Agradecemos suas contribuições computacionais com este projeto Juan Vasquez. Agradecemos o apoio do Vassar College graduação pesquisa Summer Institute (URSI), o fundo de investigação do salmão de Maynard Lucy e NSF prêmio n º 1058385.

1. manutenção e crescimento de c. elegans <ol><li>preparar pratos de cultura nematoide.
	<ol><li>Encher os pratos de Petri com uma solução de agar e deixá-los para solidificar-se, em seguida, estirpe de semente com uma cultura de Escherichia coli do OP50 9 , 10.</li>
	</ol></li> <li>Preparar uma população inicial de nematoides adultos em cada prato, movendo vários vermes adultos para fresco cheio de ágar de Petri com um patch de Escherichia coli. Manter as culturas nematoides a 20 ° C em uma incubadora. 
	Nota: Cepas nematoides podem ser obtidas do centro de genoma elegans de Caenorhabditis. Para este estudo, o tipo selvagem, N2, tensão e o OH7547 (otls199 [gato-2::GFP + rgel-1 (F25B3.3):: dsRed + rol-6(su1006)]) tensão, que exibe um fenótipo de rolo, foram utilizadas.</li>
	<li>Propagar vermes para culturas futuras.
	<ol><li>Remover o Petri prato contendo c. elegans e um habitat não utilizado de Petri da incubadora com temperatura controlada. Colocá-los no palco de um microscópio dissecação.</li>
		<li>Acender o queimador de Bunsen e esterilizar a palheta de nematoides platina colocando o metal a chama até brilha vermelho. Permita a escolha arrefecer à temperatura ambiente. Não definir a palheta para baixo ou deixe-a escolher entrar em contato com contaminantes.</li>
		<li>Tocar suavemente a ponta da palheta até a borda do círculo de bactérias. Esta substância é pegajosa e fará a colheita individuais nematoides adultos mais fácil.</li>
		<li>Transferir até 4 gravid nematoides para uma placa de Petri cheia de ágar nematódeo crescimento médio (NGM) e incube a 20 ° C. Os vermes colocarão ovos que vencerão em quatro dias.</li>
		<li>Retornar os nematódeos restantes para a incubadora após mover quatro nematódeos adultos.</li>
	</ol></li></ol> 2. Configuração óptica ( Figura 1) <ol><li>seguro o hélio-neon laser perto do canto esquerdo atrás de bancada óptica e conectá-lo a uma fonte de poder. 
	Nota: O laser &#39; feixe s deve cumprir os requisitos para sobreamostragem. O c. elegans são aproximadamente 1 mm de comprimento, portanto o feixe de laser deve ter um diâmetro maior que 2 mm, enquanto o incidente sobre o nemátodo do Pinheiro, mas não superior a 5 mm, para que o padrão de difração não é difícil de localizar.</li>
	<li>Coloque um filtro de densidade neutra entre o laser de hélio-neon e a amostra de tal forma que o feixe de laser percorre o filtro antes de chegar a amostra.</li>
	<li>Usando alumínio superfície frontal de direção dois espelhos, construir um periscópio, fixando-se o primeiro espelho após o filtro de densidade neutra. Fixe o espelho segundo cerca de 10 cm abaixo o primeiro espelho para dar espaço para orientar o feixe de laser e inserir a cubeta entre os espelhos. Alinhar o raio laser e a cubeta do modo que o feixe de laser percorre verticalmente a cuvete. 
	Nota: A distância entre o organismo diffracting o fotodiodo deve ser muito maior do que o organismo em si para alcançar o distante-campo difração. Neste experimento, a distância entre a cubeta para o fotodiodo é de 20 cm.</li>
	<li>Segura o fotodiodo diretamente em frente ao espelho a segunda com seu sensor de frente para o espelho. 
	Nota: A cubeta contendo o nematódeo será colocada entre os dois espelhos utilizando grampos de química. Consulte as seções 4 e 5.</li>
	<li>Colocar uma cubeta cheio de água para depor. Ajuste a altura do estande. Ajustar as alturas e os ângulos de mirror 1 e mirror 2 de modo que o feixe de laser percorre a cubeta vista perto mas não diretamente o fotodiodo.</li>
	<li>Use um nível para garantir a forma de bancadas uma superfície nivelada para a cubeta. Se necessário, reajustar os espelhos mais.</li>
	<li>Conectar o fotodiodo osciloscópio digital usando o cabo USB fornecido com o osciloscópio digital. Conecte o osciloscópio digital para o computador que será usado para gravar e salvar os dados.</li>
</ol> 3. Instalação do osciloscópio <ol><li>usando o software para o osciloscópio no computador, defina a taxa de amostragem pelo menos 8 Hz para resolver o ciclo de goleada do worm suficientemente. 
	Nota: A taxa de amostragem deve ser mais do dobro que das frequências esperadas goleada da espécie para que o teorema de Nyquist 11 é satisfeita.</li>
</ol> 4. Preparando o verme e a Cuvette para coleta de dados <ol><li>transferir quatro nematoides adultos para um fresco NGM 10 cheio de ágar Petri prato utilizando um palito fino, achatado fio de platina (ver secção 1.3).</li>
	<li>Remover uma cubeta descartável de plástico da embalagem, tendo o cuidado de só tocar a cubeta em seus lados estriadas.</li>
	<li>Uso uma micropipeta para pipetar água destilada para a cubeta até a cubeta é aproximadamente 80% preenchida com água destilada. 
	Nota: É importante somente água destilada ou ionizadas buffers como M9 10 ou tampão fosfato salino (PBS) ao manusear os nematódeos, como a água da torneira contém compostos de microorganismo-matança.</li>
	<li>Colocar o prato de Petri contendo o c. elegans, para ser usado em um escopo de dissecação.</li>
	<li>Usando a picareta platina, retire o prato de Petri um maduro c. elegans e mergulhe a palheta da cubeta, movendo-se a palheta em círculos se necessário para desalojar o nematódeo.</li>
	<li>Para evitar bolhas, formando-se na cubeta, encher a cubeta com água até que protrai ligeiramente sobre a cubeta &#39; top s. Encher a cubeta &#39; cap s inteiramente com água, em seguida, rapidamente, coloque a tampa para a cubeta.</li>
