19
ISIS Neutron Training Course - Soft Matter 1 02/03/13 SANS Practical Sessions Introduction In addition to the taught part of this course, you will do some practical sessions. One of these, called Neutron Interactions, will deal with some of the more fundamental aspects of the interaction between neutrons and matter and is detailed elsewhere. This document relates to the sessions LOQ Sample Changer Experiment and SANS Data Analysis Practicals. The purpose of these two sessions is threefold: to show you how to conduct a SANS experiment at ISIS (including making the samples), to demonstrate how SANS may be used to elucidate and follow changes in size and shape brought about by a chemical or physical stimulus, and to introduce you to some different methods of SANS data analysis and interpretation using various pieces of software. You will look at selected data from surfactants, polymers and proteins. But these examples are illustrative, so if the systems we have selected are not in your particular field of interest, it doesn’t matter. The important point is that the techniques and principles you will learn are extendable to almost any area of science that can be investigated by SANS. Safety None of the compounds that you might use in these sessions are unduly harmful – most are found in everyday preparations such as shampoos, shower gels and toothpaste – but always exercise good laboratory practice when handling them. Use the protective clothing, gloves and other equipment that can be found in the Chemistry Laboratory. Contents Background Page 2 Experiment 1 : AOT microemulsions Page 3 Sample Preparation Page 4 Experiment 2 : SDS micelles Page 5 Sample Preparation Page 5 LOQ Sample SetUp Page 7 Writing a Script File and Making the Calibration and Sample Measurement Page 7 Writing a Mask File Page 7 Results Tables Page 8 Appendix 1 Writing a Script File Page 9 Appendix 2 Running MANTID Page 15 Appendix 3 A Sample Mask File Page 19

SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

1 02/03/13

SANS Practical Sessions 

 Introduction 

 In addition  to  the  taught part of  this  course, you will do  some practical  sessions.   One of  these,  called Neutron 

Interactions, will deal with some of the more fundamental aspects of the interaction between neutrons and matter 

and is detailed elsewhere.   This document relates to the sessions LOQ Sample Changer Experiment and SANS Data 

Analysis Practicals. 

 

The purpose of these two sessions is three‐fold: 

 

to show you how to conduct a SANS experiment at ISIS (including making the samples), 

to demonstrate how SANS may be used  to elucidate and  follow changes  in size and shape brought 

about by a chemical or physical stimulus, and 

to  introduce you  to some different methods of SANS data analysis and  interpretation using various 

pieces of software. 

 

You will look at selected data from surfactants, polymers and proteins.  But these examples are illustrative, so if the 

systems we have selected are not in your particular field of interest, it doesn’t matter.  The important point is that 

the techniques and principles you will learn are extendable to almost any area of science that can be investigated 

by SANS. 

 

Safety  

None of the compounds that you might use in these sessions are unduly harmful – most are found in everyday preparations 

such as shampoos, shower gels and toothpaste – but always exercise good  laboratory practice when handling them.   Use the 

protective clothing, gloves and other equipment that can be found in the Chemistry Laboratory. 

 

Contents  

  Background                    Page 2 

Experiment 1 : AOT microemulsions              Page 3 

Sample Preparation                Page 4 

Experiment 2 : SDS micelles                Page 5 

Sample Preparation                Page 5 

 

LOQ Sample Set‐Up                  Page 7 

Writing a Script File and Making the Calibration and Sample Measurement    Page 7 

Writing a Mask File                  Page 7 

Results Tables                    Page 8 

 

 

 

 

  Appendix 1  ‐  Writing a Script File              Page 9 

  Appendix 2  ‐  Running MANTID              Page 15 

  Appendix 3  ‐  A Sample Mask File              Page 19 

      

Page 2: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

2 02/03/13

Osm o tic press ure

Turb idityS olu bilizati on

Ma gn etic

res onan ce

Surfa ce tens ion

Equi va lentcon du ctivity

Self-dif fus i on

Conc en tration o f surfac tan t

Ma

gn

itu

de

of

pro

pe

rty

CMC

Osm o tic press ure

Turb idityS olu bilizati on

Ma gn etic

res onan ce

Surfa ce tens ion

Equi va lentcon du ctivity

Self-dif fus i on

Conc en tration o f surfac tan t

Ma

gn

itu

de

of

pro

pe

rty

CMC

Background  Surfactants  (the name  is a  contraction of  “surface‐active  agent”)  are molecules  that  are amphiphilic  in nature;  a 

single  surfactant molecule  comprises of both  a  lyophilic  (solvent‐loving)  and  a  lyophobic  (solvent‐hating) part.  

