От чего зависит эдс: Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия

Содержание

Лабораторная работа № 405

Лабораторная работа № 405.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКЕ С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

 

Цель работы:   1) определение  постоянной Холла;

2) определение концентрации носителей заряда.

Приборы и принадлежности:  установка для изучения эффекта Холла, образец  (датчик Холла), источник питания образца, цифровые вольтметры.

 

1.      ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Более века тому назад (1879г.) американский физик Холл, поместив тонкую золотую пластинку в магнитное поле, обнаружил, что при протекании по ней электрического тока в направлении, поперечном вектору магнитной индукции и вектору плотности тока, появляется электрическое поле.

Этот эффект впоследствии был назван эффектом Холла, а поперечное электрическое поле – полем Холла.

Эффект Холла непосредственно связан с подвижностью и концентрацией носителей заряда, а знак ЭДС Холла зависит от знака заряда. Поэтому эффект Холла широко применяется при исследовании электрических свойств различных материалов и для контроля качества полупроводниковых материалов, идущих на изготовление приборов.

Изучение температурной зависимости эффекта Холла дает важную информацию о механизмах рассеяния носителей заряда, о ширине запрещенной зоны материала и энергии ионизации различных примесей.

Весьма широкое применение эффект Холла находит в современной технике, являясь основой для создания приборов различного назначения: магнитометров, преобразователей постоянного тока в переменный и переменного в постоянный, усилителей постоянного и переменного тока, микрофонов, приборов автоматики и контроля, элементов вычислительной техники и многого другого.

Эффект Холла является прямой демонстрацией действия силы Лоренца на движущиеся электрические заряды.

Рассмотрим проводник (или полупроводник) в виде параллелепипеда шириной а и толщиной d, через который протекает электрический ток плотностью, как показано на рис.1. Предположим также, что в проводнике имеются носители заряда одного знака: либо электроны, либо дырки. Проведем рассмотрение электронного проводника. Выберем на гранях, параллельных току, точки А и D, лежащие на одной эквипотенциальной поверхности . Напряжение между этими точками Ux= 0.

Поместим проводник в магнитное поле, вектор индукции  которого перпендикулярен направлению тока и боковым граням. Под действием силы Лоренца

электроны отклоняются к передней (по рисунку) грани образца, заряжая ее отрицательно. На противоположной грани образца накапливаются нескомпенсированные положительные заряды. Это приводит к появлению электрического поля  

 


Смещение и разделение зарядов будет продолжаться до тех пор, пока сила Лоренца не уравновесится силой

 действующей на электроны со стороны поля Холла

Сила, действующая на электрон в условиях динамического равновесия, равна

или

Отсюда поле Холла

Результирующее электрическое поле

повернется при этом на угол Холла a, определяемый выражением

относительно вектора  Соответственно эквипотенциальные поверхности  и  тоже изменят свое положение, и точки

А и D в результате окажутся на разных эквипотенциальных поверхностях и между ними появится напряжение (ЭДС Холла):

Так как

и                      то есть         

то можно записать, что

и ЭДС Холла

где учтено, что

Величина  называется постоянной Холла. Знак постоянной Холла зависит от знака заряда и определяет направление поля Холла (

рис.2). У электронных полупроводников (полупроводников n-типа) R имеет отрицательный знак, у дырочных (полупроводников р-типа) – положительный.

 


Таким образом, определяя постоянную Холла и ее знак, можно определить концентрацию и знак носителей тока в полупроводнике.

Рассмотренная модель эффекта Холла применима для проводников (металлов) и вырожденных полупроводников, т.е. к проводникам, в которых имеются носители одного знака, обладающие одинаковой скоростью

 В невырожденных полупроводниках скорость носителей подчиняется распределению Максвелла. Учет этого обстоятельства приводит к формуле

где А – постоянная, зависящая от механизма рассеяния носителей.

В полупроводниках со смешанной проводимостью перенос тока осуществляется одновременно электронами и дырками. Так как они обладают противоположными по знаку зарядами и под действием внешнего поля перемещаются в противоположные стороны, то сила Лоренца  отклоняет их в одну и ту же сторону. Поэтому при прочих равных условиях ЭДС Холла и постоянная Холла у таких проводников меньше, чем у проводников с одним типом  носителей. Расчет показывает, что для таких проводников

где n и р – концентрации электронов и дырок, mn и mр – их подвижности.

В зависимости от того, какое из слагаемых числителя больше, знак Холла может быть положительным или отрицательным. Для собственных полупроводников, у которых концентрации электронов и дырок одинаковы, знак постоянной Холла определяется знаком носителей, имеющих более высокую подвижность.

Обычно такими носителями являются электроны. Поэтому в примесном дырочном полупроводнике (полупроводнике р-типа) при повышении температуры и переходе к собственной проводимости постоянная Холла проходит через нуль и меняет знак.

При измерении постоянной Холла и напряжения Холла следует иметь ввиду, что между холловскими электродами А и D имеется некоторая разность потенциалов Uо и в отсутствии магнитного поля  Эта разность потенциалов обусловлена асимметрией контактов (на практике очень трудно расположить их на одной эквипотенциальной поверхности,

см. рис.3), и термоэдс, связанной с неизотермичностью образца. Для исключения влияния начальной разности потенциалов Uо на результаты измерения можно воспользоваться следующим методическим приемом.


При изменении направления магнитного поля на обратное знак ЭДС Холла Uх изменится, в то время как знак Uо остается прежним. При этом в зависимости от соотношения величин Uх и U

о возможны два подхода к определению Uх . Чаще встречается случай, когда  Тогда для различных направлений  (условно обозначенных ниже знаками + и – ) измеряемое напряжение U меняет свой знак, и можно записать:

                  

                

Вычитая из первого уравнения второе, получим

                                                                              (1)

Если Uх < Uо , тогда при различных направлениях

 знак измеряемого напряжения не изменяется и можно записать

                  

                  

Вычитая из первого уравнения второе, получим

                                                                              (2)

2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ

Установка состоит из трех основных частей: 1) – электромагнит со схемой питания; 2) – схема питания датчика Холла; 3) – измерительная часть для определения знака и величины ЭДС Холла.


3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.      Включить источник питания электромагнита 4.

2.  Включить  источник  тока 3 через образец.  Ток, протекающий через образец   I = 35 мА.

3.  Провести измерения холловской разности потенциалов, меняя величину тока Iэ, текущего через электромагнит с шагом примерно 0,02 А в интервале от 0,02 до 0,12 А. Величина тока электромагнита регулируется лабораторным автотрансформатором, включенным в цепь питания электромагнита и измеряется цифровым вольтметром РА1, работающим в режиме измерения силы тока.

Измерения холловской разности потенциалов при каждом установленном значении тока I, выполнять при двух направлениях тока (одному направлению соответствует значение напряжения , другому – ). Направление тока изменяется переключателем S1, установленным на лицевой панели прибора. Результаты измерений  и  занести в таблицу.

 

Таблица результатов

 

 

п/п

 

IЭ

 

А

 

 

мВ

 

мВ

 

 мВ

 

В

 

Тл

 

R

 

м3/Кл

 

<R>

 

м3/Кл

 

n,

 

м3

%

 

%

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.   По формуле (1) или (2) рассчитать ЭДС Холла Uх  для каждого значения тока электромагнита Iэ. Если при смене направления тока  Iэ  знак противоположен знаку , то следует пользоваться формулой (1), в противном случае – формулой (2).

5.  По графику зависимости индукции магнитного поля от тока в обмотке электромагнита, имеющегося на рабочем столе, или по формуле

где а и b – коэффициенты, определить величину индукции магнитного поля В.