	<li>Use um pano de limpeza óptico para remover as gotas de água que podem ter derramado sobre e ópticos de limpeza papel para limpar quaisquer pequenas gotículas restantes.</li>
</ol> 5. Aquisição de dados em tempo real das mudanças de intensidade de padrão de difração <ol><li>ativar o hélio-neon laser e ajustar a configuração de frequência/cor para que produz um feixe vermelho. Ligue o sensor. 
	Atenção: Usar um feixe de baixa energia em 632 nm, como c. elegans evitar luz de alta frequência (azul) 12.</li>
	<li>Localizar o verme da cubeta. Segurando a cubeta em seus lados estriadas, delicadamente incline a cubeta até nematódeo é aproximadamente no centro da parte da cuvete. 
	Nota: A tremer ou inclinando a cubeta violentamente faz com que o worm colidir com as paredes da cubeta. Isso pode danificar o nemátodo do pinheiro.
	<ol><li>Lugar da cubeta para depor no sistema óptico, centrando o verme dentro do laser &#39; feixe s refletida do Mirror 1 Mirror 2. Certifique-se de eliminar luz.</li>
	</ol></li> <li>Center o verme no feixe de laser.
	<ol><li>Coloque o fotodiodo no padrão de difração, de modo que a localização do fotodiodo e o central no máximo o padrão de difração não coincidem.</li>
		<li>Ajustar o filtro de densidade neutra para evitar a saturação do fotodiodo. Girando a roda do filtro de densidade neutra regula a intensidade da luz.
		<ol><li>Girar a densidade neutra de filtro para que aumenta a tensão de saída a partir do fotodiodo. 
			Nota: A saída de tensão é observada usando o software para o fotodiodo digital. O fotodiodo é saturado, se a tensão não muda. Nesse caso, gire o filtro de densidade neutra até que a tensão reduz sem achatamento para fora em uma leitura mínima. Certifique-se de que o sinal de tensão não achatar com as leituras de pico, indicando saturação do fotodiodo. Reduzir a intensidade da luz rodando a roda de filtro de densidade neutra se for observada saturação.</li>
		</ol></li> <li>Uma vez que o padrão de difração em movimento é visíveis, coletar dados com o fotodiodo clicando no botão iniciar o software controlando o osciloscópio enquanto monitora o verme &#39; movimento s. Continuar a tomar medidas, até que o verme se move fora do raio laser e o diffracção padrão desaparece, que normalmente leva cerca de 20 s.
		<ol><li>Para a coleta de dados processo clicando no botão de paragem do software para o osciloscópio. Salvar cada julgamento &#39; dados em formato. csv ou. txt.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Repita os passos 5.2-5.3 até pelo menos 50 conjuntos de dados foram coletados para cada fenótipo. Usar animais de oito a dez por julgamento.</li>
	<li>Se a cubeta é riscado dispose e o worm, e repita a etapa 4. Se o worm é prejudicado na transferência, descartá-lo e lave a cubeta com água destilada antes de repetir a etapa 4 usando a mesma cubeta.</li>
	<li>Repita o passo 5, usando o OH7547 &#34; rolo &#34; tensão, tendo o cuidado de rotular os dados para indicar a tensão de worm.</li>
</ol> 6. Espectro de Fourier de dados <ol><li>importar os dados adquiridos em um programa de análise de dados capaz de realizar Discrete Fourier transforma 3.</li>
	<li>Executar Fourier transforma-se em cada conjunto de dados usando a opção de transform (FFT) de Fourier rápida do software.</li>
	<li>Média das frequências dos resultados da FFT para cada amplitude para o tipo selvagem N2 vermes.</li>
	<li>Repita o passo 6.3 usando a Fourier do OH7547 &#34; rolo &#34; vermes.</li>
</ol> 7. Modelagem do espectro de Fourier <ol><li>programa um modelo binário do nemátodo locomoção (ver programa incluído nos materiais suplementares). 
	Nota: Este modelo é uma aproximação áspera, que no primeiro, ele exibe as características proeminentes do movimento de verme. O modelo pode ser refinado como os resultados são comparados com vermes reais. Formas de worm são aproximações usando microscópio imagens 13.
	<ol><li>Criar quadros sequenciais do modelo binário movendo-se através de pelo menos dois ciclos de worm ( Figura 2a). Veja os vídeos dos materiais suplementares; C Worm vídeo (CWorm.avi) e vídeo W Worm (WWorm.avi).</li>
	</ol></li> <li>Produzir padrões de difração sequencial. Veja os vídeos dos materiais complementares. C Worm difração vídeo (CWormDiff.avi) e Worm W vídeo (WWormDiff.avi).
	<ol><li>De Fourier cada binário quadro da imagem worm. Quanto maior o preenchimento do quadro ao redor do worm, o melhor a resolução da imagem de difração será. 
		Nota: O valor absoluto de cada quadro de transformada de Fourier é proporcional para o padrão de difração correspondente ( Figura 2b).</li>
		<li>Ajustar o contraste do padrão de difração, mapeando as intensidades do padrão de difração para uma escala logarítmica. 
		Nota: As câmeras e os olhos tendem a funcionar em uma escala não-linear. Uma escala logarítmica pode simular como um padrão de difração é normalmente percebido pelo olho humano.</li>
	</ol></li> <li>Extrair o sinal de difração modelados.
	<ol><li>Escolher uma localização fora do centro que corresponde à posição do fotodiodo no padrão de difração.</li>
		<li>Adicionar os elementos de matriz vizinhas ao redor a localização do fotodiodo para simular o tamanho do fotodiodo. O tamanho do fotodiodo é tipicamente 0.1% do padrão de difração modelados.</li>
		<li>Registro e trama a sequência da magnitude da difração de sinais. Verifique se o sinal é fisicamente razoável (ou seja, no caso de periódica surra, o sinal do fotodiodo deve ser periódico também).</li>
	</ol></li> <li>Fourier transforma o sinal de difração Obtido em 7.3 e comparar resultados com os dados experimentais.</li>
