JP2015219200A - Analysis device and calibration method - Google Patents

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裕介 水野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calibrate in such a way that a component analysis can be highly accurately executed even when a particle state of a particulate substance changes in an analysis device performing a component analysis of particulate substances.SOLUTION: An analysis device 100 comprises: an irradiation unit 51; a detection unit 53; and a particulate state change-amount calculation unit. The irradiation unit 51 is configured to excite a particulate substance P in an air atmosphere to irradiate a primary X-ray X1 generating a fluorescence X-ray. The detection unit 53 is configured to detect intensity of secondary X-ray generated by irradiating a calibration sample with the primary X-ray X1, and passing through the air atmosphere. The particulate state change-amount calculation unit is configured to calculate an amount of change or change rate of secondary X-ray intensity due to a particulate state change of particle substances on the basis of first secondary X-ray intensity by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at first timing and to be detected by the detection unit, and second secondary X-ray intensity by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at second timing and to be detected by the detection unit.

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。   The present invention relates to an analyzer for analyzing particulate matter, and a calibration method for calibrating the analyzer.

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。   In recent years, PM2.5, which is a suspended particulate material having a particle size in the air of 2.5 μm or less, has become a major environmental problem. And the apparatus which analyzes the density | concentration in the atmosphere of PM2.5 and the element contained in PM2.5 is developed for the purpose of grasping | ascertaining the condition of PM2.5. It is considered that the source of PM2.5 can be estimated by analyzing the elements contained in PM2.5.

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。   For example, Patent Document 1 discloses a measuring apparatus that continuously and automatically analyzes element types that constitute suspended particulate matter in the atmosphere. This measuring device is first classified into air containing the whole amount of coarse particles having a particle diameter of more than 2.5 μm and air containing fine particles of PM 2.5 or less by a classifier. Next, the measuring device collects the classified airborne particulate matter in the filter. Thereafter, the measuring device performs fluorescent element analysis of coarse particles and fine particles individually using an X-ray analyzer.

特開2008−261712号公報JP 2008-261712 A

アガワル・エス・ジー(Aggarwal,S.G)、モチダ・エム(Mochida,M.)、キタモリ・ワイ(Kitamori,Y.)、カワムラ・ケイ(Kawamura,K.)、「札幌の都市エアロゾル粒子の吸湿特性に関するケミカルクロージャー研究(Chemical Closure Study on Hygroscopic Properties of Urban Aerosol Particles in Sapporo,Japan)」、エンバイロメンタル・サイエンス・アンド・テクノロジー(Environmental Science and Technology)、2007年、第41巻、第20号、p.6920−6925Aggarwal, S. G, Mochida, M., Kitamori, Y., Kawamura, K., “Sapporo city aerosol particles Chemical Closure Study on Hygroscopic Properties (Hygroscopic Properties of Urban Aerosol, Part of Insaporo, Japan), Environmental Science and Technology (Envolent, Ent. p. 6920-6925

大気中に含まれる粒子状物質の粒子状態は、大気雰囲気の湿度などにより変化する。例えば、非特許文献1に開示された湿度と吸湿係数との関係を表すグラフ(図9)に示すように、湿度が高い大気雰囲気において、粒子状物質の組成によっては、粒子状物質は水分を吸収する。その結果、粒子状物質の粒子径が増大する。また、湿度の増加時における吸湿係数と、湿度の減少時における吸湿係数とにずれ(すなわち、ヒステリシス)が生じることもある。図9は、湿度と吸湿係数との関係を示す図である。   The particulate state of the particulate matter contained in the atmosphere varies depending on the humidity of the atmospheric atmosphere. For example, as shown in the graph (FIG. 9) showing the relationship between the humidity and the moisture absorption coefficient disclosed in Non-Patent Document 1, depending on the composition of the particulate matter, the particulate matter may contain moisture. Absorb. As a result, the particle size of the particulate matter increases. In addition, there may be a deviation (that is, hysteresis) between the moisture absorption coefficient when the humidity is increased and the moisture absorption coefficient when the humidity is decreased. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between humidity and moisture absorption coefficient.

従来の測定装置などにおいては、所定の期間ごとに標準物質などを用いて測定スパンの校正を行い、当該測定スパンの校正結果を用いて成分分析を行っていた。この場合、測定スパンの校正を行っていたときの標準物質の状態が、成分分析の実行時における粒子状物質の状態と異なっていると、粒子状物質の成分分析が精度よく行われない。   In a conventional measuring apparatus or the like, the measurement span is calibrated using a standard substance or the like every predetermined period, and component analysis is performed using the calibration result of the measurement span. In this case, if the state of the standard material when the measurement span is calibrated is different from the state of the particulate material when the component analysis is performed, the component analysis of the particulate material cannot be performed accurately.

