DE69535038T2

DE69535038T2 - Röntgenfluoreszenzanalysegerät

Info

Publication number: DE69535038T2
Application number: DE69535038T
Authority: DE
Inventors: Sumito Minami-ku Ozawa; Yoshinori Minami-ku Hosokawa; Kozo Minami-ku Kashihara; Gensiro Minami-ku Setou
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: DE69535038D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Röntgenfluoreszenzanalysator, der beispielsweise beim Untersuchen von in einer Probe enthaltenen Elementen, deren Menge und deren Verteilungszustand verwendet wird.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bei einem Röntgenfluoreszenzanalysator wird, wie es in den 6(A), (B) dargestellt ist, ein von einem Röntgengenerator 61 erzeugter Primär-Röntgenstrahl durch ein Röntgenführungsrohr (XGT = X-ray guide tube) 62 zu einem Röntgenbestrahlungsgebiet 63 geführt, und er wird durch eine Öffnung 65, die in einer Röntgenstrahlungs-Abschirmwand 64, die im Röntgenbestrahlungsgebiet 63 ausgebildet ist, auf eine Probe 67 auf einem Probentisch 66 emittiert, und die dabei erzeugte Röntgenfluoreszenzstrahlung wird durch einen Röntgendetektor 68 erfasst. Durch Verwenden des XGT 62 kann, bei diesem Aufbau, der Primär-Röntgenstrahl auf einen sehr kleinen Strahldurchmesser verkleinert werden, der im Bereich von einigen bis hunderten von Mikrometern liegt, und es kann ein sehr winziger Röntgenbestrahlungsabschnitt der Probe 67 mit ausreichend großer Leistung bestrahlt werden, so dass dieser winzige Bestrahlungsabschnitt sicher bestrahlt werden kann. Im Diagramm bezeichnet indessen die Bezugszahl 69 ein optisches Mikroskop, 70 einen Behälter, der ein Medium zum Kühlen des Röntgendetektors 68 enthält, und 71 einen Signalverstärker.
Wenn Elemente unter Verwendung eines derartigen Röntgenfluoreszenzanalysators analysiert werden, sind dafür verschiedene Verfahren bekannt, wie ein Verfahren zur Messung unter Beibehaltung des Röntgenbestrahlungsgebiets 63 mit dem Probentisch 66 auf Atmosphärendruck, wie es in der 6(A) dargestellt ist, und ein Verfahren zur Messung durch Einschließen des Röntgenbestrahlungsge biets 63 mit dem Probentisch 66 in ein Gehäuse 72 zur Isolierung gegen die Atmosphäre, und mit einem Evakuieren des Gehäuses 72 oder einem Füllen desselben mit Heliumgas (He-Gas), das weniger Primär-Röntgenstrahlung oder Röntgenfluoreszenzstrahlung als die Atmosphäre absorbiert, wie es in der 6(B) dargestellt ist.
Wenn jedoch eine Röntgenfluoreszenzanalyse an Atmosphäre ausgeführt wird, wie es in der 6(A) dargestellt ist, erleidet für Elemente mit kleinerer Röntgenfluoreszenzenergie, wie Na, Mg und Al, die leichter als Si sind, die durch Aufstrahlen der Primär-Röntgenstrahl auf diese Elemente verursachte Röntgenfluoreszenzstrahlung stärkere Effekte durch Absorption in der Atmosphäre, und demgemäß werden diese leichten Elemente, wenn sie in der Probe enthalten sind, nicht erfasst, oder die Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung ist wesentlich verringert.
Andernfalls muss, wie es in der 6(B) dargestellt ist, beim Ausführen einer Röntgenfluoreszenzanalyse im Vakuum oder in He-Gas, wobei dort kein Absorptionseffekt durch die Atmosphäre besteht, das Gehäuse 72 bei jedem Probenaustausch evakuiert oder mit He-Gas gespült werden, und neben der tatsächlichen Messung ist eine ziemlich lange Vorbereitungszeit erforderlich. Bei diesem Verfahren kann, was noch schlechter ist, keine lebende Probe (wie ein Blatt eines Baums) in lebendem Zustand gemessen werden.
