เทคนิค Small Angle X-ray Scattering หรือเรียกย่อๆ ว่า SAXS คือเทคนิคทีวัดการกระเจิงของรังสีเอกซ์ที่มุมเล็กๆ เพื่อศึกษาลักษณะโครงสร้างของสสารที่อยู่ในระดับนาโนเมตร

เราวัดด้วยเทคนิค SAXS ได้อย่างไร

การวัดด้วยเทคนิค SAXS นั้นทำได้ โดยการยิงรังสีเอกซ์ไปยังตัวอย่าง และวัดความเข้มรังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาที่มุมต่างๆ คล้ายกับการวัดด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ หรือ X-ray Diffraction (XRD) หลักการวัดด้วยเทคนิค SAXS แสดงได้ดังรูป

 

เมื่อรังสีเอกซ์กระทบตัวอย่างก็จะเกิดการกระเจิงโดยตัวอย่าง รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาวิ่งผ่านท่อสุญญากาศ (เพื่อลดการดูดกลืนโดยโมเลกุลของอากาศ) ไปตกกระทบหัววัด ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มี sensor สำหรับวัดความเข้มรังสีเอกซ์ที่ตำแหน่ง pixel ต่างๆ (เช่นเดียวกับ sensor กล้องถ่ายรูปดิจิตอลซึ่งวัดความเข้มแสงช่วงที่ตามองเห็น) หัววัดของเทคนิค SAXS โดยปกติเป็นกล้อง CCD หรือ เป็นแผ่น Image Plate ดังนั้น สิ่งที่ได้คือภาพแผนผังการกระเจิงรังสีเอกซ์ ซึ่งสามารถนำไปแปรผลเป็นโครงสร้างของสารตัวอย่างได้

ตัวอย่างแผนผังการกระเจิง SAXS ของเอ็นหางหนู วัดที่ BL2.2: SAXS

 

ทำไมต้องวัดการกระเจิงที่มุมเล็กๆ

เพื่อทำความเข้าใจหลักการของ SAXS เราพิจารณาสมการการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ผ่านผลึก ที่เรียกว่าสมการของแบรกก์ (Bragg’s equation) คือ

โดย d เป็นระยะระหว่างระนาบผลึก alt เป็นมุมของการเลี้ยวเบน n เป็นลำดับการแทรกสอด และ alt เป็นความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ ซึ่งจากมุมที่เกิดการแทรกสอด เราสามารถบอกระยะระหว่างระนาบของผลึกได้ ซึ่งระยะ d ก็คือขนาดของโครงสร้างวัตถุที่ทำการศึกษา

สำหรับลำดับการแทรกสอดลำดับที่หนึ่ง (n=1) และค่าความยาวคลื่นค่าหนึ่ง หากเราเขียนกราฟระหว่างค่าระยะ d และมุม alt เราได้กราฟดังรูป

ซึ่งจะเห็นว่าที่มุมกระเจิงขนาดเล็กๆ ประมาณไม่เกิน 4 องศานั้น สัมพันธ์กับขนาดที่อยู่ในช่วง 1 นาโนเมตรขึ้นไป และยิ่งมุมขนาดเล็กเท่าไร ขนาดของโครงสร้างที่ศึกษาได้ก็จะใหญ่ขึ้น ดังนั้นเทคนิค SAXS ซึ่งวัดการกระเจิงที่มุมเล็กๆ จึงสามารถศึกษาโครงสร้างที่อยู่ในระดับนาโนเมตรได้็

 

เราแปรข้อมูลโครงสร้างจากแผนผัง SAXS ได้อย่างไร

รูปแผนผัง SAXS นั้น ในความเป็นจริงแล้วเป็นตัวเลขที่แสดงค่าความเข้มรังสีเอกซ์ที่แต่ละ pixel เช่นแผนผัง SAXS ของเอ็นหางหนู

