JP2004333131A - Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus - Google Patents

Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2004333131A
JP2004333131A JP2003124765A JP2003124765A JP2004333131A JP 2004333131 A JP2004333131 A JP 2004333131A JP 2003124765 A JP2003124765 A JP 2003124765A JP 2003124765 A JP2003124765 A JP 2003124765A JP 2004333131 A JP2004333131 A JP 2004333131A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
rays
ray
total reflection
receiving slit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003124765A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeyoshi Taguchi
武慶 田口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rigaku Denki Co Ltd
Rigaku Corp
Original Assignee
Rigaku Denki Co Ltd
Rigaku Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rigaku Denki Co Ltd, Rigaku Corp filed Critical Rigaku Denki Co Ltd
Priority to JP2003124765A priority Critical patent/JP2004333131A/en
Publication of JP2004333131A publication Critical patent/JP2004333131A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make parallel X rays applied to a sample and to fully secure the X-ray intensity by irradiating the sample with dispersion X rays coming out of a light reception slit after condensation by a curved crystal monochromator after turning the dispersion X rays into parallel beams by a parabolic multilayer mirror. <P>SOLUTION: The wavelength of the X rays 22 coming out of the light reception slit 14 can be changed by changing the relative position relationship among an X ray source 10, the light reception slit 14, and the curved crystal monochromator 12. The X rays 22 are reflected by the parabolic multilayer film mirror 24 to become parallel beams 26. The parallel beams 26 are transmitted through a transmission type X-ray detector 28 and enter the surface of the sample 30 under total reflection conditions. Fluorescent X rays 36 coming out of the sample 30 are detected by a fluorescent X-ray detector 38. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はXAFS測定装置に関し,特に,試料の表面に全反射条件でX線を照射して,そこから発生する蛍光を検出するようにした全反射蛍光XAFS測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この明細書で従来技術として引用する文献は次のとおりである。
【0003】
【特許文献1】
特開2001‐66268号公報
【特許文献2】
特開平5‐196583号公報
【特許文献3】
特開2001‐21507公報
【特許文献4】
特開平11‐352297号公報
【0004】
特許文献1はX線管と湾曲結晶モノクロメータとを使った実験室仕様のXAFS測定装置を開示するものである。特許文献2はシンクロトロン放射光を用いた全反射蛍光XAFS測定装置を開示するものである。特許文献3は平行ビームを用いたXAFS測定装置を開示するものである。特許文献4はX線用の放物面多層膜ミラーを開示するものである。
【0005】
XAFS(ザフス、X−ray Absorption Fine Structure: X線吸収微細構造)測定装置は、試料のX線吸収端近傍の微細なX線吸収スペクトルを測定する装置である。XAFSは、EXAFS(イグザフス、Extended X−ray Absorption Fine Structure: X線広域吸収微細構造)とXANES(ゼーネス、X−ray Absorption Near Edge Structure:X線吸収端近傍微細構造)とに分類される。EXAFSは、試料のX線吸収端よりもエネルギーの高い方に向かって1keV程度の広い範囲にわたって見られる吸収微細構造のことであり、従来からよく知られている。一方、XANESはX線吸収端の近傍(吸収端±50eV程度)の狭い領域に現れる吸収端微細構造のことであり、最近注目を集めている。XANESは、EXAFS測定装置と同じ装置構成で測定できるので、XANES測定とEXAFS測定の両方ができる装置として、従来のEXAFS測定装置という名称に代えて、最近はもっぱらXAFS測定装置の名称を使うようになってきている。
【0006】
XAFS測定装置は、連続X線を結晶モノクロメータで分光して任意の波長の単色X線を取り出すことができ、この波長を変化させて,試料にX線を照射することができる。XAFS測定装置のX線源としては,連続X線でかつ強度の強いシンクロトロン放射光を使うのが一般的であるが,実験室仕様ではX線管を使うことになる。X線管を使うXAFS装置は,X線を分光するための結晶モノクロメータとして、強度を稼ぐために湾曲結晶モノクロメータを用いることが多い。X線管と湾曲結晶モノクロメータとを用いた実験室仕様のXAFS測定装置は上述の特許文献1に記載されている。
【0007】
本発明は,XAFS測定装置のうち,全反射蛍光XAFS測定装置に関するものである。すなわち,試料の表面に全反射条件でX線を照射して,そこから発生する蛍光を検出するようにしたXAFS測定装置である。試料に対して全反射条件でX線を照射すると,(1)試料からの散乱X線が少なくなってS/N比が向上する,および(2)試料表面付近の情報だけを得ることができる,という利点がある。このような全反射蛍光X線分析装置は上述の特許文献2に記載されている。この特許文献2の全反射蛍光X線分析装置は,X線源としてシンクロトロン放射光を用いており,これを2結晶モノクロメータで所望波長に単色化して,さらに,全反射式の集光ミラーで受光スリットに集光して,X線を取り出している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