	<li>Repetir por várias cepas de verme e comparar.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Magnes, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Freely+Swimming+C.+elegans+Using+Laser+Diffraction.">Analysis of Freely Swimming C. elegans Using Laser Diffraction.</a> Open J. Biophys. 2, 101-107 (2012).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K. M., Eells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Locomotion+Study+of+Freely+Swimming+Micro-organisms+Using+Laser+Diffraction.">Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction.</a> J. Vis. Exp. (68), (2012).</li><li>James, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Student's Guide to Fourier Transforms with Applications in Physics and Engineering. , (1995).</li><li>Korta, J., Clark, D. A., Gabel, C. V., Mahadevan, L., Samuel, A. D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanosensation+and+mechanical+load+modulate+the+locomotory+gait+of+swimming+C.+elegans.">Mechanosensation and mechanical load modulate the locomotory gait of swimming C. elegans.</a> J. Exp. Biol. 210, (2007).</li><li>Martin-Garcia, J. M., Conrad, C. E., Coe, J., Roy-Chowdhury, S., Fromme, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serial+femtosecond+crystallography:+A+revolution+in+structural+biology.">Serial femtosecond crystallography: A revolution in structural biology.</a> Arch. Biochem. Biophys. 602, 32-47 (2016).</li><li>Thibault, P., Rankenburg, I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+diffraction+microscopy+in+a+teaching+laboratory.">Optical diffraction microscopy in a teaching laboratory.</a> Amer. J. Phys. 75 (9), 827-832 (2007).</li><li>Miao, J., Ishikawa, T., Anderson, E. H., Hodgson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+retrieval+of+diffraction+patterns+from+non+crystalline+samples+using+the+oversampling+method.">Phase retrieval of diffraction patterns from non crystalline samples using the oversampling method.</a> Phys. Rev. B. 67, 174104 (2003).</li><li>Zhang, Y. P., Zhang, J. Q., Xu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+eliminating+zero-order+diffraction+in+lensless+Fourier+transform+digital+holography.">Method for eliminating zero-order diffraction in lensless Fourier transform digital holography.</a> Optik - International Journal for Light and Electron Optics. 124 (21), 4873-4875 (2013).</li><li>Brody, A. H., Chou, E., Gray, J. M., Pokrywka, N. J., Raley-Susman, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mancozeb-induced+behavioral+deficits+precede+structural+neural+degeneration.">Mancozeb-induced behavioral deficits precede structural neural degeneration.</a> NeuroToxicology. 34, 74-81 (2013).</li><li>Stiernagle, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+C.+elegans.">Maintenance of C. elegans.</a> WormBook. , (2006).</li><li>Dasalukunte, D., &#214;wall, V., Rusek, F., Anderson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Faster than Nyquist Signaling. Algorithms to Silicon. , (2014).</li><li>Edwards, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+molecular+solution+for+ultraviolet+light+detection+in+Caenorhabditis+elegans.">A novel molecular solution for ultraviolet light detection in Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Biol. 6 (8), e198 (2008).</li><li>Bilbao, A., Wajnryb, E., Vanapalli, S. A., Blawzdziewicz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nematode+Locomotion+in+Confined+and+Unconfined+Fluids.">Nematode Locomotion in Confined and Unconfined Fluids.</a> Phys. Fluids. 25, 081902 (2013).</li></ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Incluindo os trechos de dados com a inatividade distorcerá os resultados desde frequências mais baixas de artificiais vão ser em média em resultados. Saturar o fotodiodo pode ser reconhecido por picos planos ou picos de "cortar" os dados em bruto. Dividindo cada conjunto de dados bruto por intensidades de pico vai ajudar com a contabilidade para as flutuações na intensidade do laser.
As frequências de pico são um indicador da global se debatendo a frequência; no entanto, o movimento complicado causa interferência em frequências beat no padrão de difração e precisa ser examinado cuidadosamente.
Esse método pode ser usado para investigar a locomoção de outros nematoides. O ambiente pode ser alterado para outro meio. Comprimentos de onda podem ser alterados também. Trabalhando na faixa visível do espectro eletromagnético é mais fácil e mais seguro.
Um modelo mais refinado simulará os espectros de difração mais realisticamente no futuro. Um futuro modelo pode incluir um worm que pode alterar as orientações, que não afetaria a frequência locais mas alturas ou relativo. Um modelo mais realista permitiria uma distribuição probabilística de frequências de goleada, que iria ampliar os picos como os dados experimentais. Uma propagação em frequências explicaria as variações nas frequências de goleada.
A forma atual do worm é bruta, especialmente na região da cabeça e cauda, que deve ser mais cônico do que no modelo atual. Pode ser interessante realizar uma análise detalhada da série hora do sinal desde que pode dar pistas sobre a complexidade da locomoção em diferentes mutantes.
Vale a pena considerar a praticidade de expandir essa técnica para caracterizar vários nematoides simultaneamente. Este método deve ser entendido como um método complementar aos métodos existentes usando microscópios tradicionais. Este método tem a vantagem de não exigir um microscópio durante a aquisição de dados para que o worm pode mover-se fora do plano focal. Os espectros de frequência média mostram claras diferenças no movimento do verme e podem ser quantificados pelos picos de frequência predominante, que é um método novo para quantificar a locomoção da minhoca. Análise de dados de assinaturas de difração está em desenvolvimento e espero que conduzirá a um processo de identificação automatizada de vários mutantes e indivíduos.