本発明の課題は、粒子状物質の成分分析を行う分析装置において、粒子状物質の粒子状態が変化しても精度よく成分分析を実行可能となるよう校正を行うことにある。   An object of the present invention is to perform calibration in an analyzer that performs component analysis of particulate matter so that component analysis can be performed with high accuracy even when the particle state of the particulate matter changes.

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。
本発明の一見地にかかる分析装置は、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、粒子状態変化算出部と、を備える。照射部は、大気雰囲気中において、粒子状物質を励起して蛍光X線を発生させる一次X線を照射する。検出部は、一次X線を照射することにより発生し、大気雰囲気中を通過する二次X線強度を検出する。粒子状態変化算出部は、第1のタイミングにて校正用試料に一次X線を照射して検出部で検出される第1の二次X線強度と、第2のタイミングにて、校正用試料に一次X線を照射することにより検出部にて検出される第2の二次X線強度に基づいて、粒子状物質の粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出する。
Hereinafter, a plurality of modes will be described as means for solving the problems. These aspects can be arbitrarily combined as necessary.
An analyzer according to an aspect of the present invention is an analyzer that performs component analysis of particulate matter based on fluorescent X-rays generated from the particulate matter. The analyzer includes an irradiation unit, a detection unit, and a particle state change calculation unit. The irradiation unit emits primary X-rays that excite the particulate matter and generate fluorescent X-rays in the air atmosphere. The detection unit detects a secondary X-ray intensity that is generated by irradiating the primary X-ray and passes through the atmosphere. The particle state change calculation unit irradiates the calibration sample with the primary X-ray at the first timing and detects the first secondary X-ray intensity detected by the detection unit, and the calibration sample at the second timing. Based on the second secondary X-ray intensity detected by the detector by irradiating primary X-rays to the secondary X-ray, the amount of change or rate of change of the secondary X-ray intensity due to the change in the particle state of the particulate matter is calculated. .

分析装置においては、粒子状態変化算出部が、第1のタイミングにて校正用試料に一次X線を照射して検出部で検出される第1の二次X線強度と、第2のタイミングにて、校正用試料に一次X線を照射することにより検出部にて検出される第2の二次X線強度に基づいて、粒子状物質の粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出している。これにより、粒子状物質の成分分析を行う分析装置において、粒子状物質の粒子状態が変化しても精度よく成分分析を実行可能となるよう校正を行うことができる。   In the analyzer, the particle state change calculation unit irradiates the calibration sample with the primary X-ray at the first timing and detects the first secondary X-ray intensity detected by the detection unit and the second timing. Based on the second secondary X-ray intensity detected by the detection unit by irradiating the calibration sample with the primary X-ray, the amount of change in the secondary X-ray intensity due to the change in the particle state of the particulate matter or The rate of change is calculated. Thereby, in the analyzer for analyzing the component of the particulate matter, calibration can be performed so that the component analysis can be executed with high accuracy even if the particle state of the particulate matter changes.

上記の分析装置は、大気雰囲気を定義する環境パラメータを測定する環境測定部をさらに備えていてもよい。この場合、粒子状態変化算出部は、第1のタイミングにおける前記環境測定部で測定された第1の環境パラメータと、第2のタイミングにおける環境測定部で測定された第2の環境パラメータとに基づいて二次X線強度の変化量又は変化率を算出する。   The analysis apparatus may further include an environment measurement unit that measures an environmental parameter that defines an air atmosphere. In this case, the particle state change calculation unit is based on the first environment parameter measured by the environment measurement unit at the first timing and the second environment parameter measured by the environment measurement unit at the second timing. Then, the amount of change or rate of change of the secondary X-ray intensity is calculated.

