지도 사용 하 여 x 선 형광 데이터 측정

Summary

여기, 우리가 보여줍니다 x 선 형광 피팅 소프트웨어의 사용 지도, 형광 현미경 검사 법 데이터의 정량화에 대 한 아르곤 국립 연구소에 의해 만들어진. 그 결과 정량된 데이터 원소 분포와 관심의 샘플 내에서 화학 량 론 비율을 이해 하는 데 유용 합니다.

Abstract

X 선 형광 (XRF) 현미경 지도 알려진 표준 원시 스펙트럼을 피팅 하 여 정량화 평가 화학 성분 및 원소 분포는 재료 내에서 결정적 이다. 싱크 로트 론 기반 XRF는 다양 한 연구 주제, 특히 그것의 비 파괴적인 성격 및 그것의 높은 감도 때문에 대 한 통합 특성화 기술 되었다. 오늘, synchrotrons는 공간 해상도 미크론, 구성 변화는 나노 스케일에서의 평가 대 한 허용 아래에서 형광 데이터를 수집할 수 있습니다. 적절 한 정량화를 통해 그것은 다음 원소 분리, 화학 량 론 관계 및 클러스터링 동작의 깊이, 고해상도 이해를 얻을 수 있습니다.

이 문서에는 전체 2 차원 XRF 지도의 정량화에 대 한 아르곤 국립 연구소에 의해 개발 된 소프트웨어를 피팅 하는 지도 사용 하는 방법을 설명 합니다. Cu에서 결과 예 사용 (In, Ga) Se₂ 태양 전지, 광자 소스 고급 beamline 2-ID-D 아르곤 국립 연구소에서 찍은. 우리 피팅 원시 데이터에 대 한 표준 절차를 표시는 적합의 품질을 평가 하 고는 프로그램에 의해 생성 된 일반적인 출력을 제시 하는 방법을 보여 줍니다. 또한,이 원고를 특정 소프트웨어 제한 및 숫자로 정확 하 고의 대표 공간 추가 데이터를 수정 하는 방법에 대 한 제공 제안 해결, 원소 농도에 대해 다루겠습니다.

Introduction

싱크 로트 론 기반 XRF는 많은 십 년간 동안 여러 분야에 걸쳐 사용 되었다. 예, 그것은 Geraki 그 외 여러분, 있는 그들은 암과 비 암 유 방 조직 ¹내 금속 농도의 미 량 정량에 의해 수행 하는 등 연구에 생물학에서 사용 되었습니다. 더 일반적으로, 양적 XRF에 적용 된 다양 한 세포와 조직, 금속 농도 관련된 생물학 연구 Paunesku 그 외 여러분 에 의해 설명 된 대로 ². 마찬가지로, 해양 원생 성분 ^3,4 에 대 한 공부를 했다 하 고 심지어 마이크로-와 다량 영양소 배포판 식물 세포 ⁵내에서 관찰 되었다. Kemner 그 외 여러분 에 의해 작동 ⁶, 형태학에서 뚜렷한 차이 단일 박테리아 세포에 원소 구성 식별, 또한 양적 XRF 분석을 통해 가능 하 게 했다. 또한, 그리고 구체적으로 예를 관련 공개 본 재료 과학자 들은 태양 전지 장치를 공부 하 고 실리콘 반도체 ⁷ 서브 마이크론 금속 불순물의 존재에 대 한 연구에 대 한 고해상도 XRF의 사용 하 여 만든 ^{, 8}, 상호 어떻게 원소 분포에 대 한 작업에 영향을 미칠 태양 장치 ^9,10, 전기적 성능 및 CIGS의 식별 깊이 종속 그라디언트 얇은 부각 엑스레이 방목을 통해 태양 전지 형광 (GIXRF) ¹¹.

이러한 연구의 대부분 확인 숫자 결론에 대 한 공간 분포를 연구 싱크 로트 론 x-선 형광의 고해상도 기능 뿐만 아니라 정보의 정량화의 뿐만 아니라 사용. 많은 연구에서 그것은 앞서 언급 한 공간 분포와 관련 된 원소 농도 알고 중요입니다. Geraki 외작품에서 예를 들어,. 연구 철, 구리, 아연, 그리고 암에 칼륨의 농도 차이 측정 하는 데 필요한, 더 나은 비 암 유 방 조직, 어떤 농도에 유해한 이해 인간의 조직 ¹. 마찬가지로, 루 오 외에 의해 작동 합니다. 적은 양의 페로 태양 전지 모두와 함께 염소를 포함 하는 선구자 ¹²없이 합성 하는 때에 염소를 식별 하기 위해 계량된 XRF의 사용 했다. 따라서, 특정 연구는 요소 농도 필요, 적절 한 정량화 필요 하 고 중요 한 단계입니다.

