Bayes'sche Inferenz verkürzt die Zeit der Röntgenfluoreszenzanalyse massiv!
Eingesparte Sekunden summieren sich bei mehreren Messungen zu Stunden
Wie können die Bestandteile eines unbekannten Materials, z. B. eines Meteoriten, bestimmt werden? Mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalyse kann die Menge der Elemente bestimmt werden, indem die Proben mit Röntgenstrahlen bestrahlt und das von ihnen emittierte Spektrum analysiert wird; dabei können viele Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Aus diesem Grund wurde die Röntgenfluoreszenzanalyse zum Nachweis toxischer Schwermetalle im Boden eingesetzt. Die derzeitigen Methoden der Röntgenfluoreszenzanalyse benötigen etwa 10 Minuten, um Elemente genau zu identifizieren. Daher werden neue Methoden gesucht, mit denen große Mengen oder mehrere Messungen unbekannter Materialien schnell durchgeführt werden können.
Röntgenfluoreszenzspektren bei 1, 3, 5 und 3600 Sekunden. Das linke Diagramm zeigt Messungen ohne Bayes'sche Schätzung, während das rechte Diagramm Messungen mit Bayes'scher Schätzung zeigt, die in der Regel auch bei kürzeren Messzeiten genaue Werte liefert.
Tsugufumi Matsuyama, Osaka Metropolitan University
Eine gemeinsame Forschungsgruppe, der Dr. Tsugufumi Matsuyama, Professor Kouichi Tsuji und Masanori Nakae, Masterstudent im zweiten Jahr an der Osaka Metropolitan University Graduate School of Engineering, sowie Forscher der Japanischen Atomenergiebehörde angehören, hat eine neue Methode entwickelt, indem sie die Bayes'sche Schätzung auf die Röntgenfluoreszenzanalyse anwendet. Der Gruppe gelang es, die Messzeit eines Röntgenfluoreszenzspektrums pro Messpunkt von 7 Sekunden auf 3 Sekunden zu verkürzen. Damit konnte die benötigte Zeit um 4 Sekunden reduziert werden, um Analyseergebnisse zu erhalten, die sich nicht signifikant von den Spektren unterscheiden, die bei einer einstündigen Messung einer Glasstandardprobe erhalten wurden. Bei der Erstellung einer Elementverteilung zum Beispiel können je nach Probe bis zu 10.000 Messungen auf einer kleinen Fläche durchgeführt werden. Wenn also die Messzeit pro Punkt um 4 Sekunden reduziert wird, kann die Gesamtmesszeit bei der Erstellung einer Elementverteilung um 40.000 Sekunden reduziert werden, was etwa 11 Stunden entspricht.
Dr. Matsuyama erklärte: "Wir haben erfolgreich analytische Chemie und Informatik integriert, indem wir die Bayes'sche Inferenz auf die Röntgenfluoreszenzanalyse angewandt haben. Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, ob es möglich ist, mit dieser Methode auch Spuren von Elementen nachzuweisen. Wenn wir eine schnelle, zerstörungsfreie Elementanalyse durchführen können, ohne die Probe berühren zu müssen, könnte diese Technik in vielen Bereichen eingesetzt werden, z. B. bei der Analyse von Industrieprodukten oder Abfallstoffen, die auf Förderbändern transportiert werden, und bei der Überwachung laufender chemischer Reaktionen."
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