6.  Определить значение постоянной Холла по формуле

где  d = 5,0×10-5м, I = 35,0×10-3A.

7.  Определить среднее значение постоянной Холла.

8. Рассчитать концентрацию носителей тока на основании соотношения

   где   е = 1,6×10-19Кл.

9.      Определить погрешность постоянной Холла методом Стьюдента:

где  N – число измерений.

4. ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

1.      Назвать основные части установки и объяснить их назначение.

2.  Объяснить, с какой целью в процессе измерений изменяется направление тока, текущего через электромагнит.

3.  Пояснить, как в работе определяется величина индукции магнитного поля?

4.  Привести порядок выполнения работы.

 

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1.      Дать определение эффекта Холла.

2.      Пояснить механизм возникновения ЭДС Холла в металлах.

3.      Вывести формулу для определения поля Холла и ЭДС Холла в металлах.

4.      Указать, от каких причин зависит постоянная Холла в металлах.

5. Объяснить, чем отличаются механизмы возникновения ЭДС Холла в металлах и полупроводниках?

6.  От каких величин зависит постоянная Холла в полупроводниках?

 

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш. шк, 2002. – 542 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - М.: АСТ, 2001. - 368с.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2002. – 718 с.

Электродвигатель постоянного тока

Постоянная момента

,

Постоянная ЭДС

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Направление наводимой ЭДС противоположно направлению протекающего в проводнике тока.

Наведенная ЭДС последовательно изменяется по направлению из-за перемещения проводников в магнитном поле. Суммарная ЭДС, равная сумме ЭДС в каждой катушке, прикладывается к внешним выводам двигателя. Это и есть противо-ЭДС. Направление противо-ЭДС противоположно приложенному к двигателю напряжению. Значение противо-ЭДС пропорционально частоте вращения и определяется из следующего выражения: [1]

,

  • где – электродвижущая сила, В,
  • – постоянная ЭДС, В∙с/рад,
  • – угловая частота, рад/с

Постоянные момента и ЭДС в точности равны между собой KT = KE. Постоянные KT и KE равны друг другу, если они определены в единой системе едениц.

Постоянная электродвигателя

Одним из основных параметров электродвигателя постоянного тока является постоянная электродвигателя Kм. Постоянная электродвигателя определяет способность электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

,

  • где – постоянная электродвигателя, Нм/√Вт,
  • R – сопротивление обмоток, Ом,
  • – максимальный момент, Нм,
  • – мощность потребляемая при максимальном моменте, Вт

Справка: Постоянная электродвигателя вместе с размерами электродвигателя являются основными параметрами для инженера при выборе электродвигателя с лучшим соотношением мощность / объем.

Постоянная электродвигателя не зависит от соединения обмоток, при условии, что используется один и тот же материал проводника. Например, обмотка двигателя с 6 ветками и 2 параллельными проводами вместо 12 одиночных проводов удвоят постоянную ЭДС, при этом постоянная электродвигателя останется не изменой.

Жесткость механической характеристики двигателя

,

  • где – жесткость механической характеристики электродвигателя постоянного тока

Напряжение электродвигателя

Уравнение баланса напряжений на зажимах двигателя постоянного тока имеет вид (в случае коллекторного двигателя не учитывается падение напряжения в щеточно-коллекторном узле):

,

  • где U – напряжение, В.

Уравнение напряжения выраженное через момент двигателя будет выглядеть следующим образом:

Соотношение между моментом и частотой вращения при двух различных напряжениях питания двигателя постоянного тока неизменно. При увеличении частоты вращения момент линейно уменьшается. Наклон этой функции KTKE/R постоянный и не зависит от значения напряжения питания и частоты вращения двигателя.

Благодаря таким характеристикам упрощается управление частотой вращения и углом поворота двигателей постоянного тока. Это характерно для коллекторных и вентильных двигателей постоянного тока, что нельзя сказать о двигателях переменного тока и шаговых двигателях [1].

Мощность электродвигателя постоянного тока

Упрощенная модель электродвигателя выглядит следующим образом:

  • где I – сила тока, А
  • U – напряжение, В,
  • M – момент электродвигателя, Н∙м
  • R – сопротивление токопроводящих элементов, Ом,
  • L – индуктивность, Гн,
  • Pэл – электрическая мощность (подведенная), Вт
  • Pмех – механическая мощность (полезная), Вт
  • Pтеп – тепловые потери, Вт
  • Pинд – мощность затрачиваемая на заряд катушки индуктивности, Вт
  • Pтр – потери на трение, Вт

Механическая постоянная времени

Механическая постоянная времени – это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое частота вращения ненагруженного электродвигателя достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – механическая постоянная времени, с

Смотрите также

Явление самоиндукции.Индуктивность. Энергия магнитного поля тока. Работа поля. Тесты, курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Явление самоиндукции. Индуктивность. Основные понятия

  • Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции

Мы уже изучили, что около проводника с током возникает магнитное поле. А также изучили, что переменное магнитное поле порождает ток (явление электромагнитной индукции). Рассмотрим электрическую цепь. При изменении силы тока в этой цепи произойдет изменение магнитного поля, в результате чего в этой же цепи возникнет дополнительный индукционный ток. Такое явление называется самоиндукцией, а ток, возникающий при этом, называется током самоиндукции.

Явление самоиндукции – это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

ЭДС самоиндукции определяется по формуле:

Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции. Если в цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп, последовательно со второй лампой включить катушку, то при замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием.

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки очень часто перегорают при выключении света.

Энергия магнитного поля

Энергия магнитного поля контура с током:

Детектор энергодисперсионный (ЭДС)

Джон Гудж, Миннесотский университет в Дулуте

Взаимодействие электронного луча с образцом-мишенью вызывает различные излучения, в том числе рентгеновские лучи. Энергодисперсионный (EDS) детектор используется для разделения характеристического рентгеновского излучения различных элементов в энергетический спектр, а системное программное обеспечение EDS используется для анализа энергетического спектра с целью определения распространенности конкретных элементов. EDS можно использовать для определения химического состава материалов с размером пятна в несколько микрон и для создания карт состава элементов на гораздо более широкой области растра.Вместе эти возможности предоставляют фундаментальную информацию о составе самых разных материалов.

Как это работает – EDS


Детектор EDS с изображением Дьюара в жидком азоте, холодного рукава и наконечника детектора, установленного в камере для проб. Подробности Системы

EDS обычно интегрируются либо в SEM, либо в EPMA. Системы EDS включают чувствительный детектор рентгеновского излучения, дьюар с жидким азотом для охлаждения и программное обеспечение для сбора и анализа энергетических спектров. Детектор монтируется в камере для образцов основного прибора на конце длинного плеча, которое само охлаждается жидким азотом. Наиболее распространенные детекторы сделаны из кристаллов Si(Li), которые работают при низких напряжениях для повышения чувствительности, но последние достижения в технологии детекторов сделали доступными так называемые «кремниевые дрейфовые детекторы», которые работают с более высокими скоростями счета без охлаждения жидким азотом.

Детектор EDS содержит кристалл, который поглощает энергию входящего рентгеновского излучения путем ионизации, в результате чего в кристалле образуются свободные электроны, которые становятся проводящими и вызывают смещение электрического заряда.Таким образом, поглощение рентгеновских лучей преобразует энергию отдельных рентгеновских лучей в электрические напряжения пропорционального размера; электрические импульсы соответствуют характерному рентгеновскому излучению элемента.