US-3889113 offenbart einen Röntgenfluoreszenzanalysator mit einem Röntgengenerator zum Erzeugen eines Primär-Röntgenstrahls, einem Bestrahlungsgebiet zum Emittieren des Primär-Röntgenstrahls auf eine Probe auf einem Probentisch durch eine Öffnung, die in einer im Bestrahlungsgebiet angeordneten Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand ausgebildet ist, einem Röntgendetektor, der sich in einem Vakuumgehäuse befindet, um Röntgenfluoreszenzstrahlung zu erfassen, einem Harzfilm mit kleiner Röntgenabsorptionsrate, der in der Öffnung ausgedehnt ist, um das Bestrahlungsgebiet in einen ersten Raum, der mit Helium gefüllt ist, und wahlweise durch ein Fenster mit dem Röntgendetektor verbunden wird, und einem zweiten Raum zu unterteilen, der den Probentisch enthält, wobei der Harzfilm aus einem Material mit einer Dicke in der Größenordnung von Mikrometern besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände entworfen, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenfluoreszenzanalysator zu schaffen, mit dem sogar leichte Elemente wie Na, Mg und Al sicher erkannt werden können, ohne dass es bei jedem Probenaustausch erforderlich wäre, zu evakuieren oder mit He-Gas zu spülen, während die Absorptionseffekte der Atmosphäre beträchtlich verringert sind.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist durch die Erfindung ein Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß dem Anspruch 1 geschaffen, der durch Folgendes gekennzeichnet ist: Leiten eines durch einen Röntgengenerator erzeugten Primär-Röntgenstrahls durch ein Röntgenführungsrohr in ein Röntgenbestrahlungsgebiet, Emittieren des Primär-Röntgenstrahls auf eine Probe auf einem Probentisch durch eine Öffnung hindurch, die in einer im Röntgenbestrahlungsgebiet angeordneten Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand ausgebildet ist, und Erfassen der dabei erzeugten Röntgenfluoreszenzstrahlung durch einen Röntgendetektor, wobei in der Öffnung ein Harzfilm mit niedriger Röntgenabsorptionsrate aufgespannt ist, um eine Unterteilung in einen ersten Raum mit dem Röntgenführungsrohr und dem Röntgendetektor und einen zweiten Raum mit dem Probentisch vorzunehmen, wobei der erste Raum in einen Vakuumzustand versetzt ist.
Auf diese Weise, nämlich durch Aufspannen eines solchen Harzfilms mit kleiner Röntgenabsorptionsrate in der Öffnung, durch die der Primär-Röntgenstrahl oder die Röntgenfluoreszenzstrahlung läuft, um eine Unterteilung in einen ersten Raum mit dem Röntgenführungsrohr und dem Röntgendetektor und einen zweiten Raum mit dem Probentisch vorzunehmen, und durch Evakuieren des ersten Raums, wird der Hauptteil des Durchlaufs des Primär-Röntgenstrahls und der Röntgenfluoreszenzstrahlung in das Vakuum versetzt. Im Ergebnis ist die Absorption des Primär-Röntgenstrahls oder der Röntgenfluoreszenzstrahlung durch die Atmosphäre deutlich verringert, so dass leichte Elemente wie Na, Mg und Al sicher erfasst werden können.
Da sich der Probentisch, an dem die Probe angebracht ist, auf Atmosphärendruck befindet, ist es nicht erforderlich, bei jedem Probenaustausch zu evakuieren oder mit He-Gas zu spülen, wie dies beim Stand der Technik erforderlich ist, und demgemäß kann die gewünschte Analyse in kurzer Zeit ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Röntgenfluoreszenzanalysators gemäß der Erfindung.
2 ist eine wesentlich vergrößerte Ansicht des Röntgenfluoreszenzanalysators;
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Energie und dem Transmissionsvermögen des Primär-Röntgenstrahls in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Energie und dem Transmissionsvermögen der Röntgenfluoreszenzstrahlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Energie und der Röntgenintensität des Primär-Röntgenstrahls in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.