Commonly,  the  lyophilic  (or hydrophilic when  the solvent used  is water as  in  this practical) group  is called  the 

head‐group and the lyophobic/hydrophobic section called the tail‐group.  Examples include soaps, detergents and 

many  copolymers.    This  amphiphilic  nature  of  surfactant molecules  results  in  some  rather  unusual  solution 

physical chemistry: 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As you can see there is an abrupt transition in a number of different colligative properties at the point identified as 

the critical micellisation concentration (cmc).   Below the cmc, only  individual surfactant molecules exist  in solution.  

Above  the  cmc  individual molecules  and  self‐assembled  surfactant micelles  coexist.   Each micelle may  contain 

from a few tens to several hundreds of surfactant molecules. 

 

The  self‐assembly process  that  results  in micelle  formation  is moderated by  a delicate  interaction between  four 

main contributions to the free energy of the system: a) that arising from the  interactions between surfactant tails 

and solvent molecules, b) that arising from the  interactions between the surfactant tails of different molecules, c) 

that arising from  the  interactions of surfactant head groups with  the solvent molecules, and d)  that arising  from 

interactions between  the head‐groups of different surfactant molecules.   These  interactions may, or may not, be 

mediated by the presence of an electrolyte. Anything that affects one or more of these contributions will affect the 

micellisation process.   This  can  lead  to  a  rich  variety  of micellar phase  behaviour.   Although many  surfactant 

systems exhibit spherical micellar geometries, discs, ellipses, rods and lamellae are not uncommon. 

 

   

‘Head-group’ - lyophilic

‘Tail-group’ - lyophobic

air

water

Page 3: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

3 02/03/13

Experiment 1: AOT microemulsions  

In  this  experiment  you will  be  examining  the microemulsions  formed  from  a  surfactant‐water‐oil mixture.  In 

contrast  to  ordinary  emulsions, which  require  high  shear  to disperse  the droplets, microemulsions  are  formed 

upon simple mixing of the components resulting in thermodynamically‐stable complex fluids composed of water 

and  oil  domains  that  are  separated  by  a  surfactant monolayer.  The microemulsions  can  be  either  direct  (oil 

dispersed  in  water)  and  reversed  (water  dispersed  in  oil),  depending  on,  for  example,  the  composition  or 

temperature. 

 

One  of  the main  strengths  of  using  neutron  scattering  to  study  colloid  and  polymer  systems  is  the  ability  to 

introduce  contrast  through  selective  deuteration  of  individual  components.  However,  there  are  limitations 

(primarily  availability  and  cost)  on  the  use  of  deuterated materials which must  be  considered when  choosing 

various contrasts. In the experiment proposed here, selective deuteration, as shown in the table below, will be used 

to  highlight  the  different  components  in  a  core‐shell‐droplet  microemulsion  consisting  of  AOT,  water,  and 

cyclohexane in the region of the phase diagram where surfactant covered water droplets are formed. 

 

Available scattering contrasts 

 

  Water  Surfactant  Oil  

Core  D  H  H 

Shell  D  H  D 

Drop  H  H  D 

 

Using  SANS we will  determine  the  shape,  size  and  polydispersity  of  the  droplets  and  the  thickness  of  their 

surfactant shell. The scattering data for the different contrasts are analyzed using a molecular constrained model 

for ellipsoidal droplets of water covered by AOT, interacting as polydisperse hard spheres. All contrasts are fitted 

simultaneously by taking the different contrast factors into account.  

 

The Sample  

You will  be  using  the  anionic  surfactant AOT  (Sodium  1,4‐bis(2‐ethylhexoxy)‐1,4‐dioxobutane‐2‐sulfonate,  also 

known as Aerosol OT, sodium dioctyl sulfosuccinate, sodium di‐2‐ethylhexyl sulfosuccinate, docusate sodium) 

 

Notice that the outstanding charge on the sulfate group is balanced by a hydrated sodium counter‐ion, i.e. it is an 

anionic surfactant.   

