JP2015219198A - 分析装置及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光Ｘ線を用いて成分分析を行う分析装置において、ピーク位置を簡易的な方法により校正する。
【解決手段】分析装置１００は、照射部５１と、検出部５３と、ピーク位置校正部と、を備える。照射部５１は、励起Ｘ線Ｘ１を照射する。検出部５３は、励起Ｘ線Ｘ１を照射することにより発生するＸ線Ｘ２を検出する。ピーク位置校正部は、励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、検出部５３において検出されるＸ線のピーク位置を校正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子状物質の分析行う分析装置、及び、当該分析装置の装置校正を行う校正方法に関する。

近年、大気中の粒径が２．５μｍ以下の浮遊粒子状物質であるＰＭ２．５が大きな環境問題になっている。そして、ＰＭ２．５の状況を把握することを目的として、ＰＭ２．５の大気中の濃度やＰＭ２．５に含まれる元素を分析する装置が開発されている。ＰＭ２．５に含まれる元素を分析すれば、当該ＰＭ２．５の発生源を推定できると考えられている。

例えば、特許文献１には、大気中の浮遊粒子状物質を構成する元素種類を連続的、かつ、自動的に分析する測定装置が開示されている。この測定装置は、最初に、分級器によって粒径２．５μｍを超える粗大粒子の全量を含む空気とＰＭ２．５以下の微小粒子を含む空気とに分級する。次に、測定装置は、分級された空気中の浮遊粒子状物質をフィルタに捕集する。その後、測定装置は、Ｘ線分析器を用いて粗大粒子と微小粒子とを個別に蛍光元素分析する。

特開２００８−２６１７１２号公報

測定対象元素から発生する蛍光Ｘ線（ピーク）が出現するエネルギー値は、基本的には、元素毎に決まっている不変（他の元素との相互作用によってはずれることがある）の値である。その一方、上記の特許文献１に開示されている測定装置などにおいて測定対象元素から発生する蛍光Ｘ線を測定したときに、測定結果における蛍光Ｘ線ピークが、本来蛍光Ｘ線ピークが出現する位置からずれることがある。

このようなピーク位置のずれは、測定装置において、スパン校正の実行により校正できる。しかしながら、スパン校正は、含まれる元素と元素量が予め決められた標準試料の蛍光Ｘ線を実際に測定することにより実行されるため、時間と手間がかかる。また、スパン校正の実行中は測定装置による成分分析を停止する必要があるため、測定装置を用いた成分分析を連続的に実行する場合においては、スパン校正は高い頻度にて実行できない。

本発明の課題は、蛍光Ｘ線を用いて成分分析を行う分析装置において、簡易的な方法によりピーク位置を校正することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る分析装置は、粒子状物質から発生する蛍光Ｘ線に基づいて粒子状物質の成分分析を行う分析装置である。分析装置は、照射部と、検出部と、ピーク位置校正部と、を備える。
照射部は、励起Ｘ線を照射する。励起Ｘ線は、粒子状物質を励起して蛍光Ｘ線を発生させるＸ線である。検出部は、励起Ｘ線を照射することにより発生するＸ線を検出する。ピーク位置校正部は、励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、検出部において検出されるＸ線のピーク位置を校正する。励起Ｘ線成分は、検出部において検出されるＸ線のＸ線成分である。

上記の分析装置においては、ピーク位置校正部が、検出されたＸ線中の励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、検出されるＸ線のピーク位置を校正している。これにより、励起Ｘ線成分のＸ線ピークを用いて簡単にピーク位置を校正できる。

分析装置は、粒子状物質を捕集するための捕集フィルタをさらに備えていてもよい。この場合、検出部において検出されるＸ線は、散乱Ｘ線である。散乱Ｘ線は、励起Ｘ線が捕集フィルタにおいて散乱されることにより発生するＸ線である。これにより、分析装置における各構成要素の配置を変更することなく、検出部において励起Ｘ線成分を含むＸ線を検出できる。

ピーク位置を校正するために用いるＸ線ピークは、励起Ｘ線に含まれる特性Ｘ線ピークであってもよい。これにより、励起Ｘ線のみを用いて、より簡単に精度よくピーク位置を校正できる。