6(A) und 6(B) sind Diagramme, die den Aufbau herkömmlicher Röntgenfluoreszenzanalysatoren zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines Röntgenfluoreszenzanalysators gemäß der Erfindung dargestellt. In der 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Hauptkörperblock des Analysators, und darüber ist ein Röntgengenerator 2 mit einer Röntgenröhre 2a und anderem angebracht. Die Bezugszahl 2 entspricht einer Abdichtungseinheit, die zwischen den Hauptkörperblock 1 und den Röntgengenerator 2 eingefügt ist. Der Hauptkörperblock 1 verfügt über ein Einsetzloch 5 zum Platzieren eines XGT 4 zum Führen des durch den Röntgengenerator 2 erzeugten Primär-Röntgenstrahls durch Einschränken auf einen geeigneten Strahldurchmesser, und einen unteren Raum (Röntgenbestrahlungsgebiet) 6, der auf das Einsetzloch 5 folgt und nach unten ausgespart ist.
Die Bezugszahl 7 bezeichnet eine Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand, die im unteren Teil des Hauptkörperblocks 1 vorhanden ist, genauer gesagt, unter dem unteren Ende des XGT 4, und in dieser Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand 7 ist eine Öffnung 8 geeigneter Größe ausgebildet, die ausreichend groß dafür ist, dass sie das untere Ende des XGT 4 aufnimmt. Die Bezugszahl 9 entspricht einem Probentisch zum Anbringen einer Probe 10, der unter der Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand 7 vorhanden ist und so konzipiert ist, dass er sich mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmechanismus linear in den Richtungen X, Y, Z bewegt.
Die Bezugszahl 11 entspricht einem Röntgendetektor zum Erfassen der durch die Probe 10 erzeugten Röntgenfluoreszenzstrahlung b (siehe die 2), wenn diese auf dem Probentisch 9 vorhandene Probe 10 mit dem Primär-Röntgenstrahl a (siehe die 2) bestrahlt wird, und er ist beispielsweise als Halbleiterdetektor ausgebildet. Der Röntgendetektor 11 ist am unteren Ende eines kalten Fingers 14 angeordnet, der aus Wärme leitendem Kupfer besteht, das sich in einem Gehäuse 13 anschließend an einen Tank 12 befindet, der ein Kühlmedium wie flüssigen Stickstoff enthält, wobei er dem unteren Raum 6 zugewandt ist. Die Bezugszahl 15 entspricht einer Signalaufnahmeleitung des Röntgendetektors 11, und 16 entspricht einem Signalverstärker. Die Bezugszahl 17 entspricht einem optischen Mikroskop, und c bezeichnet einen sichtbaren Strahl.
Insoweit unterscheidet sich der Aufbau nicht speziell vom in der 6(A) dargestellten Röntgenfluoreszenzanalysator vom Typ mit Bestrahlung an Atmosphäre. Der Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß der Erfindung unterscheidet sich in den folgenden Punkten stark vom herkömmlichen Röntgenfluoreszenzanalysator.
Es beträgt nämlich der Durchmesser der in der Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand 7 ausgebildeten Öffnung 8 beispielsweise 2 bis 3 mm, und in dieser Öffnung 8 ist ein dünner Harzfilm 18 aufgespannt, um eine Unterteilung in einen ersten Raum 19 mit dem XGT 4 und dem Röntgendetektor 11 sowie einen zweiten Raum 20 mit dem Probentisch 9 und der Probe 10 vorzunehmen, wobei sich der erste Raum 19 in einem Vakuumzustand befindet.
Das Material des Harzfilms 18 muss transparent sein, um die Position der Probe 10 auf dem Tisch 9 visuell durch ein optisches Mikroskop 17 zu erkennen, und es muss über eine kleine Absorptionsrate für Röntgenstrahlung, wie den Primär-Röntgenstrahl a und die Röntgenfluoreszenzstrahlung b, verfügen, wobei es durch die Zusammensetzung des Films selbst keine Röntgenfluoreszenzstrahlung emittiert, und es muss ausreichend stark sein, um dem dem Atmosphärendruck entsprechenden Druck Stand zu halten, und als Material, das diesen Bedingungen genügt, ist beispielsweise ein Polyethylen-Harzfilm bekannt, dessen Dicke vorzugsweise mehrere Mikrometer beträgt.