全反射蛍光XAFS測定装置では,全反射条件を満足させるために,試料の表面すれすれにX線を照射する必要がある。そのため,所定の発散角で広がっていくようなX線を試料に照射すると,一部のX線だけが試料表面に当たり,残りのX線が試料表面に当たらない,という問題が生じやすい。蛍光XAFS測定装置では,試料に入射するX線の強度と,試料から発生する蛍光X線の強度との比率を測定することになるので,試料の手前で入射X線の強度を測定しても,その一部が試料に当たらなければ,上述の比率を正しく求めることができない。また,試料の側面や試料ホルダーにX線が当たると,そこから散乱X線が生じて,測定精度に大きな影響を及ぼす。さらには,発散X線を試料に照射すると,試料上の位置によって入射X線の入射角が異なることになり,試料上のすべての位置で必ずしも全反射条件を満足しなくなる。
【0009】
そこで,上述の特許文献2では,試料に照射するX線の角度変動を少なくするために(すなわち,発散角を少なくするために),全反射式の集光ミラーから試料までの距離を11mと長くとっている。
【0010】
一方で,上述のようなシンクロトン放射光を用いないで,実験室レベルで全反射蛍光XAFSの測定をできるようにすることが望まれているが,その場合は,強度が稼げる湾曲結晶モノクロメータを分光装置に使うことが想定される。しかし,「全反射」蛍光を測定するには,次のような問題がある。湾曲結晶モノクロメータで分光すると,所望波長のX線が受光スリットに集光するが,この受光スリットから出てくるX線は所定の発散角を持って広がっていく。このような発散X線を試料に照射すると,既に述べたように,一部のX線が試料表面に当たらない問題や,試料上の位置によってX線の入射角が異なる問題が生じる。このような問題は,受光スリットから出てくる発散X線に起因しており,これが平行ビームになれば問題は解決できるはずである。
【0011】
また,所定の発散角で広がっていくX線のすべてを試料に照射するには,大きなサイズの試料を準備するか,あるいは,試料を受光スリットに近づける必要がある。小さな試料の場合は,試料をかなり受光スリットに近づける必要がある。しかし,受光スリットと試料の間には,入射X線の強度を検出するための透過型X線検出器が存在するので,試料を受光スリットに近づけるのにも限界がある。したがって,このような観点からも,発散ビームではなくて平行ビームを使うことが望まれる。
【0012】
ところで,平行ビームを使うXAFS測定装置として,上述の特許文献3に記載された装置が知られている。このXAFS測定装置は,X線源と試料との間に全反射式の放物面ミラーを配置して,この放物面ミラーでX線を平行化している。そして,得られた平行ビームを平板結晶モノクロメータに入射してX線を単色化し,この平板結晶モノクロメータで反射した平行ビームを試料に照射している。放物面ミラーとしては,ガラスの表面に金の蒸着膜を形成したものを用いている。
【0013】
そこで,全反射蛍光XAFS測定装置においても,この方式で平行ビームを得れば,発散X線に起因する上述のいろいろな問題が解消するはずである。しかしながら,次のような別の問題が生じる。上述の特許文献3は,X線源と平板結晶モノクロメータの間に全反射式の放物面ミラーを配置しているので,X線源から出射されるX線のうち,放物面ミラーの全反射条件を満足するわずかな発散角の範囲内のX線だけを利用することになる。したがって,全反射式の放物面ミラーと平板結晶モノクロメータとを組み合わせた分光装置を用いると,湾曲結晶モノクロメータを用いて集光するときと比べて,試料に入射するX線の強度が格段に弱くなってしまう。
【0014】
また,全反射式の放物面ミラーと平板結晶モノクロメータとの組み合わせの場合,試料に入射するX線の単色性が必ずしも十分でなく,波長がわずかに異なるX線が混じることになる。
【0015】
本発明は,以上のような問題を解決するためになされたものであり,その目的は,試料に照射するX線を平行化できて,かつ,そのX線強度も十分に確保できるような全反射蛍光XAFS測定装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の全反射蛍光XAFS測定装置は,分光装置と放物面多層膜ミラーと透過型X線検出器と試料保持装置と蛍光X線検出器を備えている。分光装置は,X線源と受光スリットと湾曲結晶モノクロメータを備えている。湾曲結晶モノクロメータは,X線源から出射されるX線を反射して受光スリットに集光する。そして,X線源と受光スリットと湾曲結晶モノクロメータとの相対位置関係を変えることで,受光スリットから出てくるX線の波長を変えることができる。放物面多層膜ミラーは,受光スリットから出てくるX線を反射して,これを平行ビームにする。透過型X線検出器は放物面多層膜ミラーと試料との間に配置されていて,試料に入射する前のX線の強度を検出する。試料保持装置は,透過型X線検出器から出てくるX線を試料の表面に全反射条件で入射できるように,試料を保持する。蛍光X線検出器は,試料から出てくる蛍光X線を検出する。
【0017】
本発明は,受光スリットから出てくるX線を放物面多層膜ミラーで平行ビームにしてから試料に照射しているので,全反射蛍光XAFS測定装置において,発散ビームを試料に照射することに起因する上述のさまざまな問題が解消する。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に,図面を参照して,本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の全反射蛍光XAFS測定装置のひとつの実施形態を示す構成図である。X線源10を出たX線18は,発散するX線であり,これが湾曲結晶モノクロメータ12で反射して単色化され,この反射X線20が受光スリット14に集光する。湾曲結晶モノクロメータ12の反射面はローランド円16に沿うように円弧状に湾曲している。X線源10と湾曲結晶モノクロメータ12の反射面と受光スリット14はローランド円16上に載っている。そして,X線源10と湾曲結晶モノクロメータ12と受光スリット14との相対位置関係を変更することで,受光スリット14から出てくるX線22の波長を変えることができる。例えば,ローランド円16上でX線源10の位置を変更すれば,湾曲結晶モノクロメータ12に対するX線18の入射角が変わり,それに応じて,湾曲結晶モノクロメータ12で反射可能なX線の波長が変わる。反射X線20が集光する位置は,湾曲結晶モノクロメータ12を中心としてX線源10と対称の位置になる。その位置に受光スリット14をもってくる。湾曲結晶モノクロメータ12において入射X線18に対する反射X線20の角度は2θであり,この2θが変化することで受光スリット14から出てくるX線22の波長が変化する。
【0019】
X線源10としては,例えば,モリブデン・ターゲットのX線管を使うことができ,その発生X線のうち,連続X線になっている波長部分をXAFSに利用する。
【0020】
受光スリット14はスリット幅が0.1〜0.2mm程度であり,この受光スリットによって散乱X線をカットする。
【0021】
受光スリット14から出てくるX線22は所定の発散角で広がっていく。このX線22は放物面多層膜ミラー24で反射して,平行ビーム26となる。放物面多層膜ミラー24の反射面は放物面となっており,その放物面の焦点の位置に受光スリット14がある。ゆえに,上述のように平行ビーム26が得られる。この平行ビーム26は透過型X線検出器28を透過してから,試料30の表面に微小な入射角度αで(すなわち,全反射条件で)入射する。試料30は試料保持装置31で保持されていて,平行ビーム26が全反射条件で試料30に入射するように,試料30の保持角度を調節することができる。試料30の表面で全反射したX線34は反射X線検出器32で検出される。一方,試料30の表面で発生した蛍光X線36は蛍光X線検出器38で検出される。
【0022】
検出器の一例を示すと,透過型X線検出器28としては透過型の比例計数管を用いることができ,反射X線検出器32としてはシンチレーション検出器を用いることができ,蛍光X線検出器38としてはエネルギー分解能の高い半導体検出器を用いることができる。ただし,検出器の形式はこれらのものに限定されない。
【0023】
試料30へのX線入射角αを設定するには,まず,反射率の測定をする。すなわち,透過型X線検出器28で検出した入射X線強度と,反射X線検出器32で検出した反射X線強度とを比較することで,試料30の表面でのX線反射率を求めることができる。このX線反射率を参考にすることで,全反射条件を満足するように,入射角αを正しく調節することができる。全反射条件を満足する最大の入射角(臨界入射角)は,X線の波長にも依存するが,0.2〜0.6°程度であり,入射角αはこれよりも小さい値に設定する必要がある。
【0024】