特性Ｘ線ピークは、Ｋ線、Ｌ線、Ｍ線のうちの２つから選択されてもよい。これにより、より広い範囲のＸ線エネルギー値に対して、ピーク位置の校正を精度よく行える。

本発明の他の見地に係る校正方法は、分析装置の校正方法である。分析装置は、粒子状物質に励起Ｘ線を照射することにより発生する蛍光Ｘ線に基づいて粒子状物質の成分分析を行う装置である。校正方法は、以下のステップを含む。
◎励起Ｘ線を照射するステップ。
◎励起Ｘ線を照射することにより発生するＸ線を検出するステップ。
◎検出されるＸ線の励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、検出されるＸ線のピーク位置を校正するステップ。
上記の校正方法により、励起Ｘ線成分のＸ線ピークを用いて簡単にピーク位置を校正できる。

蛍光Ｘ線を用いて成分分析を行う分析装置において、ピーク位置を簡易的な方法により校正できる。

分析装置の構成を示す図 検出部に対してピーク位置の校正を行う制御部の構成を示す図。 Ｘ線計数部に対してピーク位置の校正を行う制御部の校正を示す図。 スパン校正の実行時におけるスパン校正用基材と捕集フィルタの配置と、励起Ｘ線の照射状態と検出されるＸ線の様子を示す図。 粒子状物質の成分分析方法を示すフローチャート。 粒子状物質からの蛍光Ｘ線を含む計数結果のプロファイルの一例を示す図。 ピーク位置の校正方法を示すフローチャート。 励起Ｘ線を捕集フィルタに照射して得られる散乱Ｘ線の一例を示す図。 ピークのゼロ点調整を模式的に示す図。 ピークのエネルギー値スパンの調整を模式的に示す図。 １つのピークを用いてピーク位置を校正する方法を模式的に示す図。

（１）第１実施形態
第１実施形態に係る分析装置１００の構成を、図１を用いて説明する。図１は、分析装置の構成を示す図である。分析装置１００は、粒子状物質Ｐ（後述）に励起Ｘ線Ｘ１（後述）を照射することにより、粒子状物質Ｐから発生する蛍光Ｘ線に基づいて粒子状物質Ｐの成分分析を行う分析装置である。分析装置１００は、捕集フィルタ１と、サンプリング部３と、分析部５と、フィルタ移動部７と、制御部９と、を備える。

捕集フィルタ１は、サンプリング部３（後述）においてサンプリングされた大気に含まれる粒子状物質Ｐを捕集する。そのため、捕集フィルタ１は、粒子状物質Ｐをトラップできる孔を有する捕集層１１を有している。捕集層１１の材料としては、例えば、フッ素系樹脂（例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ））などを用いることができる。

後述するように、分析部５においては、捕集層１１にトラップされた粒子状物質Ｐに励起Ｘ線（後述）を照射して、粒子状物質Ｐから蛍光Ｘ線を発生させる。そのため、捕集層１１の厚さは、励起Ｘ線及び蛍光Ｘ線などのＸ線の捕集層１１における吸収が所定量以下となるよう調整されている。本実施形態において、捕集層１１の厚さは、例えば、３〜３５μｍ程度である。

また、後述するように、サンプリング部３の排出部３５（後述）から排出された大気（空気）を捕集フィルタ１の主面の一方から排出し、捕集フィルタ１の他方の主面を吸引部３１（後述）により吸引することにより、捕集層１１（捕集フィルタ１）に粒子状物質Ｐを捕集する。

図１に示すように、捕集フィルタ１は、捕集層１１の主面上にさらに、捕集層１１を補強する補強層１３を有している。すなわち、捕集フィルタ１は、捕集層１１と補強層１３とを有する二層構造となっている。これにより、Ｘ線の吸収を所定量以下とするために捕集層１１（つまり、捕集フィルタ１）の厚さを薄くしても、捕集フィルタ１の強度を上記の吸引力に耐えうる程度に大きくできる。

補強層１３としては、ガス流通が可能であり、測定対象元素となる元素をほとんど含まず、かつ、十分な強度を有する材料が選択される。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリエステル、ポリアミドなどの不織布を用いることができる。特に、ポリプロピレンとポリエステルからなる不織布は、蛍光Ｘ線分析においてノイズとなる不純物を含まず、かつ、十分な強度を有するため、より精度の高い測定を可能とする。

捕集層１１と補強層１３とを有する捕集フィルタ１の全体の厚さは、捕集フィルタ１による励起Ｘ線Ｘ１及び蛍光Ｘ線の吸収を所定量以下とするため、平均値として１００〜２００μｍ程度に調整されている。なお、本実施形態においては、捕集フィルタ１の厚みは１４０μｍ（平均値）である。これにより、捕集フィルタ１のＸ線吸収によるＸ線への影響を減少できる。

