JP2014145617A - Energy dispersive fluorescent x-ray analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギー分散型蛍光X線分析装置に関する。さらに詳しくは、検出器等の温度変化があっても、測定対象元素から得られる特性X線のピークを的確に同定可能なエネルギー分散型蛍光X線分析装置に関する。 The present invention relates to an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer. More specifically, the present invention relates to an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer that can accurately identify a peak of characteristic X-rays obtained from an element to be measured even when there is a temperature change of a detector or the like.
蛍光X線分析装置は、試料に励起X線を照射することにより発せられる蛍光X線を利用して試料中の測定対象元素を同定ないし定量するものである。蛍光X線に、試料中の測定対象元素に固有の特性X線が含まれれば当該測定対象元素の存在を確認でき、また、その特性X線のカウント値から、当該測定対象元素の定量情報も得ることができる。
蛍光X線分析装置には、波長分散型とエネルギー分散型があるが、この内、エネルギー分散型蛍光X線分析装置は、分光系が不要のため装置が小型化でき、種々の試料の分析用途に使用されている。
The X-ray fluorescence analyzer identifies or quantifies a measurement target element in a sample using fluorescent X-rays emitted by irradiating the sample with excitation X-rays. If the X-ray fluorescence contains characteristic X-rays specific to the element to be measured in the sample, the presence of the element to be measured can be confirmed, and the quantitative information of the element to be measured can be obtained from the count value of the characteristic X-ray. Can be obtained.
There are two types of X-ray fluorescence analyzers: wavelength-dispersion type and energy-dispersion type. Among them, energy-dispersion type X-ray fluorescence analyzers can be miniaturized because they do not require a spectroscopic system. Is used.
従来、エネルギー分散型蛍光X線分析装置は、厳密な温度管理の下で使用されていた(たとえば、特許文献1)。これは、特に検出器が温度の影響を受けやすく、同じエネルギー(波長)のX線であっても、温度変化により、異なる波高値におけるピークとして検出してしまうからである。
また、検出器に印加する高圧電圧等を、励起X線の散乱光の波高値の位置ずれを検知してフィードバック制御し、同じエネルギー(波長)のX線であれば、厳密な温度管理を行うことなく一定の波高値におけるピークとして得られるようにすることも提案されている(特許文献2)。
Conventionally, an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer has been used under strict temperature control (for example, Patent Document 1). This is because the detector is particularly susceptible to temperature, and even X-rays of the same energy (wavelength) are detected as peaks at different peak values due to temperature changes.
Further, the high voltage applied to the detector is feedback-controlled by detecting the position shift of the peak value of the scattered light of the excitation X-ray, and if it is the X-ray of the same energy (wavelength), strict temperature management is performed. It has also been proposed to obtain a peak at a constant peak value without any change (Patent Document 2).
しかし、特許文献1のように温度管理を行なおうとすると、温度管理のための大がかりなシステムが必要となる。また、厳密に温度管理しようとしても、環境温度が大きく変化した場合など一定温度を保ちきれない場合もあった。特に、検出器として比例計数管を用いると、温度変化による影響が大きく、正確な分析に支障を来す場合があった。
また、特許文献2のように励起X線の散乱光の波高値の位置ずれが生じないように、フィードバック制御を行っても、エネルギー値(波長)と波高値とは単純な比例関係にはないため、試料中の測定対象元素に固有の特性X線に基づくピークの波高値は、依然として温度変動が避けられなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、温度変化があっても、測定対象元素から得られる特性X線のピークを的確に同定可能なエネルギー分散型蛍光X線分析装置を提供する。
However, if temperature management is performed as in
Moreover, even if feedback control is performed so that the positional shift of the peak value of the scattered light of the excitation X-ray does not occur as in
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer capable of accurately identifying a characteristic X-ray peak obtained from an element to be measured even when there is a temperature change. To do.