   

Useful Formulae  

1 M (molar) solution  =  (molecular weight) g of solute in 1000 ml of solvent 

 

volume = mass / density 

 

For water‐in‐oil microemulsions:  w = [water]/[surfactant] 

Page 4: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

4 02/03/13

 

 

   Molecular weight (gmol‐1)  Density (gcm‐3) 

AOT  444.56    

H2O  18    

D2O  20    

h‐cyclohexane     0.779 

d‐cyclohexane     0.89 

 

Sample Preparation  

You will need to make up a 0.1M solution of AOT in cyclohexane and to this add sufficient water to surfactant to 

give a w‐ratio of 15 (mol water/mol AOT). It is best to use a balance with at least 3 decimal places. If you require 

any help, please ask. 

 

1. First calculate the masses required to make two 2 ml solutions of 0.1M AOT, one in h‐cyclohexane and the other 

in d‐cyclohexane. 

 

   g 

Mass of AOT required 

Mass of h‐cyclohexane required    

Mass of d‐cyclohexane required    

 

 

2. Now calculate the mass of water and D2O to give a w‐ratio of 15 (w‐ratio = mol water/mol AOT).  

 

   g 

Mass of H2O 

Mass of D2O    

 

3. Based on the above calculations you will need to make up 3 solutions with the correct contrast. It is best to add 

the AOT to the cyclohexane first and allow it to dissolve. You may want to add the water or D2O using a syringe. 

The resulting solutions should be clear. 

 

  

Solution 1:  

Core contrast 

Solution 2:  

Shell contrast 

Solution 3:  

Drop contrast 

Mass of AOT      

Mass of h‐cyclohexane         

Mass of d‐cyclohexane      

Mass of H2O     

Mass of D2O        

 

 

4. Once your solutions are prepared, you will need to pipette some of solution 1  into a 1 mm pathlength single‐

stoppered quartz cuvettes, solutions 2 and 3 should be loaded into the 2 mm pathlength single‐stoppered quartz 

cuvettes. You will only need to fill each cuvette up to the bottom of the unpolished top part. Seal the cuvette with a 

PTFE stopper and some PTFE tape (or parafilm) (just around the top). The cuvette should be labelled either on the 

PTFE stopper or with pencil on the edge of the cuvette. 

   

Page 5: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

5 02/03/13

Experiment 2: SDS micelles  

The Sample  

In  this experiment you will be working with  the surfactant SDS (sodium dodecyl sulfate, also known as sodium 

lauryl sulfate).  This has a straight‐chain C12 alkyl tail coupled to a sulfate head‐group: 

 Notice that the outstanding charge on the sulfate group is balanced by a hydrated sodium counter‐ion.  SDS is an 

example of an anionic surfactant (the charge on the molecule in the absence of the counter ion is negative). 

 

The cmc of SDS in water at room temperature is 8∙3 mM (milli‐molar).  The formula weight of SDS is 288∙4 g. 

 

The density of D2O is 1∙1 g/ml.  The density of H2O is 0.997 g/ml.    The formula weight of salt (NaCl) is 58∙5 g. 

 

   % w/w 

cmc of SDS in H2O 

cmc of SDS in D2O    

 

Sample Preparation  

Please note that most samples are to be made up in D2O but one is to be made in H2O. 

 

Prepare two 5 ml of a 2 % w/w stock solution of SDS, one in H2O and one in D2O. 

 

   Solution (a) in H2O  Solution (b) in D2O 

Mass of SDS (in grams to 4d.p.)   

 

When  the SDS has  fully dissolved, pipette some of  the solution  (a)  into a 1mm pathlength and some of 

solution (b) into a 2 mm pathlength single‐stoppered quartz cuvette.  You need only fill the cuvette up to 

the bottom of the unpolished top part. 

 

Prepare 4 ml of a 0∙5 % w/w solution of SDS in D2O from the stock solution. 

 

Dilute some of the remaining stock solution with pure D2O to reduce the concentration from 2% to 0∙5 % w/w. 

 

   ml 

Volume of D2O 

Volume of 2% stock solution of SDS    

 

Pipette this solution into a 5 mm pathlength single‐stoppered quartz cuvette. 

 

Prepare approximately 2 ml of a solution 2 % w/w SDS + 0∙2 M salt (NaCl) in D2O from the stock solution by simply 

adding an appropriate mass of salt crystals to 2 ml of the stock solution. 

 

   g 

Mass of NaCl 

SO

OO

CH3

Na+O

-

Page 6: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

6 02/03/13

 

When the salt has fully dissolved, pipette some of the solution  into a 2 mm pathlength single‐stoppered 

quartz cuvette. 