Als Vakuumgrad im ersten Raum 19 ist beispielsweise 1 Torr oder weniger wünschenswert, bevorzugter 0,1 Torr oder weniger. Der zweite Raum 20 wird auf Atmosphärendruck gehalten. Die Höhe des Probentischs 9 sollte vorzugsweise so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen dem Harzfilm 18 und der Probe 10 1 mm oder weniger beträgt. Wenn der Abstand d so klein wie möglich gehalten wird, kann der Effekt einer Absorption durch die Atmosphäre minimiert werden.
Bei einem Röntgenfluoreszenzanalysator mit einem derartigen Aufbau befindet sich der Hauptteil des Durchgangs für den Primär-Röntgenstrahl a und die Röntgenfluoreszenzstrahlung b im Vakuumzustand, da der Harzfilm 18 mit niedriger Absorptionsrate für Röntgenstrahlung in der Öffnung 8 aufgespannt ist, durch die der Primär-Röntgenstrahl a und die Röntgenfluoreszenzstrahlung b laufen, um eine Unterteilung in den ersten Raum 19 mit dem XGT 4 und dem Röntgendetektor 11 und den zweiten Raum 20 mit dem Probentisch 9 und der Probe 10 vorzunehmen, wobei der erste Raum 19 in einem speziellen Vakuumzustand gehalten wird, und dadurch ist die Absorption des Primär-Röntgenstrahls a und der Röntgenfluoreszenzstrahlung b durch die Atmosphäre beträchtlich verringert, so dass leichte Elemente wie Na, Mg und Al sicher erfasst werden können.
Darüber hinaus ist es, da sich der Probentisch zum Anbringen der Probe an ihm auf Atmosphärendruck befindet, nicht erforderlich, bei jedem Probenaustausch zu evakuieren oder mit He zu spülen, wie dies beim Stand der Technik erforderlich ist, und die gewünschte Analyse kann in kurzer Zeit ausgeführt werden.
Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Daten, wie sie bei der Probenanalyse unter Verwendung des Röntgenfluoreszenzanalysators gemäß der Erfindung und der beim herkömmlichen Röntgenfluoreszenzanalysator erhalten werden, wobei die Testbedingungen die folgenden sind.

A: Bestrahlung an Luft, wie es in der 6(A) dargestellt ist
B: Erster Raum 19 = Vakuum, Abstand d = 1 mm, Harzfilm = 4 μm dick
C: Erster Raum 19 = Vakuum, Abstand d = 1 mm, Harzfilm = 2 μm dick
D: Erster Raum 19 = He-Schicht, Abstand d = 1 mm, Harzfilm = 4 μm dick
E: Erster Raum 19 = He-Schicht, Abstand d = 1 mm, Harzfilm = 2 μm dick

D. h., dass die Bedingung A dem herkömmlichen Messverfahren an Luft entspricht und die Bedingungen B und C dem Bestrahlungsverfahren durch den Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß der Erfindung entsprechen.
Als Erstes zeigt die 3 die Beziehung zwischen der Energie und dem Transmissionsvermögen des Primär-Röntgenstrahls a bei Bestrahlung mit den obigen Bedingungen, und die Symbole A bis E im Diagramm entsprechen den obigen Bedingungen A bis E. Aus diesem Diagramm ist es ersichtlich, dass das Transmissionsvermögen des Primär-Röntgenstrahls a selbst bei niedriger Energie, beim Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß der Erfindung im Vergleich zur herkömmlichen Bestrahlung an Luft merklich erhöht ist.
Die 4 zeigt die Beziehung zwischen der Energie und dem Transmissionsvermögen der Röntgenfluoreszenzstrahlung b bei Bestrahlung mit den obigen Bedingungen, und die Symbole A bis E im Diagramm entsprechen den obigen Bedingungen A bis E. Aus diesem Diagramm ist es ersichtlich, dass das Transmissionsvermögen der Röntgenfluoreszenzstrahlung, selbst bei niedriger Energie, beim Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß der Erfindung im Vergleich zur herkömmlichen Bestrahlung an Luft merklich erhöht ist.