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1]試料に励起X線を照射することにより発生する蛍光X線に基づいて、前記試料中の測定対象元素を分析するエネルギー分散型蛍光X線分析装置であって、
ターゲットから発生するエネルギーE1の特性X線を含む励起X線を放射するX線源と、
前記X線源から前記試料に至る励起X線の光束の一部を遮るように設けられ、励起X線によってエネルギーE2の特性X線を補正X線として発生させる補正体と、
前記試料から発生する蛍光X線を、前記励起X線及び前記補正X線と同時に検出する検出器と、
前記検出器の出力を、エネルギー値に応じた波高値を横軸、カウント値を縦軸とするスペクトルに変換する波高分析器と、
該波高分析器から得られたスペクトルから前記試料中の測定対象元素の情報を求める演算部とを備え、
前記演算部は、エネルギーE1の特性X線に基づくピーク頂点における波高値H1とエネルギーE2の特性X線に基づくピーク頂点における波高値H2とから、エネルギー値と波高値との関係を補正し、
試料中の測定対象元素のエネルギーExの特性X線に対応する波高値Hxにおけるピークを前記試料中の測定対象元素に基づくピークであると同定することを特徴とするエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
[2]前記検出器が比例計数管である[1]に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
[3]前記ターゲットを構成する元素がチタンまたはスカンジウムであり、前記補正体を構成する元素がアルミニウムまたはケイ素である[1]または[2]に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
[4]前記試料中の測定対象元素が硫黄である[1]〜[3]のいずれか一項に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
[5]前記試料が石油である[1]〜[4]のいずれか一項に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
[6]さらに、前記ターゲットを構成する元素と同一の元素、または原子番号が前記ターゲットを構成する元素より1だけ大きい元素で構成され、前記X線源から前記試料に至る励起X線の光束を濾波するように前記X線源と前記補正体との間に設けられたフィルターを備え、
前記演算部は、エネルギーE1の特性X線に基づくピークのカウント値に基づき、各波高値におけるカウント値の補正を行うと共に、エネルギーE1の特性X線に基づくピークは、ピーク頂点の低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1を折り返し軸として反転させたものであるとみなして、エネルギーExの特性X線に基づくピークのカウント値を求め、前記試料中の測定対象元素の定量情報を得る[1]〜[5]のいずれか一項に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
[1] An energy dispersive X-ray fluorescence analyzer that analyzes a measurement target element in the sample based on fluorescent X-rays generated by irradiating the sample with excitation X-rays,
An X-ray source that emits excitation X-rays including characteristic X-rays of energy E1 generated from the target;
A correction body provided so as to block a part of the light beam of the excitation X-ray from the X-ray source to the sample, and generating a characteristic X-ray of energy E2 as the correction X-ray by the excitation X-ray;
A detector that detects fluorescent X-rays generated from the sample simultaneously with the excitation X-ray and the correction X-ray;
A pulse height analyzer for converting the output of the detector into a spectrum having a peak value corresponding to an energy value as a horizontal axis and a count value as a vertical axis;
A calculation unit for obtaining information of an element to be measured in the sample from a spectrum obtained from the wave height analyzer,
The calculation unit corrects the relationship between the energy value and the peak value from the peak value H1 at the peak apex based on the characteristic X-ray of the energy E1 and the peak value H2 at the peak apex based on the characteristic X-ray of the energy E2,
An energy dispersive X-ray fluorescence analyzer characterized by identifying a peak at a peak value Hx corresponding to a characteristic X-ray of energy Ex of an element to be measured in a sample as a peak based on the element to be measured in the sample .
[2] The energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer according to [1], wherein the detector is a proportional counter.
[3] The energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer according to [1] or [2], wherein the element constituting the target is titanium or scandium, and the element constituting the correction body is aluminum or silicon.
[4] The energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer according to any one of [1] to [3], wherein the measurement target element in the sample is sulfur.
[5] The energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer according to any one of [1] to [4], wherein the sample is petroleum.
[6] Furthermore, a beam of excited X-rays made of the same element as the element constituting the target or an element whose atomic number is one larger than that of the element constituting the target and reaching the sample from the X-ray source. A filter provided between the X-ray source and the corrector for filtering,
The arithmetic unit corrects the count value at each peak value based on the peak count value based on the characteristic X-ray of the energy E1, and the peak based on the characteristic X-ray of the energy E1 is a half of the peak peak on the low peak side. Is determined by inverting the half of the high wave height side with the peak value H1 at the peak apex as the folding axis, and obtaining the peak count value based on the characteristic X-ray of the energy Ex. The energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer according to any one of [1] to [5], which obtains quantitative information.
なお、本発明における波高値は、本来のX線のエネルギー値自体ではなく、検出器が認識したエネルギー値を意味する。
また、本明細書において散乱とは、エネルギー(波長)の変化しない弾性散乱を意味する。
また、本明細書においてピークのカウント値とは、原則として当該ピークのカウント値の積算値を意味するが、シャープなピークが得られる場合は、ピーク頂点におけるカウント値でもよい。また、ピークのカウント値の積算値は、当該ピークのピーク頂点から一定の幅の範囲のカウント値の積算値でもよいし、当該ピークの全体のカウント値の積算値でもよい。
The peak value in the present invention means not the original X-ray energy value itself but the energy value recognized by the detector.
In addition, in this specification, scattering means elastic scattering in which energy (wavelength) does not change.
Further, in this specification, the peak count value means an integrated value of the peak count value in principle, but may be a count value at the peak apex when a sharp peak is obtained. Further, the integrated value of the peak count value may be an integrated value of count values within a certain range from the peak apex of the peak, or may be an integrated value of the entire count value of the peak.
本発明のエネルギー分散型蛍光X線分析装置によれば、温度変化があっても、測定対象元素から得られる特性X線のピークを的確に同定可能である。
そのため、装置の温度管理システムを省略または簡略化することが可能であり、簡易な装置で、正確な分析が可能となる。
According to the energy dispersive X-ray fluorescence analyzer of the present invention, the peak of characteristic X-rays obtained from the element to be measured can be accurately identified even when there is a temperature change.
Therefore, the temperature management system of the apparatus can be omitted or simplified, and accurate analysis can be performed with a simple apparatus.
