Röntgenmikroskop

Mikrotomographie großer Proben in hoher Auflösung

nano3DX

Rigakus Nano3DX ist ein echtes Röntgenmikroskop (XRM) mit der Fähigkeit, relativ große Proben mit hoher Auflösung zur messen. Erreicht wird dies durch eine hochleistungsfähige Drehanode als Röntgenquelle sowie einem hochauflösenden CCD Bildwandler. Die Drehanode erlaubt eine rasche Datenerfassung und ermöglicht die einfache Auswechslung von Anodenmaterial und so eine optimale Datengewinnung.

Was ist Röntgenmikroskopie?

Mit dem Begriff Tomographie wird die Studie der dreidimensionalen Struktur eines Objektes bezeichnet, bei der das Objekt in dünne Scheiben zerlegt wird. Der Begriff Mikrotomographie impliziert, dass die Scheiben extrem dünn sind, dünn genug um sie mithilfe eines optischen Mikroskopes darstellen zu können. Die klassische Tomographie ist eine mühsame und zeitaufwändige Prozedur und kann zudem zu größeren Störungen im Probenmaterial führen. In der Röntgentomographie wird das gesamte Probenmaterial in unterschiedlichen Drehwinkeln dargestellt. Diese unterschiedlichen Bilder werden dann von hochkomplexen Computeralgorithmen bearbeitet um so eine dreidimensionale Objektrekonstruktion zu erhalten, die in jede Richtung zerlegt werden kann. So können neue Informationen über die internen Eigenschaften des Objektes erhalten werden. Die Röntgenmikroskopie liefert diese Darstellungen in einer Auflösung unter einem Mikrometer (μm).

Hochauflösendes, kontrastreiches Röntgenmikroskop

Das neue Nano3DX erlaubt es Ihnen, verschiedenste Probentypen darstellen zu können, inklusive Proben mit geringem Absorptionskontrast, wie CFRP, oder dichtere Materialien wie keramische Verbundstrukturen. Das Nano3DX macht es möglich, selbst die Röntgenwellenlänge zu verändern um Kontrast und Durchdringungsvermögen noch zusätzlich zu verbessern.

Features

  • Ultraweites Sichtfeld, 25x größer als vergleichbare Systeme
  • Drei Röntgenwellenlängen (Cr, Cu und Mo Ka) zur Optimierung der Imaging-Eigenschaften verschiedener Probentypen
  • Parallelstrahlgeometrie für kontrastreiche und schnelle Datensammlungen
  • Automatische 5-Achsen (XYZ und Rotation) Probenbühne und On-Axis Imaging System
  • Hochaufgelöste und dreidimensionale (3D) Bilder
  • Hochleistungsfähige Drehanode als Röntgenquelle
  • Hoher Kontrast für low-Z Materialien
  • Hochauflösende CCD Bildwiedergebung
azom
  • X-ray generator: MicroMax-007 HF
  • Tube voltage: 20 to 50 kV
  • Tube current: up to 30 mA
  • Target: Cr, Cu and Mo
  • Detector: X-ray CCD camera
  • Number of pixels: 3300 × 2500
  • Pixel size: 0.27 to 4 μm
  • Field of view: 0.9 × 0.7 mm to 14 × 10 mm
  • Dynamic range: 16 bit
  • Sample stage: automatic 5-axis stage
  • Stage rotation axis accuracy: <0.5 μm
nano3DX dimensions
In the nano3DX, the magnification takes place in the detector using true microscope elements. This design places the sample close to a high-resolution detector, allowing for a near-parallel beam experiment. This means greater instrument stability and shorter data collection times providing the highest resolution of any X-ray microscope in its class.

The nano3DX design is a vast improvement over older implementations that use a small source and a long sample-to-detector distance. This geometric magnification requires a very small source and extreme stability to prevent smearing. Data acquisition times can be quite long because small sources are also low power.

The graph at the right shows the three primary anode materials available for use in the nano3DX: chromium, copper and molybdenum, and the effects they have on the experiment. As the energy of the X-ray radiation rises penetration increases but contrast for low atomic weight materials goes down. For bone and silicates, Mo is preferred but for carbon-containing materials, Cu or Cr is preferred. This flexibility is essential to obtaining high-quality, high-contrast images quickly.
XRM Theory

Mouse fibula at high resolution

The nano3DX is ideally suited to the analysis of bone samples at submicron resolution. One of the important features of the nano3DX is the ability to look at large samples at high resolution. In the example below, an entire mouse fibula was analyzed with the nano3DX, the first time a whole bone analysis has been performed.

mouse fibula

Parallel beam geometry and the ability of the nano3DX to obtain rapid high-contrast images allowed for the collection of the full tomogram of the bone from the proximal to distal ends. With each slice, the structures in the bone are clearly visible, including the softer cartilage at the proximal end. The scale bars are 50 μm long in each of the insets and the bone itself is approximately 12 mm long. The bone marrow, microvessels and osteocyte lacunae are clearly depicted.

Pharmaceuticals

Below is shown the analysis of a single pharmaceutical particle from a capsule. The first image is a single slice through the reconstruction. The second image is an interior tomogram of the particle at 0.54 μm/voxel. The last image displays a rendering of an analysis of the pores in the sample, color coded by size (red largest, green smallest).

pharma capsule

Ultra wide field of view

At right is shown an example of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP). The fibers are 7 μm in diameter. The image is 1.8 mm x 1.8 mm by 1.4 mm with a voxel size of 0.54 μm. The volume is represented by 3300 x 3300 x 2500 voxels. This volume is 25X larger than the measurable volume from a single scan from other systems at this resolution in a comparable time frame.

cfrp

High resolution

The two dimensional (2D) resolving power is shown directly in the images above with a transmission image of a test pattern at 0.27 μm per pixel in which lines at 0.6 μm are resolved.

Request more information on the Rigaku nano3DX.

test pattern
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Pharmaceutical tablet sample

Orally-disintegrating tablet sample

Orally-disintegrating tablet sample

Orally-disintegrating tablet sample

Coating sample

Paper sample

Paper sample

Paper sample

Paper sample

Carbon-fiber-reinforced polymer sample

CFRP slices example

Carbon-fiber-reinforced polymer sample

3D rendering of ant tibia

Transmission images of ant tibia

3D rendering of ant tibia

Foam sample

Mold sample

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