TJAS ו SJH להודות הנדסה בריטניה המדעים הפיזיקליים מועצת המחקר, (EP מספרים גרנט / G035954 / 1 ו- EP / L01548X / 1) עבור תמיכה במימון. המחברים מבקשים להודות התמיכה של ממשלת HM (UK) למתן ההקרנות על טיטאן G2 80-200 S / TEM הקשורים יכולת מחקר של מרכז מחקר הייצור הגרעיני המתקדם.

1. סינתזה Nanoparticle <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 10 גרם של פוליוויניל-pyrrolidone (PVP) (MW = 10,000 g / mol) ב 75 מ&quot;ל של אתילן גליקול ב RT. הוספת 400 מ&quot;ג של אגנו 3 לפתרון זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים פתרון עד אגנו 3 נמס לגמרי ובהמשך חום על פלטה חמה ל -100 מעלות צלזיוס בקצב קבוע של 1 ° C דקות -1. בואו תגובה להמשיך ב 100 מעלות צלזיוס במשך 1.5 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 175 מ&quot;ל מים מזוקקים מגניב RT. צנטריפוגה ב 8000 XG, להסיר supernatant חלקיקים redisperse ב 50 מ&quot;ל מים מזוקקים. חזור שלוש פעמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 500 מ&quot;ג של PVP (55,000 g / mol) ב 500 מ&quot;ל של אתילן גליקול ב RT. הוסף פתרון זה 27.8 מ&quot;ל של ההשעיה nanoparticle Ag מהשלב הקודם על 1,000 מ&quot;ל עגול הבקבוק התחתון. מחמם את הבקבוק ב 100 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף הידראט מימן tetrachloroaurate 1,000 מ&quot;ל של מים ליצירת פתרון 0.2 מ&quot;מ של AuCl 4 - (aq) </sub&gt;. הוספת 100, 200, 300 או 400 מ&quot;ל aliquots של 0.2 מ&quot;מ AuCl 4 - dropwise (aq) לפתרון שהושגו בשלב הקודם כדי לקבל חלקיקים AgAu של Ag93Au7 ההרכב הממוצע (Ag 93 ב% Au 7 ב%), Ag82Au18 ( Ag 82 ב% Au 18at%), Ag78Au22 (Ag 78 ב% Au 22 ב%) ו Ag66Au34 (Ag 66 ב% Au 18 ב%) בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצננים RT ולאחר מכן לשטוף עם מים מזוקקים שלוש פעמים על ידי סיבובים רצופים של צנטריפוגה ב 8000 XG, הסרת supernatant ו redispersion ב 50 מ&quot;ל מים מזוקקים. להוסיף 0.05 מ&quot;ל של תמיסת הננו-חלקיק ל -10 מ&quot;ל מים DI. </li></ol> 2. הכנת דוגמאות TEM <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיפטה כ 0.05 מיליליטר של פתרון ננו-החלקיקים על מנת רשת TEM פחמן מחוררת / רציפה. השתמש תמיכה מתכת המשמש רשתות TEM של בריליום להגביל צילומי רנטגן מזויף, למרות רשת Cu או Au יספיק אם אין פסגות חופפים עניינים עם Cu או Au בספקטרום EDX של המדגם. השתמש גדול ליבגדלי sh (למשל, 200 רשת) כדי למזער את האפשרות של הצללה מן הרשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הפתרון nanoparticle התייבש, לנקות את רשתות TEM ידי שטיפת רשתות מתנול או אתנול טהור. פיפטה 10-20 טיפות על רשת TEM בעוד הוא מוחזק באמצעות פינצטה מוצלב אנטי נימים. הסר את נוזלים עודפים לאחר כל טיפה מן הרשת באמצעות נייר סינון נגע בעדינות על הקצה של הרשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשת לחשל בסביבות 80 מעלות צלזיוס (רצוי ואקום) כדי להפחית את הזיהום תחת אלומת האלקטרונים על ידי הסרה או לשתק כל זיהום נותר. </li></ol> אפיון 3. גלאי הצללה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלקיקי עומס על רשת תמיכת TEM לתוך מחזק טומוגרפיה ולאחר מכן כנס בעל לתוך TEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכו ואקום מיקרוסקופ כדי להגיע לערך יציב מתאים (להלן כ 1.8 x 10 -7 Torr). שסתומים בעמודה פתוחה, ולהבטיח את אלומת האלקטרונים ניתן לראות על המיקרוסקופים sc הניאוןreen. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר הגבעול. הערה: כאן, מערכים עבור סטיית בדיקה בצד G2 טיטאן תקנו מכשיר STEM פעל 200 קילו וולט יחד עם בעל טומוגרפיה 2020 תארו. נהלי יישור אופטימליים עבור מיקרוסקופים אחרים עשויים להשתנות במקצת מאלו המתוארים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במצב עקיף STEM, להשתמש בתמונת צל out-of-הפוקוס כדי להביא את המדגם כדי גבה eucentric. לשם כך, הטה את הבמה בין ± 15 ° על ידי לחיצה על כפתור אלפא Wobbler בלשונית חיפוש ולמזער כל תנועה של תכונות במדגם על ידי התאמת גובה z. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את המדגם כך הקרן נגמרה חור במדגם ולהבטיח כי צמצם הקבל המתאים מיושר כהלכה על ידי מרכוז הצל של הצמצם בתוך תחת ממוקד תמונה של החללית. לנענע את העוצמת ולהבטיח בדיקה ממוקדת לא זז כדי לבדוק חוסר הטיה קורית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את המדגם כך שטח של פחמן אמורפי נמצא בתצוגה ולמקד את להיותאני במצב עקיף להשיג את Ronchigram. מוקד לנענע להתבונן סטיות בתוך Ronchigram, ולתקן עבור אלה (למשל, אסטיגמציה ותרדמת צירית) במידת הצורך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקוב אחר קווי המתאר של הכיכר הרשת (קרוב אחד למרכז של הרשת) על ידי בחירת &quot;הצג Tracks &#39;בכרטיסייה&#39; חיפוש &#39;ובעקבות המתאר של הכיכר הרשת תוך הדמיה. זה עושה את זה פשוט כדי להבטיח המדידות הבאות מבוצעות עבור חלקיקים הנמצאים באמצע כיכר הרשת על מנת להקטין את הסיכוי של הצללת מרשת התמיכה. אם הרכישה מתבצעת על חלקיק קרוב לבר רשת זוג אחד של גלאי יהיה מוצל על פני טווח גדול בהרבה של דגימה להטות זוויות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא חלקיק נציג בתוך החלק באמצע כיכר הרשת. הטה טווח הטיה מקסימלית של הבעל (בדרך כלל ± 70 °) תוך הדמיה כדי להבטיח כי ננו-החלקיקים אינו מוסתר על ידי GRIברי ד ב ומטה החזיק גדול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש תמונות ספקטרום HAADF ו EDX באמצעות זמן הרכישה קבוע (למשל, 5 דק &#39;) על מלוא הטווח של זוויות הטיה (בדרך כלל ± 70 °) באמצעות במרווחים זוויתי של בין 5-10 מעלות. ראשית, לרכוש תמונת HAADF סקירה על ידי לחיצה רוכשת בחלונית ההדמיה. בחר חלון מיפוי ברחבי ננו-חלקיקים על ידי גרירת התיבה מעל סריקתתמונה ולחץ זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ ספירת רנטגן מאפיין מתמונות ספקטרום EDX לקבוע מרווחי זמן עבור רכישת נתונים על ידי פתיחת datacubes ספקטרלי תוכנת עיבוד תמונה (כמו קבצי RAW). לאחר מכן, לסכם את עוצמת הפרוסות של דטה קיוב כי מתאימות ערוצי האנרגיה של הפסגות של עניין באמצעות פונקציות slice2D והסכום, סקריפטים כללו קוד משלים כמו 1-3. </li></ol> 4. EDX טומוגרפיה רכישה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.1-3.5 עבור הדגימה ננו-חלקיקים של עניין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש HAADFnd תמונות ספקטרום EDX עם מרווחי הזמן לקבוע מן אפיון הצללת גלאי של הסעיף הקודם עבור מגוון של דגימה להטות זוויות (בדרך כלל ± 70 °), באותו אופן כמו צעד 3.6. </li></ol> לשיקום ויזואליזציה 5. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקמפל סדרת הטיה של תמונות HAADF לפורמט קובץ MRC באמצעות אחת מהשיטות הבאות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש הסופר MRC בתוכנות להדמיה תמונה 12 (קובץ&gt; שמירה בשם&gt; סופר MRC) לאחר ייבוא ​​tifs HAADF בתור &quot;רצף תמונה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, השתמש בפונקציה tif_to_mrc בחבילת התוכנה טומוגרפיה 13. