同步辐射SAXS数据分析及Fit2D软件安装与常见问题解答

随着技术的进步，SAXS数据分析变得更加精确和高效。SAXS数据分析软件有很多，从开源免费的SASfit到功能强大的ATASAS，再到广泛使用的Fit2D和SASVIEW。

本文将主要介绍SAXS中一维曲线数据分析和Fit2D软件的安装指南及常见问题解答。

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  一、数据分析

   

在SAXS分析中，散射峰位置（q）反映了样品中结构尺寸的倒空间表示，其值与样品内部结构的尺寸成反比；散射峰强度（I(q)）表示在特定q值处的散射光强度，与电子密度的不均匀性相关，强度越高，表明电子密度对比越大或散射体数量越多；散射峰宽度（FWHM）则与样品中结构的尺寸均匀性和有序度相关，宽度越小，表明结构越均匀或有序度越高。

图1 SAXS数据（左图）和一维曲线图（右图）

SAXS横坐标是散射峰的位置，纵坐标是散射峰的强度，这一点与XRD是类似的，纵坐标的绝对值代表相对强度。在XRD中横坐标的位置通常用角度θ或2θ表示，在SAXS中用q表示，q一般叫做散射矢量或者散射因子，q与θ有简单的换算关系， q= 4πsinθ/λ。在SAXS中由于θ的数值变化范围很小，所以用q表示更方便。

在XRD中，衍射峰对应的θ可以换算出对应的晶面间距，实际上就是样品中一定范围内的周期性长度。在SAXS中物理意义上是一样的，还是样品中一定范围内的周期性长度，只是由于θ值更小，对应的长度也就更大。通俗地讲，这些长度可以是粒径、孔径、层间距等等，甚至是一些不是通常结构尺寸意义的长度。

Fit2D.exe是一个开源且免费的软件，用户可以从欧洲同步辐射设施（ESRF）网站下载：https://www.esrf.fr/computing/scientific/FIT2D/。

点击网页链接，找到“CURRENTLY AVAILABLE EXECUTABLES”。

图2下载地址页面

根据需要，选择对应的版本进行下载。

图3不同系统的Fit2D软件

下载完成后会出现下面这个图标。该软件不需要安装，双击打开就可以使用。

图4下载成功

打开后会出现两个弹框，分别是图形界面和DOS界面，其中DOS界面可以实时显示运行，不能关闭。

图5图形界面

点击左下角就可以进入数据处理界面，参数设置需要根据当时测试时所使用的探测器而定，比如使用的Mar165 CCD探测器，那么在“X DIMENSION”和“YDIMENSION”处分别填“2048”。

图6图形界面

图7探测器参数

问：电脑上安装了Fit2D，但它不起作用！计算机显示“segmentation fault (core dumped)”

答：从aftp服务器下载的Fit2D可执行文件运行正常，请检查文件是否完整传输，确保字节数与服务器上的文件一致。若文件以ASCII模式传输，可能导致损坏。Netscape 4用户可能遇到下载问题，请遵循aftp指南下载。

问：如何避免每次使用FIT2D 时都必须指定数组大小？

在命令行中，可以通过指定程序尺寸来运行Fit2D程序，例如使用‘Fit2D-dim2048x2560’命令设置程序尺寸为2048×2560像素。为了避免尺寸问题，可以将此命令设置为别名，并添加到启动文件中，如下所示：

这样设置后，每次使用‘Fit2D’命令时，都会自动应用这个尺寸设置。需要注意的是，如果命令选项可以重复，那么最后一个指定的选项将被采用。例如，即使已经设置了别名，执行‘Fit2D-dim1024×1024′命令时，程序尺寸将被设置为1024×1024像素。此方法适用于C-shell或TC-shell环境。

问：在RAM 配额为 128 MB 的机器上，无法加载 3544×4316像素的 IMAGEQUANT 文件，出现以下错误：

状态：The error was identified in module: IO: Input/Output and Status

状态：Position where error condition was identified Subroutine IO_MALLOC V0.1

状态：The error condition has been classified as: Bad memory allocation: Memory allocation failed

但是检查了1772×2158 像素的 Imagequant 文件，Fit2D 占用了 22.6 Mbyte，预计它需要 4×22.6=90.4Mbyte。

答：Fit2D程序在内存分配方面可能需要特别注意。每个像素大约需要9字节的内存，加上大约10MB的其他通用RAM。因此，处理小图像可能需要大约44MB的内存。系统在初始阶段可能不会立即映射所有内存，所以显示的数值可能较小。

对于较大的图像，预计需要约148MB的内存。只要系统的交换文件和进程内存限制足够大，就可以运行Fit2D。使用128MB的RAM进行分页通常是可行的。

问：有必要为 Macintosh 上的 Linux 准备一个Fit2D 可执行文件吗？或者是否有适用于 sparc 处理器上的 Linux 的可执行文件？

答：目前，Fit2D主要支持x86 PC上的Linux版本，这是为了确保软件能在最新的、性能最优的处理器上运行，并且与科学界广泛使用的其他程序兼容。虽然Solaris版本支持Sparc处理器，但目前不推荐使用非主流的解决方案。

尽管Dec/Compaq Alpha硬件在原始性能上优于Intel Pentiums，但差距正在缩小，且目前只有Dec-Unix版本支持Alpha。对于Linux版本的Alpha支持，目前并不在考虑范围内。

