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软X射线谱学显微光束线/实验站(BL08U1-A)
上海光源软X射线谱学显微光束线/实验站(BL08U1-A)是国内第一条软X射线谱学显微光束线站,它采用扫描透射X射线显微术(STXM),将30纳米的高空间分辨能力和高分辨近边吸收精细结构谱学(NEXAFS)能力结合在一起,具有元素识别和化学态分析的能力。在几十个纳米空间尺度上,软X射线谱学显微术特别适于研究有机物的K边和金属元素的L边的化学组成分布。因此扫描透射软X射线谱学显微术是一种功能强大的研究工具,对微量元素的探测更快,更灵敏。
 


BL08U1-A光束线及实验站主要设备

基于大多数用户的需求,探测样品中特定元素在样品特别是在细胞等样品中的分布,BL08U1-A线站在已有方法的基础上开展一种新的相比双能衬度元素分析法研究。实验中对样品内要标识元素的吸收边附近两个能量(E1和E2且E1>E2)分别进行扫描成像,然后将这两幅吸收图上各个象素点的信号相比(E1吸收/E2吸收),得到的相比双能衬度图像可有效地显示该元素的空间分布信息。相对于另一种常用的相减双能衬度图像分析法,这种方法对元素空间分布的显示更为灵敏有效,判断空间点是否含有要标识元素的阈值的定义更为简单,物理意义更为清晰。通过对聚丙烯腈预氧化纤维截面氧元素分布的测量结果的分析计算,比较了这两种分析方法的差异,验证了相比双能衬度法的有效性。该方法为快速标识样品中的微量元素提供了一种很好的新型分析手段。

根据相比及相减衬度法分别计算出各自的衬度阈值,对两幅双能衬度图像加以阈值限定后四氧化三铁纳米颗粒在人体宫颈癌细胞中的实际分布图,其中彩色区域区域就是含有氧元素的空间区域,颜色的深浅可以直观的标识出四氧化三铁纳米颗粒含量大小。左图是用相比衬度法得到的结果,右图是用相减衬度法得到的结果
相比双能衬度元素分析方法主要利用元素吸收边附近两个能量上质量吸收系数的差别来标识元素的空间分布,并可计算出要标识成分的相对含量。通过对具体的实验结果的分析计算(在此只列举一组对比),表明了此方法相对于传统的相减衬度分析法具有显著的优势。实验结果表明相比双能衬度图像分析法可有效地减弱衬度图像中的噪声信号,对元素空间分布信息的显示更为灵敏有效。衬度图像分析方法的关键是衬度阈值的计算问题。相对于相减衬度分析法,相比衬度分析法中衬度阈值的定义和理论计算更为简单,物理意义更为清晰。有了该阈值就可以把传统信息丢失的那一部分找回来,消除样品中非标识元素由于能量变化而带来的吸收变化的影响。因此,这种新的分析法为利用扫描透射软X射线谱学显微技术来探测样品中微量元素的空间分布信息提供了一种简捷而可靠的数据分析处理方法。
该项研究结果已经发表在《同步辐射杂志》(Journal of Synchrotron Radiation 2010, 17: 804-809),并被选为当期杂志封面。

 
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