التحديد الكمي للبيانات Fluorescence الأشعة السينية باستخدام خرائط

وقد استخدمت XRF المستندة إلى السنكروتروني عبر تخصصات متعددة لعقود عديدة. على سبيل المثال، قد استخدمت في علم الأحياء على دراسات مثل التي تتم بواسطة جيراكي et al.، التي هي كمياً كميات نزرة من تركيزات المعادن داخل أنسجة الثدي السرطانية وغير السرطانية ¹. وبصورة أعم، XRF الكمية تم تطبيقه على مجموعة واسعة من دراسات علم الأحياء المعنية مع تركيزات المعادن في الخلايا والأنسجة، كما وصفها بونيسكو et al. ²-وبالمثل، درست الاولانيات البحرية للعناصر النزرة ^3،4 وتوزيع المشاريع المتناهية الصغر و macronutrient حتى لوحظت داخل الخلايا النباتية ⁵. العمل بواسطة كيمنير et al. كما أمكن ⁶، التي حددت اختلافات واضحة في مورفولوجيا وتكوين عنصري في خلايا البكتيريا واحدة، عن طريق التحليل الكمي XRF. بالإضافة إلى ذلك، وعلى وجه الخصوص ذات الصلة إلى المثال كشف هذه الوثيقة، جعلت العلماء مواد تدرس أجهزة الخلايا الشمسية في استخدام XRF عالية الاستبانة للدراسات على وجود الشوائب المعدنية الفرعية ميكرون في أشباه الموصلات السيليكون ^{7 , 8}، يرتبط العمل على توزيع عنصري كيف تؤثر على الأداء الكهربائية في أجهزة الطاقة الشمسية ^9،10، وتحديد التدرجات تعتمد على عمق من CIGS رقيقة الفيلم الخلايا الشمسية عن طريق الرعي الإصابة بالأشعة السينية ¹¹من الأسفار (جيكسرف).

العديد من هذه الدراسات تجعل استخدامها ليس فقط لقدرات عالية الدقة السنكروتروني fluorescence الأشعة السينية لدراسة التوزيع المكاني، ولكن أيضا التقدير الكمي للمعلومات لاستخلاص النتائج العددية. في العديد من الدراسات، من المهم معرفة تركيزات عنصري المقترنة بالتوزيعات المكانية المشار إليها أعلاه. على سبيل المثال، في العمل الذي يقوم به جيراكي et al.، يتطلب الدراسة تحدد مقدار هذا الاختلاف في تركيزات من الحديد والنحاس والزنك والبوتاسيوم في السرطانية وأنسجة الثدي غير سرطانية، إلى تحسين فهم ما التركيزات تصبح ضارة ل ¹من الأنسجة البشرية. وبالمثل، العمل بواسطة لوه وآخرون. باستخدام XRF كمياً لتحديد كميات صغيرة من الكلور أدرجت في الخلايا الشمسية بيروفسكيتي عند توليفها على حد سواء مع ودون السلائف المحتوية على الكلور ¹². ولذلك، لبعض الدراسات بتركيزات العناصر الكمي اللازمة، والصحيح خطوة ضرورية وحاسمة.

عملية قياس تركيزات عنصري من قياسات الأشعة الفلورية (XRF) يترجم fluorescence كثافة التهم في التركيزات (مثلاً ميكروغرام/سم²). يقدم الأطياف الخام عدد الفوتونات التي تجمعها الكاشف ومضان المشتتة الطاقة كدالة للطاقة. أولاً تناسب الأطياف وبعد مقارنة لقياس معيار لحساب البيانات الكمية. على وجه الخصوص، الخطوة الأولى لتركيب الأطياف fluorescence الحرجة حتى بالنسبة للتحليل النوعي للعناصر. لأنه يتم إهمال التهم قبل تركيب، يستند هذا على الطاقة، ويصبح مشكلة عندما عنصرين مع التحولات fluorescence مماثلة ترد في العينة. في هذه الحالة، قد بشكل غير صحيح إهمال التهم والمقترنة بذلك العنصر خاطئ.

وكثيراً ما كما أنها ضرورية لتحديد XRF الأطياف من أجل دقة استخلاص استنتاجات بشأن الكميات النسبية للعناصر في نموذج. دون التحديد الكمي المناسب، تهم أخف العناصر والعناصر الثقيلة سيتم مقارنة مباشرة، تجاهل الاختلافات في التقاط عبر احتمال القسم والاستيعاب والأسفار، وتوهين الفوتونات الأسفار، والمسافة حافة امتصاص العنصر من الطاقة، التي تؤثر على عدد الفوتونات ضرب الكشف عن جميع. ولذلك، عملية تركيب الأطياف لكل خريطة ومقارنة كثافة الذروة للمعيار، والتي تتم في الإجراء التالي، أمر بالغ الأهمية للتحديد الكمي الدقيق لكل من عنصري تركيزات.

