlek av 50 mm, när strålen går igenom hela volymen av linsen, och av ca 92% för en kvadratisk stråle storlek på 10 mm x 10 mm när endast en mycket mängd linsmaterialet stannar i balken. Högintensiva läge med linser ger fördelar när det gäller svag spridning som i allmänhet påträffas på ett stort detekteringsavstånd och är särskilt problematiskt när det gäller svaga kontrastförhållanden. Dessutom, när provet är bara stabil under kort period av gånger, användning av detta läge är en klar fördel, vilket framgår på annat håll 15.

Å andra sidan, i fallet av biologiska system, små prowolymer är typiskt tillgängliga för experiment. Små biologiska molekyler i fysiologiska förhållanden med storlekar på några nanometer ger svaga spridningssignaler över dominant spridning från buffertlösningar. Sådana signaler kan mätas med KWS-2, dra nytta av den höga intensiteten av instrumentet i lågupplöst installationen av hål läge, med kort kollimering längder L C = 2 m eller 4 m och korta avkänningsavstånd L D = 1 m, 2 m eller 4 m. Figur 14 presenterar spridningsmönster från beta-amyloid protein (Ap 1-42, M W = 4,5 kDa) monomerer i deutererad hexafluorisopropanol dHFIP, som erhållits efter korrigering för spridningssignalen från bufferten tillämpades. En modell passning av data levererade en monomer storlek av ca 16 ± 1 Å 16. En lång mättid av flera timmar för varje experimentell betingelse (detektionsavstånd L D och prov typ) var involverad, även om mätningarna utfördes vid korta avkänningsavstånd. Den gamla detektor, som har visat begränsningar avseende räknehastigheten hindrade användningen av korta kollimations avståndL C, därav användningen av det maximala flödet vid instrumentet. Med uppdrag av nya detektionssystem som gör det möjligt att använda hela neutronflödet kommer sådana svaga intensiteter mätas i kortare tider och med förbättrad statistik i framtiden.

Slutligen kan stimuli-känsliga effekter studeras på ett flexibelt och enkelt sätt genom att använda den speciella hjälputrustningen i KWS-2. Ett exempel rapporteras i figur 15, som visar de SANS mönster från Lysozym-protein i D2O buffert och från bufferten uppsamlades vid olika tryck. Särskild uppmärksamhet har ägnats åt utredning av bakgrunden och framåtspridning från lysozymet molekyler som används vid prestandatest av den nya tryckcellen tillverkas i egen regi genom att följa en design som göras av PSI, Schweiz. Resultaten var liknande de som erhölls genom Kohlbrecher et al. I en liknande studie för att testa cellmodell ursprungliga trycket konstruerasdär 17 18. Med KWS-2, har ytterligare uppgifter erhållits sedan ett tryck på 5000 bar har nåtts. Utvecklingen av framåt spridda intensiteten från proteinet följer en linjär beteende, som observerats i studien vid PSI, Schweiz 18.

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