本発明の他の見地に係る校正方法は、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の校正方法である。校正方法は、以下のステップを含む。
◎第1のタイミングにて、校正用試料に一次X線を照射することにより検出される第1の二次X線強度を測定するステップ。
◎第2のタイミングにて、校正用試料に一次X線を照射することにより検出される第2の二次X線強度を測定するステップ。
◎第1の二次X線強度と第2の二次X線強度とに基づいて、粒子状物質の粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出するステップ。
これにより、粒子状物質の成分分析を行う分析装置において、粒子状物質の粒子状態が変化しても精度よく成分分析を実行可能となるよう校正を行うことができる。
A calibration method according to another aspect of the present invention is a calibration method for an analyzer that performs component analysis of particulate matter based on fluorescent X-rays generated from the particulate matter. The calibration method includes the following steps.
A step of measuring the first secondary X-ray intensity detected by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at the first timing.
A step of measuring the second secondary X-ray intensity detected by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at the second timing.
A step of calculating a change amount or a change rate of the secondary X-ray intensity due to a change in the particle state of the particulate matter based on the first secondary X-ray intensity and the second secondary X-ray intensity.
Thereby, in the analyzer for analyzing the component of the particulate matter, calibration can be performed so that the component analysis can be executed with high accuracy even if the particle state of the particulate matter changes.

粒子状物質の成分分析を行う分析装置において、粒子状物質の粒子状態が変化しても精度よく成分分析を実行可能となるよう校正を行える。   In an analyzer that performs component analysis of particulate matter, calibration can be performed so that component analysis can be performed accurately even if the particle state of the particulate matter changes.

分析装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of an analyzer. 制御部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a control part. 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、一次X線の照射状態と検出されるX線の様子を示す図。The figure which shows the arrangement | positioning of the base material for span calibration and the collection filter at the time of execution of span calibration, the irradiation state of a primary X-ray, and the state of the detected X-ray. 粒子状物質の成分分析方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the component analysis method of a particulate matter. 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。The figure which shows an example of the profile of the count result containing the fluorescent X ray from a particulate matter. 粒子状態の変化による校正方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the calibration method by the change of a particle state. 粒子状態の変化により補正を行う際の校正用基材の配置を示す図。The figure which shows arrangement | positioning of the base material for calibration at the time of correct | amending by the change of a particle state. 粒子状態の変化の影響を補正する方法を模式的に示す図。The figure which shows typically the method of correct | amending the influence of the change of a particle state. 湿度と吸湿係数との関係を示す図。The figure which shows the relationship between humidity and a moisture absorption coefficient.

(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)に一次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、環境測定部8と、制御部9と、を備える。
(1) 1st Embodiment The structure of the analyzer 100 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the analyzer. The analysis apparatus 100 performs component analysis of the particulate matter P based on fluorescent X-rays generated from the particulate matter P by irradiating the particulate matter P (described later) with primary X-rays X1 (described later). It is. The analysis device 100 includes a collection filter 1, a sampling unit 3, an analysis unit 5, a filter moving unit 7, an environment measurement unit 8, and a control unit 9.

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。   The collection filter 1 collects the particulate matter P contained in the atmosphere sampled in the sampling unit 3 (described later). Therefore, the collection filter 1 has a collection layer 11 having holes that can trap the particulate matter P. As the material of the collection layer 11, for example, a fluorine-based resin (for example, tetrafluoroethylene resin (PTFE)) can be used.

また、捕集層11の厚さは、一次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。さらに、捕集フィルタ1は、捕集層11の主面上に、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。   The thickness of the collection layer 11 is adjusted so that the absorption of X-rays such as primary X-rays and fluorescent X-rays in the collection layer 11 is a predetermined amount or less. In the present embodiment, the collection layer 11 has a thickness of about 3 to 35 μm, for example. Furthermore, the collection filter 1 has a reinforcing layer 13 that reinforces the collection layer 11 on the main surface of the collection layer 11. That is, the collection filter 1 has a two-layer structure having the collection layer 11 and the reinforcing layer 13.

捕集層11と補強層13とを合わせた捕集フィルタ1の厚みは、捕集フィルタ1によるX線吸収を所定量以下とするため、平均値として100〜200μm程度(例えば、140μm)に調整されている。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。   The thickness of the collection filter 1 including the collection layer 11 and the reinforcing layer 13 is adjusted to an average value of about 100 to 200 μm (for example, 140 μm) in order to make X-ray absorption by the collection filter 1 less than a predetermined amount. Has been. As the reinforcing layer 13, a material capable of gas flow, containing almost no element to be a measurement target element, and having sufficient strength is selected. As such a material, for example, a nonwoven fabric such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), nylon, polyester, and polyamide can be used. In particular, a nonwoven fabric made of polypropylene and polyester does not contain impurities that cause noise in fluorescent X-ray analysis, and has sufficient strength, so that measurement with higher accuracy is possible.