本発明の一実施形態に係るエネルギー分散型蛍光X線分析装置について説明する。図1に示すように、本実施形態のエネルギー分散型蛍光X線分析装置は、励起X線Aを発するX線源1、X線源1に高圧電力を印加する高圧電源2、試料が流れるフローセル3、試料ないしフローセル3によって散乱された励起X線Aと試料から発せられる蛍光X線Bの光路上に設けられた検出器4、検出器4の出力が入力される波高分析器5、波高分析器5で得られるスペクトルから試料中の測定対象元素の情報を求める演算部6を備えている。
また、X線源1からフローセル3に至る励起X線Aの光路には、フィルター7と補正体8とが順次設けられている。フローセル3の両端には、試料導入路11と試料排出路12が各々接続されている。X線源1からフローセル3に至る励起X線Aの光路と試料から検出器4に至る励起X線A及び蛍光X線Bの光路は真空環境下、またはヘリウム、窒素などの蛍光X線Bの透過を妨げない単一ガス雰囲気下に形成することが好ましい。
An energy dispersive X-ray fluorescence analyzer according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer of this embodiment includes an
A
X線源1は、真空とされた筐体内部に図示を省略するターゲットを備え、このターゲットに高速度の電子を衝突させることにより、ターゲットを構成する元素に特有のエネルギーE1の特性X線を発生させ、このエネルギーE1の特性X線を含む励起X線Aを放射するようになっている。高圧電源2は、この高速度の電子を発生させるためにX線源1に高電圧を印加するものである。
The
ターゲットを構成する元素としては、Sc、Ti、Ag、Rh、Mo、Cu、Cr、W、Co、Fe等の固体ターゲット材料を用いることができる。ターゲットを構成する元素の種類によって特性X線のエネルギーE1が異なるので、試料中の測定対象元素に合わせて適宜選択すればよい。
励起X線Aは、測定対象元素のエネルギーExの特性X線を蛍光として発生させるものなので、エネルギーE1は、エネルギーExより充分大きいことが必須である。そのため、ターゲットを構成する元素は、測定対象元素より、大きい元素でなければならない。一方、エネルギーE1がエネルギーExより過大に大きいと、測定対象元素より大きい元素の特性X線も発生させてしまい、測定精度の低下をもたらすため好ましくない。
たとえば、試料中の測定対象元素が硫黄(Kα=2.31keV)である場合、ターゲットを構成する元素としては、チタン(Kα=4.51keV)またはスカンジウム(Kα=4.09keV)を好適に採用できる。
As an element constituting the target, a solid target material such as Sc, Ti, Ag, Rh, Mo, Cu, Cr, W, Co, or Fe can be used. Since the energy E1 of characteristic X-rays differs depending on the type of element constituting the target, it may be appropriately selected according to the element to be measured in the sample.
Since the excited X-ray A generates characteristic X-rays of the energy Ex of the measurement target element as fluorescence, it is essential that the energy E1 is sufficiently larger than the energy Ex. Therefore, the element constituting the target must be larger than the element to be measured. On the other hand, if the energy E1 is excessively larger than the energy Ex, characteristic X-rays of an element larger than the element to be measured are also generated, resulting in a decrease in measurement accuracy.
For example, when the measurement target element in the sample is sulfur (Kα = 2.31 keV), titanium (Kα = 4.51 keV) or scandium (Kα = 4.09 keV) is preferably used as the element constituting the target. it can.
フローセル3は、X線源1からの励起X線Aが入射される側にX線透過性の窓が設けられている。窓としては、通常ベリリウム薄膜が用いられる。
検出器4としては、比例計数管、半導体検出器、シンチレーションカウンター等の公知の検出器が採用できる。中でも比例計数管は、温度の影響を受けやすいため、本発明を好適に適用できる。比例計数管は、温度の影響の問題を解決できれば、わずかなX線を高い出力で検出できるため、微量の測定対象元素の測定に適している。検出器4の窓にも、通常ベリリウム薄膜が用いられる。
検出器4は、試料から発せられる蛍光X線Bと共に、フローセル3で散乱された励起X線Aと後述の補正X線Cも同時に検出できる位置に配置されている。
The
As the
The
波高分析器5は、検出器4の出力を、エネルギー値に応じた波高値を横軸、カウント値を縦軸とするスペクトルに変換するものである。具体的には、スペクトルを得る波高値の範囲を多数(2048、4096等)のチャンネルに分割し、分割したチャンネル毎に、検出したX線をカウントすることによりスペクトルを得る。
The
フィルター7は、X線源1からフローセル3に至る励起X線Aの光束を濾波するように、励起X線Aを遮る位置に設けられている。フィルター7は、X線源1のターゲットを構成する元素と同一の元素、または原子番号が前記ターゲットを構成する元素より1だけ大きい元素の薄膜で構成されている。たとえば、ターゲットを構成する元素がチタンの場合、フィルター7を構成する元素としては、チタンまたはバナジウムを採用できる。また、ターゲットを構成する元素がスカンジウムの場合、フィルター7を構成する元素としては、スカンジウムまたはチタンを採用できる。
The
フィルター7のX線透過性は、ターゲットを構成する元素の特性X線のエネルギーE1において充分に高く、エネルギーE1より低くなるに従い漸減し、エネルギーE1を超えると急激に低下する。
たとえば、チタンで構成されたフィルターの透過率は、図2に示すように、4.96keVをピーク頂点として、4.96より低くなるに従い漸減し、エネルギーE1を超えると急激に低下する。なお、図2において透過率1.0は、100%透過することを意味する。
したがって、ターゲットを構成する元素がチタン(Kα=4.51keV)またはスカンジウム(Kα=4.09keV)の場合、チタンで構成されたフィルター7で濾波することにより、ターゲットを構成する元素の特性X線を充分透過させながら、励起X線A中の白色X線を低減できる。また、X線源1の筐体を構成する元素(たとえば、鉄、ニッケル、コバルト)等に起因して発生するノイズとなる特性X線もカットすることができる。
The X-ray permeability of the
For example, as shown in FIG. 2, the transmittance of the filter made of titanium gradually decreases as it becomes lower than 4.96 with 4.96 keV as the peak apex, and rapidly decreases when the energy exceeds E1. In FIG. 2, a transmittance of 1.0 means 100% transmission.