 

Prepare three background samples. 

 

Fill both a 2 mm pathlength and a 5 mm pathlength double‐stoppered quartz cuvette with pure D2O and a 

1 mm pathlength double‐stoppered quartz cuvette with pure H2O. 

 

 

What Should the Scattering Look Like and Why?  

You should find that the scattering from the 2 % SDS sample (i.e. above the cmc) displays a prominent peak with a 

hint of  a bump  (the  2nd order  contribution) on  the high‐Q  side.   This  arises out of  the S(Q)  contribution  to  the 

scattering  resulting  from  the  electrostatic  interactions  between  the  head‐groups  at  the  surface  of  neighbouring 

micelles.  This peak should be considerably weaker and much broader in the 0.5 % SDS sample because there are 

fewer micelles and they are farther apart, so the strength of the interactions are reduced.  The shape of the peak in 

the 2 % SDS sample with added salt should resemble the one in the dilute system because the electrolyte “screens” 

the charges on the micelles, though  it will be more  intense because of the higher concentration.   For 2 %  in H2O 

sample then you should see very little (if any!) scattering as the neutron contrast in the system will be minimal (H‐

surfactant and H‐solvent). 

   

Page 7: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

7 02/03/13

LOQ Sample Set‐Up  

Place  standards,  samples and an empty cuvette  (as  the can)  in  the appropriate  rack at  the LOQ  sample 

position (making a note of which sample is in which position) 

Make sure samples are aligned 

Check that the beam is collimated to 8 mm diameter 

Lock up LOQ and open the shutter 

The samples should be run at 25 °C, so ensure that the rack temperature is set appropriately 

 

 

Writing a Script File and Making the Calibration and Sample Measurement  

Program a Script file to measure the standards first and then the samples (see Appendix 1) 

Begin the Script file (see Appendix 1) 

Once the standards have run and the samples are running you can write the mask file 

 

 

Writing a Mask File  

The mask  file  is a computer command  file consisting of  instructions  that establish  the default conditions  for  the 

reduction of the raw time‐of‐flight data into SANS Cross‐section versus Scattering Vector data.   An example of a 

mask file can be found in Appendix 3.  Data reduction is a necessary step before any data analysis can take place. 

 

The mask  file  is  created  using  the  calibration  sample  data  that  you  have  just  collected  and  a  program  called 

Mantid.  Please refer to Appendix 2 for help using Mantid. To make a mask file it is necessary to: 

 

Determine the beam centre coordinates. 

Determine the intensity scaling factor. 

   

Page 8: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

8 02/03/13

 

Results Table: Standards and direct beam 

 

Sample Pathlength 

(mm) 

Temperature

(C) SANS

Run # 

Duration 

(μAhrs) 

TRAN 

Run # 

Duration

(μAhrs) 

8 mm Diameter Beam – Standard and direct beam 

Calibration Sample 

(Polymer Blend) 1.035  25         

Calibration Background 

(Empty can) 1.035  25         

Direct Beam    25  n/a       

 

Results Table: Experiment 1  

Sample Pathlength 

(mm) 

Temperature

(C) SANS

Run # 

Duration 

(μAhrs) 

TRAN 

Run # 

Duration

(μAhrs) 

H‐cyclohexane  1.0  25         

D‐cyclohexane  2.0  25         

Solution 1: Core Contrast  1.0  25         

Solution 2: Shell Contrast  2.0  25         

Solution 3: Drop Contrast  2.0  25         

 

Results Table: Experiment 2  

Sample Pathlength 

(mm) 

Temperature

(C) SANS

Run # 

Duration 

(μAhrs) 

TRAN 

Run # 

Duration

(μAhrs) 

D2O  2.0  25         

D2O  5.0  25         

H2O  1.0  25         

0.5 % SDS in D2O  5.0  25         

2.0 % SDS in D2O  2.0  25         

2.0 % SDS + 0.2M NaCl in 

D2O 2.0  25         

2.0 % SDS in H2O  1.0  25         

 

   

Page 9: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

9 02/03/13

Appendix  1  ‐  Writing A Script File 

 What are Script Files?  

Scripts  are  computer  command  files  that  BEGIN  runs, wait  for  a  specified  time  period  or  number  of  incident 

neutrons  or microamp‐hours  of  protons,  and  then  END  runs  automatically.    They  are  a  particularly  efficient 

method of controlling the sample changer on LOQ, although it is possible to write variants for other tasks (such as 

temperature  scanning  a  single  sample,  for  example).    This  description  assumes  that  you  are  using  the  sample 

changer. 