Este método compara espectros de frequência experimental e modelada a locomoção de c. elegans usando duas linhagens com diferentes padrões locomotora. Os resultados mostram que o espectro de frequência depende de mudanças temporais como o nematódeo nada em uma coluna de água, para que imagens microscópicas clara não são necessários para a análise. Este método permite a análise em tempo real quantitativa e fornece informações complementares para imagens e vídeos obtidos com microscópios tradicionais. Difração de Fraunhofer, também chamada de difração consideravelmente-campo, fornece a base para a obtenção de dados de difração ao vivo1,2. A intensidade da luz em qualquer ponto no padrão de difração é o resultado da sobreposição de luz de cada ponto do contorno do nematoide3. Como resultado, a intensidade da luz coletada ao longo do tempo carrega informações sobre a locomoção do nemátodo. Analisar o sinal de difração de tempo-dependente pode identificar o movimento característico do mutante correspondente desde analisar todas as frequências envolvidas na locomoção complementa a tradicional análise de vídeo. Neste caso, confirmam-se as diferenças características entre a locomoção do "rolo" e selvagem tipo c. elegans , comparando os espectros de frequência das duas estirpes diferentes do nemátodo do pinheiro.
Algumas características anteriores foram confirmadas através da análise de frequência de sinais de difração, como natação frequências2,4. Mais importante ainda, este método pode ser usado como um método complementar para microscopia tradicional para observar a locomoção em tempo real na tela do computador, como os dados estão sendo coletados. O espectro de frequência de vermes com padrões distintos de locomotor pode ser quantificado por considerar que o Fourier transforma sinal do sinal de difração.
A natureza multidisciplinar da difração de Fourier-baseado neste trabalho envolve os campos da biologia e da física. Difração por sob amostragem tem sido muito utilizada para investigar estruturas de cristal em biologia5 e outros campos. Neste experimento, no entanto, oversampling6,7 cria o padrão de difração consideravelmente-campo para que o organismo está centralizado no feixe de laser. Sobreamostragem é normalmente usada para lente menos imagem8 em conjunto com um algoritmo de recuperação de fase que reconstrói uma imagem do objeto original. Fase de recuperação é difícil de alcançar quando para disseminar está presentes, como é o caso com um nematódeo. A assinatura de difração temporal é suficiente para avaliar frequências chaves do movimento de verme. Esse método é menos desgastante computacionalmente e fornece um caminho óptico para quantificar a locomoção. Esta técnica pode ser facilmente adaptada para a análise de mutações ou condições ambientais que alteram o comportamento.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Tunable Helium-Neon laser</td>
			<td>Research Electro-Optics</td>
			<td>30602</td>
			<td>Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 Front Surface Aluminum Mirrors</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-F01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode: SI Amplified Detector</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PDA 100A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Cuvette</td>
			<td>Starna Cells</td>
			<td>21/G/5</td>
			<td>Plastic cells may be used as well.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatLab (Software)</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2016b (9.1.0.441655)</td>
			<td>Use the fft command to simulate diffraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>14.7.1</td>
			<td>Used for data analysis of Fig. 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caenorhabditis elegans Roller</td>
			<td>University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC)</td>
			<td>Strain: OH7547 
			Genotype: otIs199.</td>
			<td>https://cbs.umn.edu/cgc/home</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caenorhabditis elegans Wild Type</td>
			<td>University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC)</td>
			<td>Strain:N2 Genotype: C. elegans wild isolate</td>
			<td>https://cbs.umn.edu/cgc/home</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fourier-based diffraction analysis of live caenorhabditis elegans