サンプリング部３は、分析装置１００が設置された周囲の大気をサンプリングし、サンプリングした大気を捕集フィルタ１に吹き付ける。これにより、サンプリングした大気に含まれている粒子状物質Ｐを、捕集フィルタ１に捕集できる。

具体的には、吸引部３１に設けられた第１開口部３１ａを吸引ポンプ３３により負圧とした状態にて捕集フィルタ１の一方の主面に近接させる。また、排出部３５に設けられ、サンプリングポート３７とガス流通可能に接続された第２開口部３５ａを捕集フィルタ１の他方の主面に近接させる。この結果、サンプリングポート３７から大気が第２開口部３５ａへと吸引される。吸引された大気は、第２開口部３５ａから捕集フィルタ１の他方の主面に吹き付けられる。その結果、捕集フィルタ１の捕集層１１に設けられた孔に、大気に含まれていた粒子状物質Ｐが捕集される。また、大気は捕集フィルタ１を通過して、吸引部３１に吸引される。

なお、上記の第１開口部３１ａには、捕集フィルタ１をサポートする網目状のサポート部材が設けられていてもよい。これにより、捕集フィルタ１を吸引することによるフィルタの変形や破壊などを防止できる。

サンプリング部３は、さらに、β線照射部３８とβ線検出部３９とを有する。β線照射部３８は、第２開口部３５ａ中に設けられ、捕集フィルタ１に向けてβ線を照射する。β線検出部３９は、第１開口部３１ａ中に設けられ、捕集フィルタ１（と粒子状物質Ｐ）を通過したβ線を検出する。

分析部５は、粒子状物質Ｐから発生する蛍光Ｘ線を用いて、粒子状物質Ｐに含まれる元素の成分分析を行う。本実施形態において、分析部５は、粒子状物質Ｐに含まれる金属元素の成分分析を主に行う。大気中の粒子状物質Ｐに含まれている金属元素としては、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、バナジウム、マンガン、亜鉛、鉛、バリウム、アンチモン、ランタン、サマリウム、などがある。また、金属元素以外の硫黄、臭素、塩素などの元素の成分分析も行われる。

粒子状物質Ｐにどの元素が含まれているかを成分分析することにより、捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐの由来を知ることができる。なお、分析部５の構成については、後ほど詳しく説明する。

フィルタ移動部７は、捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐを移動させる。具体的には、フィルタ移動部７は、回転可能に軸支された送り出しリール７ａから捕集フィルタ１を送り出す。そして、回転可能に軸支された巻き取りリール７ｂは、捕集フィルタ１を巻き取る。その結果、捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐが、サンプリング部３から分析部５へ移動させられる。

制御部９は、分析装置１００における各種処理を行う。なお、制御部９の構成及び制御部９における各構成要素の機能については、後ほど詳しく説明する。

（２）分析部の構成
次に、分析部５の構成について説明する。分析部５は、捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐから蛍光Ｘ線を発生させ検出する。そのため、分析部５は、照射部５１と検出部５３とを有する。照射部５１は、測定領域Ａに励起Ｘ線Ｘ１を照射する。測定領域Ａは、分析装置１００において成分分析を行う際に、サンプリング部３において捕集された粒子状物質Ｐがフィルタ移動部７により送られてくる領域である。これにより、測定領域Ａにおいて、成分分析の実行時には、粒子状物質Ｐに励起Ｘ線Ｘ１が照射される。励起Ｘ線Ｘ１を照射された粒子状物質Ｐは、粒子状物質Ｐに含まれる元素に特有の波長を有する蛍光Ｘ線を発生する。

本実施形態において、照射部５１はＸ線発生装置である。Ｘ線発生装置は、ターゲット（パラジウム、ロジウム、銀、タングステン、タンタル、銅、チタン、クロムなどの金属）に電子線を照射することによりＸ線を発生させる装置である。従って、照射部５１から照射される励起Ｘ線Ｘ１には、制動放射によるＸ線と、ターゲットに特有の特性Ｘ線とが含まれている。

また、照射部５１の励起Ｘ線が発生する出口には一次フィルタ(図示せず）が設けられ、測定対象元素から発生する蛍光Ｘ線の波長に対応する波長領域の励起Ｘ線の強度を減少している。これは、励起Ｘ線には、測定対象元素からの蛍光Ｘ線よりもエネルギーが高いＸ線成分が含まれていれば十分だからである。これにより、検出部５３（後述）において検出されるＸ線のバックグランド成分を減少できる。