以上のようにして入射角αが設定できたら,次のように全反射蛍光XAFSを測定する。試料30に入射するX線26の強度は透過型X線検出器28で検出できる。試料30から出てくる蛍光X線36の強度は,そのエネルギー毎に,蛍光X線検出器38で検出できる。そして,X線26の波長を変えて,入射X線の強度と蛍光X線の強度との比率をグラフにすることで,全反射蛍光XAFSを求めることができる。
【0025】
本発明の全反射蛍光XAFS測定装置は,放物面多層膜ミラー24によって平行ビーム26を作っているので,試料30の位置を放物面多層膜ミラー24からいくら離しても,発散X線のときのような問題は生じない。
【0026】
次に,放物面多層膜ミラー24について説明する。この放物面多層膜ミラー24は,その反射面が人工多層膜でできている。この人工多層膜は、重い元素からなる層と,軽い元素からなる層を,交互に積層したものである。その積層周期は単結晶の格子面間隔に相当する。そして,この積層周期が放物面に沿って連続的に変化している。これにより,放物面の焦点上に受光スリット14を配置すれば,受光スリット14から所定の発散角で広がっていくX線22は,放物面多層膜ミラー24の反射面上のどの位置でもブラッグの回折条件を満足して,平行ビーム26となる。このような放物面多層膜ミラーは上述の特許文献4及びその明細書中の引用文献に記載されている。
【0027】
この放物面多層膜ミラーを設計するには,使用するX線の波長を決める必要がある。一方で,全反射蛍光XAFS測定装置では,X線の波長を変えて測定する必要がある。そこで,実際には,使用するX線の波長範囲を決めて,その範囲の中央の波長を基準にして放物面多層膜ミラーを設計する。この場合,波長範囲が広くなると,その範囲内で放物面多層膜ミラーが正常に機能するかどうか(すなわち,X線が反射するかどうか)が問題になるが,波長範囲がそれほど広くなければ,所定の波長範囲内に対して同一の放物面多層膜ミラーをそのまま使うことができる。
【0028】
次に,どの程度の波長範囲内で同一の放物面多層膜ミラーが機能するかどうかを数値を用いて検証する。測定目的の元素をコバルトと仮定し,測定に使用するX線エネルギーの中心値を8keV(CuKα線に相当)と仮定する。現在製造されている多層膜ミラーは,ロッキングカーブ測定において,2θで0.1〜0.2度程度の半値幅をもつ。格子面間隔(積層周期)が4nmの多層膜ミラーを作ると仮定した場合,8keVの入射X線エネルギーに対しては,ブラッグの回折条件を満足する2θは2.20度となる。上述の半値幅を考慮すると,2θが±0.05度程度の範囲内で変化しても,この多層膜ミラーでX線を反射させることが可能である。したがって,2θ=2.15〜2.25度の範囲内で放物面多層膜ミラーは十分機能する。これをX線のエネルギー値に換算すると,7.72〜8.46keVとなる。すなわち,変化幅が約700eVのエネルギー範囲内で,同一の放物面多層膜ミラーが機能し,この程度のエネルギー範囲内でならばX線の波長を変えても平行ビームが得られる。
【0029】
上述の約700eVの範囲というのは,XAFS測定のうちのEXAFS測定をする場合には,エネルギー・スキャン範囲として多少狭い感じがする。しかし,XANES測定をする場合のエネルギー・スキャン範囲としては十分すぎるエネルギー範囲である。
【0030】
なお,測定目的の元素が異なれば,測定に使用するX線のエネルギーが異なるので,それに応じて,異なる多層膜ミラーを準備する必要がある。
【0031】
次に,好ましい分光装置について説明する。図2はX線源から受光スリットに至る分光装置を示している。この分光装置は,上述のように,X線源10aと湾曲結晶モノクロメータ12aと受光スリット14との相対位置関係を変更することで,受光スリット14から出てくるX線22の波長を変化させることができる。放物面多層膜ミラー24を使うタイプの本発明の全反射蛍光XAFS測定装置では,波長変化によっても,受光スリット14の位置と,そこに向かうX線20の光軸40の位置とが変化しないタイプの分光装置を使うのが好ましい。そのような分光装置を用いると,湾曲結晶モノクロメータ12aでの回折角を2θaから2θbに変化させると,ローランド円の位置が16aから16bに(すなわち,その中心位置がOaからObに)移動し,X線源の位置が10aから10bに移動し,湾曲結晶モノクロメータの位置が12aから12bの位置に移動することになる。このとき,湾曲結晶モノクロメータ12aは光軸40上を移動することになる。波長変化のためのこのような動きがあっても,受光スリット14の位置と光軸40の位置は変化しない。このような分光装置を実現するための具体的な機構は公知であり,そのような機構は上述の特許文献1に記載されている。
【0032】
このような分光装置を使うと,測定波長を変えても,受光スリット14の位置とそこから出てくるX線22の方向とが全く変化しないので,放物面多層膜ミラー24の位置とそれ以後の測定系の配置とを同じにしたままで,全反射蛍光XAFS測定ができる。
【0033】
【発明の効果】
本発明の全反射蛍光XAFS測定装置は,受光スリットから出てくるX線を放物面多層膜ミラーで平行ビームにしてから試料に照射しているので,(1)試料に入射するX線の入射角が試料上の位置によって変化しない,(2)試料表面以外のところに入射X線が当たって散乱X線が増加するようなことが起きない,(3)試料サイズが小さくても受光スリットから試料までの距離を短くする必要がない,という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全反射蛍光XAFS測定装置のひとつの実施形態を示す構成図である。
【図2】X線源から受光スリットに至る分光装置を示す構成図である。
【符号の説明】
10 X線源
12 湾曲結晶モノクロメータ
14 受光スリット
16 ローランド円
24 放物面多層膜ミラー
26 平行ビーム
28 透過型X線検出器
30 試料
31 試料保持装置
32 反射X線検出器
38 蛍光X線検出器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an XAFS measuring apparatus, and more particularly to a total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus which irradiates a surface of a sample with X-rays under a condition of total reflection and detects fluorescence generated therefrom.
[0002]
[Prior art]
The documents cited as the prior art in this specification are as follows.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-66268 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-196585 [Patent Document 3]
JP 2001-21507 [Patent Document 4]
JP-A-11-352297
Patent Document 1 discloses a laboratory-specific XAFS measurement device using an X-ray tube and a curved crystal monochromator. Patent Literature 2 discloses a total reflection fluorescent XAFS measurement device using synchrotron radiation light. Patent Document 3 discloses an XAFS measurement device using a parallel beam. Patent Document 4 discloses a parabolic multilayer mirror for X-rays.
[0005]
