소각 산란

Small-angle scattering

소각 산란(SAS)시준된 방사선이 방사선의 파장보다 훨씬 큰 구조물과 상호작용한 후 직선 궤적에서 벗어난 편향에 기초한 산란 기법이다. 편향이 작음(0.1-10°) 그래서 소각이라는 명칭이 붙었다. SAS 기법은 표본 내 구조물의 크기, 형태 및 방향에 대한 정보를 제공할 수 있다.

SAS는 10 å에서 수천 å까지 그리고 심지어 수만 개의 앵스트롬까지 대규모 구조물을 조사하는 강력한 기술이다. SAS 방법의 가장 중요한 특징은 무질서한 시스템의 내부 구조를 분석할 수 있는 잠재력이며, 이 방법의 빈번한 적용은 이와 같은 대형 스케일의 밀도 불균형을 무작위로 배열한 시스템에 대한 직접적인 구조 정보를 얻을 수 있는 독특한 방법이다.

현재 SAS 기법은 잘 발달된 실험 및 이론적 절차와 폭넓은 범위의 연구 대상들을 가지고 있으며, 물질의 구조적 분석의 자급자족적인 분야다. SAS는 소각 중성자 산란(SANS) 또는 소각 X선 산란(SAXS)을 가리킬 수 있다.

적용들

소각 산란은 임계 발광으로 알려진 위상 전환 시 발생하는 전방 산란이 극적으로 증가하기 때문에 특히 유용하며, 많은 물질, 생물학적 시스템은 이러한 테크닉이 가지는 유용한 길이 척도 범위와 일치하는 그 구조에서 흥미롭고 복잡한 특징을 갖고 있기 때문이다.ues 탐사 이 기술은 화학적 집적, 재료의 결함, 계면활성제, 콜로이드, 자성의 강자성 상관관계, 합금 분리, 고분자, 단백질, 생물학적 막, 바이러스, 리보솜, 고분자 등을 포함한 광범위한 과학 기술 용도에 걸쳐 귀중한 정보를 제공한다. 데이터의 분석은 크기, 모양 등에 관한 정보를 제공할 수 있지만, 모델 가정을 하지 않고 데이터의 예비 분석은 기니어의 방정식을 이용하여 입자의 집광 반경에 관한 정보만 제공할 수 있다.[1]

이론

연속체 설명

SAS 패턴은 일반적으로 산란 벡터 = ) / ( / { (\의 크기 함수로 산란 강도로 표현된다 여기서 2 은 산란 강도를 측정하는 검출기와 검출기 사이의 각도다 방사선의 파장이다. 산란 벡터의 한 가지 해석은 표본이 관측되는 분해능 또는 척도라는 것이다. 2상 샘플(예: 액체 서스펜션의 작은 입자)의 경우, 전형적인 SAS 분해능 범위에서 산란으로 이어지는 유일한 대비는 입자와 주변 액체 사이의 평균 산란 길이 밀도의 차이인 Δρ밖에 되지 않는데, 이는 원자 구조에 의한 ρ의 변화만이 가시블이 되기 때문이다.e 더 높은 각도에서 즉, SAS 패턴의 총 집적 강도(3D)는 제곱 Δ³에 비례하는 불변량이다.2 1차원 투영에서, 일반적으로 등방성 패턴에 대해 기록하듯이, 불변량은 I ( ) 2 {\가 되며 여기서 적분은 q=0에서 SAS 패턴이 끝나는 것으로 가정되고 회절 패턴이 시작되는 곳으로 실행된다. 또한 액체나 입자 내부에서 밀도가 달라지지 않는다고 가정한다. 즉, 이항 대조가 있다.

SACS는 SANS가 중성자 산란 길이 밀도 측면에서 기술되는 전자 밀도 측면에서 기술된다.

뽀로드의 법칙

SAS의 규모에서는 비교적 크지만 광각 Bragg 회절과 비교했을 때 여전히 작은 파동 수에서는 로컬 인터페이스 상호상관성이 조사되는 반면, 반대 인터페이스 세그먼트 간의 상관관계는 평균화된다. 원활한 인터페이스를 위해 Porod의 법칙을 얻는다.