Сильные стороны


  • При использовании в “точечном” режиме пользователь может получить полный спектр элементов всего за несколько секунд. Вспомогательное программное обеспечение позволяет легко идентифицировать пики, что делает EDS отличным инструментом исследования для быстрой идентификации неизвестных фаз перед количественным анализом.
  • EDS можно использовать в полуколичественном режиме для определения химического состава по соотношению высоты пиков относительно стандарта.

Ограничения


  • Энергетические пики различных элементов перекрываются, особенно те, которые соответствуют рентгеновским лучам, генерируемым излучением оболочек с разными энергетическими уровнями (K, L и M) в разных элементах. Например, существуют близкие перекрытия Mn-K α и Cr-K β или Ti-K α и различные L-линии в Ba.В частности, при более высоких энергиях отдельные пики могут соответствовать нескольким различным элементам; в этом случае пользователь может применить методы деконволюции, чтобы попытаться разделить пики, или просто рассмотреть, какие элементы имеют «наибольший смысл» с учетом известного контекста образца.
  • Поскольку метод дисперсии по длинам волн (WDS) является более точным и позволяет обнаруживать более низкие содержания элементов, EDS реже используется для фактического химического анализа, хотя улучшение разрешения детектора делает EDS надежной и точной альтернативой.
  • EDS не может обнаруживать самые легкие элементы, как правило, ниже атомного номера Na для детекторов, оснащенных окном Be. Тонкие окна на полимерной основе позволяют обнаруживать легкие элементы в зависимости от прибора и условий эксплуатации.

Результаты


Типичный спектр ЭДС изображается как график количества рентгеновских лучей в зависимости от энергии (в кэВ). Энергетические пики соответствуют различным элементам в образце. Обычно они узкие и легко разрешаются, но многие элементы дают множественные пики.Например, железо обычно показывает сильные пики K α и K β . Элементы в низком содержании будут генерировать рентгеновские пики, которые могут быть неразличимы из фонового излучения.

Спектр ЭДС многоэлементного стекла (NIST K309), содержащего O, Al, Si, Ca, Ba и Fe (Goldstein et al., 2003). Подробности Спектр EDS биотита, содержащий обнаруживаемые Mg, Al, Si, K, Ti и Fe (из Goodge, 2003). Подробности

Каталожные номера


  • Северин, Кеннет П., 2004, Энергодисперсионная спектрометрия обычных породообразующих минералов.Kluwer Academic Publishers, 225 p.– Настоятельно рекомендуемый справочник репрезентативных спектров ЭДС породообразующих минералов, а также практические советы по получению и интерпретации спектров.
  • Goldstein, J. (2003) Сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Kluwer Adacemic/Plenum Pubishers, 689 стр.
  • Reimer, L. (1998) Сканирующая электронная микроскопия: физика формирования изображения и микроанализ. Спрингер, 527 стр.
  • Эгертон, Р.Ф.(2005) Физические принципы электронной микроскопии: введение в ПЭМ, СЭМ и АЭМ. Спрингер, 202.
  • Кларк, А. Р. (2002) Методы микроскопии для материаловедения. CRC Press (электронный ресурс)

Ссылки по теме


Преподавательская деятельность


  • Аргаст, Энн и Теннис, Кларенс Ф., III, 2004 г., Веб-ресурс для изучения щелочных полевых шпатов и пертитовых структур с использованием световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, Journal of Geoscience Education 52, нет.3, с. 213-217.

синдромов Элерса-Данлоса – NHS

Синдромы Элерса-Данлоса (СЭД) представляют собой группу редких наследственных заболеваний, поражающих соединительную ткань.

Соединительные ткани поддерживают кожу, сухожилия, связки, кровеносные сосуды, внутренние органы и кости.

Симптомы синдрома Элерса-Данлоса (СЭД)

Существует несколько типов СЭД, которые могут иметь общие симптомы.

К ним относятся:

  • повышенный диапазон движений в суставах (гипермобильность суставов)
  • эластичная кожа
  • хрупкая кожа, которая легко ломается или покрывается синяками

СЭД может по-разному влиять на людей. Для некоторых состояние относительно легкое, в то время как для других их симптомы могут быть инвалидизирующими.

90–100 Различные типы СЭД вызваны дефектами определенных генов, которые ослабляют соединительную ткань.

В зависимости от типа EDS дефектный ген может быть унаследован от одного или обоих родителей.

Иногда дефектный ген не передается по наследству, а встречается у человека впервые.

Некоторые из редких, тяжелых типов могут быть опасными для жизни.

Основные типы синдромов Элерса-Данлоса (СЭД)

Существует 13 типов СЭД, большинство из которых очень редки.

Гипермобильный EDS (hEDS) является наиболее распространенным типом.

Другие типы EDS включают классический EDS, сосудистый EDS и кифосколиотический EDS.

На веб-сайте EDS Support UK можно найти дополнительную информацию о различных типах EDS.

Гипермобильный EDS

Люди с hEDS могут иметь:

В настоящее время нет тестов для подтверждения того, что у кого-то есть hEDS.

Диагноз ставится на основании истории болезни человека и физического осмотра.

Классическая ЭДС

Классическая ЭДС (кЭДС) менее распространена, чем гипермобильная ЭДС, и больше влияет на кожу.

Люди с ХЭДС могут иметь:

  • гипермобильность суставов
  • рыхлые, нестабильные суставы, которые легко вывихиваются
  • эластичная кожа
  • хрупкая кожа , которая легко трескается, особенно на лбу, коленях, голенях и локтях
  • гладкая, бархатистая кожа, которая легко покрывается синяками
  • раны, которые медленно заживают и оставляют широкие шрамы
  • грыжи и выпадение органов

Сосудистый EDS

Сосудистый EDS (vEDS) является редким типом EDS и часто считается наиболее серьезным.

Поражает кровеносные сосуды и внутренние органы, что может привести к их разрыву и опасному для жизни кровотечению.

Люди с вЭДС могут иметь:

  • кожу, на которой очень легко появляются синяки
  • тонкую кожу с видимыми мелкими кровеносными сосудами, особенно на верхней части грудной клетки и ногах
  • хрупкие кровеносные сосуды, которые могут выпячиваться или рваться, что приводит к серьезному внутреннему кровотечению
  • риск возникновения проблем с органами, таких как разрыв кишечника, разрыв матки (на поздних сроках беременности) и частичный коллапс легкого
  • гипермобильность пальцев рук и ног, необычные черты лица (такие как тонкий нос и губы, большие глаза и маленькие мочки ушей), варикозное расширение вен и замедленное заживление ран

Кифосколиотическая EDS

Кифосколиотическая EDS (kEDS) встречается редко.

У людей с kEDS могут быть:

  • искривление позвоночника – это начинается в раннем детстве и часто ухудшается в подростковом возрасте гипотония) — это может вызвать задержку сидения и ходьбы или трудности при ходьбе, если симптомы ухудшаются

    Обратитесь к врачу общей практики, если у вас есть несколько неприятных симптомов СЭД.

    Обычно вам не о чем беспокоиться, если у вас всего несколько симптомов, и они не вызывают никаких проблем.

    Гипермобильность суставов, например, является относительно распространенным явлением, которым страдает примерно 1 из 30 человек. Так что маловероятно, что это вызвано СЭД, если у вас нет других симптомов.

    Ваш врач общей практики может направить вас к специалисту по суставам (ревматологу), если у вас есть проблемы с суставами и подозревается СЭД.

    Если есть вероятность, что у вас может быть один из редких типов EDS, ваш врач общей практики может направить вас в местную генетическую службу для обследования.

    Местный специалист-генетик спросит о вашей истории болезни, семейном анамнезе, оценит ваши симптомы и может провести генетический анализ крови для подтверждения диагноза.