Este manuscrito descreve como classificar nemátodes usando assinaturas de difração de longe-campo temporal. Um único c. elegans é suspenso em uma coluna de água dentro de uma cubeta do óptica. 632 nm onda contínua aqui vai laser é dirigido através da cubeta usando espelhos de superfície frontais. Uma distância significativa de pelo menos 20-30 cm viajado depois a luz passa através da cubeta garante um padrão de difração (Fraunhofer) consideravelmente-campo útil. As mudanças do padrão de difração em tempo real como o nematódeo nada dentro do feixe de laser. O fotodiodo é colocado fora do centro no padrão de difração. O sinal de tensão proveniente do fotodiodo é observado em tempo real e gravado usando um osciloscópio digital. Este processo é repetido para 139 tipo selvagem e 108 "rolo" c. elegans. Vermes do tipo selvagem exibem um padrão de oscilação rápida na solução. Os vermes "rolo" tem uma mutação em um componente-chave da cutícula que interfere com locomoção macia. Intervalos de tempo que não estão livres de saturação e a inatividade são descartados. É prático dividir cada média por seu máximo para comparar intensidades relativas. O sinal para cada worm é a transformada de Fourier para que o padrão de frequência para cada verme emerge. O sinal para cada tipo de verme é média. Os espectros de Fourier em média para o tipo selvagem e o "rolo" de c. elegans são distintamente diferentes e revelam que as formas de worm dinâmico das duas estirpes worm diferentes podem ser distinguidas usando análise de Fourier. O espectro de Fourier de cada estirpe worm coincidir com um modelo aproximado usando duas formas diferentes de worm binário que correspondem a momentos locomotora. O envelope com a distribuição de frequência em média para vermes reais e modelados confirma o modelo coincide com os dados. Este método pode servir como base para a análise de Fourier para muitas espécies microscópicas, como cada microorganismo terá seu único espectro de Fourier.