 

Creating  a  script  file  involves writing  a  short  computer  program  in  a  language  called GCL  (Genie Command 

Language).   Although GCL is a fairly straightforward language to learn, to save time we have provided a  ‘script 

generator’.  This generator can be used to create a simple script which can be edited as required.  The extension for 

all scripts is .gcl   

 

The Script Generator  

From one of the two PCs in the LOQ cabin (though not the one used to control the instrument) double click on the 

‘LOQ_script’  icon which  is  found on  the desktop.   This should open up an application which should  look very 

similar to the picture below:     

 

Allows you to preview or save the script

Allows you to open or create a new spreadsheet (as shown to the right)

Def ines aperture 2 as large or medium: DO_SANS / LARGE or DO_SANS / MEDIUM

Def ines size and shape of aperture 3 (the f inal aperture)

Allows you to choose if you do all TRANS or SANS runs f irst or if you

alternate between the two

Page 10: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

10 02/03/13

  

Press the ‘Create New Table’ button and edit the spreadsheet provided in this application as required to generate 

your script  (as shown above).   Once completed you can preview your script  (Preview Script button) and save  it 

(Write Script button) so it can be loaded and run on the instrument PC.  Please do not include spaces in your script 

names as they will not load onto the PC. 

 

Editing a Script File  

If you need to edit a script you have generated then this can be done using a program such as Notepad++.   This 

program can be downloaded from the internet and is available on all LOQ PCs. 

 

An example script (as seen in Notepad++) is shown below: 

Allows you to alter the number of SANS and TRANS runs

Temperature changed here:

CSET TEMP=20

Neutron pathlength through the sample (normally sample thickness) in mm

Sample title

Position of sample in changer Length of TRANS/SANS run

Qualif ier for length of TRANS/SANS run: can be minutes, seconds, f rames or microamp-hours

LOQ waits for 300 s before moving onto the next line of a script

Page 11: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

11 02/03/13

  

The MOVE command  is  followed by 5 parameters.   These parameters must be separated  from one another, and 

from the MOVE command, by a space, and must be specified in the order shown. 

 

The parameters are: 

pos  ‐  the  sample  changer  position.    This must  be  given  as  the  code  displayed  on  the 

sample rack (eg, “A”, “B”, etc).  If an absolute distance in mm is required then the 

command CSET  SAMPLE=#.#  (#.#=position  in mm) must  be written  before  the 

‘MOVE’  line  (where CSET TEMP  is  in  the example above) and  then  the position 

function set to not move using pos=”NONE” 

 

thick  ‐ the neutron pathlength through the sample in mm.  This will normally be the same as 

the sample thickness 

 

time  ‐ the run length (as an integer value).  This may be given as minutes (though this is 

only programmed  for 1<minutes<60,  i.e. 59 minutes  is  the maximum run  time  in 

this mode), frames (NB:  if you use mins/frames the run will progress even  if the 

beam  is down!) or microamp‐hours  (A‐hrs).   A‐hrs are  the product of  the ISIS proton current and time (in hours).  Thus, if the accelerator is operating at 200 A, and LOQ is at 25 Hz, there will be 100 A‐hours to the hour.  In the script, minutes 

is written as min, frames as frame and microamp‐hours as uAhr 

 

title  ‐  the  title  for  the  run.   This will be displayed both on  the LOQ dashboard  status 

display and written into the raw data file 

 

Notice that the transmission runs are much shorter than the scattering runs.  This is normal.  As a general rule of 

thumb,  transmission measurements only need  to  run  for 5  ‐ 10 minutes  (or 7 – 15 AHours);  though  the actual 

length of time will of course depend on the nature of the particular sample.  Also note that the DO_SANS /LARGE 

command is placed above the ‘IF’ statement  This is not critical, but there is no point in making the computer set 

Defines how many times the TRANS and SANS sections of the script will be run

Def ines aperture 3 (the f inal aperture)

Current number of times TRANS and SANS sections have been run

Sets script name on LOQ dashboard

Sets LOQ to transmission mode

Sets sample temperature to 25/20 C

Sets LOQ to SANS mode with a large aperture 2

Adds 1 to the transCountvariable

If this condition is met then LOQ will run the following tranmissions

If this condition is met then the script exits the loop

Adds 1 to the sansCountvariable

Moves the sample changer to position A, changes the thickness to 2 mm, waits for 50 Ahrs and changes the sample title to Sample 1_SANS

Once the ‘IF’ condition above it met the script will move onto the DO_SANS /LARGE line

Once the script is completed then “SCRIPT COMPLETED” is printed in the OpenGenie window

LOQ waits for 300 s before moving onto the next line

Page 12: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

12 02/03/13

LOQ up for scattering measurements when it is already in the correct configuration ‐ you would  just be wasting 

valuable measuring time! 