Therefore, when the element constituting the target is titanium (Kα = 4.51 keV) or scandium (Kα = 4.09 keV), the characteristic X-ray of the element constituting the target is obtained by filtering with the
補正体8は、励起X線AによってエネルギーE2の特性X線を補正X線Cとして発生させるものである。エネルギーE2は、励起X線A中の特性X線のエネルギーE1より小さいことは自明であるが、試料中の測定対象元素を構成する元素の特性X線のエネルギーExよりも小さいことが好ましい。エネルギーExがエネルギーE1とエネルギーE2の間にあることにより、エネルギーExに対応する波高値Hxをより正確に求められる。
たとえば、試料中の測定対象元素が硫黄(Kα=2.31keV)である場合、補正体8を構成する元素としては、アルミニウム(Kα=1.49keV)、ケイ素(Kα=1.74keV)、ナトリウム(Kα=1.04keV)、マグネシウム(Kα=1.25keV)を採用できる。中でも単体として安定であることからアルミニウムとケイ素が好ましく、純物質として加工しやすいことからアルミニウムが特に好ましい。ナトリウムまたはマグネシウムを用いる場合は、酸化物など安定な化合物として使用する必要がある。
The
For example, when the element to be measured in the sample is sulfur (Kα = 2.31 keV), the elements constituting the
本実施形態の補正体8は、図3に模式的に示すように、開口部8aを備える構造とされている。開口部8aはピンホールまたはスリットなどとすることができ、ピンホールとすることが好ましい。開口部8aをピンホールとすることにより、補正体8は、励起X線Aの絞りの役割も兼ねることができる。たとえば、X線源1の直近(1〜5mm程度)の位置に、直径2mm程度のピンホールを有する補正体8を配置することにより、X線源1からフローセル3に向けて照射される励起X線Aの光束は、一部が補正体8によって遮られるが、光束の中心部分はピンホール(開口部8a)を通過してフローセル3に至る。
As schematically shown in FIG. 3, the
補正X線Cは補正体8の励起X線Aがあたる部分全体から発生するが、検出器4で検知されるのは、主として開口部8aのエッジ部分において発生する補正X線Cである。開口部8aのエッジ部分において発生した補正X線Cの一部は、図3(a)に示すように、励起X線Aとほぼ同等の光路を通ってフローセル3に至り、そこで散乱されて蛍光X線Bとほぼ同等の光路を通って検出器4に至る。また、他の一部は、図3(b)に示すように直接検出器4に至る。なお、検出器4は、図3(a)に示す光路を経た補正X線Cのみを検出するように配置してもよいし、図3(b)に示す光路を経た補正X線Cのみを検出するように配置してもよい。
The correction X-ray C is generated from the entire portion of the
補正体8は、図4に模式的に示すように、フローセル3のセル窓に蒸着されたものでもよい。この場合も補正体8は開口部8aを有し、開口部8aが実質的なセル窓となる。開口部8aの形状は、ピンホールやスリットとすることができる。この場合、補正X線Cは補正体8の励起X線Aがあたる全体から発生し、直接検出器4に至って検知される。たとえば、セル窓の中心を中心点としてリング状に補正体8を設けることができる。
また、補正体8は、一部に開口部を有する構成ではなく、セル窓の周縁部の一部に連続的または断続的に蒸着することにより形成してもよい。たとえば、セル窓の中心を中心点として断続的なリング状に補正体8を設けることができる。
補正X線Cは、ピーク頂点の波高値H2さえ確認できれば良いので、検出器4で得られるカウント値は極小さくてかまわない。検出器4で得られるカウント値が大きすぎると、補正X線Cのピークと測定対象元素の特性X線に基づくピークとの重なりが誤差の要因となるので好ましくない。
The
Moreover, you may form the correction |
Since the correction X-ray C only needs to confirm the peak value H2 at the peak apex, the count value obtained by the
演算部6は、波高分析器5から得られたスペクトルから試料中の測定対象元素の情報を求める。
以下、X線源1のターゲットとフィルター7がチタン、補正体8がアルミニウムである本実施形態のエネルギー分散型蛍光X線分析装置により石油中の硫黄を測定する場合を例にとって、演算部6が、波高分析器5から得られたスペクトルから試料中の測定対象元素である硫黄を同定し、さらには定量情報を得るステップの一例を説明する。
The
Hereinafter, taking as an example the case where sulfur in petroleum is measured by the energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer of the present embodiment in which the target of the
また、以下の説明では、ピークのカウント値は、当該ピークのピーク頂点から一定の幅の範囲のカウント値の積算値を意味するものとする。一定の幅は、安定な数値を得る観点から、波高分析器5のチャンネル数として5チャンネル分以上であることが好ましく、10チャンネル分以上であることがより好ましい。また、他のピークとの重なりによる誤差を抑制する観点から、各ピークの半値幅以下が好ましく、半値幅の半分以下であることがより好ましい。
以下では、波高分析器5の全体のチャンネル数が2048チャンネルであり、ピークのカウント値を、ピーク頂点を含むチャンネルとその前後10チャンネルからなる21チャンネル分のカウント値の積算値とした例に基づき説明する。
In the following description, the peak count value means an integrated value of count values within a certain range from the peak apex of the peak. From the viewpoint of obtaining a stable numerical value, the constant width is preferably 5 channels or more, more preferably 10 channels or more, as the number of channels of the
In the following, based on an example in which the total number of channels of the
(ゼロ液の測定)
まず、測定対象元素である硫黄を含まないゼロ液をフローセル3に流す。ゼロ液としては、たとえば、流動パラフィン、デカリンなどを用いることができる。
図5はその時に得られるスペクトルの一例であり、図6はその一部拡大図である。図5に示すように、アルミニウムのピークはスペクトル全体の図5では確認できない程度に小さいものの、図6に示すように拡大すれは明確に確認できる。
(Measurement of zero solution)
First, a zero solution that does not contain sulfur, which is an element to be measured, is passed through the
FIG. 5 is an example of a spectrum obtained at that time, and FIG. 6 is a partially enlarged view thereof. As shown in FIG. 5, the aluminum peak is so small that it cannot be confirmed in FIG. 5 of the whole spectrum, but the expansion can be clearly confirmed as shown in FIG.