A óptica instalação experimental mostrada na Figura 1 permite o estudo de microorganismos sem ser amarrado a um plano focal. O sinal de goleada do fotodiodo pode ser observado em tempo real na tela do computador, como os dados são coletados. Padrões incomuns será visíveis imediatamente sem ter que analisar um vídeo em detalhes.
Exemplos de movimento modelados worm sequencial e difração correspondente padrões são mostrados na Figura 2. Os padrões de difração modelados qualitativamente assemelham-se padrões experimentais1 e são uma indicação inicial que as simulações modelo com êxito o nemátodo do pinheiro.
Uma assinatura de difração temporal de amostra dos dois tipos de c. elegans estudada aqui é mostrada na Figura 3. Ele pode ser visto qualitativamente que cada nematoide debulha em diferentes taxas e amplitudes. Algumas das diferenças podem ser quantificadas através de encaixe como foi feito na publicação anterior1de curva. A discreta de Fourier, no entanto, revela mais detalhes sobre frequências incorporadas:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq1.jpg">, (1)
onde Fk é o digital de Fourier (FT) e fn é o sinal de difração bruto dependente do tempo, com o tempo discreto n a variável e a variável de frequência discreta k. N é o número total de pontos de dados. A média de Fourier digital permite o nematódeo ser identificado pela amplitude do seu espectro de frequência de difração (Figura 4). O espectro de tipo selvagem é dominado por frequências mais baixas do que o espectro do movimento do rolo.
Um modelo que se aproxima o tipo selvagem contra as notas de c. elegans do rolo do tipo selvagem tende a goleia em um movimento de (forma W ou S) forma de onda (Figura 2a), enquanto o rolo tende a favorecer um lado que mais ou menos semelhante a uma forma de C oscilante ( Figura 5). Isto oferece uma explicação para os diferentes espectros. O rolo principalmente formarão um C para um lado enquanto a oscilação W pode ser pensada como dois opostos C movimentos. Por este motivo, o movimento de W é mais complexo, revelando as frequências baixas secundárias mais do que o movimento de C. Este resultado é confirmado no modelo computacional. A forma de W tem uma densidade de frequência muito maior do que a forma de C (Figura 6). Isso é confirmado no FFT na Figura 4 , onde as frequências de rolo são agrupadas mais enquanto não completamente discreta. As estatísticas do rolo são distorcidas desde o rolo pode reverter para locomoção de tipo selvagem temporariamente.
Os espectros de potência suavizados de rolo tipo c. elegans mostra um pico amplo no ~1.5 Hz, enquanto o natação selvagem tipo c. elegans exibe um espectro multimodal (incluindo picos a ~1.0 Hz e Hz 1,75). O fotodiodo (PD) tem um tamanho finito espalhando sobre vários elementos de matriz. Elementos de matriz individual ou pontos sobre o padrão de difração variam em intensidade desde que varia de interferência construtiva e destrutiva; no entanto, as frequências em que variam as intensidades são o mesmo para todos os elementos de matriz, como pode ser visto na Figura 7. Considerando a derivada do tempo EQ. 1, pode ser visto que as flutuações de frequência não depende na matriz da fase, mas somente em flutuações do objeto original:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq2.jpg">, (2).
Como o PD se espalha sobre vários elementos de matriz, os locais de pico médio para um perfil de frequência consistente. Algumas variações podem ser esperadas e podem dar pistas sobre a orientação do worm. A distribuição de frequência vai mudar como a marcha das mudanças worm. O modelo atual é um modelo simples que só permite a avaliação dos locais de pico ao invés de alturas ou relativo. Diferentes padrões locomotora média para locais diferentes de pico.