ภาพแผนผังการกระเจิงนี้เป็นภาพขนาด 2048x2048 pixels โดยแต่ละ pixel เป็นค่าตัวเลขระหว่าง 0-65000 ซึ่งเป็นตัวเลขที่บอกระดับความเข้มของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงมาตกกระทบที่ pixel นั้น เช่นในรูปด้านบนนั้น pixel ที่แสดงเป็นสีแดงมีค่าความเข้มรังสีเอกซ์สูง สีน้ำเงินมีค่าความเข้มต่ำ (สีต่างๆ นั้นไม่ใช่สีจริงๆ แต่เป็นเพียงการกำหนดโดยโปรแกรม เพื่อให้เห็นภาพชัด)

          เนื่องจากค่ามุมของการกระเจิงนั้นวัดเทียบกับทิศทางของลำรังสีเอกซ์ก่อนกระเจิง ตำแหน่งบนภาพแผนผังการกระเจิงนี้จึงสัมพันธ์กับค่ามุมกระเจิง เช่นที่ศูนย์กลางของภาพ (ซึ่งเป็นตำแหน่งที่รังสีเอกซ์ตกกระทบหัววัดโดยไม่มีการกระเจิง) คือมุมกระเจิง 0 องศา

จากรูป จะเห็นว่ามุมกระเจิงนั้นขึ้นอยู่กับระยะ m บนแผนผัง SAXS และระยะ L ระหว่างตัวอย่างถึงหัววัด (sample-detector distance) โดยเราคำนวณค่ามุมกระเจิงได้จาก

เมื่อรู้ค่ามุมของแต่ละ pixel แล้ว เราสามารถเปลี่ยนรูปแผนผัง SAXS เป็นกราฟความเข้มรังสีเอกซ์ที่มุมกระเจิงต่างๆ ได้ หรือในกลุ่มผู้ใช้เทคนิค SAXS มักจะเปลี่ยนค่ามุมกระเจิงเป็นอีกปริมาณหนึ่งที่เรียกว่า เวคเตอร์การกระเจิง (scattering vector) โดยนิยมใช้ตัวอักษร q โดยที่เวคเตอร์การกระเจิงนี้สัมพันธ์กับมุมกระเจิง คือ

 ซึ่งจะเห็นว่า q มีหน่วยเป็น (1/ความยาว) เช่น nm-1

ตัวอย่างเช่น เราสามารถแปรรูปแผนผัง SAXS ของเอ็นหางหนูด้านบน เป็นกราฟความเข้มรังสีเอกซ์ (กราฟความเข้มในแนวนอน ครึ่งขวาของแผนผัง) ได้คือ

Scattering profile จากแผนผัง SAXS ของเอ็นหางหนู ตัวเลข 3, 5, 9, 12 บอกหมายเลขของอันดับการแทรกสอด (นับจากกึ่งกลางแผนผังไปทางด้านขวา)

เนื่องจากมุมกระเจิงนั้นวัดเทียบกับทิศทางของลำรังสีเอกซ์ก่อนกระเจิง จึงเห็นได้ว่าที่ระยะห่างจากศูนย์กลางแผนผังเท่ากัน (ระยะ m เท่ากัน) ก็จะให้ค่ามุมกระเจิงเดียวกัน ไม่ว่าจะวัดในแนวนอน หรือแนวตั้ง หรือแนวรัศมีใดๆ ซึ่งลักษณะการกระเจิงนั้นจะขึ้นกับโครงสร้างของสารตัวอย่าง และทิศทางการวางสารตัวอย่าง เช่น สำหรับตัวอย่างที่โครงสร้างมีความเป็นระเบียบแต่เรียงตัวในลักษณะสุ่ม (random) ภาพแผนผังที่ได้ก็จะมีความสมมาตรรอบทิศทาง นั่นคือได้แผนผังเป็นวงกลม ซึ่งคล้ายกับแผนผังการเลี้ยวเบนของผงผลึก (powder diffraction) ตัวอย่างเช่น ภาพแผนผัง SAXS ของสาร Silver Behenate ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่โครงสร้างเป็นระเบียบ แต่เรียงตัวแบบ random

ภาพแผนผัง SAXS ของ Silver Behenate วัดที่ BL2.2: SAXS

 