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונות HAADF חוצה לתאם בתוכנה נבחרה כדי לקבל יישור גס של סדרת ההטיה. שמור את הנתונים יישור כמו גם קובץ .sft או כמו הקובץ xcorr.txt. ב התוכנה טומוגרפיה להגדיר מסנן בחלון מסנן ההתקנה מספק השיא החד בחלונית מתאם הצלב. &lt;ol&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהמשך לכך, לחץ המשך ב מערך חישוב משמרות חלון לבצע מתאם צלב עבור הסדרה להטות כולו. חזור על היישור עד משמרות מקומיות הן מתחת ל -1 פיקסל, הבטיח לשמור את כל הקבצים משמר בכל שלב כטקסט. הערה: התקנה זהירה של המסנן המשמש בעת ביצוע-מתאם צלב לפעמים יש צורך להבטיח התאמה טובה של נתוני סדרה להטות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשנת תוכנת עיבוד תמונה, טען את datacubes ספקטרלי רכש ולחלץ מפות הן הפרוסות סכמו ערוצי אנרגיה מתאימים האלמנטים של עניין באמצעות פונקציות slice3d והסכום scripting, סקריפטים כלולים כקוד משלים 4 ו -5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל המערכים נקבעים מתמונות HAADF למפות יסודות EDX החילוץ. בצע זה בתוכנת שחזור טומוגרפיה בלשונית המערך החל על ידי בחירה &quot;משמרות שימוש מעת צפה יישור נתונים&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת הצורך, לבצע התאמה ציר הטיה שלשחזור תוכנה טומוגרפיה על סדרת תמונת HAADF וחל הם תמונות HAADF ומפות EDX ידי סימון &quot;תיקוני שימוש מעת הטית ציר התאמת המשימות&quot; ב &#39;החל המערך&#39; כרטיסייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משחזר מערך נתונים טומוגרפית לכל אותות יסודות חילוץ EDX בטכניקת שחזור איטרטיבי סימולטני אלגוריתם (SIRT) מיושם בתוך חבילת תוכנה טומוגרפיה, להבטיח כי את הממדים של השיקום זהים עבור כל האלמנטים. בתוכנת שחזור טומוגרפיה, להגדיר את הפרמטרים בחלון Volume לשחזר (הגודל של נפח, 20 חזרות, וכו &#39;) ולחץ על המשך. ודא כי הפרמטרים שחזור זהים עבור כל רכיב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ orthoslices של שחזורי יסודות הנפרדים על ידי בחירת תמונה&gt; צפיות אורתוגונלית סטאקס&gt; בתוכנה להדמית תמונה 12. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Construct ולדמיין orthoslices נוספת, נפח, מחדש משטחnderings מן השחזורים באמצעות תוכנה ויזואליזציה. טען את כל שחזורי היסודות ולהבטיח כי ההיקף מוגדר כראוי כפי שקורה לעתים קרובות לא הועבר זה מקבצי .rec. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את אובייקט השיקום בברכת האובייקט-קליק ימני ובחר את מודול orthoslice לחלץ orthoslice. לחץ לחיצה ימנית על טיוח נפח שחזור ובחר לחלץ טיוח נפח. לחלץ isosurface על ידי לחיצה ימנית על isosurface השיקום והבחירה. הערה: פילוח אוטומטי באמצעות thresholding הוא שיטה חזקה יותר אבל איפה יחס האות לרעש היא פילוח ידני עני ייתכן שיהיה צורך להסיר ווקסלים רועשים מחוץ נפח nanoparticle להדמית isosurface. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Midgley, P. A., Weyland, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+electron+microscopy+in+the+physical+sciences:+the+development+of+Z-contrast+and+EFTEM+tomography.">3D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography.</a> Ultramicroscopy. 96, 413-431 (2003).</li><li>Mobus, G., Doole, R. C., Inkson, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+electron+tomography.">Spectroscopic electron tomography.</a> Ultramicroscopy. 96, 433-451 (2003).</li><li>Kotula, P., Brewer, L., Michael, J., Giannuzzi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computed+Tomographic+Spectral+Imaging:+3D+STEM-EDS+Spectral+Imaging.">Computed Tomographic Spectral Imaging: 3D STEM-EDS Spectral Imaging.</a> Microsc. Microanal. 13, 1324-1325 (2007).</li><li>Lepinay, K., Lorut, F., Pantel, R., Epicier, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+3D+tomography+of+28+nm+high+K+metal+gate+transistor:+STEM+XEDS+experimental+method+and+results.">Chemical 3D tomography of 28 nm high K metal gate transistor: STEM XEDS experimental method and results.</a> Micron. 47, 43-49 (2013).</li><li>Genc, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XEDS+STEM+tomography+for+3D+chemical+characterization+of+nanoscale+particles.">XEDS STEM tomography for 3D chemical characterization of nanoscale particles.</a> Ultramicroscopy. 131, 24-32 (2013).</li><li>Goris, B., Polavarapu, L., Bals, S., Van Tendeloo, G., Liz-Marzan, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+galvanic+replacement+through+three-dimensional+morphological+and+chemical+mapping.">Monitoring galvanic replacement through three-dimensional morphological and chemical mapping.</a> Nano Lett. 14, 3220-3226 (2014).</li><li>Goris, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+elemental+mapping+at+the+atomic+scale+in+bimetallic+nanocrystals.">Three-dimensional elemental mapping at the atomic scale in bimetallic nanocrystals.</a> Nano Lett. 13, 4236-4241 (2013).</li><li>Jarausch, K., Thomas, P., Leonard, D. N., Twesten, R., Booth, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Four-dimensional+STEM-EELS:+Enabling+nano-scale+chemical+tomography.">Four-dimensional STEM-EELS: Enabling nano-scale chemical tomography.</a> Ultramicroscopy. 109, 326-337 (2009).</li><li>von Harrach, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+Detection+Limits+of+EDS+and+EELS+in+S/TEM.">Comparison of the Detection Limits of EDS and EELS in S/TEM.</a> Microsc. Microanal. 16, 1312-1313 (2010).</li><li>Tedsree, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+production+from+formic+acid+decomposition+at+room+temperature+using+a+Ag-Pd+core-shell+nanocatalyst.">Hydrogen production from formic acid decomposition at room temperature using a Ag-Pd core-shell nanocatalyst.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 302-307 (2011).</li><li>Slater, T. J. A., Camargo, P. H., Burke, M. G., Zaluzec, N. J., Haigh, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+limitations+of+the+Super-X+energy+dispersive+x-ray+spectrometer+as+a+function+of+specimen+tilt+angle+for+tomographic+data+acquisition+in+the+S/TEM.">Understanding the limitations of the Super-X energy dispersive x-ray spectrometer as a function of specimen tilt angle for tomographic data acquisition in the S/TEM.</a> J. Phys. Conf. Ser. 522, 012025 (2014).</li><li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiji:+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis.">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nat. Methods. 9, 676-682 (2012).</li><li>Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+visualization+of+three-dimensional+image+data+using+IMOD.">Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD.</a> J. Struct. Biol. 116, 71-76 (1996).</li><li>von Harrach, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+Silicon+Drift+Detector+System+for+FEI+Schottky+Field+Emission+Transmission+Electron+Microscopes.">An integrated Silicon Drift Detector System for FEI Schottky Field Emission Transmission Electron Microscopes.</a> Microsc. Microanal. 15, 208-209 (2009).</li><li>Slater, T. J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlating+Catalytic+Activity+of+Ag-Au+Nanoparticles+with+3D+Compositional+Variations.">Correlating Catalytic Activity of Ag-Au Nanoparticles with 3D Compositional Variations.</a> Nano Lett. 14, 1921-1926 (2014).</li><li>Lewis, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+imaging+and+elemental+mapping+of+AgAu+nanoparticle+transformations.">Real-time imaging and elemental mapping of AgAu nanoparticle transformations.</a> Nanoscale. 6, 13598-13605 (2014).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