    Если необходимо дальнейшее обследование, врач вашей больницы может направить вас в специализированную диагностическую службу EDS в Шеффилде или Лондоне.

    Лечение синдромов Элерса-Данлоса (EDS)

    Специфического лечения СЭД не существует, но многие симптомы можно контролировать при поддержке и совете.

    Людям с СЭД также может быть полезна поддержка различных специалистов в области здравоохранения.

    Например:

    • физиотерапевт может научить вас упражнениям, которые помогут укрепить ваши суставы, избежать травм и справиться с болью поведенческая терапия (КПТ) может быть полезна если вы изо всех сил пытаетесь справиться с долговременной болью
    • для определенных типов СЭД, регулярное сканирование, проводимое в больнице, может выявить проблемы с внутренними органами
    • генетическое консультирование может помочь вам узнать больше о причину вашего состояния, как оно передается по наследству и каковы риски его передачи вашим детям

    Ваш врач общей практики или консультант могут направить вас в эти службы.

    Жизнь с синдромом Элерса-Данлоса (СЭД)

    Важно соблюдать осторожность при занятиях, которые сильно нагружают суставы или могут привести к травме.

    Но также важно не проявлять чрезмерной заботы и избегать нормальной жизни.

    Рекомендации будут зависеть от того, какой тип EDS у вас есть и как он на вас влияет:

    • вам могут порекомендовать полностью избегать некоторых видов деятельности, таких как поднятие тяжестей и контактные виды спорта
    • для некоторых видов деятельности вам может потребоваться носить соответствующую одежду защиту и узнать, как снизить нагрузку на суставы
    • виды деятельности с меньшим риском, такие как плавание или пилатес, могут быть рекомендованы, чтобы помочь вам оставаться в форме и быть здоровыми
    • если усталость является проблемой, вас могут научить способам энергичность и темп вашей деятельности

    Как наследуются синдромы Элерса-Данлоса (СЭД)

    ЭДС может передаваться по наследству, но в некоторых случаях это происходит случайно у кого-то, у кого в семейном анамнезе не было этого заболевания.

    Существует 2 основных способа наследования СЭД:

    Человек с СЭД может передавать своим детям ЭДС только того же типа.

    Например, дети человека с гипермобильным EDS не могут наследовать сосудистый EDS.

    Тяжесть состояния может варьироваться в пределах одной семьи.

    Дополнительная информация

    Следующие веб-сайты предоставляют дополнительную информацию, советы и поддержку людям с EDS и их семьям:

    Информация о вас

    Если у вас есть EDS, ваша клиническая команда передаст информацию о вас в Национальный центр врожденных аномалий и Служба регистрации редких заболеваний

    Это помогает ученым искать лучшие способы профилактики и лечения этого заболевания.

    Вы можете отказаться от регистрации в любое время.

    Последняя проверка страницы: 06 февраля 2019 г.
    Дата следующей проверки: 06 февраля 2022 г.

    Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия | Анализ отказов ЭЦП | Анализ материалов ЭДС | Анализ отказов EDX

    Описание методики

    Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS или EDX) — это метод химического микроанализа, используемый в сочетании со сканирующей электронной микроскопией (SEM).(См. раздел Справочника по СЭМ.) Метод ЭДС регистрирует рентгеновское излучение, испускаемое образцом во время бомбардировки электронным пучком, для характеристики элементного состава анализируемого объема. Можно анализировать элементы или фазы размером до 1 мкм или меньше.

    Когда образец бомбардируется электронным лучом РЭМ, электроны выбрасываются из атомов, составляющих поверхность образца. Образующиеся электронные вакансии заполняются электронами из более высокого состояния, и испускается рентгеновское излучение, чтобы сбалансировать разницу энергий между состояниями двух электронов.Энергия рентгеновского излучения характерна для элемента, из которого оно было испущено.

    Детектор рентгеновского излучения EDS измеряет относительную плотность испускаемого рентгеновского излучения в зависимости от его энергии. Детектор обычно представляет собой твердотельное кремниевое устройство с дрейфованным литием. Когда падающий рентгеновский луч попадает на детектор, он создает импульс заряда, пропорциональный энергии рентгеновского излучения. Импульс заряда преобразуется в импульс напряжения (который остается пропорциональным энергии рентгеновского излучения) с помощью предусилителя, чувствительного к заряду.Затем сигнал отправляется на многоканальный анализатор, где импульсы сортируются по напряжению. Энергия, определенная по измерению напряжения, для каждого падающего рентгеновского луча отправляется на компьютер для отображения и дальнейшей оценки данных. Спектр энергии рентгеновского излучения в зависимости от отсчетов оценивается для определения элементного состава отобранного объема.

    Аналитическая информация

    Качественный анализ – Значения энергии рентгеновского излучения образца из спектра EDS сравниваются с известными характеристическими значениями энергии рентгеновского излучения для определения присутствия элемента в образце.Могут быть обнаружены элементы с атомными номерами от бериллия до урана. Минимальные пределы обнаружения варьируются примерно от 0,1 до нескольких атомных процентов в зависимости от элемента и матрицы образца.

    Количественный анализ – Количественные результаты могут быть получены из относительного количества рентгеновских лучей на характеристических уровнях энергии для компонентов пробы. Полуколичественные результаты легко доступны без стандартов с использованием математических поправок, основанных на параметрах анализа и составе пробы. Точность безстандартного анализа зависит от состава пробы. Более высокая точность достигается при использовании известных стандартов с аналогичной структурой и составом неизвестному образцу.

    Elemental Mapping — характеристическая интенсивность рентгеновского излучения измеряется относительно поперечного положения образца. Изменения интенсивности рентгеновского излучения при любом характеристическом значении энергии указывают на относительную концентрацию применимого элемента на поверхности. Одна или несколько карт записываются одновременно с использованием интенсивности яркости изображения в зависимости от локальной относительной концентрации присутствующего элемента (элементов).Возможно боковое разрешение около 1 мкм.

    Анализ профиля линии — Электронный луч СЭМ сканируется вдоль предварительно выбранной линии поперек образца, в то время как рентгеновские лучи обнаруживаются в отдельных положениях вдоль линии. Анализ энергетического спектра рентгеновского излучения в каждом положении дает графики относительной концентрации каждого элемента в зависимости от положения вдоль линии.

    Типичные области применения

    • Анализ посторонних материалов
    • Оценка коррозии
    • Анализ состава покрытия
    • Быстрая идентификация сплава материала
    • Анализ материалов малых компонентов
    • Идентификация и распределение фаз

    Пример требований

    Образцы до 8 дюймов.(200 мм) в диаметре можно легко проанализировать с помощью СЭМ. Более крупные образцы диаметром примерно до 12 дюймов (300 мм) можно загружать с ограниченным перемещением предметного столика. Максимальная высота образца составляет примерно 2 дюйма (50 мм). Образцы также должны быть совместимы с умеренной вакуумной атмосферой (давление 2 Торр или меньше).

    1.

    12: Введение в энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию
    Введение

    Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX или EDS) — это аналитический метод, используемый для исследования состава твердых материалов.Существует несколько вариантов, но все они основаны на возбуждении электронов вблизи ядра, в результате чего более удаленные электроны теряют энергетические уровни, чтобы заполнить образовавшиеся «дыры». Каждый элемент излучает различный набор частот рентгеновского излучения по мере того, как их освободившиеся более низкие энергетические состояния пополняются, поэтому измерение этих излучений может предоставить как качественную, так и количественную информацию о приповерхностном составе образца. Однако точная интерпретация этих данных зависит от наличия стандартов высокого качества, а технические ограничения могут поставить под угрозу разрешение.

