JP2011127995A

JP2011127995A - Ｘ線分析用表示処理装置

Info

Publication number: JP2011127995A
Application number: JP2009286395A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Ishikawa; 丈寛石川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP5428826B2

Abstract

【課題】従来の三元散布図では表現できなかった３元素の強度の絶対値情報を併せて表示することにより、相解析の効率化や精度向上を図る。
【解決手段】
３元素の強度を強度和で規格化した相対値を表す軸（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸）を正三角形の三辺に割り当て、その三角形が載る平面に直交する方向に３元素の強度の和を表す軸（Ｄ軸）を追加した、三角柱状の３次元空間を、マッピング分析において１箇所の微小領域で得られたデータ点をプロットする空間として設定する。そして、この３次元的なグラフを平面化して表示部の画面上に描画する。３次元的なグラフを見る方向を任意に変化可能とすることにより、従来の三元散布図上でのデータ点の位置も把握可能であるとともに、三元素の強度の絶対値も容易に知ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子線プローブマイクロアナライザ、走査電子顕微鏡、蛍光Ｘ線分析装置等、電子線やＸ線などを励起線として試料から放出されるＸ線を検出するＸ線分析装置において、マッピング分析の結果を表示するための表示処理装置に関する。

電子線プローブマイクロアナライザ（以下、「ＥＰＭＡ」と称す）では、マッピング分析を行うことにより、試料上の２次元領域内の微小領域毎に含有元素の種類と量とを調べることができる。例えば鉄鉱石などの鉱物の分析においては、マッピング分析の結果に基づいて相解析が行われる。即ち、マッピング分析の結果から元素の組成比の解析が行われ、試料中の化合物の分布などが明らかにされる。

従来一般に、上記のような分析の対象である試料に含まれる主要な元素の数はたかだか３程度であったため、マッピング分析の結果を表すために三元散布図（三元系状態図とも呼ばれる）がよく利用されている（特許文献１、非特許文献１など参照）。

図２は一般的な三元散布図の表示例とその説明図である。図２（ｂ）に示すように、三元散布図は正三角形状のグラフの各辺をそれぞれ異なる元素の強度軸（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸）に割り当てたもので、マッピング分析における或る微小領域のデータを対応する強度位置にプロットする。このプロット位置を一意に定めるためには、データ点毎に３元素の強度の合計を規格化する必要がある。そこで、３元素の強度の合計が１００％になるように各元素の強度を規格化している。即ち、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の強度軸はそれぞれ０〜１００％の範囲を表し、３元素の強度をそれぞれＩ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、３元素の強度の和をＩ_sumとすると、データ点のプロット位置は（Ｉ₁/Ｉ_sum、Ｉ₂/Ｉ_sum、Ｉ₃/Ｉ_sum）である。

試料上の２次元領域内の各微小領域で得られたデータ点を三元散布図中に位置付けると、例えば図２（ａ）に示すようになる。図２（ａ）に示した三元散布図中で、１つのデータ点は試料上の或る１箇所の微小領域に対応している。ここでは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａの３元素の少なくともいずれかを含む化合物が複数含まれることで、三元散布図には、プロット点の密度が高い領域が複数現れている。これらの領域における３元素の含有比率から、化合物を同定することができる。

特開平１１−２６９５８４号公報

「ＥＰＭＡによる相分析カラーマップ」、［平成２１年１２月９日検索］、株式会社ユービーイー科学分析センター、インターネット＜URL : http://www.ube-ind.co.jp/usal/service/local/s268b.pdf＞