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。   The sampling unit 3 samples the ambient atmosphere where the analyzer 100 is installed, and sprays the sampled atmosphere onto the collection filter 1. Thereby, the particulate matter P contained in the sampled air can be collected in the collection filter 1.

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。   Specifically, the first opening 31 a provided in the suction portion 31 is brought close to one main surface of the collection filter 1 in a state where the suction pump 33 is set to a negative pressure. Further, the second opening 35 a provided in the discharge unit 35 and connected to the sampling port 37 so as to allow gas flow is brought close to the other main surface of the collection filter 1. As a result, air is sucked from the sampling port 37 to the second opening 35a. The sucked air is blown to the other main surface of the collection filter 1 from the second opening 35a. As a result, the particulate matter P contained in the atmosphere is collected in the holes provided in the collection layer 11 of the collection filter 1. Further, the air passes through the collection filter 1 and is sucked into the suction unit 31.

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。   The first opening 31 a may be provided with a mesh-like support member that supports the collection filter 1. Thereby, the deformation | transformation, destruction, etc. of a filter by attracting | sucking the collection filter 1 can be prevented.

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。   The sampling unit 3 further includes a β-ray irradiation unit 38 and a β-ray detection unit 39. The β-ray irradiation unit 38 is provided in the second opening 35 a and irradiates the collection filter 1 with β-rays. The β-ray detection unit 39 is provided in the first opening 31a and detects β-rays that have passed through the collection filter 1 (and the particulate matter P).

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、塩素、臭素などの元素の成分分析も行われる。   The analysis unit 5 performs component analysis of elements contained in the particulate matter P using fluorescent X-rays generated from the particulate matter P. In the present embodiment, the analysis unit 5 mainly performs component analysis of the metal elements contained in the particulate matter P. Examples of the metal elements contained in the particulate matter P in the atmosphere include sodium, aluminum, calcium, titanium, vanadium, manganese, zinc, lead, barium, antimony, lanthanum, and samarium. In addition, component analysis of elements other than metal elements such as sulfur, chlorine and bromine is also performed.

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。   By analyzing which element is contained in the particulate matter P, the origin of the particulate matter P collected by the collection filter 1 can be known. The configuration of the analysis unit 5 will be described in detail later.

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。   The filter moving unit 7 moves the particulate matter P collected by the collection filter 1. Specifically, the filter moving unit 7 sends out the collection filter 1 from a delivery reel 7a that is rotatably supported. The take-up reel 7 b that is rotatably supported winds the collection filter 1. As a result, the particulate matter P collected by the collection filter 1 is moved from the sampling unit 3 to the analysis unit 5.

環境測定部8は、分析部5とその周辺領域の環境パラメータを測定する。環境パラメータは、分析部5とその周辺領域の大気雰囲気を定義するパラメータである。従って、環境パラメータとしては、例えば、分析部5とその周辺領域の温度と、気圧と、湿度を用いることができる。従って、環境測定部8は、温度計と、気圧計と、湿度計と(いずれも図示せず)により構成されている。   The environment measurement unit 8 measures environmental parameters of the analysis unit 5 and its surrounding area. The environmental parameter is a parameter that defines the atmospheric atmosphere of the analysis unit 5 and its surrounding area. Therefore, for example, the temperature, atmospheric pressure, and humidity of the analysis unit 5 and its surrounding area can be used as the environmental parameters. Therefore, the environment measuring unit 8 includes a thermometer, a barometer, and a hygrometer (all not shown).

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。   The control unit 9 performs various processes in the analysis apparatus 100. The configuration of the control unit 9 and the function of each component in the control unit 9 will be described in detail later.

(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。なお、分析部5において、照射部51と検出部53は、外部の大気雰囲気と隔離された筐体などに納められていない。これにより、分析部5は、照射部51と検出部53とを納めた筐体などの内部の雰囲気を制御することなく、連続的かつ高速に粒子状物質Pの成分分析を行える。
(2) Configuration of Analysis Unit Next, the configuration of the analysis unit 5 will be described. The analysis unit 5 generates and detects fluorescent X-rays from the particulate matter P collected by the collection filter 1. Therefore, the analysis unit 5 includes an irradiation unit 51 and a detection unit 53. In the analysis unit 5, the irradiation unit 51 and the detection unit 53 are not housed in a casing or the like that is isolated from the external air atmosphere. Thereby, the analysis part 5 can perform the component analysis of the particulate matter P continuously and rapidly, without controlling internal atmosphere, such as the housing | casing which accommodated the irradiation part 51 and the detection part 53. FIG.