ในกรณีนี้ เราสามารถทำการเฉลี่ยค่าความเข้มรอบวง (circular averaging) ที่แต่ละมุมกระเจิงได้ ซึ่งจะทำให้ได้ค่าทางสถิติของสัญญาณดีขึ้นกว่าในแนวใดแนวหนึ่ง

แต่หากสารตัวอย่างนั้นมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบในแนวใดแนวหนึ่ง ก็จะทำให้ได้แผนผังการกระเจิงที่ไม่สมมาตร แต่ปรากฏรูปแบบในแนวนั้น ซึ่งมักจะเป็นในกรณีของสารตัวอย่างที่เป็นเส้นใย เช่น ภาพแผนผัง SAXS ของเอ็นหางหนูด้านบน ซึ่งในเอ็นนั้นมีโครงสร้างที่มีความเป็นระเบียบอยู่ในแนวนอนเท่านั้น

Menu : SAXS

ระบบลำเลียงแสงที่ 1.3W: Small/Wide Angle X-ray Scattering

ระบบลำเลียงแสงที่ 1.3W: Small/Wide Angle X-ray Scattering

  เทคนิค Small Angle X-ray Scattering (SAXS) เป็นเทคนิคสำหรับการศึกษาขนาดและโครงสร้างที่อยู่ระดับนาโนเมตร เช่น การศึกษาขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโน...

เทคนิค SAXS คืออะไร

เทคนิค SAXS คืออะไร

เทคนิค Small Angle X-ray Scattering หรือเรียกย่อๆ ว่า SAXS คือเทคนิคทีวัดการกระเจิงของรังสีเอกซ์ที่มุมเล็กๆ เพื่อศึกษาลักษณะโครงสร้างของสสารที่อยู่ในระดับนาโนเมตร...

ข้อมูลจากเทคนิค SAXS บอกอะไร / ตัวอย่างประเภทใดที่ศึกษาได้

ข้อมูลจากเทคนิค SAXS บอกอะไร / ตัวอย่างประเภทใดที่ศึกษาได้

ผลการวัดด้วยเทคนิค SAXS นั้นบรรจุข้อมูลโครงสร้างของสารตัวอย่าง ที่สำคัญคือ 1. SAXS บอกขนาดและรูปร่างของอนุภาค เนื่องจากลักษณะการกระเจิงของรังสีเอกซ์นั้นขึ้นกับรูปร่าง และขนาดของวัตถุที่กระเจิง ลักษณะการกระเจิงจึงสามารถใช้บอกขนาดและรูปร่างของอนุภาคได้...

การวิเคราะห์ข้อมูล SAXS

การวิเคราะห์ข้อมูล SAXS

การวิเคราะห์ข้อมูล SAXS   การวิเคราะห์ข้อมูล SAXS เริ่มต้นด้วยการจัดการข้อมูลที่ได้จากการวัด ซึ่งเป็นภาพแผนผังการกระเจิง การวิเคราะห์ข้อมูลในขั้นต้นจึงเกี่ยวข้องกับการทำ image processing...

SAXSIT page

SAXSIT page

SAXSIT เป็นโปรแกรมสำหรับจัดการข้อมูล SAXS ถูกเขียนบน Matlab และ compile เป็น executable ซึ่งสามารถ run...

แหล่งข้อมูล SAXS ในอินเตอร์เนต

แหล่งข้อมูล SAXS ในอินเตอร์เนต

ด้านล่างเป็นแหล่งข้อมูลเกี่ยวกับ SAXS รวมถึง Diffraction บางส่วนซึ่งมีทั้งโปรแกรม หนังสือและเอกสาร tutorial ที่อาจมีประโยชน์ หนังสือ Small...

kmslrikmslri2


11
bl1 1
bl1 2
bl1 3
bl2 2 2
bl3 2
bl4 1
b5 1W 3
b5 2 2
b5 3 3
b6
bl7 2
bl8


p1
p2
p3
p4
p5
p6
p7

 


stap
training

3g


Go to top