Experimental Examination of the Beer's law for Quantitative Electron Tomography

This study has examined experimentally the Beer's law which is a precondition for quantitative electron tomography. We used carbon support film and latex spheres, which have similar absorption coefficients with biological samples, as the test samples to take a tilt-series of images for electron tomography. First, the 3D information of carbon film and latex spheres was obtained by electron tomography. Then, the regression analysis on the relationship between the intensities of the incident and the transmitted beams in a tilt series was carried out to examine the Beer's law. The regression results with RMS error of 0.976 show the linear intensity variations of the transmitted beam as the tilt angles were increased. In addition, the relative absorption coefficients of carbon support film and latex spheres calculated experimentally through the Beer's law were 1.71 (5) and 2.67 (6)/${\mu}m$, respectively. The absorption coefficients remained constant within a full tilt range. Therefore, it is expected that quantitative electron tomography could be performed for biological samples by applying Beer's law provided the exact intensity of incident beam can be obtained under the thoroughly controlled experimental conditions.

정량적 전자토모그래피를 위한 Beer's law의 실험적 검증

본 연구에서는 의생물 시료에 대해 정량적 전자토모그래피의 기본 전제 조건인 Beer's law를 실험적으로 검증하였다. 시료는 의생물 시료와 비슷한 흡수계수를 갖는 카본 지지막과 latex sphere의 시료를 선택하였으며, 연속적으로 기울어진 TEM 이미지를 획득하였다. 우선, 전자토모그래피를 수행하여 카본 지지막과 latex sphere의 기본 상태를 파악하였다. Beer's law의 검증을 위해 각각의 물질에 대해 경사각 기울기에 따라 입사빔의 강도와 투과빔의 강도의 변화를 측정하여 회귀분석을 수행하였으며, 그 결과 RMS값 0.976의 범위에서 선형적인 관계를 확인할 수 있었다. 또한 Beer's law를 이용하여 카본 지지막과 latex sphere에 대한 각각의 상대적인 흡수계수를 구했으며, 그 값은 대략 1.71(5)/${\mu}m$과 2.67(6)/${\mu}m$으로 경사각 기울기에 대하여 일정하게 유지됨을 알 수 있었다. 따라서, 정밀한 실험조건에서 입사빔의 정보를 유추할 수 있다면 의생물 시료에 대해 엄밀한 Beer's law가 성립하는 정량적인 전자토모그래피가 수행될 수 있을 것으로 기대된다.