X 선 형광 (XRF) 측정에서 원소 농도 측정 하는 과정 형광 강도 건의 대량 농도 (예: µ g/c m²)로 변환 합니다. 원시 스펙트럼 에너지의 기능으로 에너지 분산 형광 검출기에 의해 수집 된 광자의 수를 제시. 스펙트럼은 처음 맞는 고 정량된 데이터를 계산 하는 표준 측정에 비해. 특히, 피팅 형광 스펙트럼의 첫 번째 단계가 요소의 질적 분석에도 중요 합니다. 이것은 유사한 형광 전환 두 요소 샘플에 포함 되어 문제가 되는 그들의 에너지에 피팅, 이전 조사는 범주화 하기 때문에 기반. 이 상황에서 카운트는 제대로 범주화 하지 고 따라서 잘못 된 요소와 연결 된 될 수 있습니다.

그것은 또한 종종 상대적 양의 샘플에서 요소에 정확 하 게 추론 하기 위하여 x 선 형광 스펙트럼을 계량 하는 데 필요한입니다. 적절 한 정량화 없이 무거운 요소와 라이터 요소의 비교 직접 캡처 크로스 섹션, 흡수 및 형광 확률, 형광 광자의 감쇠와의 거리 차이 무시 하는 영향을 미치는 모든 광자 검출기를 삼진의 수 입사 에너지에서 요소의 흡수 가장자리. 따라서, 각 지도 대 한 스펙트럼 및 둘 다 다음 절차에서 수행, 표준, 피크 농도 비교 하는 과정은 각 원소 농도의 정확한 정량화 중요 합니다.

처음 피팅 필수적인 스펙트럼에 의해 형광 광자의 안됨 (µ g/c m²) 평방 센티미터 당 마이크로 그램의 단위를 변환 하는 방법을 보여 줍니다 또는 모든 개별 스펙트럼의 총계 스펙트럼 각 측정 지점 또는 픽셀에서 생산 2D 지도. 이 스펙트럼은 샘플에 포함 된 다른 요소의 상대 강도 보여줍니다. 특정 요소의 흡수 가장자리는 입사 빔 에너지에서 거리 영향 그들의 형광 봉우리의 농도. 일반적으로 가까이 두 에너지는, 비록이 아닙니다 항상 경우 그 요소에 대 한 생산 보다 강도. Ref ¹³ 그림 4 대부분 요소는 methylammonium 리드 요오드 화 페로 태양 전지에 대 한 결과 강도에 관한 직접 x 선 광자의 흡수 길이의 의존을 보여준다. 이 에너지 관련 요소의 형광 응답을 보여 줍니다 그리고 쇼 사건 에너지만, 오히려 그것에서 거리 증가 함께 응답에서 지속적인 감소 아니다 그것은 또한 요소 자체에 의존.

이 관계의 결과 그 요소의 진정한 수량 여기 다른 요소 낮은 경우에 원시 원소 농도 여기 에너지 가까이 입사 에너지와 요소 채널에 대 한 높은 나타날 수 있습니다. 사건에서 에너지입니다. 따라서, 강도, 형광 항복 변형, 다른 흡수 가장자리, 검출기 감도 및 측정 배경, 등, 다른 요소와의 에너지 의존 때문에 피팅 데이터 그리기 전에 매우 중요 한 관찰 된 원소 수량에 대 한 결론 우리는 다음 정수 스펙트럼, 요소 및 매개 변수를 통해 텍스트 문서에 맞게 사용자 정의 하는 어디에 피팅 알고리즘을 적용.

