Un grupo de investigación del NIMS logró desarrollar nuevas técnicas para realizar análisis e imágenes de elementos químicos mediante la toma de imágenes de un material objetivo utilizando un cámara digital de luz visible con una ligera modificación, y obtención de espectros de rayos X a partir de imágenes procesadas.

Kenji Sakurai y Wenyang Zhao, líder de grupo e investigador junior, respectivamente, Grupo de Física de Rayos X, RCAMC, NIMS, Tuvo éxito en el desarrollo de nuevas técnicas para realizar análisis e imágenes de elementos químicos mediante la toma de imágenes de un material de destino utilizando un ordinario, cámara digital de luz visible con una ligera modificación, y obtención de espectros de rayos X a partir de imágenes procesadas. Se espera que la técnica permita un análisis de rayos X más simple y conveniente aplicable a una gama más amplia de campos en diversas condiciones.

Los materiales constan de varios elementos químicos, y sus propiedades físico-químicas están muy influenciadas por su composición. Por lo tanto, Es importante realizar un análisis cualitativo y cuantitativo de los elementos químicos que componen un material para una comprensión más profunda del material y el desarrollo de nuevos materiales. Se sabe que los tipos y cantidades de elementos químicos presentes en un material pueden determinarse irradiando el material con rayos X y midiendo los niveles de energía y las intensidades de los rayos X fluorescentes emitidos por el material en respuesta a la irradiación. En la actualidad, el análisis de rayos X fluorescentes requiere el uso de un espectrómetro de fluorescencia de rayos X o un detector de rayos X. Además, para investigar la distribución de diferentes elementos en una muestra, es necesario utilizar un detector más caro.

El equipo de investigación descubrió recientemente métodos para realizar análisis e imágenes de elementos químicos utilizando datos de rayos X fluorescentes obtenidos de una cámara digital equipada con un dispositivo CMOS (semiconductor de óxido de metal complementario) de luz visible. que a menudo se incorpora en microscopios ópticos. La cámara también estaba equipada con una ventana delgada y opaca, que solo permite que los rayos X penetren, entre la lente y el sensor. Cuando los rayos X fluorescentes emitidos por una muestra pasan a través de la ventana y entran en el dispositivo CMOS, Se generan cargas eléctricas. La energía de los rayos X incidentes se puede cuantificar midiendo instantáneamente la cantidad de cargas generadas. Sin embargo, las cargas generadas se registran en varios píxeles, y los datos de píxeles se pierden con frecuencia. Para abordar este asunto, el equipo desarrolló un método para recuperar los datos perdidos examinando el estado de dispersión de las cargas en los píxeles y procesando imágenes tanto para la cantidad como para la posición de las cargas registradas inicialmente. Usando este método, el equipo pudo obtener espectros de rayos X fiables de forma estable. El equipo analizó los rayos X fluorescentes emitidos por una placa de cerámica que se muestra en la figura siguiente utilizando el método desarrollado. y detectó cobalto solo en la superficie de la placa superior que estaba pintada de azul, pero no en la superficie inferior.

El equipo de investigación también logró crear imágenes que mostraban la distribución de diferentes elementos en una muestra, utilizando el principio de la cámara estenopeica. En estudios futuros, el equipo espera contribuir al desarrollo de materiales aplicando las técnicas para visualizar el movimiento de elementos químicos en imágenes de video y rastrear procesos de reacción química.