    Физические основы

    В квантово-механической модели атома энергетическое состояние электрона определяется набором квантовых чисел. Первичное квантовое число, n , обеспечивает самое грубое описание энергетического уровня электрона, и иногда говорят, что все подуровни, имеющие одно и то же первичное квантовое число, составляют энергетическую «оболочку». Вместо того чтобы описывать самую низкоэнергетическую оболочку как «оболочку n = 1», в спектроскопии чаще используют алфавитные обозначения: оболочка K имеет n = 1, оболочка L имеет n = 2, оболочка M имеет n = 3 и так далее.Последующие квантовые числа делят оболочки на подоболочки: одна для K, три для L и пять для M. Увеличение первичных квантовых чисел соответствует увеличению среднего расстояния от ядра и увеличению энергии (рис. \(\PageIndex{1}\)). Оболочки ядра атома — это оболочки с более низкими первичными квантовыми числами, чем самая высокая занятая оболочка или валентная оболочка.

    На рисунке \(\PageIndex{1}\) схема основных электронных энергетических уровней атома с самой низкой энергетической оболочкой K, ближайшей к ядру. Круги используются здесь для удобства — они не предназначены для представления формы орбиталей электрона. Адаптировано из Введение в энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDS) , micron.ucr.edu/public/manuals/EDS-intro.pdf .

    Переходы между энергетическими уровнями подчиняются закону сохранения энергии. Возбуждение электрона в более высокое энергетическое состояние требует ввода энергии из окружения, а релаксация в более низкое энергетическое состояние высвобождает энергию в окружение.Одним из наиболее распространенных и полезных способов передачи энергии в атом и из него является электромагнитное излучение. Переходы оболочки ядра соответствуют излучению в рентгеновской части спектра; однако, поскольку оболочки ядра обычно заполнены по определению, эти переходы обычно не наблюдаются.

    Рентгеновская спектроскопия использует пучок электронов или высокоэнергетическое излучение (см. варианты прибора ниже) для возбуждения остовных электронов до высокоэнергетических состояний, создавая низкоэнергетическую вакансию в электронных структурах атомов. Это приводит к каскаду электронов с более высоких энергетических уровней, пока атом не вернется в состояние с минимальной энергией. Из-за сохранения энергии электроны испускают рентгеновские лучи при переходе в более низкие энергетические состояния. Именно эти рентгеновские лучи измеряются в рентгеновской спектроскопии. Энергетические переходы названы с использованием буквы оболочки, где впервые произошла ионизация, греческой буквы, обозначающей группу линий, к которой принадлежит переход, в порядке убывания важности, и числового индекса, ранжирующего интенсивность пика в этой группе.Таким образом, наиболее интенсивным пиком, возникающим в результате ионизации в K-оболочке, будет Kα 1 (рис. \(\PageIndex{2}\)). Поскольку каждый элемент имеет разный ядерный заряд, энергия ядерных оболочек и, что более важно, расстояние между ними варьируются от одного элемента к другому. Хотя не каждый пик в спектре элемента относится только к этому элементу, характерных пиков достаточно, чтобы можно было определить состав образца при достаточной разрешающей способности.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\) Диаграмма энергетических переходов после возбуждения атома золота.Стрелки показывают направление, в котором движется вакансия, когда электроны с более высокой энергией движутся вниз, чтобы заполнить ядро. Адаптировано из Введение в энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDS) , micron.ucr.edu/public/manuals/EDS-intro.pdf .

    Приборы и подготовка проб

    Варианты приборов

    Существует два распространенных метода возбуждения остовных электронов поверхностных атомов. Во-первых, использовать высокоэнергетический электронный пучок, подобный тому, что используется в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ).Пучок производится электронной пушкой, в которой электроны, испускаемые термоэлектронным способом с горячего катода, направляются вниз по столбу под действием электрического поля и фокусируются серией отрицательно заряженных «линз». Рентгеновские лучи, испускаемые образцом, падают на переходную пластину кремния p-i-n с дрейфом лития. Это продвигает электроны в пластине в зону проводимости, индуцируя напряжение, пропорциональное энергии падающего рентгеновского излучения, которое обычно находится в диапазоне от 1 до 10 кэВ. Детектор охлаждается до температуры жидкого азота, чтобы уменьшить электронный шум от тепловых возбуждений.

    Также можно использовать рентгеновские лучи для возбуждения электронов остова до точки ионизации. В этом варианте, известном как энергодисперсионный рентгенофлуоресцентный анализ (EDXRFA или XRF), электронный столб заменяется рентгеновской трубкой, а рентгеновские лучи, испускаемые образцом в ответ на бомбардировку, называются вторичными рентгеновскими лучами. лучей, но в остальном эти варианты идентичны.

    Независимо от метода возбуждения, последующее взаимодействие между испускаемым рентгеновским излучением и образцом может привести к плохому разрешению в рентгеновском спектре, создавая кривую, подобную гауссовой, вместо острого пика.Действительно, это распространение энергии внутри образца в сочетании с проникновением электронного или рентгеновского луча приводит к анализу объема примерно 1 мкм 3 , а не только поверхностных элементов. Уширение пиков может привести к перекрытию пиков и, как правило, вводящему в заблуждение спектру. В случаях, когда нормальный спектр ЭДС неадекватно разрешен, можно использовать метод, называемый рентгеновской спектроскопией с дисперсией по длине волны (ВДС). Требуемый прибор очень похож на те, что обсуждались выше, и может использовать любой метод возбуждения.Основное отличие состоит в том, что рентгеновские лучи, испускаемые образцом, не попадают непосредственно на детектор, а сначала сталкиваются с аналитическим кристаллом с известными размерами решетки. Закон Брэгга предсказывает, что самые сильные отражения от кристалла будут происходить при таких длинах волн, при которых разность хода лучей, отражающихся от последовательных слоев решетки, равна целому числу длин волн. Математически это представляется как \ref{1}, где n — целое число, λ — длина волны падающего света, d — расстояние между слоями в решетке, а θ — угол падения.Соответствующие переменные для уравнения помечены на рисунке \(\PageIndex{3}\).

    \[ n\лямбда \ =\ 2d\ sin\ \тета \метка{1} \]

    Рисунок \(\PageIndex{3}\) Схема светового луча, падающего на кристаллическую решетку. Если свет соответствует критерию nλ = 2d sin(θ), закон Брэгга предсказывает, что волны, отражающиеся от каждого слоя решетки, конструктивно интерферируют, что приводит к сильному сигналу. Адаптировано из D. Henry, N. Eby, J. Goodge, and D. Mogk, Отражение рентгеновских лучей в соответствии с законом Брэгга , http://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/BraggsLaw.html

    Перемещая кристалл и детектор по кругу Роуленда, спектрометр можно настроить для исследования определенных длин волн (\ref{1}). Как правило, сначала выполняется начальное сканирование всех длин волн, а затем прибор программируется для более тщательного изучения длин волн, дающих сильные пики. Разрешение, доступное с WDS, примерно на порядок лучше, чем с EDS, потому что аналитический кристалл помогает отфильтровать шум последующих нехарактерных взаимодействий. Для ясности термин «рентгеновская спектроскопия» будет использоваться для обозначения всех только что обсуждавшихся технических вариантов, и замечания, сделанные в отношении EDS, будут справедливы и для XRF, если не указано иное.

