JP2006030018A

JP2006030018A - 蛍光ｘ線分析装置

Info

Publication number: JP2006030018A
Application number: JP2004210268A
Authority: JP
Inventors: Seiji Onishi; 誠治大西; Musei Saide; 夢生埼出; Kazuhiro Sei; 和博清
Original assignee: Newly Corp
Current assignee: Newly Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】１次Ｘ線を効率よく試料励起に用いて、測定試料元素を多重励起し、１ｐｐｍ以下の微量元素を分析可能とする小型の蛍光Ｘ線分析装置を提供する。
【解決手段】２次ターゲットを試料セル中に載置し、測定試料の分析深さ内で、１次Ｘ線、２次ターゲットによる１次Ｘ線の散乱線および２次ターゲットから発生したＸ線を励起線源群とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光Ｘ線分析の特に２次ターゲットによる蛍光Ｘ線励起を用いた蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。

蛍光Ｘ線分析においては、１次Ｘ線を試料に照射し、試料中の元素を励起するが、分析元素エネルギ範囲によっては分析深さが浅いため、試料表面から数１００μｍ以上の試料深さで励起された元素は試料中で吸収されて試料表面に到着しない。従来の蛍光Ｘ線分析装置は、測定エネルギ領域によっては照射された１次Ｘ線のごく一部しか励起に寄与しないため、１次Ｘ線ビームを試料中元素の励起源として有効に使用されていなかった。

ところで、近年、環境問題としてオイル中に含まれる有害元素である微量イオウ（₁₆Ｓ）の規格が決められようとしている。超微量イオウ分析に関する試験法がＩＳＯおよびＪＩＳで基準化されつつある。このような事情から、１ｐｐｍレベルのオイル中のイオウ分析ができる装置が求められている。

これらの要求に応えるため、たとえば、大容量のＸ線管や液体窒素冷却の大面積検出素子の半導体検出器を用いたＸ線分析装置で元素分析を行うこともできる。しかし、このようなＸ線管や検出器を使用すれば、大電力、冷却水、液体窒素などのユーティリティが必要となる。したがって、コストアップの原因となる。装置も大型化になり、設置面積も大きく広い場所が必要で、メンテナンス時間も頻繁に必要となる。これらの点においてもコストが高くなる。

本発明は、前記従来の間題を解決するためになされたもので、その目的は、分析元素の分析深さ以内に２次ターゲットを試料セル内に設置し、多重励起線により測定元素の蛍光Ｘ線強度をアップし、測定試料中の微量元素の分析を可能とする比較的安価な蛍光Ｘ線分析装置を提供することである。

本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線源から分光結晶を介して、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする。

また、本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線源から１次フィルタを介して、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする。

あるいは、本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線源から直接、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする。

本発明の原理を図１および図２を参酌しつつ説明する。Ｘ線管５から発生したＸ線を分光結晶６で分光、単色化し、その特性Ｘ線７を測定試料４に照射する。まず、特性Ｘ線７によって前記測定試料４中の元素が励起され、蛍光Ｘ線９ａ（図１では９）が発生する。次に、前記特性Ｘ線７が試料セル１中に設置された２次ターゲット３に衝突し、その表面散乱Ｘ線８ａ（図１では８）および２次ターゲット構成元素を励起して発生したＸ線８ｂ（図１では８）により励起された試料中元素の蛍光Ｘ線９ｂ（図１では９）が発生する。これらの蛍光Ｘ線９ａ，９ｂ両方(蛍光Ｘ線９)を検出手段１０により検出し、検出された信号の高さとその数により元素分析を行うものである。