An XAFS (X-ray Absorption Fine Structure: X-ray absorption fine structure) measuring device is a device for measuring a fine X-ray absorption spectrum near an X-ray absorption edge of a sample. XAFS includes EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) and XANES (Zenes, X-ray Absorption Near Edge and fine structure, which are classified as X-ray absorption near-edge structure). EXAFS is an absorption fine structure that can be seen over a wide range of about 1 keV toward higher energy than the X-ray absorption edge of a sample, and is well known in the art. On the other hand, XANES is an absorption edge fine structure that appears in a narrow region near the X-ray absorption edge (about ± 50 eV at the absorption edge), and has recently attracted attention. Since XANES can be measured with the same configuration as the EXAFS measurement device, recently, as a device capable of performing both XANES measurement and EXAFS measurement, the name of the conventional EXAFS measurement device has been replaced by the name of the XAFS measurement device. It has become to.
[0006]
The XAFS measurement apparatus can separate continuous X-rays with a crystal monochromator to take out monochromatic X-rays of an arbitrary wavelength, and can irradiate the sample with X-rays by changing this wavelength. As the X-ray source of the XAFS measurement apparatus, it is common to use synchrotron radiation light that is continuous X-rays and has high intensity, but an X-ray tube is used in a laboratory specification. An XAFS device using an X-ray tube often uses a curved crystal monochromator as a crystal monochromator for separating X-rays to increase the intensity. A laboratory-specific XAFS measurement apparatus using an X-ray tube and a curved crystal monochromator is described in the above-mentioned Patent Document 1.
[0007]
The present invention relates to a total reflection fluorescent XAFS measurement device among XAFS measurement devices. That is, this is an XAFS measurement device that irradiates the surface of the sample with X-rays under the condition of total reflection and detects fluorescence generated therefrom. When the sample is irradiated with X-rays under the condition of total reflection, (1) the amount of scattered X-rays from the sample is reduced and the S / N ratio is improved, and (2) only information near the sample surface can be obtained. , There is an advantage. Such a total reflection X-ray fluorescence spectrometer is described in Patent Document 2 mentioned above. The total reflection X-ray fluorescence spectrometer disclosed in Patent Document 2 uses synchrotron radiation as an X-ray source, and monochromatizes it to a desired wavelength by a two-crystal monochromator. The light is condensed on the light receiving slit to extract X-rays.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus, it is necessary to irradiate the surface of the sample with X-rays in order to satisfy the total reflection condition. Therefore, when the sample is irradiated with X-rays that spread at a predetermined divergence angle, a problem is likely to occur in that only a part of the X-rays hits the sample surface and the remaining X-rays do not hit the sample surface. In the fluorescent XAFS measuring device, the ratio of the intensity of the X-rays incident on the sample to the intensity of the fluorescent X-rays generated from the sample is measured. Therefore, even if the intensity of the incident X-rays is measured in front of the sample. If the part does not hit the sample, the above ratio cannot be calculated correctly. In addition, when X-rays hit the side surface of the sample or the sample holder, scattered X-rays are generated from the X-rays, which greatly affects measurement accuracy. Furthermore, when the sample is irradiated with divergent X-rays, the incident angle of the incident X-rays differs depending on the position on the sample, and all positions on the sample do not always satisfy the condition of total reflection.