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig1.jpg"> 
Figura 1. Instalação experimental. As viagens de feixe de laser de baixa potência através do filtro de densidade neutra, é refletida pelo espelho M1 para baixo através da cubeta que contém o worm no espelho M2 e viaja para o fotodiodo. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig2.jpg"> 
Figura 2. Verme sequenciais formas e padrões de difração correspondente. (um) alguns selecione imagens binárias sequenciais do modelado W forma nematódeos e os padrões de difração sequencial correspondentes (b). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig3.jpg"> 
Figura 3. Assinaturas de difração da amostra experimental. Assinaturas de difração coletados para (um) OH7547 "rolo" e (b) N2 selvagem tipo c. elegans , usando um único fotodiodo no padrão de difração. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig4.jpg"> 
Figura 4. Experimental em média potência espectros de rolo e série de difração de Fraunhofer de tipo selvagem. O show de espectros as frequências presentes na média de Fourier da série tempo gravado com o fotodiodo. Um filtro gaussiano de desvio padrão 0,075 Hz, truncado no 3 desvios-padrão, é usada para a suavização. Observe o pico espectral largo em ~1.5 Hz no espectro do rolo suavizados, comparado com o espectro de multimodal suavizados selvagem tipo (incluindo picos a ~1.0 e 1.75 Hz). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig5.jpg"> 
Figura 5. Ilustração de formação difração. Padrões de difração podem ser modelados por pensar em cada segmento de linha como uma linha reta infinitamente pequena (à esquerda). Sobrepondo estas linhas (à direita) demonstra a construção de padrões de difração consideravelmente-campo gerado por um C em forma de nematódeo. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig6.jpg"> 
Figura 6. Simulado de espectros de potência do rolo e série de difração de Fraunhofer de tipo selvagem. (um) C forma e (b) W forma minhocas com o fotodiodo centrado nos elementos de matriz 200 (vertical) e 175 (horizontal). A forma de W mostra uma densidade mais elevada das frequências devido a locomoção mais complexa. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig7.jpg"> 
Figura 7. Simulado de espectros de potência do rolo e série de difração de Fraunhofer tipo selvagem em locais diferentes do fotodiodo. (um) W forma verme e o verme de forma (b), C para elementos de matriz única em vários locais, simulando vários locais do fotodiodo. Alturas variam por vários locais; no entanto, locais de pico são os mesmos para formas específicas. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