הפרוטוקול המובא כאן מספק שיטה לקבוע את חלוקת היסודות של כל ננו-חלקיקים רב אלמנט בשלושה ממדים. במקרה של חלקיקי AgAu שהוצגו כאן, הפרדת פני שטח של שני האלמנטים מזוהה בבירור מוצגת להיות מתואם תשואת קטליטי תגובת צימוד שלוש רכיב. זה מראה בבירור את התועלת של טכניקה זו ב ויש בכך כדי להסביר את התכונות הפיסיקליות והכימיות של מערכות ננו-חלקיקים. כפי שתמיד קורה ב TEM, יש להיזהר בהכנת מדגם על מנת להבטיח את התוצאות הטובות ביותר. כביסת חישול יסודיות של הרשתות לאחר הפקדת פתרון ננו-החלקיקים חשובים במיוחד כדי למנוע הצטברות של זיהום הפחמן באמצעות מינון האלקטרונים הגדול הדרושים עבור טומוגרפיה EDX. המינון גדול מועסק גם יכול לגרום נזק חמור המחוררת סרטים פחמן, במיוחד אם על חלקים דקים לעתים קרובות נמצא בין חורים, אבל סרטי תמיכת סיליקון ניטריד יכולים להעדיף חמצון של החלקיקים 16. תיקון של תופעות הצללת גלאי חשוב לייצר שחזור מדויק, במיוחד אם הטכניקה היא להיות מיושמת על מיפוי כמותי של הפצות יסודות בעתיד. זו יכולה להיות מושגת דרך אפיון מדויק של הצללת הגלאי ובהמשך שינוי מינון האלקטרונים אל ננו-החלקיקים. לחלופין, הצללה ניתן פיצוי על ידי הכפלת תמונות ספקטרום בגורם תיקון לאחר הרכישה. עם זאת, החלת בטכניקה זו כדי לספק מידע כמותי בשלושה ממדים הוא עדיין לא ריאלי בשל נזק אלומת אלקטרונים של חלקיקים אשר מגביל את ספירת רנטגן השגה בכל תמונה הספקטרום. כיול נדרש כדי לפצות על הצללת גלאי EDX כפונקציה של זווית הטיה עבור שילוב מיקרוסקופ-גלאי בעל בפרט. shadowing צריך להיקבע בתחילה באמצעות מדגם שנותן בלי לשנות סעיפי רנטגן עבור זוויות הטית דגימה שונות חלקיקים כדוריים בודדים צפויים לענות על קריטריונים זו, כאשר הרכב שלהם הוא יציבה תחת אלומת אלקטרונים על הזמן שנדרש כדי לרכוש את ההטיה סִדרָה. בנוסף, עבור חלקיקים גבישיים, כל הטיה הזוויות שבהן אלומת אלקטרונים מכוונת לאורך ציר אזור מרכזי של ננו-חלקיקים להסירו ואת ננו-חלקיקים צריך להיות קטן מספיק כדי למנוע ספיגת רנטגן משמעותית. לכן, כאשר תמונות ספקטרום EDX של ננו-חלקיק בודד נרכשות על מלוא הטווח של זוויות הטית דגימה אפשריות באמצעות זמן רכישה מתמיד, בגין שינויים בעוצמת רנטגן מאפיין הנמדד יהיו בשל גלאי הצללה לבד. בפעמים הרכישה, ולכן המינון, מגוונת אז ברכישות הבאות כדי לפצות על הצללה כלומר ספירת האות הכולל כ constant עבור כל תמונות ספקטרום רכש בסדרה להטות. בהשוואה HAADF או צלופחים מצבי הדמיה, רכישת נתונים טומוגרפית EDX עדיין בשלביה המוקדמים ביותר. למרות כניסתה של גלאי רנטגן עם זווית מרחבית גבוהה המגבלה העיקרית של טומוגרפיה EDX, כפי שקורה לעתים קרובות עבור הדמיה דו מימדי EDX, הוא אות נמוך. למרות זאת, אחד יתרונות כי ספקטרוסקופיה EDX עשויה להחזיק מעל צלופחים כמה מערכות ננו-חלקיקים הם בקביעת כמויות קטנות של יסודות כבדים חלקיקים גדולים למדי. גדולים יותר חלקיקי multicomponent (&gt; 100 ננומטר) הם לעתים קרובות גם מתאימים מחקרי EDX כפי שהם מספקים יותר ספירות ויש פחות בעיות עם deconvolving חפיפות רפאים, אך יש להקפיד להשתמש פסגות אנרגיה גבוהה רנטגן שעוברות קליטה מעט. בסך הכל, טומוגרפיה EDX היא שיטה מצוינת קביעת הפצות יסודות בתוך חלקיקים בשלושה ממדים, althoאיכס מוגבל חלקיקים שיכולים לעמוד מנה אלקטרונים גבוהה יחסית ללא נזק משמעותי. להמשך עלייה של זווית מרחבית של גלאי רנטגן בתוך גבעול אופטימיזציה נוספת של מחזיקי דגימה טומוגרפית תאפשר בטכניקה זו כדי לקדם עוד יותר ולהיות שיטה חשובה באפיון של חלקיקים בודדים.