上記の三元散布図は、３元素の強度情報を２次元的な図で表現するために作り出されたものであり、３元素の含有比率を知る上では都合がよい。しかしながら、強度や濃度の絶対値に関する情報は削られている。そのため、例えば表示された３元素以外の元素が支配的であって、選んだ３元素の強度がかなり低いような場合でも、三元散布図からこれを読み取ることはできない。また、三元散布図では、３元素が同じ比率で存在するものは絶対量が明確に相違していても、データ点が重なってしまうことになるため、絶対量の相違でもって複数のデータ点を区別することはできない。その結果、例えば、異なる化合物を同じ化合物として誤って判断してしまうおそれがある。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、従来の三元散布図のように３元素の含有比率を知ることができるとともに、絶対的な強度や濃度も容易に知ることができるようなＸ線分析用表示処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、試料上で励起線の照射位置を１次元的又は２次元的に移動させつつ励起線照射部位から放出されたＸ線を順次検出することにより、試料中の各元素のマッピング分析が可能なＸ線分析装置において、試料上の１次元領域又は２次元領域内の多数の微小領域からそれぞれ得られたデータを処理して表示するＸ線分析用表示処理装置であって、
３元素の強度の相対情報をそれぞれ軸として三角形の三辺に割り当て、該三角形が載る平面に直交する方向に前記３元素の強度の和を割り当てた４軸で三角柱状の３次元空間を形成し、微小領域毎に前記３元素に対する強度データを取得して、その強度データに基づくデータ点を前記３次元空間内にプロットすることにより３次元三元散布図を作成して、該散布図を表示部の画面上に二次元的に表示する処理手段、を備えることを特徴としている。

本発明に係るＸ線分析用表示処理装置において表示部の画面上に描画される３次元三元散布図を、３元素の強度和が割り当てられた軸の延伸方向から見ると、該軸方向の情報が隠れる（重なってしまう）ため、従来の２次元的な三元散布図になる。そして、３元素の強度和が割り当てられた軸が見えるように三角柱状の空間を斜めから見るように描画を行うと、各データ点の３元素の強度和の違いが現れる。これにより、従来のように３元素の含有比率を知りながら、３元素の強度の和という絶対値情報も確認することができる。

本発明に係るＸ線分析用表示処理装置によれば、試料上の複数の微小領域において、３元素が全く同じ比率で存在していたとしてもその絶対量が相違していれば、３次元三元散布図ではそれらのデータ点を区別することができる。それにより、例えば、観察している３元素以外の元素が多く含まれているといった、従来では把握できない知見を容易に得ることができ、相解析の効率化や精度向上に寄与する。

本発明の一実施例である表示処理装置を用いたＥＰＭＡの要部の構成図。一般的な三元散布図の表示例（ａ）及び説明図（ｂ）。本実施例で表示される３次元三元散布図の説明図。本実施例のＥＰＭＡで表示される［元素選択］画面の一例を示す図。本実施例のＥＰＭＡで表示される［ＸＹＺ表示］画面の一例を示す図。本実施例のＥＰＭＡで表示される［トライアングル表示］画面の一例を示す図。本実施例のＥＰＭＡで表示される［ピラミッド表示］画面の一例を示す図。

本発明に係る表示処理装置を用いたＥＰＭＡの一実施例について添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＥＰＭＡの概略構成図である。

図１において、電子線照射部１は電子銃２や図示しない偏向コイル等を含み、微小径の電子線を試料ステージ４上に載置された試料３に照射する。電子線を受けて、試料３の表面から元素に特有の波長を有する特性Ｘ線が放出される。この特性Ｘ線は分光結晶５で波長分散され、特定の波長の回折Ｘ線がＸ線検出器６で検出される。例えば試料３上の電子線照射位置と分光結晶５とＸ線検出器６とは常にローランド円上に位置しており、図示しない駆動機構により分光結晶５は直線的に移動しつつ傾斜され、この移動に連動してＸ線検出器６は回動される。これにより、ブラックの回折条件を満たすように、つまり分光結晶５に対する特性Ｘ線の入射角と回折Ｘ線の出射角とが等しい状態が維持されつつ分析対象のＸ線の波長走査が達成される。Ｘ線検出器６によるＸ線強度の検出信号はデータ処理部９に入力され、データ処理部９は、波長走査に応じたＸ線スペクトルを作成する。

試料ステージ４は試料ステージ駆動部７によりｘ軸、ｙ軸の二軸方向に移動可能であり、この移動により試料３上での電子線照射位置は走査される。分析制御部８は試料３に対する分析を実行するために、試料ステージ駆動部７、分光結晶５やＸ線検出器６を移動させる駆動機構、データ処理部９などの動作を制御する。中央制御部１０には、オペレータが指示を与えるためのキーボードやマウス（又はそれ以外のポインティングデバイス）を含む操作部１２や、オペレータに分析結果等の情報を提供する表示部１３が接続され、分析条件の設定などを行うとともに分析結果などを出力する機能を有する。通常、中央制御部１０、分析制御部８、及びデータ処理部９の全て又は一部は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）により構成され、ＰＣにインストールされた専用の制御／処理ソフトウエアを実行することでそれぞれの機能が達成される。