エネルギーE1(Kα=4.51keV)のチタンのピーク頂点の波高値H1と、エネルギーE2(Kα=1.49keV)のアルミニウムのピーク頂点の波高値H2に基づき、他の波高値もエネルギー値に関連づけられる。
波高値H1、H2以外の波高値Hが対応するエネルギーEは、以下の式により求めることができる。
E=(E1−E2)×(H−H2)/(H1−H2)+E2
図5、図6は、チタンのピーク頂点の波高値H1はエネルギーE1(Kα=4.51keV)であるとし、アルミニウムのピーク頂点の波高値H2はエネルギーE2(Kα=1.49keV)であるとして、総ての波高値についてエネルギー値との関連づけを行い、エネルギー値と波高値との関係を補正済み(横軸補正済み)とした図である。
Based on the peak value H1 of the peak peak of titanium of energy E1 (Kα = 4.51 keV) and the peak value H2 of peak value of aluminum of energy E2 (Kα = 1.49 keV), other peak values are also related to the energy value. It is done.
The energy E to which the peak values H other than the peak values H1 and H2 correspond can be obtained by the following equation.
E = (E1-E2) * (H-H2) / (H1-H2) + E2
5 and 6, it is assumed that the peak value H1 of the peak of titanium is energy E1 (Kα = 4.51 keV), and the peak value H2 of the peak of aluminum is energy E2 (Kα = 1.49 keV). FIG. 5 is a diagram in which all the crest values are associated with energy values, and the relationship between the energy values and crest values is corrected (corrected on the horizontal axis).
(スパン液の測定)
次に測定対象元素である硫黄を既知量含むスパン液をフローセル3に流す。スパン液としては、たとえば、流動パラフィンまたはデカリンに既知量のジブチルスルフィドまたはジブチルジスルフィドを溶解したものなどを用いることができる。
図7はゼロ液を測定する際と同一ではない温度条件下で得られるスパン液のスペクトルの一例である。図7の「生スペクトル」は補正を全くしていないそのままのスペクトルである。「生スペクトル」のチタンのピークは、図5のチタンのピークと、異なる波高値に異なる大きさで現れる。図7ではアルミニウムのピークは確認できないが、図6と同様に拡大すれば、この「生スペクトル」においてもアルミニウムのピークは確認可能である。
2keVよりやや高波長側に現れているピークが硫黄のピークである。
(Measurement of span liquid)
Next, a span liquid containing a known amount of sulfur as an element to be measured is passed through the
FIG. 7 is an example of the spectrum of the span liquid obtained under temperature conditions that are not the same as those when measuring the zero liquid. The “raw spectrum” in FIG. 7 is a spectrum as it is without any correction. The “live spectrum” titanium peak appears in different magnitudes at different peak values than the titanium peak in FIG. In FIG. 7, the aluminum peak cannot be confirmed, but if it is enlarged as in FIG. 6, the aluminum peak can also be confirmed in this “raw spectrum”.
The peak appearing on the slightly higher wavelength side than 2 keV is the sulfur peak.
この生スペクトルに対して、エネルギー値と波高値との関係を補正したのが、横軸補正スペクトルである。エネルギー値と波高値との関係の補正は、ゼロ液の測定で説明したのと同様に、チタンのピーク頂点の波高値H1はエネルギーE1(Kα=4.51keV)であるとし、アルミニウムのピーク頂点の波高値H2はエネルギーE2(Kα=1.49keV)であるとして、総ての波高値についてエネルギー値との関連づけを行ったものである。
スパン液は、比較的高濃度(たとえば約500ppm)の硫黄を含む場合、横軸補正を行うまでもなく硫黄のピークが同定できる。本実施形態の装置では、以下の式により、硫黄の特性X線のエネルギーEx(Kα=2.31keV)に対応する波高値Hxを求めることができるため、極低濃度(たとえば約10ppm)の硫黄のピークであっても同定が可能である。
Hx=(H1−H2)×(Ex−E2)/(E1−E2)+H2
The horizontal axis corrected spectrum is obtained by correcting the relationship between the energy value and the peak value for this raw spectrum. In the correction of the relationship between the energy value and the peak value, the peak value H1 of the peak of titanium is assumed to be energy E1 (Kα = 4.51 keV) as described in the measurement of the zero solution, and the peak peak of aluminum is assumed. Assuming that the peak value H2 is energy E2 (Kα = 1.49 keV), all peak values are associated with energy values.
