Сканирующая просвечивающая рентгеновская микроскопия
Сканирующая просвечивающая рентгеновская микроскопия (STXM) — это тип рентгеновской микроскопии , в которой зонная пластина фокусирует рентгеновский луч на небольшом пятне, образец сканируется в фокальной плоскости зонной пластины , а интенсивность прошедшего рентгеновского излучения регистрируется как функция положения образца. Используется стробоскопическая схема, где возбуждение является накачкой, а синхротронные рентгеновские вспышки являются зондом. Рентгеновские микроскопы работают, экспонируя пленку или детектор с зарядовой связью для обнаружения рентгеновских лучей, которые проходят через образец. Формируемое изображение представляет собой тонкий срез образца. Более новые рентгеновские микроскопы используют рентгеновскую абсорбционную спектроскопию для гетерогенных материалов с высоким пространственным разрешением. Суть метода заключается в сочетании спектромикроскопии, визуализации со спектральной чувствительностью и микроспектроскопии, регистрирующей спектры от очень маленьких пятен. [2]
Преимущества STXM
Радиационное поражение
Спектроскопия потери энергии электронов (EELS) в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией имеет скромное спектральное разрешение и довольно разрушительна для материала образца. STXM с переменной энергией рентгеновского излучения дает высокое спектральное разрешение. Эффекты радиационного повреждения обычно на два порядка ниже, чем для EELS. Проблемы с радиацией также актуальны для органических материалов. [3]
Образцы с водой
В отличие от других методов, таких как электронная микроскопия, можно получить образцы спектров с водой и углеродом. STXM, работающий при атмосферном давлении, обеспечивает удобную установку образцов и меньшие ограничения на подготовку образцов. Были даже созданы ячейки, которые могут исследовать гидратированные осадки и растворы. [3]
Операция
Для получения спектромикроскопических данных выполняется следующая рабочая процедура. Выбирается желаемая решетка монохроматора вместе с энергией фотонов в середине диапазона NEXAFS. Зеркала перефокусировки настраиваются для помещения луча в микроскоп и направляются для максимизации потока , проходящего через зонную пластину. В фотонном пучке вверх по потоку в поперечном положении размещается точечное отверстие для максимизации пропускания. Размер точечного отверстия определяется путем уменьшения увеличения до размера дифракционного предела линзы зонной пластины. Уменьшенное точечное отверстие часто используется для уменьшения интенсивности, что контролирует повреждение излучением. Диафрагма сортировки порядка располагается так, чтобы исключить пропускание несфокусированного света нулевого порядка, который может размыть изображение. Затем определяется сканирование линии x/y через изменение интенсивности на изображении. Сканирование линии x/y повторяется с различными условиями фокусировки. Спектры адсорбции также могут быть получены с помощью неподвижного пятна фотона. [3]
Приложения
Количественный анализ полимеров
STXM использовался для изучения армирующих частиц наполнителя, используемых в формованных сжатых полиуретановых пенах в автомобильной и рыболовной промышленности для достижения более высокой несущей способности. Два типа полимеров, сополимер стирола и акрилонитрила (SAN) и полиизоцианат с высоким содержанием ароматического карбамата (PIPA), химически неразличимы с помощью просвечивающей электронной спектроскопии. С NEXAFS спектры SAN и PIPA сильно поглощают при 285,0 эВ, связанных с фенильными группами частиц ароматического наполнителя, и, таким образом, показывают одинаковое изображение электронной спектроскопии. Только SAN имеет сильное поглощение при 286,7 эВ из-за акрилонитрильного компонента. NEXAFS может быть быстрым и надежным средством для дифференциации химических видов в субмикронном пространственном масштабе. [3]
Распределение макромолекулярных субкомпонентов клеток и матрикса биопленки
STXM, который использует спектроскопию поглощения рентгеновских лучей на ближнем крае, может применяться к полностью гидратированным биологическим молекулам благодаря способности рентгеновских лучей проникать в воду. Мягкие рентгеновские лучи также обеспечивают пространственное разрешение лучше 50 нм, что подходит для бактерий и бактериальных микропленок. Благодаря этому можно достичь количественного химического картирования в пространственном масштабе ниже 50 нм. Мягкие рентгеновские лучи также взаимодействуют почти со всеми элементами и позволяют картировать химические виды на основе структуры связей. STXM позволяет изучать различные вопросы, касающиеся природы, распределения и роли белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот в биопленках, особенно во внеклеточном матриксе . Изучение этих биопленок полезно для приложений по восстановлению окружающей среды. [4]
Ссылки
- ^ Чен, Сяоци; Сяо, Цзяньпин; Ван, Цзянь; Дэн, Дэхуэй; Ху, Юнфэн; Чжоу, Цзиган; Ю, Лян; Гейне, Томас; Пан, Сюлянь; Бао, Синьхэ (2015). «Визуализация электронных взаимодействий между железом и углеродом с помощью рентгеновской химической визуализации и спектроскопии». хим. Наука . 6 (5): 3262–3267 . doi : 10.1039/C5SC00353A. ПМК 5490425 . ПМИД 28706694.
- ^ Копринаров, Ивайло и Хичкок, Адам П. «Рентгеновская спектромикроскопия полимеров: введение для неспециалистов».
- ^ abcd Warwick, T.; Franck, K.; Kortright, JB; Meigs, G.; Moronne, M.; Myneni, S.; Rotenberg, E.; Seal, S.; Steele, WF; Ade, H.; Garcia, A.; Cerasari, S.; Denlinger, J.; Hayakawa, S.; Hitchcock, AP; Tyliszczak, T.; Kikuma, J.; Rightor, EG; Shin, H.-J.; Tonner, BP (1998). "Сканирующий просвечивающий рентгеновский микроскоп для спектромикроскопии в области материаловедения на передовом источнике света" (PDF) . Review of Scientific Instruments . 69 (8): 2964. Bibcode :1998RScI...69.2964W. doi :10.1063/1.1149041. hdl : 2027.42/71051 .
- ^ Lawrence, JR; Swerhone, GDW; Leppard, GG; Araki, T.; Zhang, X.; West, MM; Hitchcock, AP (2003). «Картирование экзополимерной матрицы микробных биопленок с помощью сканирующего трансмиссионного рентгеновского излучения, лазерного сканирования и трансмиссионной электронной микроскопии». Applied and Environmental Microbiology . 69 (9): 5543– 54. doi :10.1128/AEM.69.9.5543-5554.2003. PMC 194976 . PMID 12957944.