Vogt 외에 의해 만들어진 알고리즘입니다. ¹⁴, 지역 관심 (ROI) 필터링, 특정 요소 피크 지역 및 원리 구성 요소 분석 (PCA) 통합을 사용. 첫째, PCA 식별 요소와 아주 강하게 명백한 봉우리만 이루어집니다. 사실 신호에서 잡음의 분리에 대 한 수 있습니다. 다음, 같은 여기 에너지와 다른 요소 봉우리를 deconvoluting, 예를 들어 Au M_α 와 P K_α를 중복에 대 한 중요 한 구성 요소 식별을 계량 숫자는 원리. 마지막으로, 투자 수익 필터링 적용할 수 있습니다 숫자 데이터에 지정 된 영역에 통합 함으로써.

원소 농도 조사와 관련, 잘 정량 기준 (“표준” 라고도 함)은 동일한 측정 조건, 형상 및 에너지, 연구 샘플으로 측정 됩니다. 이 표준은 드레스덴 AXO 또는 기준과 기술 (NIST)의 국립 연구소에서 자주입니다. 그들은 다양 한 다른 요소를 커버 하 고 방향 벡터 원소 분포와 서. 동일한 측정 조건 하에서 표준의 관심의 샘플의 측정 된 수의 정규화의 샘플에 대 한 원소 정량화에 대 한 기초를 제공합니다.

좀 더 구체적으로, 지도 요소와 식별 표준의 그들의 농도 (마찬가지로 AXO 및 NIST 표준에 대 한) 표준 정보 프로그램에 의해 알려진 사실에 의해 또는 별도 파일에 데이터를 입력 (의 경우에 다른 표준 사용 되 고)입니다. 이 정보를 프로그램의 지도에 포함 된 예상된 농도를 측정 설정 표준 요소 측정된 농도 관한. 그것은 다음 오프셋에 대 한 조정 하려면 배율 인수 만들고 표준에 포함 되지 않은 모든 나머지 요소에이 배율 인수를 외삽합니다. 배율 인수는 다음 측정 설정 및 영역 밀도 µ g/c m²에서 원시의 선형 변환에 대 한 지도에서 제공 하는 정보에서 오프셋을 포함 합니다.

여기, 확인 하는 방법을 보여 줍니다 박사 S. Vogt, Argonne 국립 연구소 (ANL) ¹⁴에 형광 가능 beamlines에서 수집한 데이터를 계량에 의해 개발 된 지도, 프로그램의 사용. 데모에 사용 되는 데이터 분야 2-ID-D ¹⁰의 그림 1에 표시 된 측정 설정을 사용 하 여 ANL의에 인수 되었다. 그러나 피팅 절차 또한 다른 beamlines,, ANL beamlines의 특정 특성은 프로그램에 포함 되어 있으며 업데이트 될 필요가 있을 것 이다에서 가져온 데이터에 적용할 수 있습니다.

Protocol

참고: 피팅 하기, 그것은 측정 된 값에 대해 몇 가지 알고 하는 것이 중요: 검출기 요소 사용-다른 beamlines 수 있는 개수는 작은 섹션으로 때로는 세그먼트는 다른 감지기를 사용 하 여 읽기 및 편집; 사건 에너지 사용; 그리고 측정 하는 표준입니다. 이 정보는 절차의 다른 측면에서 적용 됩니다. 1. 프로그램 설정 IDL 및 지도 프로그램 다운로드참고: 지도 …

Representative Results

적절 한 피팅 결과의 예는 다음 그림에서 볼 수 있습니다. 그림 1 직접 비교는 가난한 사이 표시 됩니다 첫째, 적합 하 고 좋은 통합 스펙트럼에 대 한 맞는. 나쁜 맞는 돌이킬 수 없는 요소가 누락, 예를 들면 구리는 분명 피크 그림 1(왼쪽) 하지만 맞는에 포함 되지 보장 하 고 정확성을 개선 하기 위해 L과 K 라인의 분기 비율 조?…

Discussion

그림 피팅이 절차를 사용 하 여 데이터의 중요성을 보여 줍니다. 그림 1 (오른쪽)과 2 (아래) 에서 적절 한 피팅 발생 해야 하는 대표적인 결과 표시 합니다. 경우에 부족 한 적합, 통합 스펙트럼 이미지에서 눈에 띄게 보이는 것입니다 그리고 결과 정량된 데이터 해야한다 오류, 비록 이러한 대부분의 경우에서 감지 하기 어려울 것입니다. 특정 샘플 유형에는 표준 아니다 대표 샘플에서…