このＥＰＭＡにおいてマッピング分析を行う際には、分析制御部８の制御の下に、試料３上の任意の（オペレータにより指定された）２次元領域内で電子線照射位置を走査しつつ特性Ｘ線の検出を繰り返すことにより、その２次元領域内に設定された微小領域毎にＸ線スペクトルを作成する。各種元素はそれぞれ特有の波長（エネルギー）の特性Ｘ線を放出するから、Ｘ線スペクトル上で特定波長のピークを検出し、そのピーク強度を求めることにより、特定の元素の強度（濃度）が得られる。これにより、２次元領域内の微小領域毎に、含有元素の強度データを取得することができ、それがデータ処理部９内のデータ保存部９０に格納される。

中央制御部１０にその機能の一部として含まれる表示処理部１１は、オペレータによる操作部１２の操作に応じて、データ保存部９０に格納されている強度データを利用して特徴的な３次元の散布図を作成し、表示部１３の画面上に表示する。以下、表示処理部１１を中心に行われる描画処理について詳述する。

オペレータが操作部１２で３次元散布図表示を指示すると、この指示を受けた表示処理部１１は、図４に示す［元素選択］画面２０を表示部１３の画面上に表示する。この例では、表示する元素を最大６元素まで指定することができるようになっている。具体的には、６個の元素選択ボタン２１をマウス等でクリックすることにより、予め用意された複数の元素の中から任意の元素を選択する。図４は、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｃｕ、Ｆｅの６種の元素が選択された状態である。選択された順序が後述する表示の際の優先順位となる。

元素選択の操作を終えた後にオペレータが操作部１２のマウスにより「ＯＫ」ボタン２２をクリックすると、表示処理部１１は選択された元素を確定させ、［元素選択］画面２０を閉じて、その代わりに図５に示すような［３次元散布図］画面３０を表示部１３の画面上に表示する。

［３次元散布図］画面３０にはグラフ表示領域３１が設けられており、この領域３１に３次元散布図（グラフ）が表示される。３次元散布図には、ＸＹＺ表示、トライアングル表示、ピラミッド表示の３種のグラフがあり、これらはグラフ表示領域３１上部のグラフスタイル選択枠内に設けられた、［ＸＹＺ］ボタン３２、［トライアングル］ボタン３３、及び［ピラミッド］ボタン３４をマウスでクリック操作することにより、択一的に選択可能である。選択されたグラフスタイルのボタン３２、３３、３４は他とは異なる表示色となる。図５はＸＹＺ表示のグラフが選択された状態であり、［元素選択］画面２０で「ＯＫ」ボタン２２がクリック操作されたあとに開かれる［３次元散布図］画面３０では、自動的にＸＹＺ表示となるように設定がなされている。

このＸＹＺ表示グラフは、［元素選択］画面２０で選択された最大６個の元素の優先順位に従って、＋ｘ、＋ｙ、＋ｚ、−ｘ、−ｙ、−ｚの６方向にそれぞれ元素の強度をとったグラフである。このグラフの空間内には、最大６元素で、それら元素の中で任意の３元素を抽出した８個の３元素組合せのデータが表示される。即ち、１個のデータ点は、マッピング分析で得られた試料３上の或る１点（微小領域）における３元素の強度（又は濃度）を表す。グラフ表示領域３１内に表示されるグラフは３次元グラフであるので、縦方向スライダ３５の操作により水平軸を中心に回動し、横方向スライダ３６の操作により垂直軸を中心に回動するようになっており、これによって任意の方向（角度）から見たグラフを描出できるようになっている。