问：Fit2D 在 Windows 95 和 Windows 98 系统上会崩溃吗？

答：FitT2D之前在某些系统上遇到了崩溃问题，但最新版本（V10.130或更高）应该已经解决了这些问题。

在Windows NT系统上，使用软件产品Purify进行的测试显示，NT版本没有内存泄漏或其他问题。然而，Windows 95的问题尚未完全明确，可能与堆使用恢复或旧的16位GDI例程有关。Windows 98理论上与DOS的联系较少，但错误消息的输出顺序在W95和W98上可能会造成混淆。

问：试图读取4年前的一些文件。这些文件是在 Fuji-Bas 2000 扫描仪上读取的。不知何故，Fit2D 无法使用 Fuji 选项读取这些文件。这该如何处理？尝试使用“二进制”格式，使用 2 字节整数，不进行字节交换。它显示的文件看似合理，但是，它当然没有进行以十为底的对数转换，因此相对强度不是很合理。如何在二进制文件上附加标题，以便我可以使用Fit2D BAS-2000 选项读取它？

答： Fuji-Bas 2000扫描仪采用双文件系统，包括二进制的.img数据文件和包含图像信息的ASCII.inf头文件。FitT2D软件需要这两个文件来处理数据，用户可以通过GUI界面访问。

为了使用FitT2D，可以创建自定义的.inf文件，或者利用软件的FUJI LINEARISATION功能直接对原始二进制数据进行线性化处理。自V9.164版本起，FIT2D允许用户在线性化公式中自定义所有变量。

Macintosh用户在使用扫描仪时可能会遇到.inf文件不自动生成的问题，这在数据传输到其他系统时会造成困难。虽然可以使用MacBAS手动创建.inf文件，但这过程较为繁琐。有用户称Mac版的ftp软件也能创建.inf文件，但尚未验证。

问：如何将一张图片与另一张图片相除？

答：作为对图像进行典型二元运算的一个示例，使用image1.dat除以image2.dat。可以采用以下步骤：

1️⃣进入图像处理（通用）界面。

2️⃣使用INPUT命令从image2.dat输入数据。

3️⃣使用EXCHANGE命令将数据放置在“内存”中。

4️⃣使用INPUT命令从image1.dat输入数据。

5️⃣使用MATHS命令进入MATHS子菜单。

6️⃣使用DIVIDE命令将当前数据除以“内存”数据。

6️⃣结果留在当前数据数组中，而image2.dat 数据留在内存中。

注意：可以按相反的顺序输入图像，但需要额外的EXCHANGE命令，以便正确进行划分。同样的逻辑也适用于两幅图像的减法。图像的加法和乘法的顺序并不重要。

问：在Silicon Graphics Irix 系统上，当另一个窗口覆盖该窗口后，Fit2D 不会重启该窗口。

答：在Silicon Graphics X服务器上，当图形窗口被其他窗口覆盖后再重新显示时，可能不会自动重新绘制。这是因为默认设置下，这些服务器不提供“后备存储”（backing store）。

为了解决这个问题，FitT2D在创建图形窗口时会请求后备存储，这在大多数X服务器上都能正常工作。要使Silicon Graphics X服务器支持这一功能：

1️⃣修改X服务器配置：编辑‘/usr/lib/X11/xdm/Xservers’文件，确保在启动Xsgi时不包含‘-bs’选项。这有助于避免类似问题影响IDL等其他程序。

2️⃣启用后备存储：启用后备存储后，窗口管理器会在窗口未被覆盖时自动重新绘制窗口。

问：在我的 Linux 系统上，Fit2D 拒绝启动图形窗口，说 X 服务器是 16 位的并且不受支持。

答：这是正常的，目前支持 8 位和24 位颜色模式。

对于24位颜色模式，输入：

对于8位颜色模式，输入：

此设置适用于较旧的硬件，但可能会导致颜色闪烁。

问：调整探测器的“倾斜”角度（与直接光束不正交）时，每次使用不同的环或起点都会得到不同的答案。

答：探测器系统的空间失真是一个常见问题，通常可以通过校准和纠正来解决。光纤锥度和CCD探测器系统尤其容易受到影响，而图像板扫描仪也可能存在显著的空间失真。

FIT2D通过在粉末环上寻找点并拟合椭圆来处理数据。如果存在未校正的空间失真，这会影响椭圆的形状，导致结果不稳定和错误。

即使没有空间失真，如果像素不是正方形且未考虑这一点，测量的倾斜角度可能会稳定但错误。集成线可能看起来清晰，但角度测量不准确。

理论上，完美的椭圆有两个等效的解决方案，具有正负倾斜角和不同的光束中心。只有通过直接光束标记或光束停止散射，才能确定正确的光束中心。

值得注意的是，即使使用“错误”的倾斜度，环集成时也能得到正确的角度，因此不必过于担心倾斜度的正负问题。

问：通过宏按顺序运行 GUI 的某些菜单。在哪里可以找到适合各种命令的名称？如果整合一系列帧来生成粉末图案。进入菜单，并想在整合菜单中设置参数，例如保持强度、应用极化等。

答：要创建或扩展FitT2D宏文件，请按照以下步骤操作：

1️⃣开始记录：使用“键盘”菜单或“宏”界面中的“启动宏”按钮开始记录操作。

2️⃣执行分析：进行所需的数据分析步骤，包括设置表单值。

3️⃣停止记录：使用“停止宏”命令结束记录过程，此时所有操作将被保存到宏文件中。

4️⃣编辑宏文件：可以编辑生成的宏文件，将有用的设置从一个文件复制到另一个。

5️⃣表单输入：在宏中，表单输入的命令是按钮的名称。

6️⃣逻辑值处理：宏在录制和播放时会提示输入逻辑值（YES或NO），以避免在表单输入中切换逻辑值时出现问题。