If the span liquid contains a relatively high concentration (for example, about 500 ppm) of sulfur, a sulfur peak can be identified without correcting the horizontal axis. In the apparatus of the present embodiment, the peak value Hx corresponding to the energy Ex (Kα = 2.31 keV) of the characteristic X-ray of sulfur can be obtained by the following formula, so that sulfur at an extremely low concentration (for example, about 10 ppm) is obtained. Even the peak of can be identified.
Hx = (H1-H2) * (Ex-E2) / (E1-E2) + H2
次にこの横軸補正スペクトルに対して、カウント値を補正(縦軸補正)したのが縦軸補正スペクトルである。縦軸補正は、チタンのピークのカウント値に基づいて行う。
具体的には、横軸補正スペクトルのチタンのピークのカウント値が、ゼロ液の測定で得られたチタンのピークのカウント値と同じになるように、縦軸の目盛りを変化させる。本実施形態において、ピークのカウント値はピーク頂点を含むチャンネルとその前後10チャンネルからなる21チャンネル分のカウント値の積算値であるから、4.51keVを含むチャンネルとその前後10チャンネルからなる21チャンネル分の幅の面積が、ゼロ液の測定で得られたチタンのピークのものと同じになるようにする。
なお、縦軸補正において、ゼロ液の測定で得られたチタンのピークのカウント値を基準とすることは必ずしも必須ではない。たとえば、スパン液の測定で得られたチタンのピークのカウント値に対する比率として、スパン液の測定で得られた他のピークのカウント値を表してもよい。
Next, the vertical axis correction spectrum is obtained by correcting the count value (vertical axis correction) with respect to the horizontal axis correction spectrum. The vertical axis correction is performed based on the count value of the titanium peak.
Specifically, the scale of the vertical axis is changed so that the count value of the titanium peak in the horizontal axis correction spectrum is the same as the count value of the titanium peak obtained by the measurement of the zero solution. In the present embodiment, the peak count value is an integrated value of the count value for 21 channels including the channel including the peak apex and the 10 channels before and after that, and therefore the channel including 4.51 keV and the 21 channels including the 10 channels before and after the channel. The area of the width of the minute is made to be the same as that of the titanium peak obtained by the measurement of the zero solution.
In the vertical axis correction, it is not always essential to use the titanium peak count value obtained by measuring the zero solution as a reference. For example, the count value of another peak obtained by measuring the span liquid may be expressed as the ratio to the count value of the titanium peak obtained by measuring the span liquid.
得られた縦軸補正スペクトルは、チタンのピークの裾に硫黄のピークが重なっている。そこで、硫黄のピークの正味のカウント値を求めるためには、チタンのピークの裾の位置を確定する必要がある。
そこで本実施形態では、チタンの特性X線に基づくピークは、その低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1(Kα=4.51keV)を折り返し軸として反転させたものであるとみなして、エネルギーExの特性X線に基づくピークのカウント値を求める。
In the obtained vertical axis correction spectrum, the sulfur peak overlaps the tail of the titanium peak. Therefore, in order to obtain the net count value of the sulfur peak, it is necessary to determine the position of the tail of the titanium peak.
Therefore, in the present embodiment, the peak based on the characteristic X-rays of titanium is obtained by inverting the half of the low wave height side with the peak value H1 (Kα = 4.51 keV) of the peak peak at the peak side of the high wave height. Considering that there is a peak count value based on the characteristic X-rays of energy Ex.
低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1を折り返し軸として反転させたものであるとみなせるのは、本実施形態では、チタンフィルターを用いているため、チタンのピークの高波高側に重なってくる恐れのある鉄(Kα=1.94keV)、コバルト(Kα=1.79keV)、ニッケル(Kα=1.66keV)等の特性X線がカットされているからである。そのため、チタンのピークの高波高側半分は、正味のチタンに基づくピーク形状であるとみなせる。そして、単一のエネルギー値(波長)のX線のピークは、本来ガウス分布またはガウス分布に準じる形状となるので、低波高側半分は、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1を折り返し軸として反転させたものであるとみなせる。 It can be considered that the low wave height side half is obtained by inverting the high wave height side half with the peak value H1 at the peak apex as the folding axis. In this embodiment, since the titanium filter is used, the peak height of titanium is high. This is because characteristic X-rays such as iron (Kα = 1.94 keV), cobalt (Kα = 1.79 keV), nickel (Kα = 1.66 keV) and the like which may overlap with the wave height side are cut. Therefore, the high peak side half of the titanium peak can be regarded as a peak shape based on net titanium. Since the X-ray peak of a single energy value (wavelength) originally has a shape that conforms to a Gaussian distribution or a Gaussian distribution, the low wave height side half turns the peak value H1 of the peak apex from the high wave height half. It can be considered that it is reversed.