前記２次ターゲット３は、分析元素毎に選択を行う。一般的には、分析元素の吸収端エネルギよりわずかに高いエネルギを持つ構成元素を有するターゲット材が選択される。本発明の２次ターゲット材は、Ｘ線管ターゲット材の種類並びに測定元素によって種々の材質が用いられる。マグネシウム（₁₂Ｍｇ）、アルミニウム（₁₃Ａｌ）、シリコン（₁₄Ｓｉ）、チタン（₂₂Ｔｉ）、銅（₂₂Ｃｕ）、モリブデン（₄₂Ｍｏ）などの単体やその化合物（ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯなど）を用いる。本発明の一実施例としてオイル中のイオウ分析に対する２次ターゲット材を表１に示す。

以上説明したように、本発明によれば、試料セル内に２次ターゲットを設置することにより、１次Ｘ線の励起を有効に活用でき、多重励起Ｘ線群として作用する。従来の装置であれば、蛍光Ｘ線９ａのみしか発生しなかったのが、本発明では蛍光Ｘ線９ｂが蛍光Ｘ線強度に加算して検出され、測定Ｘ線強度が強まり、測定元素を精度よく分析することが可能となる。

このため、オイル中のイオウの検出下限値を０．５ｐｐｍ以下にすることができ、また、一方、分析時間を大幅に短縮できる効果がある。

また、大出力(数ｋＷ以上)のＸ線管を用いる場合に比べ、低出力(数１０Ｗ)のＸ線管を用いることで済むから、ローコスト化を実現できる。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本実施形態に係る装置の構成図、図２は、試料回りの１次Ｘ線と蛍光Ｘ線の発生メカニズムの詳細な説明図である。本実施形態では、オイル中に含まれる人体に有害な重金属（たとえば、Ｓ、塩素（₁₇Ｃｌ）など）を分析して、精製したオイルのイオウ含有量が所定の基準値通りか否かの合否判定を行う蛍光Ｘ線分析装置を例にとって説明する。

図１において、一実施例として、本分析装置は、測定試料（オイル）４が設置される試料セル台２と、前記測定試料（オイル）４に１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）７を照射するＸ線管（ターゲット材：Ｃｒ）５と、該Ｘ線管（ターゲット材：Ｃｒ）５から発生する特性Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）を分光し、単色化する分光結晶（フッ化リチウム（ＬｉＦ））６と、前記測定試料（オイル）４から発生した蛍光Ｘ線（Ｓ−Ｋα線）９を検出する検出手段１０を備えている。

前記試料セル１内には、２次ターゲット（Ｔｉ）３が設けられている。前記１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）７は、試料セル１の高分子窓１１を通り、前記測定試料（オイル）４に照射され、該測定試料（オイル）４の構成元素Ｓを励起し、蛍光Ｘ線（Ｓ−Ｋα線）９ａを発生する。

前記１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）７は、試料４を透過し、前記２次ターゲット（Ｔｉ）３に照射される。照射された前記１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）７は、前記２次ターゲット（Ｔｉ）３の表面並びに表面ごく近傍で散乱し、発生した散乱Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）８ａによって前記測定試料（オイル）４の構成元素Ｓを励起し、蛍光Ｘ線（Ｓ−Ｋα線）９ｂを発生する。

さらに、照射された前記１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）７は、前記２次ターゲット（Ｔｉ）３の構成元素を励起し、蛍光Ｘ線（Ｔｉ−Ｋ線（Ｔｉ−Ｋα線およびＴｉ−Ｋβ線））を発生し、発生したＸ線（Ｔｉ−Ｋ線）８ｂによって前記測定試料（オイル）４の構成元素Ｓを励起し、蛍光Ｘ線（Ｓ−Ｋα線）９ｂを発生する。

以上説明した如く、オイル中の元素Ｓは、１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）によって、まず励起され、次に、１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）による２次ターゲット（Ｔｉ）の表面および表面ごく近傍の散乱線並びに１次Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα線）によって励起された蛍光Ｘ線（Ｔｉ−Ｋ線）によって励起される。これらの多重励起によって発生したオイル中のイオウの蛍光Ｘ線（Ｓ−Ｋα線）９を検出手段１０によって検出する。

