发明内容
但是,在任何现有技术中必需双结晶分光装置、即复杂、大型的荧光X射线分析装置。此外,在第一现有技术中,不清楚是 否可以将金属铬和6价铬分开定量,由于第二现有技术是以判断铬的价数的目的,而不是以根据价数分开定量的目的,所以不能将6价和其他铬分开定量。进一步地,在荧光X射线分析以外的现有分析技术中又需破坏检查、分析过程又复杂。
针对上述以前的问题,本发明的目的是提供一种可以由简单的结构定量分析6价铬的荧光X射线分析装置及该装置中使用的程序。
为了实现上述目的,本发明第一结构的荧光X射线分析装置,首先,包括对样品照射一次X射线的X射线源;使从样品发生的荧光X射线通过的发散狭缝;将通过该发散狭缝的荧光X射线分光的分光元件;使由该分光元件分光的荧光X射线通过的受光狭缝;测定通过该受光狭缝的荧光X射线的强度的检测器;连动机构,该连动机构使所述分光元件、受光狭缝和检测器连动,以使一边改变所述分光元件中的分光角、改变被分光的荧光X射线的波长,一边将该被分光的荧光X射线射入所述受光狭缝和检测器;根据所述检测器的测定结果进行定量分析的定量分析机构。
并且,所述定量分析机构根据使Cr-Kα射线中强度最大的峰值分光角变化的方式计算6价铬的含有率或附着量,该变化对应于6价铬的含有率或强度与全部铬含有率或强度之比。此外,通过择一地包括多个所述发散狭缝、分光元件和受光狭缝之中的至少任何一个,作为所述发散狭缝、分光元件、受光狭缝和检测器的组合,构成分辨力不同的多个检测机构,当检测出所述峰值分光角的变化时,选择比在求出全部铬含有率或强度时选择的检测机构分辨力更高的检测机构。
第一结构的荧光X射线分析装置即所谓的单结晶分光装置,是通过将来自样品的荧光X射线根据仅包括一个分光元件或者选 择的一个分光元件仅一次分光的荧光X射线分析装置。并且定量分析机构根据与6价铬的含有率或强度对全部铬的含有率或强度之比对应变化Cr-Kα射线中强度最大的峰值分光角,由此计算6价铬含有率或附着量,从而可以由简单的结构定量分析6价铬。这样的动作可以在检测峰值分光角的变化时选择比在求出全部铬的含有率或强度时选择的检测机构分辨力更高的检测机构。
最好,在第一结构的荧光X射线分析装置中,所述定量分析机构存储强度之比与含有率之比的相关关系,该强度之比采用标准样品预先求出,为Cr-Kα射线中的比峰值更低角度侧的规定分光角中的强度与比峰值更高角度侧的规定分光角中的强度之比,该含有率之比为6价铬的含有率对全部铬的含有率之比,对分析对像样品,求出所述强度之比并应用于所述相关关系,对得到的所述含有率之比应用于已求出的全部铬含有率,从而计算6价铬的含有率。而且,最好,择一地包括多个所述受光狭缝,当求出所述强度之比时,选择比在求出全部铬含有率时选择的受光狭缝分辨力更高的受光狭缝。根据这些优选的结构,可以根据现有的扫描型荧光X射线分析装置简单地实现第一结构的荧光X射线分析装置。
又,最好,在第一结构的荧光X射线分析装置中,在样品由铬酸盐表面处理膜及其基底钢板或镀锌钢板组成的情况下,首先,所述定量分析机构存储第一强度比和第二强度比间的相关关系,该第一强度比采用标准样品预先求出,为Cr-Kα射线中的比峰值更低角度侧的规定分光角中的强度与比峰值更高角度侧规定分光角中的强度之比,该第二强度比为来自6价铬的强度对来自全部铬的强度之比,同时存储采用标准样品预先求出的来自全部铬的强度和铬酸盐表面处理膜中的铬附着量的校正线,并且,对于分 析对象样品,求出所述第一强度比并应用于所述相关关系,将求出的来自全部铬的强度应用于所得到的所述第二强度比,计算出来自6价铬的强度,将该来自6价铬的强度乘以所述校正线的斜率而计算铬酸盐表面处理膜中6价铬的附着量。