図8は、図7で得られた縦軸補正スペクトルに対して、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1(Kα=4.51keV)を折り返し軸として反転させた折り返しスペクトルを重ねた図である。
波高値H1(Kα=4.51keV)以下において、縦軸補正スペクトルから折り返しスペクトルを差し引くと、図9に示すように、硫黄の正味のピークが得られるので、その正味のピークのカウント値とスパン液の硫黄濃度との関係からスパン校正ができる。
FIG. 8 is a diagram in which the folded spectrum obtained by inverting the vertical axis corrected spectrum obtained in FIG. 7 with the peak height H1 (Kα = 4.51 keV) at the peak peak half as the folding axis is superimposed. is there.
When the folding spectrum is subtracted from the vertical axis correction spectrum at the peak value H1 (Kα = 4.51 keV) or less, a net peak of sulfur is obtained as shown in FIG. 9, and therefore the count value and span of the net peak are obtained. Span calibration can be performed based on the relationship with the sulfur concentration of the liquid.
チタンのピークが、その低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1(Kα=4.51keV)を折り返し軸として反転させたものであるとみなした上で、硫黄のピークの正味のカウント値を求める方法は、上記に限られない。たとえば、縦軸補正スペクトルにおけるチタンのピークの高波高側半分から、ゼロ液の測定で得られたチタンのピークの高波高側半分を差し引くと、図10に示すような差分スペクトルが得られる。
この差分スペクトルを波高値H1(Kα=4.51keV)を折り返し軸として反転させたものを縦軸補正スペクトルから差し引き、さらに波高値H1(Kα=4.51keV)以下においてゼロ液の測定で得られたスペクトルを差し引くと、硫黄の正味のピークが得られるので、その正味のピークのカウント値とスパン液の硫黄濃度との関係からスパン校正ができる。
Considering that the peak of titanium is the half of the peak of the low peak, the half of the peak of the peak is inverted with the peak of the peak of the peak of the peak of the high peak H1 (Kα = 4.51 keV) as the turning axis. The method for obtaining the net count value is not limited to the above. For example, if the high peak side half of the titanium peak obtained by the measurement of the zero liquid is subtracted from the high peak side half of the titanium peak in the vertical axis correction spectrum, a differential spectrum as shown in FIG. 10 is obtained.
The difference spectrum obtained by inverting the peak value H1 (Kα = 4.51 keV) as the folding axis is subtracted from the vertical axis correction spectrum, and further obtained by measuring zero liquid at a peak value H1 (Kα = 4.51 keV) or less. When the spectrum is subtracted, a net peak of sulfur is obtained, so span calibration can be performed from the relationship between the count value of the net peak and the sulfur concentration of the span solution.
(試料の測定)
次に測定対象元素である硫黄の含有量が未知である試料(石油)をフローセル3に流す。この場合のスペクトル処理は、スパン液の場合と同様である。
すなわち、ゼロ液やスパン液を測定する際と同一ではない温度条件下で得られる試料のスペクトルは、補正を全くしていない「生スペクトル」ではチタンのピークがゼロ液やスパン液のチタンのピークと、異なる波高値に異なる大きさで現れる。また、「生スペクトル」では硫黄のピークがスパン液の硫黄のピークと、異なる波高値に現れる。そこで同時に検出されるアルミニウムのピークも用いて、スパン液について説明したのと同様にして横軸補正を行う。
(Sample measurement)
Next, a sample (petroleum) whose sulfur content as an element to be measured is unknown is passed through the
That is, the spectrum of the sample obtained under temperature conditions that are not the same as when measuring the zero solution or the span solution is the titanium peak of the zero solution or the span solution in the “raw spectrum” without any correction. And appear in different magnitudes at different peak values. In the “raw spectrum”, the sulfur peak appears at a peak value different from the sulfur peak of the span liquid. Therefore, using the aluminum peak detected at the same time, the horizontal axis is corrected in the same manner as described for the span liquid.
また、スパン液について説明したのと同様にして縦軸補正を行って縦軸補正スペクトルを得る。さらに、縦軸補正スペクトルにおけるチタンのピークが、その低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1(Kα=4.51keV)を折り返し軸として反転させたものであるとみなした上で、硫黄のピークの正味のカウント値を求める。具体的な正味のカウント値の求め方は、スパン液について説明したのと同様である。このカウント値とスパン液における硫黄のピークの正味のカウント値とを対比することにより、試料中の硫黄含有量を求めることができる。 Further, the vertical axis correction is performed in the same manner as described for the span liquid to obtain a vertical axis correction spectrum. Further, the peak of titanium in the vertical axis correction spectrum was regarded as the half of the low wave height side being inverted with the peak value H1 (Kα = 4.51 keV) of the peak peak at the peak side of the high wave height. Above, find the net count value of the sulfur peak. The specific method for obtaining the net count value is the same as that described for the span solution. By comparing this count value with the net count value of the sulfur peak in the span liquid, the sulfur content in the sample can be determined.
本実施形態によれば、X線源1のターゲットの特性X線と補正体を構成する元素の特性X線の2点で横軸補正を行うので、温度変化があっても、測定対象元素から得られる特性X線のピークを的確に同定可能である。
また、X線源1のターゲットの特性X線に基づき縦軸補正を行い、さらに、ターゲットの特性X線に基づくピークの裾まで考慮して、測定対象元素のピークの正味のカウント値を求めるので、測定対象元素を正確に定量できる。
したがって、装置の温度管理システムを省略または簡略化することが可能であり、簡易な装置で、正確な分析が可能となる。
According to the present embodiment, since the horizontal axis correction is performed at two points of the characteristic X-ray of the target of the
Further, since the vertical axis correction is performed based on the characteristic X-ray of the target of the
Accordingly, the temperature management system of the apparatus can be omitted or simplified, and accurate analysis can be performed with a simple apparatus.