[0009]
Therefore, in Patent Document 2 described above, in order to reduce the angle fluctuation of the X-ray irradiated on the sample (that is, to reduce the divergence angle), the distance from the total reflection type condenser mirror to the sample is set to 11 m. I've been taking it for a long time.
[0010]
On the other hand, it is desired to be able to measure the total reflection fluorescence XAFS at the laboratory level without using the above-mentioned synchrotron radiation, but in that case, a curved crystal monochromator that can increase the intensity is desired. Is assumed to be used for a spectrometer. However, measuring "total reflection" fluorescence has the following problems. When spectrally separated by a curved crystal monochromator, X-rays of a desired wavelength are condensed on a light receiving slit, and the X-rays emitted from the light receiving slit spread with a predetermined divergence angle. When such a divergent X-ray is irradiated on a sample, as described above, a problem that some X-rays do not hit the sample surface and a problem that the incident angle of the X-ray varies depending on a position on the sample occur. Such a problem is caused by divergent X-rays coming out of the light receiving slit, and if this becomes a parallel beam, the problem should be solved.
[0011]
Further, in order to irradiate the sample with all the X-rays that spread at a predetermined divergence angle, it is necessary to prepare a large-sized sample or to bring the sample closer to the light receiving slit. In the case of a small sample, the sample needs to be very close to the light receiving slit. However, since there is a transmission type X-ray detector for detecting the intensity of incident X-rays between the light receiving slit and the sample, there is a limit in bringing the sample closer to the light receiving slit. Therefore, from such a viewpoint, it is desirable to use a parallel beam instead of a diverging beam.
[0012]
Meanwhile, as an XAFS measuring apparatus using a parallel beam, an apparatus described in Patent Document 3 is known. In this XAFS measuring apparatus, a total reflection parabolic mirror is arranged between an X-ray source and a sample, and the parabolic mirror parallelizes the X-rays. Then, the obtained parallel beam is made incident on a plate crystal monochromator to monochromaticize X-rays, and the parallel beam reflected by the plate crystal monochromator is irradiated on the sample. As the parabolic mirror, a mirror having a gold vapor-deposited film formed on a glass surface is used.
[0013]
Therefore, in the total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus, if a parallel beam is obtained by this method, the above-mentioned various problems caused by divergent X-rays should be solved. However, another problem arises as follows. In Patent Document 3 described above, since a parabolic mirror of the total reflection type is arranged between the X-ray source and the flat crystal monochromator, of the X-rays emitted from the X-ray source, the parabolic mirror is used. Only X-rays within a small divergence angle satisfying the condition of total reflection will be used. Therefore, using a spectroscope that combines a total reflection parabolic mirror and a flat crystal monochromator, the intensity of X-rays incident on the sample is much higher than when condensing using a curved crystal monochromator. It becomes weak.
[0014]
In the case of a combination of a total reflection type parabolic mirror and a flat crystal monochromator, monochromaticity of X-rays incident on the sample is not always sufficient, and X-rays having slightly different wavelengths are mixed.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an X-ray which can irradiate a sample with a parallel beam and sufficiently secure the X-ray intensity. It is an object of the present invention to provide a reflection fluorescence XAFS measurement device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus of the present invention includes a spectroscope, a parabolic multilayer mirror, a transmission X-ray detector, a sample holding device, and a fluorescent X-ray detector. The spectrometer includes an X-ray source, a light receiving slit, and a curved crystal monochromator. The curved crystal monochromator reflects the X-rays emitted from the X-ray source and focuses the X-rays on a light receiving slit. Then, by changing the relative positional relationship between the X-ray source, the light receiving slit, and the curved crystal monochromator, the wavelength of the X-ray emitted from the light receiving slit can be changed. The parabolic multilayer mirror reflects the X-ray coming out of the light receiving slit and converts it into a parallel beam. The transmission X-ray detector is disposed between the parabolic multilayer mirror and the sample, and detects the intensity of the X-ray before entering the sample. The sample holding device holds the sample so that X-rays emitted from the transmission X-ray detector can be incident on the surface of the sample under the condition of total reflection. The fluorescent X-ray detector detects fluorescent X-rays emitted from the sample.
[0017]
According to the present invention, since the X-rays coming out of the light receiving slit are made into a parallel beam by a parabolic multilayer mirror and then irradiated to the sample, the divergent beam is irradiated to the sample in the total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus. The various problems caused by the above are eliminated.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the total reflection fluorescent XAFS measurement device of the present invention. The X-rays 18 emitted from the X-ray source 10 are divergent X-rays, which are reflected by the curved crystal monochromator 12 to be monochromatic, and the reflected X-rays 20 are condensed on the light receiving slit 14. The reflection surface of the curved crystal monochromator 12 is curved in an arc shape along the Rowland circle 16. The reflection surface of the X-ray source 10, the curved crystal monochromator 12, and the light receiving slit 14 are placed on a Rowland circle 16. By changing the relative positional relationship between the X-ray source 10, the curved crystal monochromator 12, and the light receiving slit 14, the wavelength of the X-ray 22 coming out of the light receiving slit 14 can be changed. For example, if the position of the X-ray source 10 is changed on the Roland circle 16, the incident angle of the X-rays 18 on the curved crystal monochromator 12 changes, and accordingly, the wavelength of the X-rays that can be reflected by the curved crystal monochromator 12 Changes. The position where the reflected X-rays 20 converge is a position symmetrical to the X-ray source 10 about the curved crystal monochromator 12. The light receiving slit 14 is brought to that position. The angle of the reflected X-ray 20 with respect to the incident X-ray 18 in the curved crystal monochromator 12 is 2θ, and the wavelength of the X-ray 22 coming out of the light receiving slit 14 changes by changing 2θ.