מטרת השיטה היא לספק קביעה מדויקת של שלוש חלוקת הממדי של גורמים בתוך חלקיקים אחת. זו מתבצעת באמצעות רנטגן נפיצה אנרגיה (EDX) ספקטרוסקופיה בשיתוף עם שיקום טומוגרפית ביצע במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים סריקה (STEM). אנרגית ספקטרוסקופיה רנטגן הנפיצה כבר זמן רב בשימוש כטכניקה לכמת ולמפות מרחבית אלמנטים נוכחים דגימות במיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים. עם כניסתו של שדה כהה טבעתי זווית גבוהה (HAADF) טומוגרפיה STEM לשלוש ההדמיה הממדית של חומרים גבישיים 1, טומוגרפיה רנטגן נפיצת האנרגיה הוצעה גם כשיטה כדי לאפשר קביעת הפצות יסודות בשלושה ממדים 2. עם זאת, מחקרים מוקדמים היו מוגבלים בשל העיצוב של גלאי רנטגן בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים. באופן ספציפי דה מסורתי אלהTector עיצובים היו יעילים גבייה נמוכה יחסית ומדד אין אות ב מגוון רחב של הטית זוויות בשל הצללה מן 2,3 בעל מדגם. המבוא של דגמים גיאומטריים החדשים של גלאי רנטגן בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (סריקה) עשה נפיצת אנרגית טומוגרפיה רנטגן טכניקת קיימא הוביל מספר המחקרים שנעשה לאחרונה 4-6. הדמית STEM HAADF היא מצב הדמית טומוגרפיה אלקטרון בשימוש נרחב, והוא מסוגל לספק מידע הלחנה במצבים ספציפיים בהתבסס על רגישות המספר האטומית של עוצמת אות HAADF. לדוגמא, טומוגרפיה HAADF היא גם מתאימה ללימוד חלקיקים עם אזורי יסודות דיסקרטיים, למשל, מוגדר היטב מורפולוגיות-פגז ליבה 7, אך לא ניתן להשתמש כאשר יש אלמנטים חלוקים מסובכת יותר. ספקטרוסקופיה אובדן אנרגית אלקטרונים (צלופחים) מספקת גישה משלים לקביעת שלושה eleme ממדיהפצות פתיחות opening סגירות closures בתוך הגזע 8. בטכניקה זו הפסדי האנרגיה של אלומת אלקטרוני אירוע משמשים כדי לקבוע את ההרכב של המדגם הזה יש את היתרון של יחס אות לרעש גבוה יותר מתקבל לעתים קרובות על ידי EDX ספקטרוסקופיה 9. החסרון של צלופחים הוא ששיקולי פיזור מרובים להטיל מגבלות מחמירות על עובי הדגימה, וכן בכמה מצבי ניתוח מסובך על ידי הנוכחות של קצות תגובה מאוחרות או תכונות ספקטרליות חופפות. לפיכך, ספקטרוסקופיה EDX הוא לעתים קרובות יותר מתאים ללימוד יסודות כבדים כמו אלה הקשורים לעתים קרובות עם מערכות ננו-חלקיקים קטליטיים או plasmonic 9. בנוסף, כתמונת ספקטרום מלא נאסף EDX ספקטרוסקופיה זה פשוט לזהות אלמנטים בלתי צפויים למפרע, וזה יותר קשה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים מסוננים אנרגיה (EFTEM) וצלופחים בשל התדירות של מידע אלמנטרי חופפים או להיות בחוץבטווח הספקטרום של ערכת הנתונים. גיאומטרית המדגם האידיאלית עבור טומוגרפיה EDX מורכבת מדגם בצורת מחט המרחפים בחלל ריק בכיוון לאורך ציר ההטיה טומוגרפית 4. מצב זה מבטיח כי אין הצללה של גלאי EDX בכל זווית הטיה או על ידי המדגם או בעל הדגימה. עם זאת, הרכבה של דגימות הנדרש בצורת מחט למערכות ננו-חלקיקים הוא הכנה 10 מדגם מאתגר בדרך כלל מורכב פשוט העברת חלקיקים על גבי רשת תמיכה TEM סרט דק פחמן. רשתות אלה משמשות עם בעל דגימת טומוגרפיה ומעוצב כך שהוא יכול להיות מוטה כדי בזוויות גדולות (≈ ± 75 °) אבל ההצללה של גלאי EDX בטווח זה של דגימה להטות זוויות היא בלתי נמנעות יכולה לבזות את איכות טומוגרפית וכתוצאה מכך שִׁחזוּר. הצללה זו אופיינית של התקנה מיקרוסקופ-גלאי בעל מסוים ולכן ניתן להרתיעממוקש ידי מדידת מדגם כיול ראוי לפני רכישת 11. חלקיקים כדוריים יחידים מהווים דגימת כיול אידיאלית, כיוון עוצמת ספירת רנטגן ממדגמים אלה צריכים להישאר קבועים לאורך כל זוויות ההטיה. הצללת הגלאי ניתן לשלם פיצוי או על ידי שינוי זמן הרכישה בכל זווית או על ידי כפל עם גורם תיקון לאחר רכישת נתונים. הגישה לשעבר משמשת זה ממזער מינון אלקטרונים תוך מיקסום יחס אות לרעש.