照射部51は、大気雰囲気中において、測定領域Aに一次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。   The irradiation unit 51 irradiates the measurement region A with the primary X-ray X1 in the air atmosphere. The measurement region A is a region where the particulate matter P collected by the sampling unit 3 is sent by the filter moving unit 7 when component analysis is performed in the analyzer 100.

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から照射される一次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。   In the present embodiment, the irradiation unit 51 is an X-ray generator. The X-ray generator is an apparatus that generates X-rays by irradiating an electron beam onto a target (metal such as palladium, rhodium, silver, tungsten, tantalum, copper, titanium, or chromium). Therefore, the primary X-rays X1 irradiated from the irradiation unit 51 include X-rays by bremsstrahlung and characteristic X-rays specific to the target.

また、照射部51の一次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一次X線の強度を減少している。これは、一次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。   In addition, a primary filter (not shown) is provided at the exit where primary X-rays are emitted from the irradiating unit 51 to reduce the intensity of primary X-rays in the wavelength region corresponding to the wavelength of fluorescent X-rays generated from the measurement target element. doing. This is because it is sufficient for the primary X-ray to contain an X-ray component having higher energy than the fluorescent X-ray from the element to be measured. Thereby, the background component of the X-ray detected in the detection part 53 (after-mentioned) can be reduced.

検出部53は、上記の一次X線X1が照射されることにより、測定領域Aにおいて発生し大気雰囲気中を通過した二次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。   The detection unit 53 can detect the secondary X-ray X2 generated in the measurement region A and passing through the atmospheric atmosphere by being irradiated with the primary X-ray X1. Therefore, as the detection unit 53, for example, a semiconductor detector such as a silicon semiconductor detector or a silicon drift detector (SDD) can be used. In particular, by using the silicon drift detector SDD, it is not necessary to use liquid nitrogen or the like for cooling, so that the analyzer 100 can be made compact.

(3)制御部の構成
次に、制御部9の構成について、図2を用いて説明する。図2は、制御部の構成を示す図である。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。
(3) Configuration of Control Unit Next, the configuration of the control unit 9 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the control unit. The control unit 9 is a computer system having a CPU (Central Processing Unit), a storage device such as a RAM, a ROM, a hard disk, and an SSD (Sold State Disk), a display unit, various interfaces, and the like. Some or all of the functions of each component of the control unit 9 described below may be realized by a program stored in the storage device of the computer system. In addition, some or all of the functions of the components of the control unit 9 may be realized by a semiconductor device such as a custom IC.

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、粒子状態変化算出部96と、粒子質量濃度算出部97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。
The controller 9 includes a filter controller 91, a sampling controller 92, an irradiation controller 93, an X-ray counter 94, a component analyzer 95, a particle state change calculator 96, and a particle mass concentration calculator 97. Have
The filter control unit 91 controls the filter moving unit 7. Specifically, the filter control unit 91 outputs, for example, a take-up reel control signal for controlling the rotation of a motor or the like (not shown) that controls the rotation of the take-up reel 7 b to the filter moving unit 7.

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。   The sampling control unit 92 controls the sampling unit 3. Specifically, the sampling control unit 92 provides a flow rate control signal for adjusting the opening of a valve such as a needle valve provided in the middle of a pipe that connects the suction unit 31 and the suction pump 33 so as to allow gas flow. Output to the valve. Thereby, the suction force of the suction part 31 and the air flow rate in the sampling part 3 can be controlled.

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からの一次X線X1の強度を調整できる。   The irradiation control unit 93 controls the irradiation unit 51. Specifically, in the X-ray generator of the irradiation unit 51, the voltage and / or current applied to the electron beam source that generates the electron beam is controlled. Thereby, the intensity | strength of the primary X-ray X1 from the irradiation part 51 can be adjusted.

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。   The X-ray counter 94 counts the number of pulse signals output from the detector 53. Specifically, the X-ray counting unit 94 counts the number of pulse signals within a predetermined signal value range, and outputs the obtained result as a counting result.

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。   The component analysis unit 95 performs calibration of the analysis unit 5 and component analysis of the particulate matter P. The calibration method of the analysis unit 5 and the component analysis method of the particulate matter P in the component analysis unit 95 will be described in detail later.