検出部５３は、上記の励起Ｘ線Ｘ１が照射されることにより、測定領域Ａにおいて発生するＸ線Ｘ２を検出可能となっている。従って、検出部５３としては、例えば、シリコン半導体検出器又はシリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）などの半導体検出器を用いることができる。特に、シリコンドリフト検出器ＳＤＤを用いることにより、冷却に液体窒素などを用いる必要がなくなるため、分析装置１００をコンパクトにできる。

（３）制御部の構成
次に、制御部９の構成について、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、検出部に対してピーク位置の校正を行う制御部の構成を示す図である。図２Ｂは、Ｘ線計数部に対してピーク位置の校正を行う制御部の校正を示す図である。制御部９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｉｌｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ）などの記憶装置と、表示部と、各種インターフェースと、などを有するコンピュータシステムである。以下に説明する制御部９の各構成要素の一部又は全部の機能は、上記のコンピュータシステムの記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されていてもよい。また、制御部９の各構成要素の機能の一部又は全部の機能は、カスタムＩＣなどの半導体装置により実現されていてもよい。

制御部９は、フィルタ制御部９１と、サンプリング制御部９２と、照射制御部９３と、Ｘ線計数部９４と、成分分析部９５と、ピーク位置校正部９６と、粒子質量濃度算出部９７と、を有する。
フィルタ制御部９１は、フィルタ移動部７を制御する。具体的には、フィルタ制御部９１は、例えば、巻き取りリール７ｂの回転を制御するモータなど（図示せず）の回転を制御する巻き取りリール制御信号を、フィルタ移動部７に出力する。

サンプリング制御部９２は、サンプリング部３を制御する。具体的には、サンプリング制御部９２は、例えば、吸引部３１と吸引ポンプ３３とをガス流通可能に接続する配管の途中に設けられたニードルバルブなどのバルブの開度を調整する流量制御信号を当該バルブに出力する。これにより、吸引部３１の吸引力及びサンプリング部３における大気の流量を制御できる。

照射制御部９３は、照射部５１を制御する。具体的には、照射部５１のＸ線発生装置において、電子線を発生させる電子線源に印加する電圧及び／又は電流を制御する。これにより、照射部５１からの励起Ｘ線Ｘ１の強度を調整できる。

Ｘ線計数部９４は、検出部５３から出力されるパルス信号の個数を計数する。具体的には、Ｘ線計数部９４は、所定の信号値範囲内のパルス信号の個数を計数し、得られた結果を計数結果として出力する。

成分分析部９５は、分析部５の校正と粒子状物質Ｐの成分分析とを行う。なお、成分分析部９５における分析部５の校正方法及び粒子状物質Ｐの成分分析方法については、後ほど詳しく説明する。

ピーク位置校正部９６は、後述する簡易的なピーク位置の校正時において、検出されるＸ線Ｘ２の計数結果をＸ線計数部９４から入力し、計数結果におけるＸ線Ｘ２のエネルギー値と実際のＸ線のエネルギー値とのずれを校正する。

本実施形態においては、ピーク位置校正部９６は、図２Ａに示すように、検出部５３に対して、検出部５３のゲイン及び／又はゼロ点を調整するための信号（ゲイン／ゼロ点調整信号）を出力して、検出部５３に対してピーク位置の校正を行う。

また、変形例として、ピーク位置校正部９６は、図２Ｂに示すように、Ｘ線計数部９４にずれ調整信号を出力して、Ｘ線計数部９４においてピーク位置を校正するようにしてもよい。この場合、例えば、Ｘ線計数部９４によって用いられる、検出部５３からのパルス信号の最大信号値とＸ線エネルギー値との関係を示した数値テーブル又は関数を、ピーク位置が０となるように更新することにより、ピーク位置を校正できる。さらに、ピーク位置校正部９６は、上記の検出部５３におけるピーク位置の校正と、Ｘ線計数部９４におけるピーク位置の校正とを両方行ってもよい。

粒子質量濃度算出部９７は、β線検出部３９からβ線検出信号を受信し、粒子状物質Ｐを透過したβ線の強度に基づいて、捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐの粒子質量濃度を測定する。