[0019]
As the X-ray source 10, for example, an X-ray tube of a molybdenum target can be used. Of the generated X-rays, a wavelength portion that is a continuous X-ray is used for XAFS.
[0020]
The light receiving slit 14 has a slit width of about 0.1 to 0.2 mm, and cuts scattered X-rays by the light receiving slit.
[0021]
The X-ray 22 coming out of the light receiving slit 14 spreads at a predetermined divergence angle. The X-rays 22 are reflected by the parabolic multilayer mirror 24 and become parallel beams 26. The reflection surface of the parabolic multilayer mirror 24 is a paraboloid, and the light receiving slit 14 is located at the focal point of the paraboloid. Therefore, the parallel beam 26 is obtained as described above. After passing through the transmission type X-ray detector 28, the parallel beam 26 is incident on the surface of the sample 30 at a small incident angle α (that is, under the condition of total reflection). The sample 30 is held by the sample holding device 31, and the holding angle of the sample 30 can be adjusted so that the parallel beam 26 is incident on the sample 30 under the condition of total reflection. X-rays 34 totally reflected on the surface of the sample 30 are detected by the reflected X-ray detector 32. On the other hand, the fluorescent X-rays 36 generated on the surface of the sample 30 are detected by the fluorescent X-ray detector 38.
[0022]
As an example of a detector, a transmission type proportional counter can be used as the transmission X-ray detector 28, a scintillation detector can be used as the reflection X-ray detector 32, and a fluorescent X-ray detector can be used. As the detector 38, a semiconductor detector having a high energy resolution can be used. However, the type of the detector is not limited to these.
[0023]
In order to set the X-ray incident angle α to the sample 30, first, the reflectance is measured. That is, by comparing the incident X-ray intensity detected by the transmission X-ray detector 28 and the reflected X-ray intensity detected by the reflected X-ray detector 32, the X-ray reflectivity on the surface of the sample 30 is obtained. be able to. By referring to this X-ray reflectivity, the incident angle α can be correctly adjusted so as to satisfy the total reflection condition. The maximum incident angle (critical incident angle) that satisfies the condition for total reflection depends on the X-ray wavelength, but is about 0.2 to 0.6 °, and the incident angle α is set to a smaller value. There is a need to.
[0024]
When the incident angle α can be set as described above, the total reflection fluorescence XAFS is measured as follows. The intensity of the X-ray 26 incident on the sample 30 can be detected by a transmission X-ray detector 28. The intensity of the fluorescent X-ray 36 coming out of the sample 30 can be detected by the fluorescent X-ray detector 38 for each energy. Then, by changing the wavelength of the X-ray 26 and plotting the ratio between the intensity of the incident X-ray and the intensity of the fluorescent X-ray, a total reflection fluorescent XAFS can be obtained.
[0025]
In the total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus of the present invention, since the parallel beam 26 is formed by the parabolic multilayer mirror 24, even if the position of the sample 30 is far from the parabolic multilayer mirror 24, the divergent X-ray There are no such problems.
[0026]
Next, the parabolic multilayer mirror 24 will be described. The reflection surface of the parabolic multilayer mirror 24 is made of an artificial multilayer film. This artificial multilayer film is obtained by alternately stacking layers made of heavy elements and layers made of light elements. The stacking cycle corresponds to the lattice spacing of the single crystal. And this lamination cycle changes continuously along the paraboloid. Thus, if the light receiving slit 14 is arranged on the focal point of the parabolic surface, the X-rays 22 that spread at a predetermined divergence angle from the light receiving slit 14 can be projected at any position on the reflecting surface of the parabolic multilayer mirror 24. The beam becomes a parallel beam 26 that satisfies the Bragg diffraction condition. Such a parabolic multilayer mirror is described in the above-mentioned Patent Document 4 and the references cited therein.
[0027]
To design this parabolic multilayer mirror, it is necessary to determine the wavelength of the X-ray to be used. On the other hand, in the total reflection fluorescent XAFS measuring device, it is necessary to perform measurement while changing the wavelength of the X-ray. Therefore, in practice, the wavelength range of the X-ray to be used is determined, and the parabolic multilayer mirror is designed with reference to the wavelength in the center of the range. In this case, if the wavelength range is widened, whether the parabolic multilayer mirror functions normally within that range (ie, whether or not X-rays are reflected) becomes a problem. The same parabolic multilayer mirror can be used as it is within a predetermined wavelength range.
[0028]
Next, numerical values are used to verify within what wavelength range the same parabolic multilayer mirror functions. It is assumed that the element to be measured is cobalt, and the center value of the X-ray energy used for the measurement is 8 keV (corresponding to CuKα ray). The currently manufactured multilayer mirror has a half width of about 0.1 to 0.2 degrees in 2θ in rocking curve measurement. Assuming that a multilayer mirror having a lattice spacing (stacking period) of 4 nm is to be produced, 2θ that satisfies Bragg's diffraction condition is 2.20 degrees for incident X-ray energy of 8 keV. In consideration of the above half width, even if 2θ changes within a range of about ± 0.05 degrees, it is possible to reflect X-rays with this multilayer mirror. Therefore, the parabolic multilayer mirror functions sufficiently within the range of 2θ = 2.15 to 2.25 degrees. When this is converted into an X-ray energy value, it becomes 7.72 to 8.46 keV. That is, the same parabolic multilayer mirror functions within the energy range of about 700 eV, and a parallel beam can be obtained even if the wavelength of X-rays is changed within this range of energy.