 

NB:  if you want a line to be ignored in a script then precede the line with a ‘#’.  For example: 

 #  MOVE pos=”B” thick=1.0 uAhr=50 title=”Sample 2_SANS” 

 

Starting a Script File  

LOQ  is  run  from  the  instrument  PC  using  SECI  (Sample  Environment Control  Interface).    The  SECI window 

should look something like: 

 Firstly, your script must be loaded.  To do this gain input focus in the OpenGenie window on the control PC and 

type: >> setscriptdir “t:\\”  

 

You only have  to  type  this  line once  (unless OpenGenie has closed or you need  to change directory).   All LOQ 

scripts should be saved to t:\\ ‐ this is set as default from all script generators.  Then type: 

   >> loadscript “scriptname.gcl” 

 

If the script has been accepted i.e. no errors contained in it, then the OpenGenie window should look as below: 

 

An OpenGenie window

Current LOQ/ISIS current

Number of spectra: typically should be 17792 when in SANS

mode and 8 in TRANS mode

Values (such as temperature, shutter position) monitored by

LOQ

An OpenGenie window can be opened using this tab

Current run numberCurrent run titleUser details: important as def ines ownership of data

Shows status of LOQ

Shows conf iguration of LOQ

This panel allows the control panels for dif ferent aspects of the

instrument operation to be viewed

Page 13: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

13 02/03/13

  

If errors are contained then red text will also appear informing you what the error is.  If this occurs the script will 

need modifying appropriately and reloading before carrying on with the next step.  Once a script as been accepted 

without error then you can start the script running by typing (once again in the OpenGenie window):  >> scriptname 

 

You’re script should now start to run.  Note you do not type the extension .gcl 

 

Interrupting and Restarting Script Files  

When you  start a  script  file,  the  latest version  is  loaded  into  the computers memory.   This means  that you can 

generate  a  new  version  of  the  script  file  and  save  it whilst  the  old  version  is  running, without  affecting  the 

operation of the instrument. 

 

To stop, or interrupt, the script that is running, highlight the OpenGenie window and type: 

   {Ctrl}‐C 

 

The computer will beep and you should regain the prompt (this symbol >>) in the OpenGenie window.  There will 

also be a warning in the OpenGenie window informing you that if a run was in progress when you interrupted the 

script  this  run will  continue  (even  if  the  script has been  stopped).   You  should  terminate  this  run manually by 

typing END or ABORT followed by {Return} (NB:  END will stop the run and save the data and ABORT will stop the run 

and NOT save the data).   

 

But what if you want to re‐start a slightly modified script file without stopping the run in progress?  To do this it is 

necessary  to  edit  your  script  (do  this  before  you  interrupt  your  running  script) using  #  as described  earlier  to 

comment out unwanted lines and ensure that the first executable MOVE line that the computer encounters in the 

revised script file is the one for the run in progress.   You can even change the length, title, pathlength and delay 

type  but  don’t  under  any  circumstances  change  the  sample  changer  position  code!    The  use  of  #  will  vary 

depending  on  the  circumstance  of  the  script  interruption.    In  all  cases  the  logic  of  the  script  (for  example  IF 

statements) must be correct.  For example, suppose that the original script file above was interrupted after all the 

transmission runs had been completed and that LOQ had been allowed to change to SANS mode and temperature 

changed to 25 °C.  The changer has moved to position A but you need to shorten the run times down to 30Ahrs.  Firstly, you would type {Ctrl}‐C in the OpenGenie window and allow the LOQ to keep running (don’t type END or 

ABORT).  Then you would load you new script which as shown below (the script names have not been changed): 

 

Page 14: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

14 02/03/13

  

Finally, this script can now be started. 