이를 통해 입자의 표면적 S를 SAS로 결정할 수 있다. 이는 인터페이스가 척도 q에서−1 거칠다면 수정할 필요가 있다. 2-3 사이의 프랙탈 차원 d거칠기를 설명할 수 있다면 Porod의 법칙은 다음과 같이 된다.

입자에서 산란

입자에서 산란되는 작은 각도는 입자 형태나 크기 분포를 결정하는 데 사용될 수 있다. 작은 각도 산란 패턴은 크기 분포를 알 수 있을 때 다른 모델 형태에서 계산한 강도를 장착할 수 있다. 형상을 알 수 있는 경우 크기 분포를 강도에 적합시킬 수 있다. 일반적으로 후자의 경우 입자가 구형이라고 가정한다.

입자가 용액 내에 있고 크기가 균일한 분산성을 가진 것으로 알려진 경우, 일반적인 전략은 용액의 입자 농도를 측정하는 것이다. SACS 패턴에서 얻은 것은 하나의 입자에 대해 얻을 수 있는 강도 패턴으로 추정할 수 있다. 이는 인접 입자가 근접해 강도 패턴에 나타나는 작은 어깨인 농도 효과를 제거하는 데 필요한 절차다. 입자 사이의 평균 거리는 대략 2㎛/q*이며, 여기서 q*는 산란 벡터 범위 q에서 어깨의 위치다. 따라서 어깨는 용액의 구조에서 나오며, 이러한 기여를 구조 인자라고 한다. 소각 X선 산란 강도에 대해 쓸 수 있다.

어디에

  • () 산란 벡터의 크기 함수로서의 강도다.
  • () P(가) 폼 팩터임
  • () (가) 구조 요인이다.

낮은 농도의 입자에서 무한 희석까지의 강도를 추론할 때, 구조 인수는 1과 같으며, 폼 팩터 ( )로부터 입자 형상의 결정을 더 이상 방해하지 않는다 그러면 기니에 근사치(안드레 기니에 다음에 기니에 법칙이라고도 함)를 쉽게 적용할 수 있다.r)는 작은 q-message에서 산란 곡선의 맨 처음에만 적용된다. Guinier 근사치에 따르면 작은 q에서의 강도는 입자의 회전 반경에 따라 달라진다.[2]

입자 형태 결정의 중요한 부분은 일반적으로 거리 분포 함수 ( r) 이다 이 함수는 푸리에 변환[3] 사용하여 강도로부터 계산할 수 있다.

거리 분포 함수 ( )은 입자 내 특정 거리 의 주파수와 관련이 있다. 따라서 입자의 가장 큰 직경에서 0으로 간다. = 에서 r r의 곱셈으로 시작한다 ( ) 함수의 모양은 이미 입자의 모양에 대해 무엇인가를 말해주고 있다. 함수가 매우 대칭적이면 입자도 구체처럼 대칭성이 높다.[2] 거리 분포 함수를 크기 분포와 혼동해서는 안 된다.

입자 모양 분석은 특히 단백질과 다른 천연 콜로이드 폴리머의 모양을 결정하는 생물학적 소각 X선 산란에서 인기가 있다.

역사

소각 산란 연구는 안드레 기니에(1937년)에 의해 시작되었다.[4] 이어서 피터 데비예,[5] 오토 크라스키,[6] 귄터 포로드,[7] R. 호스만[8] 등은 이 방법의 이론적·실험적 기초가 개발되어 1960년경까지 확립되었다. 이후 1970년대부터 이 방법을 정제하는 새로운 진보가 시작돼 오늘날에도 이어지고 있다.

조직

'저해상도' 회절 기법으로서 소각 산란계의 세계적인 이해관계를 국제결정학연맹(IUCR/CSAS) 소각 산란위원회(Small-Angle Disclosing Commission on Committee of International Crystalography, IUCR/CSAS)에 의해 촉진 및 조정한다. 커뮤니티 주도의 네트워크와 프로젝트도 다수 존재한다. 그러한 네트워크 중 하나인 CANSAS(Collective Action for Normal Small-Angle Scatters)는 기술의 글로벌성을 강조하면서, 기계의 교정 표준과 데이터 파일 형식의 개발을 지지한다.