نحن لشرح كيفية تحويل التهم الخام للفوتونات الأسفار إلى وحدات ميكروجراما لكل سنتيمتر مربع (ميكروغرام/سم²) باحتواء الأولى طيف لا يتجزأ، أو أنتجت طائفة summed من جميع الأطياف الفردية في كل بقعة القياس أو بكسل في مخطط ثنائي الأبعاد. ويبين هذا الطيف الشدة النسبية لمختلف العناصر الواردة في العينة. المسافة حافة امتصاص عنصر معين من الطاقة شعاع الحادث يؤثر كثافة على قمم الأسفار. وبصفة عامة، هي أقرب طاقات اثنين، كلما زادت كثافة المنتجة لتلك العناصر، على الرغم من أن هذا ليس هو الحال دائماً. ويبين الشكل 4 في Ref ¹³ الاعتماد على طول امتصاص الأشعة السينية الفوتونات، التي تتعلق مباشرة بكثافة الناتجة، لغالبية عناصر في خلية شمسية بيروفسكيتي يوديد الرصاص ميثيلامونيوم. وهذا يدل على رد fluorescence العناصر فيما يتعلق بالطاقة، ويظهر أنه ليس من انخفاض مستمر في استجابة مع زيادة المسافة من الطاقة، ولكن بدلاً من ذلك فإنه أيضا يعتمد على العنصر نفسه.

ونتيجة لهذه العلاقة أن تركيزات عنصري الخام قد تظهر أعلى بالنسبة لقنوات العنصر مع الطاقات الإثارة أقرب إلى الطاقة، حتى إذا كانت الكميات الحقيقية لتلك العناصر أقل فيما يتعلق بالعناصر الأخرى مع الإثارة الطاقات بعيداً عن الحادث. ولذلك، الاعتماد على الطاقة من الشدة، جنبا إلى جنب مع عوامل أخرى مثل الأسفار الغلة الاختلافات وحواف امتصاص مختلفة، حساسية الكاشف، وقياس الخلفية، إلخ، السبب في احتواء البيانات مهم جداً قبل الرسم استنتاجات بشأن الكميات عنصري الملاحظة. ثم نقوم بتطبيق خوارزمية مناسب إلى الطيف لا يتجزأ، حيث يحدد المستخدم العناصر والمعلمات لتناسب عبر مستند نصي.

الخوارزمية، تم إنشاؤها بواسطة فوغت وآخرون. ¹⁴، يجعل استخدام المناطق لتصفية المصالح (ROI)، الذي يجمع بين أكثر المناطق الذروة عناصر معينة، ومبدأ مكون تحليل (PCA). أولاً، يتم تحديد العناصر والقمم التي واضحة جداً بشدة فقط محكمة التحكيم الدائمة. وهذا يسمح لفصل الضوضاء من إشارة حقيقية. المقبل، ومبدأ العناصر المحددة عددياً كمياً، هو أمر مهم ديكونفولوتينج قمم مختلفة عنصر بنفس الطاقة الإثارة، على سبيل المثال تداخل م الاتحاد الأفريقي_α “وك ف”_α. وأخيراً، قد تطبيق التصفية دوروا للبيانات الرقمية بإدماج أكثر المناطق المحددة.

تتعلق التهم إلى تركيزات عنصري، يقاس مرجعاً جيدا كمياً (غالباً ما يشار إلى “المعيار”) تحت نفس ظروف القياس والهندسة والطاقة، كالعينة قيد الدراسة. هذا المعيار غالباً من “الذخائر المتفجرة المتروكة درسدن” أو من “المعهد الوطني للمعايير” والتكنولوجيا (NIST). أنها تغطي مجموعة متنوعة من عناصر مختلفة، وتأتي مع جداول التوزيعات عنصري. تطبيع التهم قياس العينة من الفائدة من التهم لمعيار القياس نفس الشروط يوفر الأساس لعنصري التقدير الكمي للعينة للفائدة.

وبشكل أكثر تحديداً، خرائط تحدد العناصر وتركزاتها المعيار أما بحقيقة أن المعلومات القياسية المعروف بالبرنامج (كما الحال بالنسبة لمعايير الذخائر المتروكة و NIST) أو من خلال البيانات المدخلة في ملف منفصل (في حالة من المعايير المختلفة المستخدمة). من هذه المعلومات، يتصل البرنامج قياس كثافات العناصر القياسية تحت إعدادات القياس إلى تركيز المتوقعة جزءا لا يتجزأ من الخرائط. ثم ينشئ عامل تحجيم لضبط أي إزاحة ويستنبط هذا عامل التحجيم لجميع العناصر المتبقية التي لم تدرج في المعيار. ويشمل عامل التحجيم ثم الإزاحة من إعدادات القياس والمعلومات المقدمة ضمن مخططات لتحويل خطي من التهم الخام إلى كثافة مساحية في ميكروغرام/سم².

هنا، نحن لشرح كيفية جعل استخدام البرنامج، الخرائط، التي وضعها الدكتور س. فوغت، تحديد كمية البيانات التي تم الحصول عليها من بيملينيس قادرة على الأسفار في مختبر أرغون الوطني (ANL) ¹⁴. تم اقتناء البيانات المستخدمة للمظاهرة في القطاع 2-معرف-د من ANL استخدام إعداد القياس هو مبين في الشكل 1 من ¹⁰. يمكن أيضا تطبيق الإجراء المناسب للبيانات المأخوذة من بيملينيس الأخرى، ومع ذلك، علما بأن بعض الخصائص بيملينيس ANL المضمنة في البرنامج، وسوف تحتاج إلى تحديث.