（４）分析装置の動作
Ｉ．基本動作
次に、分析装置１００の動作について説明する。分析装置１００の動作を開始すると、成分分析部９５は、例えば、前回の校正の実行時から所定の時間以上（例えば、１ヶ月以上）経過している場合に、スパン校正用基材ＳＳ（後述）及び／又はバックグランド校正用基材を用いて校正を行う。所定の時間が経過していない場合には、成分分析部９５は、粒子状物質Ｐの成分分析を開始する。
以下、分析装置１００における校正方法及び粒子状物質Ｐの成分分析方法について詳しく説明する。

ＩＩ．校正
ステップＳ２における分析部５の校正は、主に、校正用試料ＣＳが基材ＭＳ上に積層されたスパン校正用基材ＳＳ（図３）を用いて行われる。また、必要に応じて、バックグランド校正用基材ＢＳを用いた校正が行われる。

スパン校正用基材ＳＳは、スパン校正を行うための校正用基材である。そのため、標準物質である校正用試料ＣＳは、測定対象元素を少なくとも含んだ粒子状の物質である。このような校正用試料ＣＳとしては、例えば、ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）にて規定された標準物質を用いることができる。
スパン校正用基材ＳＳの基材ＭＳは、Ｘ線に対してほとんど透明（すなわち、Ｘ線をほとんど透過する）である材料（例えば、ポリカーボネート）により構成された（板状の）基材である。

なお、ステップＳ２における分析部５の校正においては、図３に示すように、スパン校正用基材ＳＳを捕集フィルタ１と共に配置し、スパン校正用基材ＳＳ（の校正用試料ＣＳ）と捕集フィルタ１とに励起Ｘ線Ｘ１を照射したときに検出部５３において検出されるＸ線Ｘ２を用いて、スパン校正用データを生成することが好ましい。図３は、スパン校正の実行時におけるスパン校正用基材と捕集フィルタの配置と、励起Ｘ線の照射状態と検出されるＸ線の様子を示す図である。これにより、捕集フィルタ１のＸ線吸収を考慮したスパン校正データを取得できる。

一方、バックグランド校正用基材ＢＳは、例えば、スパン校正用基材ＳＳの基材ＭＳと同じ材料（ポリカーボネートなど）により構成されたＸ線に対してほぼ透明な（板状の）基材である。バックグランド校正は、バックグランド校正用データが記憶されていない場合や、バックグランドやゼロ点が前回の校正時よりも大きくずれた場合などに行われる。

バックグランド校正の実行時もスパン校正の実行時と同様に、バックグランド校正用基材ＢＳを捕集フィルタ１と共に配置した状態にて励起Ｘ線Ｘ１を照射したときに検出部５３において検出されるＸ線Ｘ２を用いて、バックグランド校正用データを生成することが好ましい。

バックグランド校正用データ及びスパン校正用データを生成し記憶装置などに記憶した後、成分分析部９５は、バックグランド校正用データとスパン校正用データとを用いて、測定対象元素毎に検量線を生成する。
具体的には、例えば、バックグランド校正用データにおいて、ある測定対象元素からの蛍光Ｘ線のエネルギー値Ｅａを有するＸ線の強度がＢ_ａと記憶されており（測定対象元素の元素量は０）、スパン校正用データにおいて、校正用試料ＣＳ中に当該測定対象元素が元素量ａだけ含まれており、このときのエネルギー値Ｅ_ａを有するＸ線の強度がＩ_ａと記憶されていたとする。この場合、上記のある測定対象元素の元素量Ｘに対する蛍光Ｘ線強度Ｙの関係を示す検量線は、Ｙ＝（（Ｉ_ａ−Ｂ_ａ）／ａ）＊Ｘ＋Ｂ_ａという式として生成される。

ＩＩＩ．粒子状物質の成分分析
次に、ステップＳ３における粒子状物質Ｐの成分分析について、図４を用いて説明する。図４は、粒子状物質の成分分析方法を示すフローチャートである。
分析装置１００において成分分析が開始されると、まず、成分分析部９５が、ピーク位置の校正が必要であるかどうかを判断する（ステップＳ３０１）。例えば、前回のピーク位置の校正からの経過時間が所定時間以上（例えば、１日以上）となった場合に、ピーク位置の校正が必要と判断される。その他、ステップＳ２における校正をすることなく前回の成分分析が実行された場合（例えば、連続的に成分分析が実行される場合に成分分析毎）に、ピーク位置の校正を行うと判断してもよい。

ピーク位置の校正が必要とされた場合（ステップＳ３０１において「Ｙｅｓ」の場合）、ピーク位置の校正が開始される（ステップＳ３０２）。本実施形態においては、検出部５３において検出されるＸ線Ｘ２の計数結果におけるピーク位置（エネルギー値のずれ）を校正する。具体的な校正方法については、後ほど詳しく説明する。
一方、ピーク位置の校正が不要とされた場合（ステップＳ３０２において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ３０３に進み、成分分析が実行される