例えば図５の状態でオペレータが［トライアングル］ボタン３３をクリック操作すると、表示処理部１１は、グラフ表示領域３１内に表示されるグラフを、図６に示すようなトライアングル表示に切り替える。トライアングル表示は特に本実施例に特徴的な表示である。図３に示すように、トライアングル表示は、図２（ａ）に示したような従来の平面的な三元散布図に対し、その平面に直交する方向に、規格化していない３元素の強度の合計値を示す軸（図３（ｂ）のＤ軸）を追加することで３次元化したものである。即ち、このグラフは、図３（ｂ）に示すように、従来の三元散布図を底面とする三角柱形状となり、その三角柱形状の空間内にデータ点が位置する。３つの元素は最大６元素の中で上記優先順位に従って選ばれるが、その選択を切り替えることも可能であって、６元素の中の任意の３元素についてトライアングル表示を行うことができる。

底面の３つの強度軸（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸）はそれぞれ０〜１００％の強度割合を示す。したがって、データ点のプロット位置を底面に投影すると、その投影された点の位置は（Ｉ₁/Ｉ_sum、Ｉ₂/Ｉ_sum、Ｉ₃/Ｉ_sum）となる。一方、データ点の高さＰは３元素の強度の和Ｉ_sum（＝Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃）である。即ち、従来の三元散布図では元素強度の絶対値は表現されなかったのに対し、本実施例で表示される３次元三元散布図では、３元素の強度の和（絶対値）が表現される。従来の三元散布図では、３個の元素の含有比率が同一であって強度の和が相違する、つまり絶対量が相違するデータ点は同じ位置にプロットされて区別ができない。それに対し、このトライアングル表示では、３個の元素の含有比率が同一であっても強度の和が相違すれば、データ点は異なる高さＰの位置にプロットされるため、視覚的に明瞭に区別可能である。

例えば図５又は図６の状態でオペレータが［ピラミッド］ボタン３４をクリック操作すると、表示処理部１１は、グラフ表示領域３１内に表示されるグラフを、図７に示すようなピラミッド表示に切り替える。ピラミッド表示は、最大６元素の中で上記優先順位に従った４つの元素を正三角錐の各頂点に割り当て、その正三角錐の４つの面それぞれに、従来と同様の三元散布図を表示するようにしたものである。したがって、このグラフでは、データ点は正三角錐を構成する４つの平面上にのみ存在し、内部空間にはデータ点は存在しない。

以上のように、本実施例のＥＰＭＡでは、多元素を含む試料のマッピング分析の結果を様々な形式の３次元散布図を用いて確認することができる。特に、トライアングル表示と名付けられた３次元三元散布図によれば、３元素の含有割合の分布のみならず、その絶対量もグラフ上で確認することができる。これにより、多様な試料の相解析を効率良く、且つより子細に行うことができる。

なお、上記実施例はＥＰＭＡを例に挙げて説明したが、励起線は電子線に限らず、Ｘ線、イオン線など他の励起線を用いて試料上のマッピング分析が可能な様々なＸ線分析装置に適用することができる。

１…電子線照射部
２…電子銃
３…試料
４…試料ステージ
５…分光結晶
６…Ｘ線検出器
７…試料ステージ駆動部
８…分析制御部
９…データ処理部
９０…データ保存部
１０…中央制御部
１１…表示処理部
１２…操作部
１３…表示部
２０…［元素選択］画面
２１…元素選択ボタン
２２…「ＯＫ」ボタン
３０…［３次元散布図］画面
３１…グラフ表示領域
３２…［ＸＹＺ］ボタン
３３…［トライアングル］ボタン
３４…［ピラミッド］ボタン
３５…縦方向スライダ
３６…横方向スライダ

Claims

試料上で励起線の照射位置を１次元的又は２次元的に移動させつつ励起線照射部位から放出されたＸ線を順次検出することにより、試料中の各元素のマッピング分析が可能なＸ線分析装置において、試料上の１次元領域又は２次元領域内の多数の微小領域からそれぞれ得られたデータを処理して表示するＸ線分析用表示処理装置であって、
３元素の強度の相対情報をそれぞれ軸として三角形の三辺に割り当て、該三角形が載る平面に直交する方向に前記３元素の強度の和を割り当てた４軸で三角柱状の３次元空間を形成し、微小領域毎に前記３元素に対する強度データを取得して、その強度データに基づくデータ点を前記３次元空間内にプロットすることにより３次元三元散布図を作成して、該散布図を表示部の画面上に二次元的に表示する処理手段、を備えることを特徴とするＸ線分析用表示処理装置。