[0029]
When the EXAFS measurement of the XAFS measurement is performed, the range of about 700 eV described above is somewhat narrow as an energy scan range. However, this is an energy range that is too large as an energy scan range for performing XANES measurement.
[0030]
If the element to be measured is different, the energy of the X-ray used for the measurement is different. Therefore, it is necessary to prepare a different multilayer mirror in accordance with the energy.
[0031]
Next, a preferred spectroscopic device will be described. FIG. 2 shows a spectrometer from the X-ray source to the light receiving slit. As described above, this spectroscopic apparatus changes the wavelength of the X-rays 22 emitted from the light receiving slit 14 by changing the relative positional relationship between the X-ray source 10a, the curved crystal monochromator 12a, and the light receiving slit 14. be able to. In the total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus of the present invention of the type using the parabolic multilayer mirror 24, the position of the light receiving slit 14 and the position of the optical axis 40 of the X-ray 20 traveling therethrough do not change even if the wavelength changes. It is preferred to use a type of spectrometer. When such a spectroscopic device is used, when the diffraction angle at the curved crystal monochromator 12a is changed from 2θa to 2θb, the position of the Rowland circle moves from 16a to 16b (that is, the center position moves from Oa to Ob). , X-ray source moves from 10a to 10b, and the position of the curved crystal monochromator moves from 12a to 12b. At this time, the curved crystal monochromator 12a moves on the optical axis 40. Even if such a movement due to the wavelength change occurs, the position of the light receiving slit 14 and the position of the optical axis 40 do not change. A specific mechanism for realizing such a spectroscopic device is known, and such a mechanism is described in Patent Document 1 described above.
[0032]
When such a spectroscopic device is used, the position of the light receiving slit 14 and the direction of the X-rays 22 emitted therefrom do not change at all even if the measurement wavelength is changed. Total reflection fluorescent XAFS measurement can be performed while keeping the arrangement of the subsequent measurement system the same.
[0033]
【The invention's effect】
The total reflection fluorescent XAFS measurement apparatus of the present invention irradiates the sample with the X-rays coming out of the light receiving slit after being converted into a parallel beam by the parabolic multilayer mirror. The incident angle does not change depending on the position on the sample, (2) the incident X-ray does not hit the place other than the sample surface, and the scattered X-ray does not increase, (3) the light receiving slit even if the sample size is small. The effect is that there is no need to shorten the distance from the sample to the sample.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a total reflection fluorescent XAFS measurement device of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a spectroscopic device from an X-ray source to a light receiving slit.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 X-ray source 12 Curved crystal monochromator 14 Receiving slit 16 Roland circle 24 Parabolic multilayer mirror 26 Parallel beam 28 Transmission X-ray detector 30 Sample 31 Sample holder 32 Reflected X-ray detector 38 Fluorescent X-ray detector

Claims (2)

次の構成を備える全反射蛍光XAFS測定装置。
(a)X線源と,受光スリットと,前記X線源から出射されるX線を反射して前記受光スリットに集光する湾曲結晶モノクロメータとを備えていて,前記X線源と前記受光スリットと前記湾曲結晶モノクロメータとの相対位置関係を変えることで前記受光スリットから出てくるX線の波長を変えることができる分光装置。(b)前記受光スリットから出てくるX線を反射して,これを平行ビームにする放物面多層膜ミラー。
(c)前記放物面多層膜ミラーと試料との間に配置されて,試料に入射する前のX線の強度を検出する透過型X線検出器。
(d)前記透過型X線検出器から出てくるX線を前記試料の表面に全反射条件で入射できるように前記試料を保持できる試料保持装置。
(e)前記試料から出てくる蛍光X線を検出する蛍光X線検出器。
A total reflection fluorescent XAFS measurement device having the following configuration.
(A) an X-ray source, a light-receiving slit, and a curved crystal monochromator that reflects the X-rays emitted from the X-ray source and condenses the light on the light-receiving slit; A spectroscope capable of changing the wavelength of X-rays emitted from the light receiving slit by changing the relative positional relationship between the slit and the curved crystal monochromator. (B) A parabolic multilayer mirror that reflects the X-rays coming out of the light receiving slit and converts it into a parallel beam.
(C) A transmission X-ray detector that is arranged between the parabolic multilayer mirror and the sample and detects the intensity of X-rays before entering the sample.
(D) A sample holding device capable of holding the sample so that X-rays emitted from the transmission type X-ray detector can be incident on the surface of the sample under the condition of total reflection.
(E) An X-ray fluorescence detector for detecting X-ray fluorescence emitted from the sample.
請求項1に記載の全反射蛍光XAFS測定装置において,前記受光スリットから出てくるX線の波長を変化させても,前記受光スリットの位置と前記受光スリットから出てくるX線の方向とが変化しないことを特徴とする全反射蛍光XAFS測定装置。2. The total reflection fluorescent XAFS measuring apparatus according to claim 1, wherein the position of the light receiving slit and the direction of the X-ray coming out of the light receiving slit are changed even when the wavelength of the X-ray coming out of the light receiving slit is changed. A total reflection fluorescent XAFS measuring device characterized by not changing.