In der 5 ist die Intensität von Röntgenfluoreszenzstrahlung niedriger Energie zwischen der herkömmlichen Messung (Messung an Atmosphäre) und der Messung durch den Röntgenfluoreszenzanalysator gemäß der Erfindung verglichen, wobei die Kurve F den Stand der Technik betrifft und die Kurve G die Erfindung repräsentiert, und aus der 5 ist es erkennbar, dass die Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung niedriger Energie bei der Erfindung ungefähr auf das Achtfache verstärkt ist.
Gemäß der Erfindung können, wie hier beschrieben, durch Aufspannen eines Harzfilms mit niedriger Absorptionsrate für Röntgenstrahlung in der Öffnung, die in der im Röntgenbestrahlungsgebiet vorhandenen Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand ausgebildet ist, um eine Unterteilung in den ersten Raum mit dem XGT und dem Röntgendetektor und den zweiten Raum mit dem Probentisch vorzunehmen, und durch Evakuieren des ersten Raums die Effekte der Atmosphäre wesentlich verringert werden, und demgemäß sind das Transmissionsvermögen für den Primär-Röntgenstrahl sowie dasjenige für die Röntgenfluoreszenzstrahlung merklich verbessert, während die Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung niedriger Energie deutlich verstärkt ist. Daher können leichte Elemente wie Na, Mg und Al, die bisher durch das herkömmliche Messverfahren an Atmosphäre nicht erfasst werden konnten, leicht erfasst werden.
Darüber hinaus ist es, da sich der zweite Raum mit dem Probentisch auf Atmosphärendruck befindet, nicht erforderlich, bei jedem Probenaustausch zu evakuieren oder mit He-Gas zu spülen, und demgemäß sind der Betrieb und die Messung vereinfacht, und die für die Messung benötigte Gesamtzeit ist verkürzt.
Auch ist gemäß der Erfindung die Intensität weicher Röntgenstrahlung im Primär-Röntgenstrahl erhöht, und die Anregungseffizienz ist verbessert.

Claims

Röntgenfluoreszenzanalysator mit: – einem Röntgengenerator (2) zum Erzeugen eines Primär-Röntgenstrahls; – einem Bestrahlungsgebiet (6) zum Emittieren des Primär-Röntgenstrahls auf eine Probe (10) auf einem Probentisch (9) durch eine Öffnung (8) hindurch, die in einer im Röntgenbestrahlungsgebiet (6) angeordneten Röntgenstrahlungs-Abschirmungswand (7) ausgebildet ist; – einem Röntgendetektor (11) zum Erfassen von Röntgenfluoreszenzstrahlung; – einem Harzfilm (18) mit kleiner Röntgenabsorptionsrate, der in der Öffnung (8) aufgespannt ist, um das Bestrahlungsgebiet (6) in einen ersten Raum (19), der evakuiert wird und den Röntgendetektor (11) enthält, und einen zweiten Raum (20) mit dem Probentisch (9) zu unterteilen; und – einem Röntgenführungsrohr (4) zum geeigneten Ausbilden eines Strahldurchmessers des Primär-Röntgenstrahls, das im ersten Raum (16) vorhanden ist, um den Primär-Röntgenstrahl in das Röntgenbestrahlungsgebiet (6) zu führen; – wobei der Harzfilm (18) für sichtbares Licht transparent ist und er aus einem Material besteht, das keine Röntgenfluoreszenzstrahlung emittiert, mit einer Dicke in der Größenordnung von Mikrometern; und – wobei im ersten Raum (19) ein optisches Mikroskop (17) vorhanden ist, damit die Position der Probe auf dem Probentisch durch dasselbe gesehen werden kann.
Analysator nach Anspruch 1, bei dem der Harzfilm (18) aus Polyethylen besteht.
Analysator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Dicke des Harzfilms (18) im Bereich von 1 bis 5 μm liegt.
Analysator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abstand (d) zwischen dem Harzfilm (18) und der Probe (10) oder der Oberseite der Probe (10) 1 mm oder weniger beträgt.
Analysator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Harzfilm (18) mit einem Durchmesser in der Öffnung (8) im Bereich von 2 bis 3 mm ausgebildet ist.