個々のナノ粒子の3次元元素マッピングのためのエネルギー分散型X線トモグラフィー

1.ナノ粒子の合成 RTでのエチレングリコール75mlのポリビニルピロリドン（PVP）（MW = 10,000グラム/モル）10gを溶解させます。この溶液に硝酸銀 400mgのを追加します。 AgNO 3まで攪拌溶液を完全に1℃分の一定速度で溶解し、続いて100℃でホットプレート上で加熱され-1。反応物を1.5時間、100℃で進行しよう。 蒸留水175ミリリットルを加え、室温まで冷却します。 8000×gで遠心分離し、蒸留水50ミリリットルで上清と再分散ナノ粒子を除去します。 3回繰り返します。 RTでエチレングリコール500mlにPVPの500mgの（55,000グラム/モル）を溶​​解させます。千ミリリットル丸底フラスコに、前工程からのこのソリューションとAgナノ粒子懸濁液の27.8ミリリットルを追加します。 10分間100℃でフラスコを加熱します。 （水性） -のAuCl 4の0.2mMの溶液を形成するために水1000mlに水素テトラクロロ金酸三水和物を追加</sub>。 （、（水溶液）（％で金7％でのAg 93）平均組成Ag93Au7のAgAuナノ粒子を得るために、前工程で得られた溶液に滴下Ag82Au18を- 0.2 mMののAuCl 4のアリコートを100、200、300または400ミリリットルを追加します。それぞれ％のAu 18at％）、Ag78Au22（％％でのAu 22）とAg66Au34でのAg 78（％での％での銀66金18）でのAg 82。 、8000×gの遠心分離の連続ラウンドによって蒸留水で蒸留水50ミリリットルで上清および再分散の除去を3回洗浄後、室温まで冷却し。 DI水の10ミリリットルにナノ粒子溶液の0.05ミリリットルを追加します。 2. TEMサンプル調製ピペットで約0.05ミリリットル連続/ホーリー炭素TEMグリッド上へナノ粒子溶液の。サンプルのEDXスペクトル中のCuやAuとの利害の重なりピークが存在しない場合にCuやAuグリッドが十分であろうが、スプリアスX線を制限するために、ベリリウムのTEMグリッドに使用される金属支持体を使用してください。大きい私を使用してくださいSHのサイズ（ 例えば、200メッシュ）をグリッドからシャドウイングの可能性を最小限にします。 ナノ粒子溶液が乾燥した後、純メタノールまたはエタノール中のグリッドを洗浄することにより、TEMグリッドを清掃。それは抗キャピラリークロスピンセットを使用して保持されている間、ピペット10月20日には、TEMグリッド上にドロップします。グリッドのエッジ上にそっと触れたろ紙を用いてグリッドから各ドロップした後に余分な液体を除去します。 残りの汚染を除去または固定化することにより、電子ビームの下で汚染を低減するために約80℃（好ましくは真空中）でアニールグリッド。 検出器シャドウイングの3キャラクタリゼーション次に、負荷断層ホルダーへのTEM支持グリッド上のナノ粒子とTEMにホルダーを挿入します。 （約1.8×10 -7トル未満）に適した安定した値に到達するために、顕微鏡の真空のを待ちます。オープンカラムバルブ、および電子ビーム顕微鏡、蛍光皮下で見ることができることを確認REEN。 STEMを合わせます。 注：ここでは、タイタンのG2プローブ側の収差のためのアラインメントは、記載されている2020トモグラフィホルダーと一緒に200kVで操作しSTEM楽器を修正しました。他の顕微鏡のための最適なアライメント手順は記載されているものと多少異なる場合があります。 STEM回折モードでは、ユーセントリックの高さにサンプルをもたらすために、アウトフォーカス影の画像を使用しています。これを行うには、[検索]タブでアルファワブラーボタンを押して、±15°の間のステージを傾けると、Z高さを調整することにより、試料中の特徴の任意の動きを最小限に抑えます。 ビームは、試料中の穴の上になるようにサンプルを移動し、下の開口部の影を中心にして、適切なコンデンサーの絞りが正しく整列されていることを確認するには、プローブの画像を集中しました。強度をウォブル集束プローブは、ビーム傾斜不整合をチェックするために移動しないようにします。 アモルファスカーボンの面積が表示されているように、サンプルを移動して、焦点を合わせることロンチグラムを得るために、回折モードでいます。ウォブル焦点は、ロンチグラム内の異常を観察し、これらの（ 例えば、非点収差、軸上コマ）必要に応じてを補正します。 [検索]タブの[表示はトラック」を選択し、撮影しながらグリッドの正方形の輪郭を追跡することによって、グリッドの正方形（グリッドの中心に近いもの）のアウトラインをトレースします。これは、単純な後続の測定が支持グリッドからのシャドウイングの可能性を低減するために、グリッドの正方形の中央にあるナノ粒子のために実行されることを保証することができます。買収が近いグリッドバーへの粒子上で実行されている場合は、検出器の1組は、試料の傾斜角度のはるかに広い範囲にわたってシャドウイングされます。 