    Рисунок \(\PageIndex{4}\) Схема типичного прибора WDS. Аналитический кристалл и детектор можно перемещать по дуге, известной как круг Роуленда. Это дает оператору возможность изменять угол между образцом, кристаллом и детектором, тем самым изменяя длину волны рентгеновского излучения, удовлетворяющую закону Брэгга.Держатель образца обычно является стационарным. Адаптировано из Д. Генри и Дж. Гуджа, Волнодисперсионная рентгеновская спектроскопия (WDS) , http://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/wds.html .
    Подготовка проб

    По сравнению с некоторыми аналитическими методами подготовка проб, необходимая для рентгеновской спектроскопии или любого из только что рассмотренных родственных методов, является тривиальной. Образец должен быть стабилен в вакууме, поскольку камера для образца вакуумирована, чтобы атмосфера не мешала электронному лучу или рентгеновским лучам.Также желательно, чтобы поверхность была как можно более чистой; Рентгеновская спектроскопия является приповерхностным методом, поэтому она должна анализировать желаемый материал по большей части в любом случае, но любая грязь на поверхности нарушит расчеты состава. Простые качественные показания можно получить для твердого тела любой толщины, если оно помещается в машину, но для надежных количественных измерений образец должен быть как можно тоньше.

    Интерпретация данных

    Качественный анализ, определяющий, какие элементы присутствуют в образце, но не обязательно стехиометрию, основан на эмпирических стандартах.Энергии обычно используемых переходов ядро-оболочка сведены в таблицу для всех природных элементов. Поскольку комбинации элементов могут действовать не так, как один элемент в отдельности, также используются стандарты с составами, максимально приближенными к предполагаемому составу образца. Для определения состава образца пики в спектре сопоставляются с пиками из литературы или стандартов.

    Количественный анализ, определение стехиометрии образца, требует высокого разрешения, чтобы быть достаточно хорошим, чтобы отношение количества отсчетов на каждой характеристической частоте давало соотношение этих элементов в образце.Для достижения спектром точности 2σ ±1% требуется около 40 000 отсчетов. Однако важно отметить, что это не обязательно то же самое, что и эмпирическая формула, поскольку не все элементы видны. Спектрометры с бериллиевым окном между образцом и детектором обычно не могут обнаружить ничего легче натрия. Спектрометры, оснащенные окнами на полимерной основе, могут определять количество элементов тяжелее бериллия. В любом случае водород нельзя наблюдать с помощью рентгеновской спектроскопии.

    Рентгеновские спектры представлены с энергией в кэВ по оси x и числом отсчетов по оси y.Спектры EDX биотита и стекла NIST K309 показаны в качестве примеров (рис. \(\PageIndex{5}\) и рис. \(\PageIndex{6}\) соответственно). Биотит — это минерал, похожий на слюду, который имеет приблизительную химическую формулу K (Mg, Fe) 3 AlSi 3 O 10 (F, OH) 2 . В спектре видны сильные пики для марганца, алюминия, кремния, калия и железа. Ожидается отсутствие видимого водорода, а отсутствие пиков кислорода и фтора предполагает, что в приборе было бериллиевое окно.Пик титана небольшой и неожиданный, поэтому он может присутствовать только в следовых количествах. K309 представляет собой смесь стекла, разработанную Национальным институтом стандартов и технологий. Спектр показывает, что он содержит значительные количества кремния, алюминия, кальция, кислорода, железа и бария. Большой пик в крайнем левом углу — это углеродный сигнал от углеродной подложки, на которую было помещено стекло.

    Рисунок \(\PageIndex{5}\) ЭДС-спектр биотита. Кремний, алюминий, марганец, калий, магний, железо и титан можно идентифицировать, хотя титан, по-видимому, является лишь следовым компонентом. Адаптировано из J. Goodge, Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), http://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/eds.html . Рисунок \(\PageIndex{6}\ ) Спектр ЭДС стекла NIST K309. В спектре различимы кремний, алюминий, барий, кальций, железо и кислород. Адаптировано из J. Goldstein, D. Newbury, D. Joy, C. Lyman, P. Echlin, E. Lifshin, L. Sawyer и J. Michael, , сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ , 3 rd , Спрингер, Нью-Йорк (2003).

    Ограничения

    Как только что обсуждалось, рентгеновская спектроскопия не способна обнаружить элементы легче бора. Это проблема, учитывая обилие водорода в природных и искусственных материалах. Родственные методы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и оже-спектроскопии позволяют обнаруживать Li и Be, но также не могут измерять водород.

    Рентгеновская спектроскопия в значительной степени зависит от стандартов идентификации пиков. Поскольку комбинация элементов может иметь заметно отличные свойства от отдельных составляющих элементов с точки зрения рентгеновской флуоресценции или поглощения, важно использовать стандарт, максимально близкий по составу к образцу.Естественно, что при исследовании новых материалов это сделать труднее, и всегда существует риск того, что структура образца будет заметно отличаться от ожидаемой.

    Энергодисперсионные варианты рентгеновской спектроскопии иногда с трудом различают излучения, очень близкие друг к другу по энергии, или отличают пики микроэлементов от фонового шума. К счастью, варианты с дисперсией по длине волны намного лучше справляются с обоими этими задачами. Грубая ступенчатая кривая на рисунке \(\PageIndex{7}\) представляет спектр EDS молибденита, минерала с химической формулой MoS 2 .Уширенные пики затрудняют отличить сигналы молибдена от сигналов серы. Поскольку WDS может выбирать определенные длины волн, он имеет гораздо лучшее разрешение и может более точно определять отдельные пики. Точно так же след кремния в спектре EDS никель-алюминиево-марганцевого сплава на рисунке \(\PageIndex{8}\)a едва различим как выступ на базовой линии, но спектр WDS на рисунке \(\PageIndex {8}\)b явно понимает это.

    Рисунок \(\PageIndex{7}\) Сравнение спектров EDS (желтый) и WDS (голубой) образца молибденита.Пики серы и молибдена неразрешены в спектре ЭДС, но четкие и отчетливые в спектре ВДС. Адаптировано из Oxford Instruments, Мощность чувствительности и разрешения WDS , www.x-raymicroanalysis.com/x-ray-microanalysis-explained/pages/detectors/wave1.htm .Рис. \(\PageIndex{8 }\) (A) Спектр ЭДС сплава, состоящего в основном из натрия, алюминия и марганца. Кремний является микроэлементом в сплаве, но не различим в спектре.(B) Спектр WDS того же сплава в области характерного пика кремния. В этом измерении эмиссия кремния выделяется довольно отчетливо. Адаптировано из Oxford Instruments, Возможности чувствительности и разрешения WDS , www. x-raymicroanalysis.com/x-ray-microanalysis-explained/pages/detectors/wave1.htm .

    SEM/EDS Analysis

    Энергодисперсионная спектроскопия (EDS) — это метод анализа химического состава большинства органических и неорганических твердых веществ.Когда образец в РЭМ подвергается воздействию электронов высокой энергии, образец испускает рентгеновское излучение. Некоторые из этих рентгеновских лучей известны как «характеристические рентгеновские лучи», потому что их энергия зависит от разницы энергий между электронными оболочками в атоме. Детектор EDS может эффективно собирать эти рентгеновские лучи и обеспечивать количественное или полуколичественное измерение состава образца. Для большинства элементов мы можем обнаружить уровни вплоть до 0,1 мас.%. EDS — отличный инструмент скрининга для контроля качества, идентификации сплавов, идентификации посторонних предметов и для определения видов, присутствующих в продуктах коррозии.Он используется во многих отраслях, включая биомедицину, фармацевтику, химическое машиностроение, материаловедение, биологические науки, геологию и судебную экспертизу. Возможности нашей системы включают следующее:


    • Point & ID (для химической идентификации элементов размером от 1 мкм)
    • Elemental Linescans для измерения процентного изменения массы интересующего элемента или интерфейса
    • Химическое картирование для создания качественных изображений распределения элементов

    Схематическая диаграмма объемов возбуждения в СЭМ.Эти объемы определяют общее пространственное разрешение для визуализации и анализа EDS.

