ナノスケールX線分析の自動化で解析時間を短縮(From 44 Hours to 10: Automation Accelerates Nanoscale X-ray Analysis)

2026-10-13 ブルックヘブン国立研究所(BNL)

米国エネルギー省傘下のブルックヘブン国立研究所(BNL)の研究チームは、大気汚染粒子をナノスケールで効率的に分析する自動化ソフトウェア「X-AutoMap」を開発した。このシステムは、X線顕微鏡で試料を低解像度で走査し、蛍光X線信号から特定の元素組成を持つ粒子をリアルタイムで識別。その後、対象粒子だけを高解像度で詳しく分析する。都市大気汚染の粒子試料約500個を用いた実証では、従来の手作業で約44時間かかる測定を約10時間で完了し、処理能力を4倍以上に高めた。また、鉄・クロム・マンガンを含む粒子と、鉄・カルシウム・ケイ素を含む粒子では、元素の分布や粒子構造に違いがあることを確認した。本技術は、分析時間の短縮だけでなく、研究者の経験に左右される対象選定の偏りを抑え、汚染粒子の化学的特徴と健康・環境への影響を解明する研究を支援する。今後は、電池材料や電子材料など、組成が複雑な物質の分析への応用も期待される。

<関連情報>

微粒子状物質のナノスケール化学種分析のための自律型X線蛍光マッピング Autonomous X-Ray Fluorescence Mapping for Nanoscale Chemical Speciation of Fine Particulate Matter

Carlos Deleon, Dmitri Gavrilov, Peggy O’Day, Ajith Pattammattel
Advanced Intelligent Discovery  Published: 10 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/aidi.202600006

ナノスケールX線分析の自動化で解析時間を短縮(From 44 Hours to 10: Automation Accelerates Nanoscale X-ray Analysis)

Abstract

Fine particulate matter (PM) pollution contributes to millions of premature deaths annually, yet the physicochemical mechanisms governing toxicity remain poorly understood. This reactivity is encoded in the nanoscale chemical speciation and mixing state of individual particles, which are obscured in bulk measurements. Although synchrotron-based X-ray fluorescence (XRF) microscopy provides the necessary sensitivity and spatial resolution, manually locating and scanning statistically meaningful particle populations is prohibitively time-consuming and prone to selection bias. Here, we present X-AutoMap, a modular framework for autonomous XRF experimentation that couples real-time chemical analysis with smart scan orchestration. By formalizing expert heuristics, such as elemental correlation rules distinguishing geogenic (Fe–Si–Ca) from anthropogenic (Fe–Cr–Mn) sources, into an interpretable decision logic, X-AutoMap transforms the microscope into an intelligent agent capable of autonomously identifying chemically relevant features. Validated at the NSLS-II Hard X-ray Nanoprobe, X-AutoMap reduced acquisition time from over 44 h to approximately 10 h while autonomously analyzing ≈500 particles. This work establishes a foundation for smart, high-throughput nanoscale chemical speciation of heterogeneous materials.

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