 

Please note, only  interrupt a script when LOQ  is actually collecting data as  in  the example above  (i.e. when  the 

status at the top of the SECI display shows “LOQ in RUNNING”).  Otherwise you may actually interrupt the script 

whilst it is doing something vital to  the operation of the instrument, like moving motors, writing data, etc and this 

can lead to a loss of time and data (as the instrument may be ‘lost’ and need re‐aligning). 

As script name has remained the same there is no need to set it

again

Final aperture has not changed and so this line can be ignored

Note that the numTRANS has now been set to 0 (previously 1) so that the f inal

condition (the EXITIF statement) is met

Transmission section of f ile has been completed and so can be

ignored

LOQ is already in SANS mode

Temperature does not required setting again

Page 15: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

15 02/03/13

Appendix  2  ‐  Running Mantid 

 Running The Program  

The program you shall be using is called Mantid. There should be an icon on the desktop of the PCs in the LOQ 

cabin. 

 

After opening the program, you will need to select Interfaces and then SANS (ISIS). 

 

You should now see a screen as shown below displaying the SANS gui. 

 You should check  that  the relevant directories containing  the 

raw data and a mask file for LOQ are listed under the Manage 

Directories button. Data is typically stored in a subdirectory of 

J, the name depending on the cycle number (e.g. the training 

course  is  being  run  during  cycle  2011/1).  You  must  also 

specify the mask directory K:/masks/. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mask file path & name

Make sure directories for data & mask files are listed. The program will search the directories in the order listed

In this set of boxes, enter run numbers for SANS, TRANS & direct beam

Click  Load Data once run numbers have been entered

Once data has been loaded you will be able to click 1D Reduce (& Plot Result)

You must click here to save 1D reduced data

Specify filename for outputting 1D reduced data in the selected format: RKH – 3 column ascii, CanSAS – xml

Reduce a single or a batch set of data

Page 16: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

16 02/03/13

Wavelength range to use for data reduction

The range, step size and binning of the Q range for 1D (Qx) or 2D (Qxy) data reduction

Radial limits on the detector, outside of which data is ignored

Wavelength range over which the transmission is either fitted directly (Linear) or the logarithm of the Y values are fitted (Log). If not selected, defaults to the wavelength for the data reduction

Now specify a suitable mask file and click Reload. (This needs to be done even if one is listed as the User file). Until 

you have created a mask file, you should use the most recent one from K:/masks/. They are named such that the 

name identifies it as a mask file for LOQ for Mantid, the first part of the extension tells you the cycle run, e.g. 103 

for cycle 2010, run 3, and the letter identifies their sequence of creation. 

 

You  are  now  ready  to  load  the  data 

into Mantid.  Fill  in  the  relevant  run 

numbers  for  the  TK49  standard  and 

empty can into the GUI, e.g.:  Once the run numbers have been entered, you should click on Load Data. After at least one data set has been 

loaded into Mantid, the tabs for Analysis Details, Geometry and Masking will become accessible. 

 

The Analysis Details should look like this: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The values shown above are typical for data reduction on LOQ. However, you may have to alter at least the step 

size and binning depending on your data. Linear binning means that the data points are spread evenly over the 

specified Q‐range, the number of data points depending on the step size specified. Logarithmic bins are spaced 

evenly in a geometric series; 0.05 means 5% bins and ideally should match the instrumental resolution. 

 

   

Page 17: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

17 02/03/13

Sample thickness, beam height and width and Z‐offset of sample from nominal position, as specified in your script and the instrument set‐up

Beam centre determined from standard sample. These values should be picked up from the mask file

Radial search limits for finding the beam centre. Typically these will be sufficient for LOQ

1D reduced data

Raw data

Raw transmissions for sample and can

Fitted transmissions for sample and can

In addition, you may need to determine the beam centre from the standard polymer SANS run. Once that data is 

loaded into Mantid, go to the Geometry tab.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The automatic beam centre search simply requires running a number of iterations starting from the default 

position which is typically that previously defined. It is best to limit the Qx range to a maximum of about 0.15 Å‐1 

and increase the width of the Q bins slightly and/or use Linear rather than Log bins to improve the data quality 

(under the Analysis Details tab). You may need to run around 20 iterations to reach convergence, however, it is 

probably best to check that the search works with fewer iterations first. 

 

Once the beam centre has been found, you should edit the mask file to have these coordinates (see Appendix 3). 

You should make sure that you save the edited mask file with the file extension you have been assigned for your 

experiment. 

 

The next step is to reduce the standard SANS data, using the correct transmissions and removing the scattering 

from the standard’s sample holder, called the ‘can’. Enter the necessary run numbers into the SANS gui (page 12). 