    Пространственное разрешение и глубина анализа ЭДС зависят от двух основных факторов: ускоряющего напряжения падающего электронного пучка и плотности анализируемого материала. В целом, чем выше ускоряющее напряжение, тем глубже в образец будут генерироваться рентгеновские лучи, что приведет к более сильному рентгеновскому сигналу, но к худшему пространственному разрешению. Материалы с низкой плотностью, такие как углерод, кислород и азот, приведут к тому, что рентгеновские лучи будут генерироваться намного глубже в поверхности по сравнению с более тяжелыми элементами, такими как золото или платина. Таким образом, самое высокое пространственное разрешение для EDS достигается при низких ускоряющих напряжениях на материалах с более высокой плотностью. Однако низкое напряжение не всегда идеально для ЭДС, поскольку нам нужны более высокие ускоряющие напряжения для возбуждения пиков рентгеновского излучения (особенно для более тяжелых элементов). Не существует «идеального» решения для соотношения разрешения и сигнала в EDS, это известные физические ограничения для всех объемных образцов. На рисунке ниже показана схематическая диаграмма объемов обратно рассеянных электронов, вторичных электронов и характеристического рентгеновского возбуждения.

    Как работает Эдс? Что такое пространственное разрешение?

    Point & ID Химический анализ

    EDS Анализ области коррозионной язвы на копейке. Обратите внимание на присутствие Cl в качестве аниона, способствующего коррозии Cu и Zn в копейке.

    Свяжитесь с нами для консультации и предложения

    Синдром Элерса-Данлоса – Симптомы и причины

    Обзор

    Синдром Элерса-Данлоса — это группа наследственных заболеваний, поражающих соединительные ткани, в первую очередь кожу, суставы и стенки кровеносных сосудов. Соединительная ткань представляет собой сложную смесь белков и других веществ, которые обеспечивают прочность и эластичность основных структур вашего тела.

    Люди с синдромом Элерса-Данлоса обычно имеют чрезмерно гибкие суставы и эластичную, хрупкую кожу. Это может стать проблемой, если у вас есть рана, требующая наложения швов, потому что кожа часто недостаточно прочна, чтобы их удерживать.

    Более тяжелая форма заболевания, называемая сосудистым синдромом Элерса-Данлоса, может привести к разрыву стенок кровеносных сосудов, кишечника или матки.Поскольку сосудистый синдром Элерса-Данлоса может иметь серьезные потенциальные осложнения во время беременности, вы можете поговорить с генетиком, прежде чем создавать семью.

    Товары и услуги

    Показать больше продуктов Mayo Clinic

    Симптомы

    Существует множество различных типов синдрома Элерса-Данлоса, но наиболее распространенные признаки и симптомы включают:

    • Чрезмерно гибкие соединения. Поскольку соединительная ткань, скрепляющая суставы, более рыхлая, ваши суставы могут двигаться далеко за пределы нормального диапазона движений. Боли в суставах и вывихи являются обычным явлением.
    • Эластичная кожа. Ослабленная соединительная ткань позволяет вашей коже растягиваться намного больше, чем обычно. Возможно, вы сможете оторвать щепотку кожи от своей плоти, но она тут же вернется на место, как только вы отпустите ее. Ваша кожа также может быть исключительно мягкой и бархатистой.
    • Хрупкая кожа. Поврежденная кожа часто плохо заживает. Например, швы, наложенные на рану, часто рвутся и оставляют зияющий шрам. Эти шрамы могут выглядеть тонкими и морщинистыми.

    Тяжесть симптомов может варьироваться от человека к человеку и зависит от конкретного типа синдрома Элерса-Данлоса, который у вас есть. Наиболее распространенный тип называется гипермобильным синдромом Элерса-Данлоса.

    Сосудистый синдром Элерса-Данлоса

    Люди с сосудистым синдромом Элерса-Данлоса часто имеют общие черты лица: тонкий нос, тонкую верхнюю губу, маленькие мочки ушей и выпуклые глаза. У них также тонкая полупрозрачная кожа, на которой очень легко появляются синяки. У светлокожих людей сквозь кожу хорошо видны лежащие под ними кровеносные сосуды.

    Сосудистый синдром Элерса-Данлоса может ослабить самую большую сердечную артерию (аорту), а также артерии, ведущие к другим частям тела. Разрыв любого из этих крупных кровеносных сосудов может привести к летальному исходу. Сосудистый тип также может ослабить стенки матки или толстого кишечника, которые также могут разорваться.

    Причины

    Различные типы синдрома Элерса-Данлоса связаны с различными генетическими причинами, некоторые из которых наследуются и передаются от родителей к ребенку.Если у вас самая распространенная форма, гипермобильный синдром Элерса-Данлоса, вероятность того, что вы передадите ген каждому из своих детей, составляет 50%.

    Осложнения

    Осложнения зависят от типов имеющихся у вас признаков и симптомов. Например, чрезмерно гибкие суставы могут привести к вывихам суставов и раннему развитию артрита. На хрупкой коже могут образоваться заметные рубцы.

    Люди с сосудистым синдромом Элерса-Данлоса часто подвергаются риску разрыва крупных кровеносных сосудов со смертельным исходом.Некоторые органы, такие как матка и кишечник, также могут разорваться. Беременность может увеличить риск разрыва матки.

    Профилактика

    Если у вас есть личный или семейный анамнез синдрома Элерса-Данлоса и вы думаете о создании семьи, вам может быть полезно поговорить с консультантом-генетиком — медицинским работником, обученным оценивать риск наследственных заболеваний. Генетическое консультирование может помочь вам понять модель наследования типа синдрома Элерса-Данлоса, который влияет на вас, и риски, которые он представляет для ваших детей.

    16 октября 2020 г.

    Советы и рекомендации для биологических ЭДС – Наноанализ

    Биологическая энергодисперсионная рентгеновская спектрометрия (EDS) представляет собой растущую область интереса, но может быть сложной задачей для биологов, плохо знакомых с этой областью. Это было для меня, когда я начал использовать эту технику. Я пришел из области биологической электронной микроскопии, где EDS была крайне нишевой, но с тех пор применение EDS для биологических образцов расширилось в геометрической прогрессии.Развитие технологии детекторов без окон значительно повысило чувствительность к легким элементам, характерным для биологических образцов, и в сочетании с возможностью работы при низких ускоряющих напряжениях в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) открыло потрясающие возможности для биологических ЭДС. Вот несколько советов и приемов для начала.

    1. Плоские поверхности и ультратонкие срезы

    Образцы с ярко выраженной трехмерной структурой поглощают рентгеновские лучи, генерируемые на сторонах, обращенных в сторону от детектора, который расположен с одной стороны камеры для образцов, что приводит к эффекту затенения на рентгеновских картах и ​​артефактам при идентификации элементов. Наилучший тип образца для ЭДС имеет относительно плоскую поверхность. Некоторые образцы, такие как листья, имеют естественную плоскую структуру и могут быть проанализированы напрямую. Другие образцы требуют обрезки для получения плоской поверхности. Клетки и внутренние структуры тканей можно анализировать, помещая их в смолу и либо обрезая блок смолы, либо вырезая срезы, которые можно поместить либо на сетку, либо на заглушку СЭМ. Я предпочитаю проводить анализ на срезах, так как считаю их наиболее стабильным типом образца, и они совместимы как с просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ), так и с РЭМ.Гидратно-замороженные образцы также могут быть приготовлены с использованием методов криоультрамикротомии или криопланирования.