而且,最好,择一地包括多个所述受光狭缝,在求出所述强度比时,选择比在求出全部铬的含有率时选择的受光狭缝分辨力更高的受光狭缝。根据该优选的结构,可以根据现有的扫描型荧光X射线分析装置简单地实现第一结构的荧光X射线分析装置,同时还可以消除包括在基底钢板或镀锌钢板中的铬的影响。
进一步地,在所述两个优选的结构中,还可以代替标准样品和分析对象样品中的所述各规定分光角中的强度,采用该强度和监视器样品中相同分光角中的强度之比。虽然有由于装置长时间的使用和装置内的温度变化而造成规定分光角存在偏差的情况,但是可以根据这样的结构校正规定分光角偏差产生的影响。
进一步地,优选在所述两个优选的结构中,预先将纯金属铬、3价铬作为样品测定Cr-Kα射线,求出由累计强度标准化的各峰值曲线,求出在Cr-Kα1射线的峰值分光角前后的两峰值曲线的强度一致的分光角,并且所述定量分析机构存储这两个分光角作为所述低角度侧和高角度侧的规定分光角。虽然金属铬和3价铬的峰值曲线略有不同,但是这样地决定规定的分光角且进行测定,由此,在金属铬和3价铬中,低角度侧的规定分光角中的强度和高角度侧的规定分光角中的强度之比完全相同,可以消除两个峰值曲线差异的影响,所以可以更正确地定量分析6价铬。
进一步地,在第一结构的荧光X射线分析装置中,所述定量分析机构在求出全部铬的含有率或强度时,根据所述检测器的测定结果进行定性分析,根据该定性分析结果进行定量分析,将该 定量分析结果中的铬分析值作为全部铬的含有率或强度,即也可以这样地进行所谓的半定量分析。
本发明的第二结构是将包括所述第一结构的荧光X射线分析装置的计算机用作所述定量分析机构而发挥作用的程序。通过第二结构的程序也可以得到与在第一结构的荧光X射线分析装置相同的作用效果。
具体实施方式
以下将根据附图说明本发明的第一实施例的荧光X射线分析装置。如图1中所示,该装置为波长分散型、扫描型荧光X射线分析装置,包括X射线管等的X射线源4,该X射线源4向承载于样品台2上的样品1照射1次X射线3;使由样品1产生的荧光X射线5通过的发散狭缝11;将通过该发散狭缝11的荧光X射线13分光的分光元件6;使由该分光元件6分光的荧光X射线7通过的受光狭缝20;测定通过该受光狭缝20的荧光X射线22的强度的检测器8;连动机构10,该连动机构10使分光元件6、 受光狭缝20和检测器8连动,以一边改变分光元件6的分光角20、改变被分光的荧光X射线7的波长一边将该分光后的荧光X射线7射入到受光狭缝20和检测器8中;根据检测器8的测定结果进行定量分析的定量分析装置18。
此外,通过择一地包括多个发散狭缝11、分光元件6、受光狭缝20,该装置构成多个检测机构23,其作为发散狭缝11、发光元件6、受光狭缝20和检测器8的组合,分辨力(角度分辨力)不同。
更具体地,该装置首先包括多种以规定的出射角(取り出し角)接近样品1表面、使由样品1产生的荧光X射线5通过的发散狭缝11,同时还包括由柱塞(プランジヤ—)16等交换该发散狭缝11的发散狭缝交换器17。多种发散狭缝11是开度角不同的梭拉狭缝(ソ—ラスリツト),在此,仅图示出了标准发散狭缝11A和高分辨力的发散狭缝11B。
此外,包括多种分光元件6,同时,还包括使通过发散狭缝11的荧光X射线13的光路选择性地进出任何一个分光元件6并且将射入的荧光X射线13分光的分光元件交换器15。分光元件交换器15由于在电机14的转轴上同轴地安装有多棱柱,所以在该多棱柱的各侧面安装种类不同的分光元件6。在此,图中仅示出了作为LiF(200)的标准分光元件6A和作为LiF(220)的高分辨力的分光元件6B。通过电机14的转动而选择的分光元件6将由样品1产生且通过发散狭缝11的荧光X射线13分光。