また、検出器として比例係数管を用いた場合、わずかなX線を高い出力で検出できる。従来、比例係数管は温度変化の影響を受けやすく、かつ、シャープなピークを得にくいため、微量な測定対象元素について高い出力を得ても、X線源1のターゲットの特性X線の裾と区別して、正味の測定対象元素のピークのカウント値を正確に求めることが難しく、微量な測定対象元素の測定は困難であった。本実施形態によれば、温度を厳密に管理することなく、比例計数管を検出器として用いて微量な測定対象元素の正確な定量が可能となる。
たとえば、X線源1のターゲットとフィルター7がチタン、補正体8がアルミニウムである本実施形態のエネルギー分散型蛍光X線分析装置により石油中の硫黄を測定する場合、1ppm以下の極めて低濃度の硫黄でも定量可能である。
Further, when a proportional coefficient tube is used as a detector, a small amount of X-rays can be detected with high output. Conventionally, proportional coefficient tubes are easily affected by temperature changes and it is difficult to obtain a sharp peak. Therefore, even if a high output is obtained for a very small amount of a measurement target element, the characteristic X-ray skirt of the target of the
For example, when sulfur in petroleum is measured by the energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer of this embodiment in which the target of the
なお、本発明において、演算部6で定量情報まで求めることは必須ではない。その場合、フィルターも省略可能である。
In the present invention, it is not essential to obtain the quantitative information by the
1…X線源、2…高圧電源、3…フローセル、4…検出器、5…波高分析器、6…演算部、7…フィルター、8…補正体、A…励起X線、B…蛍光X線、C…補正X線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ターゲットから発生するエネルギーE1の特性X線を含む励起X線を放射するX線源と、
前記X線源から前記試料に至る励起X線の光束の一部を遮るように設けられ、励起X線によってエネルギーE2の特性X線を補正X線として発生させる補正体と、
前記試料から発生する蛍光X線を、前記励起X線及び前記補正X線と同時に検出する検出器と、
前記検出器の出力を、エネルギー値に応じた波高値を横軸、カウント値を縦軸とするスペクトルに変換する波高分析器と、
該波高分析器から得られたスペクトルから前記試料中の測定対象元素の情報を求める演算部とを備え、
前記演算部は、エネルギーE1の特性X線に基づくピーク頂点における波高値H1とエネルギーE2の特性X線に基づくピーク頂点における波高値H2とから、エネルギー値と波高値との関係を補正し、
試料中の測定対象元素のエネルギーExの特性X線に対応する波高値Hxにおけるピークを前記試料中の測定対象元素に基づくピークであると同定することを特徴とするエネルギー分散型蛍光X線分析装置。 An energy dispersive X-ray fluorescence analyzer that analyzes a measurement target element in the sample based on fluorescent X-rays generated by irradiating the sample with excitation X-rays,
An X-ray source that emits excitation X-rays including characteristic X-rays of energy E1 generated from the target;
A correction body provided so as to block a part of the light beam of the excitation X-ray from the X-ray source to the sample, and generating a characteristic X-ray of energy E2 as the correction X-ray by the excitation X-ray;
A detector that detects fluorescent X-rays generated from the sample simultaneously with the excitation X-ray and the correction X-ray;
A pulse height analyzer for converting the output of the detector into a spectrum having a peak value corresponding to an energy value as a horizontal axis and a count value as a vertical axis;
A calculation unit for obtaining information of an element to be measured in the sample from a spectrum obtained from the wave height analyzer,
The calculation unit corrects the relationship between the energy value and the peak value from the peak value H1 at the peak apex based on the characteristic X-ray of the energy E1 and the peak value H2 at the peak apex based on the characteristic X-ray of the energy E2,
An energy dispersive X-ray fluorescence analyzer characterized by identifying a peak at a peak value Hx corresponding to a characteristic X-ray of energy Ex of an element to be measured in a sample as a peak based on the element to be measured in the sample .
前記演算部は、エネルギーE1の特性X線に基づくピークのカウント値に基づき、各波高値におけるカウント値の補正を行うと共に、エネルギーE1の特性X線に基づくピークは、ピーク頂点の低波高側半分が、高波高側半分をピーク頂点の波高値H1を折り返し軸として反転させたものであるとみなして、エネルギーExの特性X線に基づくピークのカウント値を求め、前記試料中の測定対象元素の定量情報を得る請求項1〜5のいずれか一項に記載のエネルギー分散型蛍光X線分析装置。 Furthermore, it is configured to filter the excitation X-ray light flux that is composed of the same element as the element constituting the target or an element whose atomic number is one larger than that of the element constituting the target and that reaches the sample from the X-ray source. A filter provided between the X-ray source and the correction body,
The arithmetic unit corrects the count value at each peak value based on the peak count value based on the characteristic X-ray of the energy E1, and the peak based on the characteristic X-ray of the energy E1 is a half of the peak peak on the low peak side. Is determined by inverting the half of the high wave height side with the peak value H1 at the peak apex as the folding axis, and obtaining the peak count value based on the characteristic X-ray of the energy Ex. The energy dispersive X-ray fluorescence analyzer according to any one of claims 1 to 5, wherein quantitative information is obtained.
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