Qu'est-ce que LASE ?

LASE est un logiciel dédié à l'analyse des spectres d'absorption des rayons X. Il tourne sur toute machine disposant soit d'unix et X-Window, soit de Windows (95 ou 98), soit du TOS ou compatible (Magic Mac par exemple). Dans les trois cas, il dispose d'une interface graphique conviviale, qui permet de visualiser en temps réel l'effet des différents paramètres tout en laissant à l'utilisateur une grande liberté de choix.

LASE a été conçu au LURE, dans le cadre de l'analyse par spectroscopie d'absorption X de composés bioinorganiques. Il est donc particulièrement adapté à l'étude de tels composés : protéines, complexes de métaux de transition,...

LASE dispose d'options pour le traitement et l'analyse des spectres dans trois domaines :

Ces différents points sont repris et détaillés dans la suite de ce document.

Comment obtenir LASE ?

Cela dépend de la configuration que vous utilisez. Dans tous les cas, merci de mentionner l'utilisation de LASE lorsque vous présentez des résultats obtenus à l'aide de LASE.

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make install

Télécharger LASE

Dates de mise à jour

Attention ! La version Windows est encore expérimentale. Certaines fonctions ne sont pas disponibles, d'autres ne sont pas entièrement implémentées. La version X-Window est nettement préférable pour un usage courant.

Pour pouvoir profiter de la visualisation tridimensionnelle du modèle structural, vous devez disposer d'une bibliothèque 3D compatible Open-GL. Voyez par exemple Mesa.

Pour connaître la liste des nouveautés depuis la dernière version, voyez ici

Extraction des spectres EXAFS

LASE dispose de nombreuses options permettant de traiter les données expérimentales brutes pour en extraire le signal EXAFS. Il inclut en particulier des outils statistiques permettant de gérer l'information issue de plusieurs enregistrements d'un même spectre.

Récupération des données expérimentales

• Gestion des spectres enregistrés en transmission, en fluorescence ou en détection d'électrons (fichiers expérimentaux du LURE préférentiellement) ;
• Possibilité de garder I₀, I₁ et de recalculer le coefficient d'absorption avec des I₀ ou I₁ modifiés ;
• Gestion des expériences avec un détecteur multi-éléments : chargement des éléments séparément ou avec moyenne automatique, choix des éléments à utiliser, normalisation automatique ;
• Gestion des expériences en transmission avec trois chambres d'ionisation (pour la calibration).

Traitement d'ensemble du spectre

• Recalibration, linéaire ou avec utilisation de la loi de Bragg ;
• Dérivation, intégration, interpolation, troncature,... ;
• Élimination des glitches par interpolation (polynômiale ou par spline cubique) ;
• Normalisation, avec 1 ou 2 points ou par modélisation du µ₀ pour trouver le seuil ;
• Recherche de l'énergie de seuil (maximum de la dérivée) ;
• Tri, recherche et traitement des doublons suivant plusieurs critères.

Analyse statistique des spectres

• Calcul du spectre moyen de n spectres, avec écart-type pour chaque point du spectre moyen ;
• Visualisation facultative des barres d'erreur point par point pour un spectre ;
• Toutes les erreurs sont propagées lors de l'extraction du signal ;
• Les erreurs peuvent être propagées lors du filtrage par transformation de Fourier, avec calcul de la matrice de covariance ;
• Outils statistiques de base : moyenne, variance ; analyse de distribution (histogrammes, test de Kolmogorov-Smirnov pour une distribution gaussienne)

Extraction du signal EXAFS

• À chaque étape, le résultat est affiché en temps réel après toute modification d'un paramètre ;
• Absorption de la matrice modélisée par une victorine, complète ou tronquée, ou un polynôme &emdash; calculés par les moindres carrés sur le préseuil dans une région définie par l'utilisateur ;

• Élimination du µ₀ en trois étapes : polynôme en E, polynôme en k, spline contrainte &emdash; tout étant contrôlable par l'utilisateur ;

• Les modifications d'un paramètre lors d'une étape peuvent être automatiquement propagées aux étapes suivantes (y compris la transformation de Fourier) ;
• Pondération possible par kⁿ, n = 0 à 9 ;
• Normalisation soit à l'aide du µ0 extrait, soit à l'aide des modèles théoriques (Vectoreen, McKale,...).

Filtrage des spectres

Il se fait de façon classique, en utilisant les propriétés de la transformation de Fourier.

• Choix libre de la fonction d'apodisation (fenêtre) parmi plusieurs fonctions de base : rectangulaire, gaussienne, de Hanning, de Hamming (symétrique ou non), de Norton-Beer, de Kaiser-Bessel,...
• Paramétrage complet de l'intervalle de calcul et du pas à utiliser ;
• Correction de phases et amplitudes possible avant calcul de la TF ;
• Calcul possible soit par un algorithme rapide, soit par calcul direct des intégrales (donc sans modification préalable du signal expérimental) ;
• Calcul possible des barres d'erreur sur la partie réelle et la partie imaginaire de la TF, avec matrice de covariance correspondante sur demande ;
• Aperçu en temps réel de l'influence de la fenêtre sur la TF (désactivable pour les machines lentes) ;
• Paramétrage du filtre dans l'espace des R parmi un choix de fonction important ;
• La fonction d'apodisation est mémorisée, de façon à corriger son influence après TF inverse ;
• Extraction possible des phases et amplitudes du signal lors de la TF inverse.