ピーク位置の校正の実行後又はピーク位置の校正が不要と判断された場合、成分分析が開始され、まず、サンプリング制御部９２が、サンプリング部３に対して、大気に含まれる粒子状物質Ｐを捕集フィルタ１に捕集する（ステップＳ３０３）するよう指令する。その後、フィルタ制御部９１が、フィルタ移動部７に対して、捕集フィルタ１の捕集領域を測定領域Ａまで移動するよう指令する。

その後、照射制御部９３が照射部５１に対して照射部制御信号を送信し、励起Ｘ線Ｘ１が捕集フィルタ１に捕集された粒子状物質Ｐに照射される（ステップＳ３０４）。

捕集領域中の粒子状物質Ｐに励起Ｘ線Ｘ１を照射した状態にて、検出部５３は、捕集領域からのＸ線Ｘ２を検出する（ステップＳ３０５）。その結果、例えば、図５に示すような計数結果がＸ線計数部９４にて生成される。図５は、粒子状物質からの蛍光Ｘ線を含む計数結果のプロファイルの一例を示す図である。図５に示すＸ線プロファイルには、鉄、亜鉛、鉛、チタンの蛍光Ｘ線が特に顕著に見られている。

計数結果を取得後、成分分析部９５は、計数結果を用いて粒子状物質Ｐの成分分析を行う（ステップＳ３０６）。具体的には、成分分析部９５は、まず、計数結果から成分分析を行うためのＸ線強度を抽出する。例えば、図５に示す計数結果から、鉄（Ｆｅ）を測定対象元素として成分分析を行う場合を考える。今、鉄の蛍光Ｘ線が出現するエネルギー値をＥ_ａ（既知）であるとする。このとき、図５に示す計数結果において、エネルギー値Ｅ_ａを有するＸ線の強度はＩ_ａ’である。

次に、成分分析部９５は、鉄ための検量線を記憶装置などから読み出す。その後、成分分析部９５は、鉄のための検量線を表す式（例えば、Ｙ＝（（Ｉ_ａ−Ｂ_ａ）／ａ）＊Ｘ＋Ｂ_ａ）に上記のＸ線強度Ｉ_ａ’を代入（上記の式においてはＹに代入）し、元素量（上記の式においてはＸ）についての方程式を解くことにより、鉄の元素量を定量する。

粒子状物質Ｐの各測定対象元素についての成分分析を実行後、成分分析部９５は、他の成分分析を実行するかどうかを判断する（ステップＳ３０７）。例えば、成分分析部９５は、制御部９の入力部（図示せず）などからの所定の指令を受信したときに、成分分析を終了する。

成分分析が終了したと判断された場合（ステップＳ３０７において「Ｎｏ」の場合）、分析装置１００における成分分析を終了する。
一方、成分分析部９５が上記の指令を受信せず他の成分分析を実行すると判断した場合（ステップＳ３０７において「Ｙｅｓ」の場合）、フィルタ移動部７が、捕集フィルタ１を移動させることで、成分分析済みの粒子状物質Ｐを測定領域Ａから送出する（ステップＳ３０８）。その後、プロセスはステップＳ３０１に戻る。これにより、粒子状物質Ｐが再び捕集フィルタ１の他の領域に捕集されて、それらの他の成分分析を実行できる。これにより、分析装置１００においては、所定の時間毎に複数の成分分析を連続的に実行できる。

ＩＶ．ピーク位置の校正方法
次に、上記のステップＳ３０２において実行されるエネルギー値のピーク位置の校正方法について、図６を用いて説明する。図６は、ピーク位置の校正方法を示すフローチャートである。ピーク位置の校正を開始すると、まず、ピーク位置校正用データが取得される。

具体的には、照射制御部９３が照射部５１に対して照射部制御信号を送信し、励起Ｘ線Ｘ１を測定領域Ａに存在する捕集フィルタ１に照射する（ステップＳ３０２１）。励起Ｘ線Ｘ１が照射されている間、検出部５３は入射したＸ線Ｘ２を検出する（ステップＳ３０２２）。