本装置でオイル中のイオウの測定を行う場合には、バックグラウンドの低減、特に妨害線の除去という観点から、前記Ｘ線源に用いるＸ線管５のターゲットとしては、クロム（₂₄Ｃｒ）の他、タングステン（₇₄Ｗ）、レニウム（₇₅Ｒｅ）、タンタル（₇₃Ｔａ）、銀（₄₇Ａｇ）、銅（₂₂Ｃｕ）を用いるのが一般に好ましい。

前記分光結晶６としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）の他、Graphite、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）単結晶などの無機結晶あるいはスパッタ多層薄膜の人工格子（Ｗ／Ｓｉ、Ｗ／Ｃなど）からなる湾曲結晶を用いるのが一般に好ましい。更に１重湾曲より２重湾曲結晶を用い、試料表面に集光させるのが望ましい。

前記分光結晶６の代わりにフイルタ（一次フイルタ）、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕなどの薄膜をＸ線管窓の前に置き、測定元素のエネルギ付近のバックグラウンドを低減する励起源を用いてもよい。また、Ｘ線管からのＸ線を直接試料に照射してもよい。

検出手段としては、たとえば、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）やＳｉ／ＰＩＮ検出器のように、エネルギ分解能に優れ、液体窒素冷却によらず、ペルチェ素子による電子冷却を行うものを採用するのが好ましい。また、ガス封入型の比例計数管やガスシンチレーション計数管を用いてもよい。

更に、検出手段として、本発明の１次Ｘ線の単色化に用いたのと同様のＸ線分光器を用いて試料から発生したイオウの蛍光Ｘ線９を分光し、検出してもよい。この時の分光素子として、Ｓｉ、Ｇｅ、Graphite、人工格子が用いられる。検出器には、ガス封入型の比例計数管やガスシンチレーション計数管あるいはＳＤＤやＳｉ／ＰＩＮ検出器を用いてもよい。

前記試料セル１の窓材１１には、イオウの蛍光Ｘ線の吸収を少なくするために高分子（マイラー、キャプトンなど）の数ミクロン厚さの膜やベリリウム（₄Ｂｅ）の２０μｍ程度の薄膜を用いるのが望ましい。

前記２次ターゲット３は、オイル中のイオウの分析深さが２０μｍ程度のため、前記試料セル１の窓材１１から１００μｍ程度の深さの位置に載置されるのが望ましい。

１次Ｘ線及び蛍光Ｘ線の光学パスは、数１０パスカル程度の真空あるいはヘリウム置換を行い、Ｘ線の空気による減衰を抑える方が望ましい。

本発明の一実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略構成図を示す。１次Ｘ線による測定元素の励起および２次ターゲットから発生したＸ線による測定元素の励起状態を示す概念図を示す。

符号の説明

１試料セル
２試料セル台
３２次ターゲット
４測定試料
５Ｘ線管
６分光緒晶(湾曲モノクロメータ)
７１次Ｘ線
８２次ターゲットから発生したＸ線（散乱Ｘ線８ａおよび蛍光Ｘ線８ｂ）
９蛍光Ｘ線
９ａ１次Ｘ線７によって励起された蛍光Ｘ線
９ｂ２次ターゲットから発生したＸ線８によって励起された蛍光Ｘ線
１０検出手段
１１試料セル窓

Claims

Ｘ線源から分光結晶を介して、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、
試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
Ｘ線源から１次フィルタを介して、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、
試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
Ｘ線源から直接、測定試料に１次Ｘ線を照射し、該１次Ｘ線を受けた測定試料から発生した蛍光Ｘ線を検出手段で検出することにより、前記測定試料の元素分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、
試料セル中の試料内に載置された２次ターゲットに前記１次Ｘ線を照射し、２次ターゲットから発生したＸ線および前記１次Ｘ線をＸ線励起線源群とすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。