    2. Оптимизированная подготовка проб для ваших исследовательских вопросов

    На сигналы, полученные с помощью EDS, влияет подготовка пробы. Добавление контрастных веществ во время фиксации и заливки повлияет на локализацию элементов в ваших образцах и диапазон обнаруживаемых рентгеновских лучей. Неокрашенные и криогенные образцы обеспечат лучший анализ локализации нативных элементов, тогда как окрашенные образцы могут предоставить структурную и функциональную информацию о вашем образце.Какие элементы представляют интерес для вашего анализа? Посмотрите на энергии рентгеновского излучения для этих элементов. Имеет ли одно из пятен (например, осмий) энергию рентгеновского излучения, аналогичную исследуемому элементу? Если да, можете ли вы исключить его из протокола подготовки образцов или использовать альтернативный краситель?

    Покрытие образца важно для SEM-EDS анализа биологических образцов, поскольку оно обеспечивает проводимость образца, уменьшая степень зарядки образца (накопление отрицательного заряда, которое искажает луч и электронные сигналы).Секции, залитые смолой, могут быть установлены непосредственно на шпильки и не требуют покрытия при использовании низких ускоряющих напряжений. Альтернативные подложки могут быть покрыты углеродом перед размещением на них секций. Блоки ткани, залитой смолой, или высушенные образцы должны быть покрыты слоем углерода толщиной 5-20 нм (в зависимости от образца). Важно сделать блок смолы как можно меньше. Чтобы прикрепить блок к заглушке образца, можно использовать подходящую эпоксидную или углеродную ленту. Покрытие краев образца или смоляного блока серебряной краской также улучшит проводимость.Углеродное покрытие поглощает некоторые рентгеновские лучи с меньшей энергией, например, испускаемые азотом. Если эти элементы имеют решающее значение для вашего анализа, используйте другой тип покрытия или альтернативный метод подготовки образца, такой как срезы.

    TEM-EDS изображение неокрашенной клетки из Arabidopsis thaliana. Клетка из сосудистого пучка листа. Образец фиксировали в альдегидах, обезвоживали и заливали в белила LR. Окрашивание до и после заливки не применялось. Карта элементов показывает ультраструктурную информацию о клетке без необходимости окрашивания с четко определенными ядрами (N) и вакуолями (V). Изображение было получено с использованием детектора Ultim Max TLE и программного обеспечения AZtecTEM. ПЭМ работала при 200 кВ в режиме STEM с размером пятна 2. Образец был наклонен на 20° в сторону детектора EDS. Элементарная карта была собрана с разрешением 1024 пикселя, временем выдержки 50 мкс и временем обработки 5,

    .

    3. Условия микроскопа

    Условия микроскопа играют важную роль в любой форме электронной микроскопии, и хорошей отправной точкой является использование условий, совместимых с вашим типом образца.Системы просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ)-ЭДС требуют возможности сканирующей визуализации ПЭМ (STEM). Наклон образца в сторону вашего детектора EDS на 20 градусов значительно меняет количество рентгеновских лучей, получаемых от образца. Доза луча на вашем образце повлияет на получаемый вами сигнал, но более высокие дозы также могут повредить или разрушить ваши образцы. Это особенно важно для крио-ЭМ.

    Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) биологических образцов обычно использует относительно низкое ускоряющее напряжение (5 кВ или меньше) для уменьшения повреждения образца и увеличения разрешения изображения. Это связано с тем, что ускоряющее напряжение (кВ) напрямую влияет на объем образца и взаимодействие электронного луча. Чем выше ваше кВ, тем дальше в ваш образец будут проникать электроны и тем больше объем, из которого производятся ваши электронные и рентгеновские сигналы. Соответствующее уменьшение кВ уменьшит объем взаимодействия и улучшит пространственное разрешение вашего сигнала. Чтобы максимизировать разрешение и соотношение сигнал-шум для анализа SEM-EDS для всех ускоряющих напряжений, вы должны использовать рабочее расстояние (это расстояние между вашим образцом и полюсным наконечником объектива), рекомендованное вашим поставщиком EDS.Например, Ultim Extreme часто имеет рекомендуемое рабочее расстояние микроскопа 10 мм.

    Генерация рентгеновского излучения

    зависит от элементов в вашем образце, а также от вашего кВ. Хорошим практическим правилом является использование ускоряющего напряжения, которое как минимум в 2,5 раза превышает энергию рентгеновского излучения, которое вы пытаетесь обнаружить. Обычно это проблема только для SEM-EDS, поскольку ускоряющие напряжения TEM обычно намного выше. Увеличение тока пучка или использование большей апертуры конденсора поможет увеличить количество рентгеновских лучей, генерируемых при низком кВ, регистрируемых как рентгеновские отсчеты.Требуемый диапазон ускоряющих напряжений будет влиять на выбор детектора. Наилучший анализ биологических образцов часто достигается при низком ускоряющем напряжении, где улучшенная чувствительность Ultim Extreme и его большой телесный угол (это поле зрения, увеличивающее размер и форму детектора EDS и уменьшающее расстояние от детектора до образца улучшает его телесный угол и количество рентгеновских лучей, которые могут быть обнаружены от образца) является огромным преимуществом.Для работы выше 7 кВ требуется линейка извещателей Ultim Max.

    Поверхность листа падуба с загрязнением серой (розовый) и кремнием (синий). Во избежание смывания загрязнений с поверхности образец не фиксировали. Образец был осторожно высушен и закреплен на алюминиевом стержне. Края образца были окрашены серебряной краской, а образец покрыт углеродом толщиной 20 нм. Изображение образца было получено с помощью детектора Ultim Extreme в РЭМ в режиме высокого разрешения и с ускоряющим напряжением 5 кВ при токе 1 нА.На сбор карты ушло 10 минут при разрешении 1024 пикселя, времени задержки пикселя 50 мкс и времени обработки 4.   

    4. Не торопитесь

    Можно собирать данные с очень низкой скоростью подсчета рентгеновских лучей, собирая рентгеновские снимки дольше. Используйте такие параметры, как время задержки в пикселях, разрешение изображения и карты, а также время обработки, чтобы оптимизировать условия визуализации или анализа. Вам может понадобиться много быстрых изображений, чтобы быстро построить карту вашего образца и оставить ее работать на 10-60 минут (или дольше), или вы можете сосредоточиться на получении 2 или 3 сканов области с длительным временем задержки. Вам нужно собрать рентген карту всего региона? Возможно, вам просто нужна меньшая площадь в контексте более широкой области. Я считаю, что при работе с биологическими образцами полезно отображать изображения с более высоким увеличением, где это возможно, поскольку я получаю более качественные карты элементов, которые анализирую, или использую меньшее увеличение и собираю данные из небольшой области в пределах моего поля зрения.

    При проведении длительного анализа важно максимально уменьшить дрейф пробы. В AZtec есть функция Autolock, которая позволит вам скорректировать дрейф образца.Я обнаружил, что это бесценная функция для биологических образцов, даже для тех, которые кажутся стабильными под электронным лучом.

    Я надеюсь, что эта статья помогла людям начать работу. Есть ли какие-нибудь советы или приемы, которые вы обнаружили? Есть ли здесь что-нибудь, о чем вы хотели бы узнать больше? Оставьте комментарий ниже, чтобы связаться с нашей командой, и просмотрите наши заметки по применению , чтобы найти больше примеров использования EDS с различными типами образцов.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.