Este manuscrito descreve como distinguir diferentes nemátodes usando assinaturas de difração consideravelmente-campo. Comparamos a locomoção de 139 tipo selvagem e 108 "rolo" c. elegans por uma média de frequências associadas a assinatura de difração de Fraunhofer temporal em um único local usando um laser de onda contínua.

Fourier-com base em análise de difração de viver Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column ...

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Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

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7.9K visualizações.  Vassar College. Este manuscrito descreve como distinguir diferentes nemátodes usando assinaturas de difração consideravelmente-campo. Comparamos a locomoção de 139 tipo selvagem e 108 "rolo" c. elegans por uma média de frequências associadas a assinatura de difração de Fraunhofer temporal em um único local usando um laser de onda contínua.

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Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Análise de Contato Interfaces para únicos dispositivos de nanofios de GaN

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Engenharia

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, acceleration and forces involved in the locomotory behavior of nematodes suspended in a column of water in response to single wavelengths of light. We demonstrate how to evaluate the locomotion of a microscopic organism using Single Wavelength Shadow Imaging (SWSI) using two different examples.
The first example is a systematic and statistically viable study of the average descent of C. elegans in a column of water. For this study, we used living and dead wildtype C. elegans. When we compared the velocity and direction of nematode active movement with the passive descent of dead worms within the gravitational field, this study showed no difference in descent-times. The average descent was 1.5 mm/sec &#177; 0.1 mm/sec for both the live and dead worms using 633 nm coherent light.
The second example is a case study of select individual C. elegans changing direction during the descent in a vertical water column. Acceleration and force are analyzed in this example. This case study demonstrates the scope of other physical properties that can be evaluated using SWSI while evaluating the behavior using single wavelengths in an environment that is not accessible with traditional microscopes. Using this analysis we estimated an individual nematode is capable of thrusting with a force in excess of 28 nN.
Our findings indicate that living nematodes exert 28 nN when turning, or moving against the gravitational field. The findings further suggest that nematodes passively descend in a column of water, but can actively resist the force of gravity primarily by turning direction.

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

The technique presented here measures the path of freely swimming microscopic species using single wavelength exposure. C. elegans are used to demonstrate shadow imaging as an inexpensive alternative to costly microscopes. This technique can be adapted to accommodate various orientations, environments and species to measure direction, speed, acceleration and forces.

Comprimento de Onda Único Sombra Imagem de<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; Locomotion incluindo a força Estimativas

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ Neutron Powder Diffraction uso das baterias de íon-lítio sob medida

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Quantificação de concentrações de hidrogénio nas camadas superficiais e interface e materiais a granel através de perfis de profundidade com Análise reação nuclear

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Usando Synchrotron Radiation microtomografia para investigar Multi-escala Pacotes de microeletrônicos tridimensionais

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to make an application so that the material reaches the target site (i.e., plant). Information critical in this process is the droplet size that a particular spray nozzle, spray pressure, and spray solution combination generates, as droplet size greatly influences product efficacy and how the spray moves through the environment. Researchers and product manufacturers commonly use laser diffraction equipment to measure the spray droplet size in laboratory wind tunnels. The work presented here describes methods used in making spray droplet size measurements with laser diffraction equipment for both ground and aerial application scenarios that can be used to ensure inter- and intra-laboratory precision while minimizing sampling bias associated with laser diffraction systems. Maintaining critical measurement distances and concurrent airflow throughout the testing process is key to this precision. Real time data quality analysis is also critical to preventing excess variation in the data or extraneous inclusion of erroneous data. Some limitations of this method include atypical spray nozzles, spray solutions or application conditions that result in spray streams that do not fully atomize within the measurement distances discussed. Successful adaption of this method can provide a highly efficient method for evaluation of the performance of agrochemical spray application nozzles under a variety of operational settings. Also discussed are potential experimental design considerations that can be included to enhance functionality of the data collected.

We present protocols to be used in the measurement of spray droplet size from agricultural nozzles used in both aerial and ground based agrochemical applications. These methods presented were developed to provide consistent and repeatable droplet size data both inter- and intra-laboratory, when using laser diffraction systems.

Medir o tamanho do pulverizador Gota de bicos agrícolas Usando Laser Difração

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.

Caracterização de Ultra-grão fino e nanocristalinos Materiais Usando Transmissão Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

Filamentos de Femtosecond Laser para uso em Sub-Diffraction-Limited imagens e sensoriamento remoto

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

Análise quantitativa por análise de espectro de massa termogravimetria para reações com Gases evoluídas

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It is intended as a practical and reproducible procedure to identify macroscopic cracks at an early stage and monitor crack propagation during fatigue tests. It consists of strain field measurements at the weld using DIC. Images are taken at fixed load cycle intervals. Cracks become visible in the computed strain field as elevated strains. This way, the whole width of a small-scale specimen can be monitored to detect where and when a crack initiates. Subsequently, it is possible to monitor the development of the crack length. Because the resulting images are saved, the results are verifiable and comparable. The procedure is limited to cracks initiating at the surface and is intended for fatigue tests under laboratory conditions. By visualizing the crack, the presented procedure allows direct observation of macrocracks from their formation until rupture of the specimen.

Digital image correlation is used in fatigue tests on a resonance testing machine to detect macroscopic cracks and monitor crack propagation in welded specimens. Cracks on the specimen surface become visible as increased strains.

Monitoramento de crack em testes de fadiga de ressonância de espécimes soldados usando correlação de imagem digital

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...