グリッドの正方形の中央部内の代表粒を検索します。ホルダーの最大傾斜範囲に傾けナノ粒子はGRIによって隠されていないことを確実にするために撮影しながら（通常は70度を±）大型ホルダー傾くでDバー。 5-10°の間の角度増分を使用して（通常は70度を±）傾斜角度の全範囲にわたって一定の取得時間（ 例えば 、5分）を使用して、HAADFとEDXスペクトル画像を取得します。まず、イメージング・ペインで取得クリックして概要HAADF像を取得します。この画像を押し獲得の上にボックスをドラッグすることにより、ナノ粒子の周りにマッピングウィンドウを選択します。 （RAWファイルとして）、画像処理ソフトウェアでスペクトルdatacubesを開くことにより、データ収集のための時間間隔を決定するために、EDXスペクトル画像からの特性X線の数を抽出します。そして、slice2Dと和関数を使用して、目的のピークのエネルギーのチャネルに対応するデータキューブのスライスの強度を合計、スクリプトは補足コード1-3として含まれています。 4. EDXトモグラフィー取得繰り返しは、関心のナノ粒子試料のための3.1から3.5を繰り返します。 HAADF aを取得ステップ3.6と同様に試料傾斜角度の範囲については、前のセクション（通常は70°、±）、の特性をシャドウ検出器から決定された時間間隔でND EDXスペクトル画像。 5.復興と可視化次のいずれかの方法でMRCファイルフォーマットにHAADF像のチルトシリーズをコンパイルします。 「イメージシーケンス」としてHAADFののTIFをインポートした後、画像の可視化ソフトウェア12（[ファイル]> [名前を付けて保存> MRC・ライター）にMRCライターを使用してください。 また、断層ソフトウェアパッケージ13にtif_to_mrc関数を使用します。 チルトシリーズの大まか​​な位置合わせを得るために選択されたソフトウェアでHAADFイメージをクロス相関します。 .sftファイルのいずれかとして、またはファイルxcorr.txtとしてアライメントデータを保存します。トモグラフィーソフトウェアで相互相関ペインで最も鋭いピークを提供し、セットアップFilterウィンドウでフィルタを設定します。 <オール> 続いて、Enterキーを押して、計算アライメントに進み、全チルトシリーズの相互相関を実行するためにウィンドウを移動します。地元のシフトが1ピクセル未満になるまでテキストとして各工程において全てのシフトのファイルを保存するために確保し、位置合わせを繰り返します。 注：相互相関を実行する際に使用するフィルタを注意深く設定チルト系列データの良好な位置合わせを確実にするために時々必要です。 画像処理ソフトウェアでは、取得したスペクトルdatacubesをロードし、slice3dと和のスクリプト機能を使用して、目的の要素に対応するエネルギーチャンネルの加算スライスされているマップを抽出し、スクリプトは補足コード4＆5として含まれています。 抽出されたEDX元素マップにHAADF像から求めたアラインメントを適用します。 「整列データビューからのシフトを使用する」を選択して適用する配置タブで断層再構築ソフトウェアでこれを実行します。 必要であれば、チルト軸調整を行います断層再構成HAADF像シリーズのソフトウェアとの「チルト軸調整作業から使用の訂正」をチェックすることにより、HAADF像とEDXマップの両方に適用され、タブ「アライメント適用」を。 再構成の寸法は、全ての要素について同じであることを確実に、断層ソフトウェアパッケージ内に実装同時反復再構成法（SIRT）アルゴリズムを使用して抽出したEDX元素信号毎に断層データセットを再構成します。断層再構築ソフトウェアでは、再構築ボリュームウィンドウ（ボリュームのサイズ、20回の反復など ）でパラメータを設定し、キーを押し続けます。再構成パラメータは、各要素について同じであることを確認してください。 画像可視化ソフトウェア12で画像>スタック>直交ビューを選択することで、個別の要素の再構成のorthoslicesを抽出します。 構築更にorthoslices、体積、表面再可視化可視化ソフトウェアを使用して再構成からnderings。すべての元素の再構成をロードし、これはしばしば.recファイルから転送されないよう、スケールが正しく設定されていることを確認してください。 オブジェクトプールし、右クリックで復元オブジェクトを選択し、orthosliceを抽出するためにorthosliceモジュールを選択します。ボリュームレンダリングを抽出するために、再構成を選択し、ボリュームレンダリングを右クリックします。復興と選択等値面を右クリックして等値面を抽出します。 注：しきい値による自動分割は、より堅牢な方法であるが、信号対雑音比が悪いマニュアルセグメンテーションは、等値面の可視化のためのナノ粒子容積の外側から騒々しいボクセルを削除する必要があるかもしれないです。