Um grupo de pesquisa NIMS teve sucesso no desenvolvimento de novas técnicas para realizar análises e imagens de elementos químicos, tirando imagens de um material alvo usando um material comum, câmera digital de luz visível com uma ligeira modificação, e obtenção de espectros de raios-X de imagens processadas.

Kenji Sakurai e Wenyang Zhao, líder do grupo e pesquisador júnior, respectivamente, Grupo de Física de Raios-X, RCAMC, NIMS, conseguiu desenvolver novas técnicas para realizar análises e imagens de elementos químicos, tirando imagens de um material alvo usando um câmera digital de luz visível com uma ligeira modificação, e obtenção de espectros de raios-X de imagens processadas. Espera-se que a técnica permita uma análise de raios-X mais simples e conveniente aplicável a uma ampla gama de campos sob diversas condições.

Os materiais consistem em vários elementos químicos, e suas propriedades físicas / químicas são muito influenciadas por suas composições. Portanto, é importante realizar análises qualitativas e quantitativas dos elementos químicos que compõem um material para uma compreensão mais profunda do material e para o desenvolvimento de novos materiais. Sabe-se que os tipos e quantidades de elementos químicos presentes em um material podem ser determinados irradiando o material com raios X e medindo os níveis de energia e intensidades dos raios X fluorescentes emitidos pelo material em resposta à irradiação. Atualmente, a análise de raios-X fluorescentes requer o uso de um espectrômetro de fluorescência de raios-X ou detector de raios-X. Além disso, para investigar a distribuição de diferentes elementos em uma amostra, é necessário usar um detector mais caro.

A equipe de pesquisa descobriu recentemente métodos para realizar análises e imagens de elementos químicos usando dados de raios-X fluorescentes obtidos de uma câmera digital equipada com um dispositivo CMOS de luz visível (complementar-metal-óxido-semicondutor), que muitas vezes é incorporado em microscópios ópticos. A câmera também foi equipada com uma janela opaca e fina, que só permite que os raios X penetrem, entre a lente e o sensor. Quando os raios X fluorescentes emitidos de uma amostra passam pela janela e entram no dispositivo CMOS, cargas elétricas são geradas. A energia dos raios X incidentes pode ser quantificada medindo instantaneamente a quantidade de cargas geradas. Contudo, as cargas geradas são registradas em vários pixels, e os dados de pixel são freqüentemente perdidos. Abordar esta questão, a equipe desenvolveu um método para recuperar os dados perdidos examinando o estado de dispersão das cargas nos pixels e processando imagens para a quantidade e a posição das cargas inicialmente registradas. Usando este método, a equipe conseguiu obter espectros confiáveis ​​de raios-X de maneira estável. A equipe analisou os raios-X fluorescentes emitidos por uma placa de cerâmica mostrada na figura abaixo usando o método desenvolvido, e detectou cobalto apenas na superfície da placa superior que foi pintada de azul, mas não na superfície inferior.

A equipe de pesquisa também conseguiu criar imagens que mostram a distribuição de diferentes elementos em uma amostra, usando o princípio da câmera pinhole. Em estudos futuros, a equipe espera contribuir para o desenvolvimento de materiais, aplicando as técnicas para visualizar o movimento de elementos químicos em imagens de vídeo e rastrear processos de reação química.