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Création d'un modèle structural

LASE dispose d'un certain nombre d'options permettant la réalisation facile de modèles structuraux, nécessaires au calcul des spectres EXAFS théoriques qui seront utilisés lors de l'étape d'ajustement. Actuellement, ces modèles structuraux sont utilisables pour la création de fichiers de paramètres FEFF.

Pour ses modèles structuraux, LASE raisonne en terme de « molécules ». Une molécule est un ensemble d'atomes, réunis pour une raison logique : molécule au sens propre, maille (ou groupe de mailles) cristallines,... Dans cette molécule, un ou plusieurs atomes peuvent être définis comme « absorbeurs » : un absorbeur regroupe un spectre EXAFS expérimental, éventuellement des spectres EXAFS modèles, un ensemble de chemins de rétrodiffusion du photoélectron, ainsi que des informations nécessaires aux ajustements.

Chargement de données structurales

LASE permet de charger trois types de fichiers structuraux : les fichiers *.COR créés par la Cambridge Cristallographic Databank ; les fichiers au format PDB et les fichiers ASCII créés par Carine. L'utilisation du logiciel Babel, qui permet de créer des fichiers au format PDB à partir de nombreux formats de fichiers décrivant des structures chimiques, permet en pratique de charger dans LASE à peu près n'importe quelle structure.

Il est aussi possible de créer une structure directement dans LASE, soit à partir des coordonnées dans un repère orthonormé, soit à partir des coordonnées cirstallographiques fractionnaires. Pour quelques groupes d'espace (P1, P-1, P21, C2/c, Pnma), il est possible de générer automatiquement les atomes en positions équivalentes ; il est aussi possible de générer plusieurs mailles en une fois.

Visualisation du modèle structural

À condition de disposer des bibliothèques Open-GL adéquates (MESA convient parfaitement), il est possible de visualiser dans LASE le modèle structural créé soit à partir des fichiers chargés, soit directement dans le programme, à partir des coordonnées cristallographiques et du groupe d'espace.

Dans ce cas, il est possible de connaître, directement en cliquant sur un ou plusieurs atomes, leurs coordonnées, les distances qui les séparent,... On peut aussi directement ajouter ou enlever des atomes d'un modèle destiné à FEFF. Si un absorbeur est sélectionné, les différents spectres EXAFS associés sont visualisés. Il est aussi possible de voir les différents chemins de rétrodiffusion, et leur contribution au signal après ajustement.

Création d'un modèle pour FEFF

LASE dispose d'une interface graphique permettant de paramétrer toutes les options de FEFF6, à l'exception de la commande OVERLAP.

La création d'un modèle structural peut se faire automatiquement à partir des structures mémorisées par LASE, soit en intégrant tous les atomes mémorisés, soit uniquement les atomes situés à moins d'une certaine distance de l'atome défini comme absorbeur pour FEFF. Il est aussi possible de modifier ou de créer des atomes directement depuis l'interface de paramétrage de FEFF.

Recherche des paramètres optimaux

LASE permet de réaliser des ajustements dans l'espace des k (donc sur les spectres EXAFS), en tenant compte ou non des barres d'erreur déterminées lors de l'extraction du signal. Cet ajustement repose sur un modèle en chemins de diffusion dans l'environnement de l'atome absorbeur ; dans le cas où seule la réflexion simple intervient, un chemin est équivalent à une couche de réflecteurs.

Pour chaque chemin, il est possible d'ajuster la dégénérescence (N, nombre de voisins), le facteur de Debye-Waller, la distance, quatre cumulants permettant de tenir compte d'une importante anharmonicité des liaisons, et éventuellement les valeurs de correction de l'énergie de seuil et de libre parcours moyen.

En plus de ces variables, il est possible d'ajuster une correction de l'énergie de seuil générale pour le spectre, ainsi que le facteur de réduction électronique S₀². Dans le cas d'ajustement simultané sur plusieurs absorbeurs (travail sur plusieurs éléments ou avec plusieurs environnements pour un même élément), ces paramètres sont associés à l'absorbeur. Dans le cas de systèmes avec plusieurs sites possibles pour le même type d'atome, il est aussi possible d'ajuster la contribution des différents sites au spectre total.

Au cours de l'ajustement, le spectre modélisé est réaffiché en temps réel, afin de suivre la minimisation à l'écran.

Utilisation des résultats des calculs de FEFF

LASE permet de lire les fichiers paths.dat créés par FEFF afin de construire un modèle structural (s'il n'est pas déjà présent en mémoire), les différents chemins de réflexion associés et les amplitudes et déphasages correspondants.

Validation des résultats obtenus

LASE dispose des fonctions nécessaires à la simulation Monte-Carlo des ajustements, permettant de déterminer les valeurs moyennes et les erreurs sur ces valeurs pour les différents paramètres recherchés au cours de l'ajustement, sans autre hypothèse que le caractère gaussien de la distribution des valeurs expérimentales.

N'hésitez pas à me contacter par courrier électronique : Emmanuel CURIS