국제 회의

소각 산란을 주제로 한 국제회의의 오랜 역사가 있다. 이들은 총회 개최를 희망하는 개별 단체들이 독자적으로 주최한다. 컨퍼런스의 주최자는 IUCr/CSAS와 컨퍼런스 세부사항에 대해 협력하는 경우가 많다. 2006년부터 3년 간격으로 회의 순서가 열렸다. 회의 참석자들은 다음 회의 개최에 대한 입찰에 대해 투표할 것이다.

컨퍼런스 히스토리

  • 2024, XIX, 타이베이, 대만
  • 2022년, 16세, 브라질 캄피나스
  • 2018년, 미국 미시간 주 트래버스시티 XII
  • 2015년, 16세, 독일 베를린
  • 2012년, XV, 시드니, 오스트레일리아
  • 2009년, 영국 옥스포드, XIV
  • 2006년, 일본 교토, XIII
  • 2002년, 이탈리아 베니스, XII
  • 1999, XI, Upton, New York, US
  • 1996, X, Campinas, 브라질
  • 1993년 프랑스 새클레이 IX
  • 1990년 8월, 벨기에 루벤
  • 1987년, VII, 프라하, 체코슬로바키아
  • 1983년, 독일 함부르크 6세
  • 1980, V, 독일 베를린
  • 1977년 4월, 미국 테네시 주 개틀린버그
  • 1973년, 3월, 프랑스 그르노블
  • 1970, II, 그라츠, 오스트리아
  • 1965년, 나, 시러큐스, 미국 뉴욕

수상

국제 회의에서 여러 상이 수여된다.

안드레 기니에 상

안드레 기니에 상(안드레 기니에 경의를 표함)은 평생의 업적, 중대한 돌파구 또는 소각 산란 분야에 대한 탁월한 공헌을 위해 수여된다. 이 상은 IUCr과 회의 주최자가 후원한다. 이전 기니어상 수상자:

  • 2018 – 드미트리 스버건(EMBL, 독일)
  • 2015 – Sow-Hsin Chen (MIT, 미국)
  • 2012 – 오토 글래터(오스트리아 그라츠 대학교)
  • 2009년 – 비토리오 루자티(Centre de Génétique Moléculaire, CNRS, Gif-sur-Ivet, 프랑스)
  • 2006년 – 하인리히 B. 스투르만(GKSS Forschungzentrum Geesthacht, 독일)
  • 2002 – Michael Agamalian(ORL, Oak Ridge, TN, 미국)

오토 크라스키상

오토 크라스키 상은 SACS에서 일하는 뛰어난 젊은 과학자에게 수여된다. 이 상은 안톤-파아르가 후원한다. 자격을 얻으려면 그해 국제학회에 완전히 등록된 참석자가 되어야 하고, SACS를 활용한 추상적인 내용에 대해 저자 또는 공동저자가 되어야 하며, 박사학위 졸업일로부터 35세 미만 또는 5년 미만이어야 한다.

수상 배심원단은 회의 주최자와 안톤 파아르의 스태프들에 의해 소집된다.

이전 Kratky상 수상자:

  • 2018 – Andreas Hahr Larsen (덴마크 코펜하겐 대학교)
  • 2015 – 마리안 리비(PSI, 스위스)
  • 2012 – Ilja Voets (TU 아인트호벤)
  • 2009 – Cedric Gommes (벨기에 리게 대학교)

참조

  1. ^ 기니에/포넷, 4장
  2. ^ a b Svergun DI; Koch MHJ (2003). "Small-angle scattering studies of biological macromolecules in solution". Rep. Prog. Phys. 66 (10): 1735–1782. Bibcode:2003RPPh...66.1735S. doi:10.1088/0034-4885/66/10/R05.
  3. ^ Feigin LA; Svergun DI (1987). Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering (PDF). New York: Plenum Press. p. 40. ISBN 0-306-42629-3.
  4. ^ A. 기니에, C.R. Hebd: Séans Acad. Sci. 2o4, 1115 (1937)
  5. ^ P.Debye, A.Bueche J. Appl. 체육관 28,679 (1949년)
  6. ^ O. Kratky: Naturwiss 26,94 (1938)
  7. ^ 콜로이드 Z. 124,83 (1951년)
  8. ^ R. 호스만: 콜로이드-Z.177,13 (1950)

교과서