You can now click Plot Result and 1D Reduce. You will see all the relevant data sets being loaded into the 

Workspace tab, as well as a sequence of temporary files used in the data reduction. Finally a plot of the 1D reduced 

data should appear. If it does not, you may see an error message which should help you work out what has gone 

wrong (typically this might be a missing mask file, the run numbers being incorrect or the directory in which the 

data is stored not being specified). If you forgot to click on Plot Result, you can replot it by selecting the correct file 

in the Workspace tab, right mouse clicking on it and selecting Plot spectrum. The naming convention is such that it 

will start with the SANS run number followed ‘MAIN_1D and then by the wavelength limits for the data reduction 

separated by underscores as shown below: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

18 02/03/13

It is also possible to plot the 2D pattern by right mouse clicking on the raw SANS run number and selecting Show 

Instrument.  

 

If everything has worked and you have a 1D plot you are happy with, you can output it by entering a filename, 

selecting the necessary file output format and clicking on Save Result within the Save tab. 

 

Finally, before being able to reduce all your data following the same procedure as outlined above, you will need to 

fit the 1D data for the standard to determine the scaling factor for conversion of your data into absolute intensities. 

For this you will use a program called FISH as described in the handout for Data Analysis. 

 

 

 

   

Page 19: SANS Practical Sessions - isis.stfc.ac.uk

ISIS Neutron Training Course - Soft Matter

19 02/03/13

Appendix 3 - A Sample Mask File

LOQ

PRINT This is a LOQ user file for Mantid

MASK/CLEAR

MASK/CLEAR/TIME

L/WAV 2.2 10.0 .035/LOG

L/R 35 419 3

L/Q .009 .285 .002/lin

L/QXY 0 0.1 .002/lin

BACK/MON/TIMES 31000 39000

FIT/TRANS/YLOG 2.2 10.0

MON/DIRECT=DIRECT.041

MON/HAB=DIRECTHAB.983

MON/FLAT=MANTID_FLAT_CELL.061B

PRINT XCORR **is** implemented if using Mantid 1.1.9556 or later &

LOQ_Definition.xml valid from 2002-02-26

PRINT YCORR **is** implemented if using Mantid 1.1.9556 or later &

LOQ_Definition.xml valid from 2002-02-26

MASK H126>H127

PRINT no box masks implemented because corners are masked by default

MASK/T 19711.5 21228.5

MASK/T 39354.5 41348.5

PRINT masking out hab spectra 16641 & 17341 which get double counts

MASK S16641

MASK S17341

! set offset value = (-11.0 + Lsm) x 1000

SAMPLE/OFFSET -21.0

SET CENTRE 322.57 327.07 5.00 5.00

SET SCALES 1.5739 1.179 1.233 1.244 1.216

PRINT MON/HABEFF correction not yet implemented

PRINT MON/HABPATH correction not yet implemented

PRINT Centre & scales (COLETTE) with 17/05/11, 62916.RAW, 11mm,

Durham Rack, Bucknall

PRINT Loaded: MASK_MAN.111A, This is COLETTE MASK.111A for Mantid

Identifies instrument as LOQ

Clear any spectrum (detector pixel) masks

Clear any time channel masks

Establish the default range & binning (Å)

Establish the radial limit for the detector (mm)

Establish the default Q range & binning for 1D data reductions (Å-1)

Establish the default QX , QY range & binning for 2D data reductions (Å-1)

Remove the “prompt” spike in monitor time-of-flight spectra (s)

Interpolate transmissions from fits to the measured transmission data over specified

Location of main detector efficiency vs correction file

Location of high angle detector efficiency vs correction file

Location of pixel-to-pixel efficiency correction file

“Mask out” (i.e. ignore) the top two rows of the detector

Remove the “prompt” spike in main detector time-of-flight spectra (s)

Remove the “prompt” spike in main detector time-of-flight spectra (s)

“Mask out” a high angle detector spectrum (pixel) that gets double counts

“Mask out” a high angle detector spectrum (pixel) that gets double counts

Establish the detector offset from the nominal sample detector distance (mm)

Establish the detector centre coordinates and pixel dimensions (mm)

Establish the absolute intensity scaling factors for all detectors/modules

Establish the efficiency of the high angle detector at 1Å and at large angles

Enable the previous correction

Identifies the date, name and calibration sample run associated with this mask file