上記のステップＳ３０２２において検出されたＸ線の計数結果は、図７に示すようなＸ線プロファイルを有する。図７は、励起Ｘ線を捕集フィルタに照射して得られる散乱Ｘ線の一例を示す図である。図７に示すように、得られた計数結果は、励起Ｘ線Ｘ１が有するＸ線プロファイルと同じプロファイルを示していることが分かる。このことから、分析装置１００の各構成要素の配置を変更することなく、捕集フィルタ１において励起Ｘ線Ｘ１が散乱することにより発生する励起Ｘ線成分を含むＸ線Ｘ２（散乱Ｘ線）を、検出部５３において検出できることが分かる。

また、図７に示す計数結果のＸ線プロファイルにおいて、矢印にて示しているのは、パラジウムの特性Ｘ線Ｌα１線のピークと、特性Ｘ線Ｋα１線のピークである。このように、励起Ｘ線Ｘ１に複数の特性Ｘ線ピークが含まれることにより、励起Ｘ線Ｘ１（成分）のみを用いて、より簡単にピーク位置を校正できる。

また、典型的に、これら２つの特性ピークが出現するエネルギー値は、既知の不変値である（パラジウムのＬα１線：２．８４ｋｅＶ、パラジウムのＫα１線：２１．１２ｋｅＶ）。従って、これらピークを含む上記の計数結果をピーク位置校正用データとして用いることができる。

特性Ｘ線ピークを用いてピーク位置の校正を行う場合、励起Ｘ線Ｘ１などに含まれる特性Ｘ線（及び／又は蛍光Ｘ線）のＫ線（Ｋα１線、Ｋα２線、Ｋβ１線など）、Ｌ線（Ｌα１線、Ｌα２線、Ｌβ１線、Ｌβ２線、Ｌγ１線など）、又はＭ線（Ｍα１線など）から任意の特性Ｘ線ピークを選択できる。
特に、複数の特性Ｘ線ピークを用いる場合、例えば、Ｋ線から１つの上記ピークを選択した場合には、他のピークはＬ線中のピーク又はＭ線中のピークから選択することにより、ピーク間のエネルギー差が大きくなるので、精度よくピーク位置を校正できる。

次に、ピーク位置校正部９６は、上記のようにして得られた計数結果をピーク位置校正用データとして、ピーク位置を校正する（ステップＳ３０２３）。以下においては、２つの特性Ｘ線ピークを用いてピーク位置を校正する例について示す。
具体的には、例えば、図８Ａに示すように、ピーク位置校正部９６は、検出部５３及び／又はＸ線計数部９４に対してゼロ点調整信号を送信して、計数結果のプロファイルをエネルギー値においてシフト（図８Ａにおいては、紙面の左右方向にシフト）させ、計数結果のプロファイルのピークのエネルギー値が、上記の特性Ｘ線などのピークが本来出現するエネルギー値に一致するように、検出部５３及び／又はＸ線計数部９４のゼロ点を調整する。図８Ａは、ピークのゼロ点調整を模式的に示す図である。

一方、図８Ｂに示すように、検出部５３及び／又はＸ線計数部９４のゼロ点を調整しても、計数結果の２つのピークのエネルギー値のいずれかが特性Ｘ線などのピークが本来出現するエネルギー値に一致しない場合には、ピーク位置校正部９６は、検出部５３及び／又はＸ線計数部９４に対してゲイン調整信号を送信して、計数結果のプロファイルをエネルギー値において伸縮させ（図８Ｂにおいては、横方向に伸縮）、計数結果の２つのピークのエネルギー値の両方が特性Ｘ線などのピークが本来出現するエネルギー値に一致するように、エネルギー値スパンを校正する。図８Ｂは、ピークのエネルギー値スパンの調整を模式的に示す図である。

また、１つの特性Ｘ線ピークを用いたピーク位置の校正は、図８Ｃに示すように、計数結果においてゼロ点を定義した上でエネルギー値スパンを校正する。図８Ｃは、１つの特性Ｘ線ピークを用いてピーク位置を校正する方法を模式的に示す図である。

（５）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）ピーク位置の校正の他の実施形態
上記の第１実施形態においては、励起Ｘ線Ｘ１が捕集フィルタ１において散乱することにより発生する散乱Ｘ線に含まれる励起Ｘ線Ｘ１の特性Ｘ線ピークを用いて、ピーク位置の校正が実行されていた。しかし、これに限られず、他の特性Ｘ線や蛍光Ｘ線など、既知で不変のエネルギー値にピークが出現すると分かっているＸ線を検出部５３に検出させて、ピーク位置を校正してもよい。