<table><tbody><tr><td>Titan G2 80-200 STEM</td><td>FEI</td><td></td><td>With Super-X detector</td></tr><tr><td>2020 tomography holder</td><td>Fischione</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Carbon film on 200 mesh copper grid</td><td>Agar Scientific</td><td>AGS160</td><td></td></tr><tr><td>EDX Acquisition software</td><td>Bruker</td><td></td><td>Esprit</td></tr><tr><td>Tomographic alignment and reconstruction software</td><td>FEI</td><td></td><td>Inspect3D, alternatives available</td></tr><tr><td>Tomographic alignment and reconstruction software package</td><td>University of Colorado</td><td></td><td>IMOD, alternatives available</td></tr><tr><td>Visualisation software</td><td>FEI</td><td></td><td>Avizo, alternatives available</td></tr><tr><td>Image processing software</td><td>Gatan</td><td></td><td>Digital Micrograph, alternatives available</td></tr><tr><td>Image visualisation software</td><td>Open Source</td><td></td><td>Fiji, alternatives available</td></tr><tr><td>Polyvinyl-pyrrolidone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>Ethylene glycol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>V900208</td><td></td></tr><tr><td>Silver nitrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>209139</td><td></td></tr><tr><td>Benchtop Centrifuge</td><td>Thermo Scientific</td><td>75007200</td><td></td></tr><tr><td>Round bottom flask</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z41,452-2</td><td>1,000 ml</td></tr><tr><td>Hydrogen tetrachloroaurate trihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>520918</td><td></td></tr></tbody></table>

energy dispersive x-ray tomography for 3d elemental mapping of individual nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