同样地,该装置还包括多种受光狭缝20。在此,图中仅示出了作为开度角不同的梭拉狭缝的标准受光狭缝20A和高分辨力受光狭缝20B。此外,还包括多种检测器8。在此,图中仅示出了作为F-PC(气流型比例计数管)的检测器8A和作为SC(闪烁计数管) 的检测器8B。此外,检测器8在角度分辨力上没有优劣。在此,标准受光狭缝20A被固定在作为F-PC的检测器8A之前,高分辨力的受光狭缝20B被固定在作为SC的检测器8B之前。并且,该装置包括使由分光元件6分光的的荧光X射线7的光路选择性地进出任何一个检测器8的检测器交换器19。因为受光狭缝20和检测器8的组合是固定的,所以检测器交换器19使由分光元件6分光的的荧光X射线7的光路选择性地进出任何一个受光狭缝20。
这样,通过择一地包括多个发散狭缝11、分光元件6、受光狭缝20,作为发散狭缝11、分光元件6、受光狭缝20和检测器8组合的分辨力不同的多个检测机构23例如配置成高分辨力的检测机构23B,该检测机构23B为作为标准的检测机构23A、发散狭缝11B、分光元件6B、受光狭缝20B和检测器8B的组合,该标准的检测机构23A作为发散狭缝11B、分光元件6B、受光狭缝20A和检测器8A的组合。
连动机构10就是所谓的角度计。荧光X射线13由某入射角θ向选择的分光元件6B入射时,虽然该荧光X射线13的延长线9和由分光元件6B分光(衍射)的荧光X射线7成入射角θ的2倍分光角2θ,但是连动机构10为了一边改变分光角20、改变分光后的荧光X射线7的波长、一边将分光后的荧光X射线7射入到已选择的受光狭缝20B和检测器8B,通过分光元件交换器15,以与通过分光元件6B表面中心的与纸面垂直的轴O为中心转动分光元件6B,并且以轴O为中心沿圆周12仅以该转动角的2倍转动(扫描)受光狭缝20B和检测器8B。
Cr-Kα射线22中强度最大的峰值分光角对应6价铬的含有率或强度与全部铬的含有率或强度的比而变化,由此定量分析机 构18算出6价铬含有率或附着量。此外,在检测峰值分光角的变化时,选择比求出全部铬的含有率或强度时选择的上述标准检测机构23A分辨力更高的所述高分辨力检测机构23B。
更具体地,定量分析机构18为计算机,其存储强度之比与含有率之比的相关关系,该强度之比为采用标准样品1A预先求出,为Cr-Kα射线22中的比峰值更低角度侧的规定分光角的强度与比峰值更高角度侧的规定分光角的强度之比,该含有率之比为6价铬的含有率对全部铬的含有率比,对分析对像样品1B,求出所述强度比并应用于所述相关关系,将求出的全部铬含有率应用于得到的所述含有率比,从而计算6价铬的含有率。并且,在由定量分析机构18的检测机构23的选择中,在求出所述强度比时,选择比求出全部铬的含有率时选择的受光狭缝20A分辨力更高的受光狭缝20B。
接下来,说明该装置的动作。首先,例如对作为金属铬100%的标准样品1A和作为3价铬(Cr2O3)100%的标准样品1A采用高分辨力的检测机构23B测定Cr-Kα射线22,求出由累计强度标准化的峰值曲线,求出在Cr-Kα1射线的峰值分光角前后两峰值曲线的强度一致的分光角,并且将这两个分光角作为低角度侧的规定分光角2θL和高角度侧的规定分光角2θH存储在定量分析装置18中。
并且,对于含有铬的组成已知的不同的多个标准样品1A,采用高分辨力检测机构23B,测定低角度侧的规定分光角2θL中的强度IL和高角度侧的规定分光角2θH中的强度IH,并且求出并存储该强度比IH/IL、6价铬含有率W6+与全部铬的含有率WTL之比W6+/WTL间的相关关系。本申请的发明者得到例如在图2中实线所示的直线的相关关系。