例えば、捕集フィルタ１やプラスチック板中の不純物からの蛍光Ｘ線や、元素組成が既知の金属板からの蛍光Ｘ線などを用いることができる。または、捕集フィルタ１以外のプラスチック板などに励起Ｘ線Ｘ１を照射することにより上記の散乱Ｘ線を発生させてもよい。

（Ｂ）環境パラメータ及び経時変化に対するＸ線強度の補正
上記の第１実施形態に係る分析装置１００においては、環境パラメータ及び経時変化に対するＸ線強度の補正を行ってもよい。例えば、捕集フィルタ１に励起Ｘ線Ｘ１を照射したときに励起Ｘ線Ｘ１が散乱することにより生じる散乱Ｘ線の強度を用いて、上記のＸ線強度の補正を行える。
具体的には、測定対象元素の蛍光Ｘ線が出現するエネルギー値毎に、ある基準の環境パラメータ下において実際に測定した散乱Ｘ線の強度（Ｘ線実測値）に対して、当該基準の環境パラメータにおいて測定され予め記憶されていたＸ線強度（基準Ｘ線強度）と他の環境パラメータにおいて測定され記憶されていたＸ線強度（他条件のＸ線強度）とを用いて、他の環境パラメータ下において上記の散乱Ｘ線を測定した場合のＸ線強度（予測強度）を予測できる（環境パラメータの変化に対するＸ線強度の校正）。

また、上記の他の環境パラメータにおいて実際に測定されたＸ線の強度（他のＸ線実測値）と、上記の予測強度とを比較することにより、同一の環境パラメータ下において測定されたＸ線の強度を比較できる。従って、他のＸ線実測値と予測強度とを比較することにより、照射部５１及び／検出部５３における経時変化による影響を予測できる。
また、この時、粒子状物質Ｐの状態変化による影響を考慮した補正を行ってもよい。

本発明は、粒子状物質の分析行う分析装置に広く適用できる。

１００ 分析装置
１ 捕集フィルタ
１１ 捕集層
１３ 補強層
３ サンプリング部
３１ 吸引部
３１ａ 第１開口部
３３ 吸引ポンプ
３５ 排出部
３５ａ 第２開口部
３７ サンプリングポート
３８ β線照射部
３９ β線検出部
５ 分析部
５１ 照射部
５３ 検出部
７ フィルタ移動部
７ａ 送り出しリール
７ｂ 巻き取りリール
９ 制御部
９１ フィルタ制御部
９２ サンプリング制御部
９３ 照射制御部
９４ Ｘ線計数部
９５ 成分分析部
９６ ピーク位置校正部
９７ 粒子質量濃度算出部
Ａ 測定領域
ＢＳ バックグランド校正用基材
ＣＳ 校正用試料
ＭＳ 基材
Ｐ 粒子状物質
ＳＳ スパン校正用基材
Ｘ１ 励起Ｘ線
Ｘ２ Ｘ線

Claims (5)

1. 粒子状物質から発生する蛍光Ｘ線に基づいて前記粒子状物質の成分分析を行う分析装置であって、
   前記粒子状物質を励起して蛍光Ｘ線を発生させる励起Ｘ線を照射する照射部と、
   前記励起Ｘ線を照射することにより発生するＸ線を検出する検出部と、
   前記検出部において検出されるＸ線の励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、前記検出部にて検出されるＸ線のピーク位置を校正するピーク位置校正部と、
   を備える分析装置。
2. 前記粒子状物質を捕集するための捕集フィルタをさらに備え、
   前記検出部において検出されるＸ線は、前記励起Ｘ線が前記捕集フィルタにおいて散乱されることにより発生する散乱Ｘ線である、請求項１に記載の分析装置。
3. 前記ピーク位置を校正するために用いる前記Ｘ線ピークは、前記励起Ｘ線に含まれる特性Ｘ線ピークである、請求項１又は２に記載の分析装置。
4. 前記特性Ｘ線ピークは、Ｋ線、Ｌ線、Ｍ線のうちの２つから選択される、請求項３に記載の分析装置。
5. 粒子状物質に励起Ｘ線を照射することにより発生する蛍光Ｘ線に基づいて前記粒子状物質の成分分析を行う分析装置の校正方法であって、
   前記励起Ｘ線を照射するステップと、
   前記励起Ｘ線を照射することにより発生するＸ線を検出するステップと、
   検出されるＸ線の励起Ｘ線成分に含まれるＸ線ピークを用いて、検出されるＸ線のピーク位置を校正するステップと、
   を含む校正方法。
   

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