האפיון של גלאי הצללה עבור בעל טומוגרפיה 2020 ChemiSTEM טיטאן G2 מוצג באיור 1 א. הגלאים המועסקים הנה כי הגלאי סופר-X, בו נהרג ארבעה גלאים מועסקים בזוויות azimuthal שווות של 90 מעלות סביב הציר האופטי, וכתוצאה מכך זווית גלאי מוצקה של גדול מ -0.6 SR 14. אפיון של הגלאי מותר קביעת פעמי רכישה טומוגרפית מפוצות מוצגות באיור 1 ב. לאחר היישום של פעמי רכישה אלה הספירה בכל זווית הטיה צריכה להישאר בערך קבועה עבור חלקיקים אחת, כפי שמוצגת באיור 1C. חלקיקים המתכתיים AgAu, מסונתזים על ידי תגובת החלפת הגלוונים, נחקרו באמצעות טומוגרפיה EDX בגזע. בתגובה זו, פתרון של AuCl 4 - הואלהוסיף זרעי nanoparticle Ag. Au מצטמצם על פני השטח של החלקיקים כמו Ag הוא מתחמצן, וכתוצאה מכך רכב חלול מתכתיים של הזרע הראשוני. בעבר, היה נהוג לחשוב כי Ag ו- Au נוצרו מסגסוגת הומוגנית לאורך כל התהליך הזה וכי וריאציות בנכסים הקטליטי אופטיים היו פשוט בגלל חלול וריאציות הלחנה בתפזורת. עם זאת, שלושה מיפוי יסודות ממדים מתבצע באמצעות הפרדת משטח חשף טומוגרפיה EDX בתוך חלקיקי AgAu מסונתזים על ידי התגובה גלווני (איור 2). בשעת יצירות של נמוכה Au, החלקיקים להציג הפרדת משטח Au ברורה. עם זאת, ככל שעולה תוכן Au הפרדה המשטחת הזה עוברת כך לתכני Au הגבוהים ביותר קיימת הפרדת משטח Ag ברורה (איור 3). מיתוג זה של הפרדה משטח בקורלציה עם שינויים בתשואת propargylamines בריאקציה צימוד שלושה רכיב מסונתז על ידי שונהקומפוזיציות אף אוזן גרון של חלקיקי AgAu אלה. פרוסות דרך שחזור כי הם נורמלים לכיוון אלומת האלקטרונים לספק השוואת תקן שתי מפות יסודות ממדיות. המפות הראשונית מכילים מידע על הרכב סיכם יחד לכיוון הקורה ואת זה לעתים קרובות יכול להיות מסובך לפרש בשל חפיפה אזורים של יצירות שונות או, במקרה של AgAu חלקיקים נחקר כאן, בשל הכללת החלק העליון והתחתון משטחי הקרנה (איור 3A-C). אם ניקח פרוסות דרך שחזור מאפשר הסרת עוצמת הקשורים משטחים העליון והתחתון של חלקיקים ולכן התוצאה היא תצוגה הרבה יותר ברור של הפרדה משטח במקרה זה (איור 3D-F). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52815/52815fig1.jpg" /> <strong&gt; באיור 1. אפיון של הצללת גלאי באמצעות ננו-חלקיקי AgAu יחידים. (א) סעיפים של Ag ו- Au רנטגן פסגות כפונקציה של זווית הטיה של ננו-חלקיקים יחידים AgAu כאשר העסיק זמן רכישת סט (5 דקות). (ב) פעמים הרכישה נקבע מ- (A) ולאחר מכן להשתמש בהם כדי לרכוש את סדרת להטות. (ג) סעיפים של Ag ו- Au רנטגן פסגות כפונקציה של זוויות הטיה מתוך nanoparticle יחיד AgAu כאשר העסיקו פעמי הרכישה (B). הספירה להישאר בערך קבועה לאורך כל זוויות ההטיה. מ סלייטר et al. 15. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52815/52815fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52815/52815fig2.jpg" /> איור 2. </strong&gt; שחזור של ננו-חלקיקים Au תוכן AgAu נמוך. (א) Orthoslice דרך שחזור Au. (ב) Orthoslice דרך שחזור Ag. (C) פרופילי קו נלקחים דרך orthoslices (א) ו- (ב) הצגת הפרדת משטח Au הברורה ננו-חלקיקים זה. (ד) להדמיה Surface של שחזורים Ag ו- Au. מ סלייטר et al. 15. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52815/52815fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52815/52815fig3.jpg" /> איור 3. שחזור של ננו-חלקיקי Au תוכן AgAu גבוה. (א) 2D EDX המפה של Au ו (ב) מפת 2D EDX של Ag. (C) profil Lineדואר נלקח דרך מפות EDX 2D (א) ו- (ב) מראה את הקושי בקביעת הפרדת פני השטח ננו-חלקיק זה מ 2D מפות לבד. (ד) Orthoslice דרך שחזור Au. (E) Orthoslice דרך שחזור Ag. פרופילי קו (F) נלקחים דרך orthoslices (ד) ו- (ה) הצגת הפרדת משטח Ag הברורה ננו-חלקיקים זה. (G) להדמיה Surface של שחזורים Ag ו- Au. מ סלייטר et al. 15. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52815/52815fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles at JoVE.com