下面说明为何得到这样的相关关系。在图1中,分别将纯金属铬、3价铬和6价铬作为样品1,采用高分辨力检测机构23B,在图4中示出了测定Cr-Kα射线22后的峰值曲线。由累计强度将各峰值曲线标准化,并重复表示。据此可知,Cr-Kα1射线的峰值,在相对强度约0.8以上时金属铬的峰值和3价铬的峰值大体一致(大体重合),与6价铬的峰值不同(不重合)。因此,关于金属铬和3价铬的峰值曲线,求出在Cr-Kα1射线的峰值分光角前后两峰值曲线的强度一致(强度差为0)的分光角,并且将这两个分光角设定为低角度侧的规定分光角2θL和高角度侧的规定分光角2θH。
虽然金属铬和3价铬的峰值曲线约有不同,但是这样地决定规定分光角2θL和2θH、对含有铬的样品1进行测定,金属铬和3价铬的含有率比无关,表现为金属铬和3价铬中低角度侧的规定分光角2θL中的强度与高角度侧的规定分光角2θH中的强度之比完全相同,可以排除两者的峰值曲线的差异影响,金属铬和3价铬可以视为相同,同时可识别6价铬。因此,得到图2中所示的相关关系。
接下来,通过图1的定量分析机构18,对于分析对象样品1B,采用高分辨力检测机构23B,测定低角度侧的规定分光角2θL中的强度IL、高角度侧的规定分光角2θH中的强度IH,求出强度比IH/IL,应用所述相关关系,而得到所述含有率比W6+/WTL。此外,对于分析对象样品1B,采用标准检测机构23A,测定峰值分光角中全部铬的强度ITL,通过现有的射线检测法求出全部铬的含有率WTL。并且,将求出的全部铬含有率WTL应用于所述得到的含有率比W6+/WTL中而计算6价铬含有率W6+。即,通过定量分析机构18自动计算分析对象样品1B中的6价铬含有率W6+。
第一实施例的荧光X射线分析装置是由选择来自样品1的荧光X射线5的一个分光元件6仅1次分光的荧光X射线分析装置,即所谓的单结晶分光装置,因为定量分析机构18根据与6价铬含有率对全部铬含有率之比W6+/WTL对应地改变Cr-Kα射线22中强度变为最大的峰值分光角,以此计算6价铬的含有率W6+,所以可以由简单的结构定量分析6价铬。特别地,第一实施例的荧光X射线分析装置,可以基于现有的扫描型荧光X射线分析装置仅改变定量分析机构18的动作内容而简单地构成。由这样简单的结构可以定量分析6价铬的原因在于,当检测峰值分光角的变化时,即当求出所述强度比IH/IL时,选择比在求出全部铬含有率WTL时选择的检测机构23A分辨力更高的检测机构23B。
此外,该装置的定量分析机构18,在样品1由铬酸盐表面处理膜(包括6价铬和3价铬)1a及其基底钢板或镀锌钢板(都包括金属铬)1b组成的情况下,也构成为可以进行如下动作。首先,存储第一强度比IH/IL与第二强度比I6+/ITL间的相关关系,该第一强度比采用标准样品1A预先求出,为在Cr-Kα射线22中的比峰值更低角度侧的规定分光角2θL中的强度IL对比峰值更高角度侧的规定分光角2θH中的强度IH之比,该第二强度比为来自6价铬的强度I6+对来自全部铬的强度ITL之比(具体求法后述),同时存储采用标准样品1A预先求出的来自全部铬的强度ITL和铬酸盐表面处理膜中铬附着量CFTL的校正线。
并且,对于分析对象样品1B,在求出所述第一强度比IH/IL、应用所述相关关系,将求出的来自全部铬的强度ITL应用于得到的所述第二强度比I6+/ITL中而计算来自6价铬的强度I6+,并且将该来自6价铬的强度I6+乘以所述校正线的斜率而计算铬酸盐表面处理膜中6价铬的附着量C6+。进一步地,在求出所述强度比IH/IL 时,选择比在求出来自全部铬的强度ITL时选择的检测机构23A(包括标准受光狭缝20A)分辨力更高的检测机构23B(包括高分辨力受光狭缝20B)。
下面,说明在样品1由铬酸盐表面处理膜1a及其基底镀锌钢板1b组成的情况下的装置的动作。首先,将与前述相同的低角度侧的规定分光角2θL、高角度侧规定分光角2θH事先存储在定量分析机构18中。