JP2003124765A 2003-04-30 2003-04-30 Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus Pending JP2004333131A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003124765A JP2004333131A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003124765A JP2004333131A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004333131A true JP2004333131A (en) 2004-11-25

Family

ID=33502214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003124765A Pending JP2004333131A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004333131A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007019053A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-15 X-Ray Optical Systems, Inc. Monochromatic x-ray micro beam for trace element mapping
WO2007100105A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Multi x-ray generator and multi-radiography system
JP2007304063A (en) * 2006-05-15 2007-11-22 Shimadzu Corp Solar slit
CN103175857A (en) * 2013-03-14 2013-06-26 中国科学院高能物理研究所 Device specially used for grazing incidence XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) experiment and regulating method of device
JP2013148431A (en) * 2012-01-18 2013-08-01 Fujitsu Ltd Total reflection x-ray analysis method and total reflection x-ray analysis device
DE102009047672C5 (en) * 2009-12-08 2014-06-05 Bruker Axs Gmbh X-ray optical construction with two focusing elements
DE112010001478B4 (en) * 2009-07-01 2016-05-04 Rigaku Corp. Use of an X-ray device
CN111650226A (en) * 2020-05-27 2020-09-11 中国科学院上海应用物理研究所 Laboratory X-ray source-based medium-energy X-ray absorption spectrometer
CN116256380A (en) * 2023-05-15 2023-06-13 安徽吸收谱仪器设备有限公司 Table XAFS testing device

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7991116B2 (en) 2005-08-04 2011-08-02 X-Ray Optical Systems, Inc. Monochromatic x-ray micro beam for trace element mapping
WO2007019053A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-15 X-Ray Optical Systems, Inc. Monochromatic x-ray micro beam for trace element mapping
US8861682B2 (en) 2006-03-03 2014-10-14 Canon Kabushiki Kaisha Multi X-ray generator and multi X-ray imaging apparatus
WO2007100105A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Multi x-ray generator and multi-radiography system
US7873146B2 (en) 2006-03-03 2011-01-18 Canon Kabushiki Kaisha Multi X-ray generator and multi X-ray imaging apparatus
US7889844B2 (en) 2006-03-03 2011-02-15 Canon Kabushiki Kaisha Multi X-ray generator and multi X-ray imaging apparatus
US8139716B2 (en) 2006-03-03 2012-03-20 Canon Kabushiki Kaisha Multi X-ray generator and multi X-ray imaging apparatus
JP2007304063A (en) * 2006-05-15 2007-11-22 Shimadzu Corp Solar slit
DE112010001478B4 (en) * 2009-07-01 2016-05-04 Rigaku Corp. Use of an X-ray device
US9336917B2 (en) 2009-07-01 2016-05-10 Rigaku Corporation X-ray apparatus, method of using the same and X-ray irradiation method
DE102009047672C5 (en) * 2009-12-08 2014-06-05 Bruker Axs Gmbh X-ray optical construction with two focusing elements
JP2013148431A (en) * 2012-01-18 2013-08-01 Fujitsu Ltd Total reflection x-ray analysis method and total reflection x-ray analysis device
CN103175857B (en) * 2013-03-14 2015-06-03 中国科学院高能物理研究所 Device specially used for grazing incidence XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) experiment and regulating method of device
CN103175857A (en) * 2013-03-14 2013-06-26 中国科学院高能物理研究所 Device specially used for grazing incidence XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) experiment and regulating method of device
CN111650226A (en) * 2020-05-27 2020-09-11 中国科学院上海应用物理研究所 Laboratory X-ray source-based medium-energy X-ray absorption spectrometer
CN111650226B (en) * 2020-05-27 2023-08-25 中国科学院上海应用物理研究所 Medium energy X-ray absorption spectrometer based on laboratory X-ray source
CN116256380A (en) * 2023-05-15 2023-06-13 安徽吸收谱仪器设备有限公司 Table XAFS testing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3958134B2 (en) measuring device
US9448190B2 (en) High brightness X-ray absorption spectroscopy system
JP5525523B2 (en) X-ray apparatus, method of using the same, and method of X-ray irradiation
Henke et al. Pulsed plasma source spectrometry in the 80–8000‐eV x‐ray region
US7414787B2 (en) Phase contrast microscope for short wavelength radiation and imaging method
US6934359B2 (en) Wavelength dispersive XRF system using focusing optic for excitation and a focusing monochromator for collection
JP6142135B2 (en) Obliquely incident X-ray fluorescence analyzer and method
JP7395775B2 (en) Systems and methods for X-ray absorption spectroscopy using a crystal analyzer and multiple detector elements
CN110530907B (en) X-ray absorption measurement system
JP5990734B2 (en) X-ray fluorescence analyzer
WO2013108876A1 (en) X-ray diffractometer
JP2009002805A (en) Small angle/wide angle x-ray measuring device
JP3741411B2 (en) X-ray focusing apparatus and X-ray apparatus
JPH11352079A (en) Xafs measuring method and apparatus thereof
JP2004333131A (en) Total reflection fluorescence xafs measuring apparatus
JP2002189004A (en) X-ray analyzer
US20040066894A1 (en) Device for x-ray analytical applications
JP4160124B2 (en) X-ray spectrometer having an analyzer crystal having a partially varying and partially constant radius of curvature
US6650728B2 (en) Apparatus and method for the analysis of atomic and molecular elements by wavelength dispersive X-ray spectrometric devices
JP2002525626A (en) X-ray analyzer under glazing emission conditions
JP3095446B2 (en) Laser plasma soft X-ray spectroscopic diffractometer
JP3673849B2 (en) Total reflection X-ray fluorescence analyzer
CN115931928A (en) X-ray absorption spectrometer based on elliptical curved crystal
Thompson et al. Characterization of the focal quality of micron-size beams from x-ray mirrors and zone plates
JPH0583122B2 (en)