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Dispersive אנרגיה טומוגרפיית רנטגן עבור מיפוי 3D היסודות של חלקיקים בודדים

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

energy-dispersive-x-ray-tomography-for-3d-elemental-mapping

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

11.7K Views.  University of Manchester. The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Video: Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

ספקטרוסקופיה התפלגות מושרה לייזר: גישה חדשה למיפוי של Nanoparticle וכימות ברקמות איברים

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

שימוש Synchrotron קרינה Microtomography לחקור חבילות מיקרו-אלקטרוניים תלת ממדי רב היקף

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard cuticle which makes it difficult to use protocols of classical histology. In addition, histological sectioning destroys the sample and can therefore not be used for unique material. Hence, a non-destructive method is desirable which allows to view inside small samples without the need of sectioning.
We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble (France) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows us to reconstruct the internal organization in its natural state without the artefacts produced by histological sectioning. These date can be used for quantitative morphology, landmarks, or for the visualization of animated movies to understand the structure of hidden body parts and to follow complete organ systems or tissues through the samples.

We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows the reconstruction of internal structures in their natural state without the artefacts produced by histological sectioning.

לא פולשני-3D ויזואליזציה עם תת מיקרון החלטה שימוש Synchrotron-X-ray-טומוגרפיה

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Biology

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. They offer new possibilities for the characterization of living systems and are particularly appropriate for detecting, localizing and quantifying the presence of metal oxide nanoparticles both in biological specimens and the environment. Indeed, these techniques all meet relevant requirements in terms of (i) sensitivity (from 1 up to 10 &#181;g.g-1 of dry mass), (ii) micrometer range spatial resolution, and (iii) multi-element detection. Given these characteristics, microbeam chemical element imaging can powerfully complement routine imaging techniques such as optical and fluorescence microscopy. This protocol describes how to perform a nuclear microprobe analysis on cultured cells (U2OS) exposed to titanium dioxide nanoparticles. Cells must grow on and be exposed directly in a specially designed sample holder used on the optical microscope and in the nuclear microprobe analysis stages. Plunge-freeze cryogenic fixation of the samples preserves both the cellular organization and the chemical element distribution. Simultaneous nuclear microprobe analysis (scanning transmission ion microscopy, Rutherford backscattering spectrometry and particle induced X-ray emission) performed on the sample provides information about the cellular density, the local distribution of the chemical elements, as well as the cellular content of nanoparticles. There is a growing need for such analytical tools within biology, especially in the emerging context of Nanotoxicology and Nanomedicine for which our comprehension of the interactions between nanoparticles and biological samples must be deepened. In particular, as nuclear microprobe analysis does not require nanoparticles to be labelled, nanoparticle abundances are quantifiable down to the individual cell level in a cell population, independently of their surface state.

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

We describe a procedure for the detection of chemical elements present in situ in human cells as well as their in vitro quantification. The method is well-suited to any cell type and is particularly useful for quantitative chemical analyses in single cells following in vitro metal oxide nanoparticles exposure.

בחיי עיר זיהוי, כימות תא בודד של תחמוצת מתכת חלקיקים באמצעות ניתוח Microprobe גרעיני

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Chemistry

Quantifying X-Ray Fluorescence Data Using MAPS

The quantification of X-ray fluorescence (XRF) microscopy maps by fitting the raw spectra to a known standard is crucial for evaluating chemical composition and elemental distribution within a material. Synchrotron-based XRF has become an integral characterization technique for a variety of research topics, particularly due to its non-destructive nature and its high sensitivity. Today, synchrotrons can acquire fluorescence data at spatial resolutions well below a micron, allowing for the evaluation of compositional variations at the nanoscale. Through proper quantification, it is then possible to obtain an in-depth, high-resolution understanding of elemental segregation, stoichiometric relationships, and clustering behavior.
This article explains how to use the MAPS fitting software developed by Argonne National Laboratory for the quantification of full 2-D XRF maps. We use as an example results from a Cu(In,Ga)Se2 solar cell, taken at the Advanced Photon Source beamline 2-ID-D at Argonne National Laboratory. We show the standard procedure for fitting raw data, demonstrate how to evaluate the quality of a fit and present the typical outputs generated by the program. In addition, we discuss in this manuscript certain software limitations and offer suggestions for how to further correct the data to be numerically accurate and representative of spatially resolved, elemental concentrations.

Here, we demonstrate the use of the X-ray fluorescence fitting software, MAPS, created by Argonne National Laboratory for the quantification of fluorescence microscopy data. The quantified data that results is useful for understanding the elemental distribution and stoichiometric ratios within a sample of interest.

לכימות רנטגן פלורסצנטיות נתונים באמצעות מפות

The quantification of X-ray fluorescence (XRF) microscopy maps by fitting the raw spectra to a known standard is crucial for evaluating chemical ...

Obtaining 3D Chemical Maps by Energy Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a nanometric scale. EFTEM tomography can separate chemical elements that are very difficult to distinguish using other imaging techniques. The experimental protocol described here shows how to create 3D chemical maps to understand the chemical distribution and morphology of a material. Sample preparation steps for data segmentation are presented. This protocol permits the 3D distribution analysis of chemical elements in a nanometric sample. However, it should be noted that currently, the 3D chemical maps can only be generated for samples that are not beam sensitive, since the recording of filtered images requires long exposure times to an intense electron beam. The protocol was applied to quantify the chemical distribution of the components of two different heterogeneous catalyst supports. In the first study, the chemical distribution of aluminum and titanium in titania-alumina supports was analyzed. The samples were prepared using the swing-pH method. In the second, the chemical distribution of aluminum and silicon in silica-alumina supports that were prepared using the sol-powder and mechanical mixture methods was examined.