并且,在铬酸盐表面处理膜1a中每个价的铬的附着量为已知而不相同,关于镀锌钢板1b中的金属铬含有率是已知的多个标准样品1A,采用高分辨力检测机构23B,测定低角度侧的规定分光角2θL中的强度IL、高角度侧的规定分光角2θH中的强度IH,求出并且事先存储它们的强度比即第一强度比IH/IL与第二强度比的相关关系,第二强度比为来自6价铬的强度I6+对来自全部铬的强度ITL之比I6+/ITL。虽然当求出第二强度比I6+/ITL时,必须将6价铬的附着量C6+、全部铬的附着量(还包括镀锌钢板1b中的金属铬的贡献)CTL变换为强度I6+、ITL,但是可以采用现有的基本参数(フアンダメンタルパラメ—タ)法进行理论强度计算。更简单地,也可以采用附着量之比C6+/CTL直接作为第二强度比I6+/ITL。
在准备由铬酸盐表面处理膜及其基底镀锌钢板组成的校准样品困难的情况下,作为替代,也可以混合氧化铝粉末、3价铬(Cr2O3)的粉末试剂、6价铬(CrO3等)的粉末试剂,制作组成已知、不同的多个粉末标准样品,相同地得到第一强度比IH/IL,同时采用6价铬和全部铬的含有率比作为第二强度比,从而求出相关关系。例如,得到如图2中所示直线的相关关系。
此外,在图1的铬酸盐表面处理膜1a中的铬附着量为已知,且不相同,在镀锌钢板1b中的金属铬含有率相同的多个标准样品 1A中,采用标准检测机构23A,测定峰值分光角中全部铬的强度ITL,完成并存储来自全部铬的强度ITL和铬酸盐表面处理膜中铬附着量CFTL的校正线。例如,得到如图3中所示直线的校正线。校正线式由接下来的式(1)所示。
CFTL=AITL+B
在此,与CFTL=0对应的ITL=b=-B/A是来自镀锌钢板1b中金属铬的强度,A是校正线的斜率。校正线的斜率A是将来自铬酸盐表面处理膜1a中铬的强度变换为附着量的系数。
接下来,通过图1的定量分析机构18,在分析对象样品1B中,采用高分辨力检测机构23B,测定低角度侧的规定分光角2θL中的强度IL、高角度侧的规定分光角2θH中的强度IH,求出所述第一强度比IH/IL且应用于所述相关关系,得到所述第二强度比I6+/ITL。此外,在分析对象样品1B中,采用标准检测机构23A,测定峰值分光角中全部铬的强度ITL,并应用于所述第二强度比I6+/ITL中,计算来自6价铬的强度I6+。并且,将来自其中6价铬的强度I6+乘以所述校正线的斜率A,即作为AI6+,从而计算铬酸盐表面处理膜中6价铬的附着量C6+。即,通过定量分析机构18,自动地计算分析对象样品1B中的铬酸盐表面处理膜中6价铬的附着量C6+。
第一实施例的荧光X射线分析装置是前述的所谓单结晶分光装置,在样品1由铬酸盐表面处理膜1a及其基底钢板或镀锌钢板1b组成的情况下,因为定量分析机构18根据使Cr-Kα射线22中强度最大的峰值分光角对应于6价铬的强度与全部铬的强度之比I6+/ITL而变化,由此计算出6价铬的附着量C6+,所以仍然可以由简单的结构定量分析6价铬,可以根据现有的扫描型荧光X射线分析装置仅改变定量分析机构18的动作内容而简单地构成。进 一步地,可以消除基底钢板或镀锌钢板1b中包含的金属铬的影响。可以由这样的简单结构定量分析6价铬的装置,在检测峰值分光角的变化时,即在求出所述第一强度比IH/IL时,选择比求出全部铬的强度ITL时选择的检测机构23A分辨力更高的检测机构23B。
此外,在第一实施例的装置中,也可以代替标准样品1A和分析对象样品1B中的所述各规定分光角2θL、2θH中的强度IL、IH,采用该强度IL、IH和监视器样品1C中的相同分光角2θL、2θH中的强度ICL、ICH之比IL/ICL、IH/ICH。在监视器样品1C中例如采用金属铬100%的情况,采用高分辨力检测机构23B测定。由于装置长时间的使用和装置内的温度变化,而造成虽应设置规定分光角但实际发生偏差,但是可以通过这样的结构校正规定分光角偏差的影响。