This paper describes a protocol to achieve 3D chemical maps combining energy filtered imaging and electron tomography. The chemical distribution of two catalyst supports formed by elements that are difficult to distinguish by other imaging techniques was studied. Each application consists of mapping overlapped chemical elements - respectively spaced-ionization edges.

קבלת מפות תלת-ממדיות כימי על ידי אנרגיה מסונן הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים טומוגרפיה

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a ...

Atom Probe Tomography Analysis of Exsolved Mineral Phases

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in lamellae exsolved from host mineral phases. Thus, the analysis of the orientation, size, morphology, composition and spacing of exsolution lamellae is an area of active research in the geosciences. The conventional study of these lamellae has been conducted by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), and more recently with focused ion beam (FIB)-based nanotomography, yet with limited chemical information. Here, we explore the use of atom probe tomography (APT) for the nanoscale analysis of ilmenite exsolution lamellae in igneous titanomagnetite from ash deposits erupted from the active Soufri&#232;re Hills Volcano (Montserrat, British West Indies). APT allows the precise calculation of interlamellar spacings (14&#8211;29 &#177; 2 nm) and reveals smooth diffusion profiles with no sharp phase boundaries during the exchange of Fe and Ti/O between the exsolved lamellae and the host crystal. Our results suggest that this novel approach permits nanoscale measurements of lamellae composition and interlamellar spacing that may provide a means to estimate the lava dome temperatures necessary to model extrusion rates and lava dome failure, both of which play a key role in volcanic hazard mitigation efforts.

Analysis of the morphology, composition, and spacing of exsolution lamellae can provide essential information to understand geological processes related to volcanism and metamorphism. We present a novel application of APT for the characterization of such lamellae and compare this approach to the conventional use of electron microscopy and FIB-based nanotomography.

האטום בדיקה טומוגרפיה ניתוח של מינרלים Exsolved שלבים

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in ...

Environment

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

סינכרוטרון Microdiffraction רנטגן והדמיה זריחה של דגימות הסלע המינרלים

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Measurement of Total Calcium in Neurons by Electron Probe X-ray Microanalysis

In this article the tools, techniques, and instruments appropriate for quantitative measurements of intracellular elemental content using the technique known as electron probe microanalysis (EPMA) are described. Intramitochondrial calcium is a particular focus because of the critical role that mitochondrial calcium overload plays in neurodegenerative diseases. The method is based on the analysis of X-rays generated in an electron microscope (EM) by interaction of an electron beam with the specimen. In order to maintain the native distribution of diffusible elements in electron microscopy specimens, EPMA requires &#34;cryofixation&#34; of tissue followed by the preparation of ultrathin cryosections. Rapid freezing of cultured cells or organotypic slice cultures is carried out by plunge freezing in liquid ethane or by slam freezing against a cold metal block, respectively. Cryosections nominally 80 nm thick are cut dry with a diamond knife at ca. -160 &#176;C, mounted on carbon/pioloform-coated copper grids, and cryotransferred into a cryo-EM using a specialized cryospecimen holder. After visual survey and location mapping at &#8804;-160 &#176;C and low electron dose, frozen-hydrated cryosections are freeze-dried at -100 &#176;C for ~30 min. Organelle-level images of dried cryosections are recorded, also at low dose, by means of a slow-scan CCD camera and subcellular regions of interest selected for analysis. X-rays emitted from ROIs by a stationary, focused, high-intensity electron probe are collected by an energy-dispersive X-ray (EDX) spectrometer, processed by associated electronics, and presented as an X-ray spectrum, that is, a plot of X-ray intensity vs. energy. Additional software facilitates: 1) identification of elemental components by their &#34;characteristic&#34; peak energies and fingerprint; and 2) quantitative analysis by extraction of peak areas/background. This paper concludes with two examples that illustrate typical EPMA applications, one in which mitochondrial calcium analysis provided critical insight into mechanisms of excitotoxic injury and another that revealed the basis of ischemia resistance.

This paper describes the application of cryoanalytical electron microscopy to the quantitative measurement of total calcium content and distribution at subcellular resolution in physiologically defined biological specimens.

מדידה של סידן סה&quot;כ בנוירונים על ידי אלקטרונים רנטגן Microanalysis Probe

In this article the tools, techniques, and instruments appropriate for quantitative measurements of intracellular elemental content using the technique ...

Neuroscience

Three-Dimensional Particle Shape Analysis Using X-ray Computed Tomography: Experimental Procedure and Analysis Algorithms for Metal Powders

Measuring the size distribution of the particles in a powder is a common activity in science and industry. Measuring the shape distribution of the particles is much less common. However, the shape and size of powder particles are not independent quantities. All known size/shape measurement techniques either assume a spherical shape or measure the shape in two dimensions only. The X-ray computed tomography (XCT) based method presented here measures both size and shape in 3D without making any assumptions. Starting from a 3D image of particles, the method can mathematically classify particles according to shape, for example particles composed of several smaller particles welded together as opposed to single particles that are not necessarily spherical. Of course, defining a single number as the &#34;size&#34; or &#34;shape&#34; of a random non-spherical particle is not possible in principle, leading to many ways to estimate particle size and shape via various interlinked parameters, which can all be generated from this complete 3D characterization in the form of averages and distributions. The necessary experimental procedures, mathematical analysis, and computer analysis are described and an example is given for a metal powder. The technique is limited to particles that can be imaged by XCT with a minimum of about 1000 voxels per particle volume.

The size and shape of powder particles are not independent quantities. Usual measurement techniques do not measure these intertwined parameters in three dimensions (3D). A 3D measurement/analysis technique is described, based on X-ray computed tomography, which can measure size and shape and classify powder particles according to both parameters.