但是,这种校正虽然作为日常的比较短时间的校正是有效的,但是在长时间中规定分光角偏差较大的情况下是不充分的。因此,例如分析金属铬100%的监视器样品1C,而分析误差在规定范围外(例如±5%以上)时,再次测定标准样品1A以完成图2的相关关系,或由以下方法修正图2的相关关系。
首先,在如上所述地采用标准样品1A求出低角度侧的规定分光角2θL、高角度侧的规定分光角2θH时,合并地例如在作为金属铬100%的监视器样品1C和作为6价铬100%的监视器样品1C中,测定规定分光角2θL、2θH和偏差假定的范围中的分光角(例如规定分光角±0.01度)中的强度IL、IH,求出规定分光角的偏差和强度比IH/IL的相关关系,并且事先存储在定量分析机构18中。得到如图5和图6所示直线的相关关系。
为了校正由规定分光角的偏差导致的影响而校正图2的相关关系时,在作为金属铬100%的监视器样品1C中,与作成图5、6 的相关关系时相同地采用高分辨力检测机构23B,设定规定分光角2θL、2θH(实际上有产生偏差的危险)并测定强度IL、IH,求出强度比IH/IL。该强度比IH/IL例如是1.05时,则根据图5的相关关系,规定分光角的偏差是-0.005度,即实际上测定的是2θL-0.005,2θH-0.005的分光角。此外,将规定分光角的偏差-0.005度应用到图6的相关关系中,从而得到作为6价铬中的强度比为IH/IL1.20。
并且,根据金属铬中的强度比1.05和6价铬中的强度比1.20,如图2中双点划线所示地校正相关关系,并将其存储在定量分析机构18中。每当校正图2的相关关系时,虽然也有作为6价铬100%的监视器样品1C的测定方法,但是根据在此描述的方法,毒性强的6价铬的测定仅完成最初图6中的相关关系即可。
又,在以上的说明中,虽然是假想了在定量分析机构18应测定的分光角将连动机构10停止的狭义上的定量分析,但在求全部铬的含有率WTL或强度ITL时,不停止连动机构10而使检测器8连续地扫描,基于该检测器8的测定结果进行定性分析,基于该定性分析进行定量分析,将该定量分析结果中的铬分析值作为全部铬的含有率WTL或强度ITL,即也可进行所谓的半定量分析。
此外,在第一实施例的装置中,因为标准检测机构23A和高分辨力检测机构23B中发散狭缝11B和分光元件6B是共同的,所以各个交换是不需要的,在再现性这点上是有利的。这种情况下,作为发散狭缝11、分光元件6仅分别具有各一个,而不具备发散狭缝交换器17和分光元件交换器15也是可以的。除此以外,考虑标准检测机构23A、高分辨力检测机构23B中的发散狭缝11、分光元件6、受光狭缝20和检测器8的组合的各种情况,例如也可以由标准发散狭缝11A、标准分光元件6A、高分辨力受光狭缝20B和检测器8B的组合构成标准检测机构23A,由高分辨力发散 狭缝11B、高分辨力分光元件6B、高分辨力受光狭缝20B和检测器8B的组合构成高分辨力检测机构23B。
本发明的第二实施例是用于将包括所述第一实施例的荧光X射线分析装置的计算机用作所述定量分析机构18的程序。通过第二实施例的程序也可得到与第一实施例的荧光X射线分析装置相同的作用效果。
此外,虽然本发明的装置是包括角度计的扫描型荧光X射线分析装置,但是对于Cr-Kα射线,在每个分光角中,由具有发散狭缝、一个分光元件、受光狭缝和检测器的固定通道分光器进行基于高分辨力的规定分光角2θL、2θH中的测定、基于标准分辨力的峰值分光角中的测定,也可以通过同步分析型荧光X射线分析装置定量分析6价铬。