粒子状態変化算出部96は、第1のタイミングにて校正用試料に1次X線を照射して検出部53で検出される第1の二次X線強度と、第2のタイミングにて、校正用試料CSに一次X線を照射することにより検出部にて検出される第2の二次X線強度に基づいて、粒子状物質Pの粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出する。   The particle state change calculation unit 96 irradiates the calibration sample with the primary X-ray at the first timing and detects the first secondary X-ray intensity detected by the detection unit 53, and at the second timing. Based on the second secondary X-ray intensity detected by the detector by irradiating the calibration sample CS with the primary X-ray, the amount of change in the secondary X-ray intensity due to the change in the particle state of the particulate matter P or Calculate the rate of change.

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。   The particle mass concentration calculation unit 97 receives the β-ray detection signal from the β-ray detection unit 39, and the particulate matter P collected by the collection filter 1 based on the intensity of the β-ray transmitted through the particulate matter P. The particle mass concentration of is measured.

(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。
(4) Operation of analyzer Basic Operation Next, the operation of the analyzer 100 will be described. When the operation of the analysis apparatus 100 is started, the component analysis unit 95, for example, when a predetermined time or more (for example, one month or more) has passed since the previous calibration execution, the span calibration base material SS (described later). ) And / or calibration using a background calibration substrate. If the predetermined time has not elapsed, the component analysis unit 95 starts component analysis of the particulate matter P.
Hereinafter, the calibration method and the component analysis method of the particulate matter P in the analyzer 100 will be described in detail.

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4)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。なお、以下に説明する校正の各ステップは、特に示さない限り、成分分析部95において実行される。
II. Calibration The calibration of the analysis unit 5 in step S2 is mainly performed using the span calibration base material SS (FIG. 4) in which the calibration sample CS is laminated on the base material MS. Further, calibration using the background calibration base material BS is performed as necessary. Note that each calibration step described below is executed by the component analysis unit 95 unless otherwise indicated.

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。
The span calibration base material SS is a calibration base material for performing span calibration. Therefore, the calibration sample CS, which is a standard material, is a particulate material containing at least the measurement target element. As such a calibration sample CS, for example, a standard substance defined by NIST (National Institute of Standards & Technology) can be used.
The base material MS of the span calibration base material SS is a (plate-like) base material made of a material (for example, polycarbonate) that is almost transparent to X-rays (that is, almost transparent to X-rays). .

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とに一次X線X1を照射したときに検出部53において検出される二次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、一次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。   In the calibration of the analysis unit 5 in step S2, as shown in FIG. 3, the span calibration base material SS is arranged together with the collection filter 1, and the span calibration base material SS (the calibration sample CS) is collected. It is preferable to generate span calibration data by using the secondary X-ray X2 detected by the detection unit 53 when the primary X-ray X1 is irradiated to the collection filter 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the arrangement of the span calibration base material and the collection filter, the irradiation state of primary X-rays, and the state of detected X-rays at the time of execution of span calibration. Thereby, span calibration data considering X-ray absorption of the collection filter 1 can be acquired.

次に、照射部51が上記のようにスパン校正用基材SSを配置した状態において一次X線X1を照射し、それにより発生した二次X線X2を検出部53にて検出した計数結果をスパン校正用データとして、制御部9の記憶装置などに記憶する。また、成分分析部95は、スパン校正用基材SSに一次X線X1を照射しているときの環境パラメータを環境測定部8から入力し、記憶装置などに記憶する。   Next, the irradiation unit 51 irradiates the primary X-ray X1 with the span calibration base material SS arranged as described above, and the detection result of the secondary X-ray X2 generated thereby is detected by the detection unit 53. The data is stored in the storage device of the control unit 9 as span calibration data. In addition, the component analysis unit 95 inputs environmental parameters from the environment measurement unit 8 when the span calibration base material SS is irradiated with the primary X-ray X1 and stores the environmental parameters in a storage device or the like.

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。   On the other hand, the background calibration base material BS is a substantially transparent (plate-like) base material, for example, made of the same material (polycarbonate or the like) as the base material MS of the span calibration base material SS. is there. Background calibration is performed when background calibration data is not stored, or when the background or zero point deviates significantly from the previous calibration.

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一次X線X1を照射し、たときに検出部53において検出される二次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。   When performing background calibration, similarly to when performing span calibration, the primary X-ray X1 is irradiated while the background calibration base material BS is disposed with the collection filter 1 and is detected by the detection unit 53. It is preferable to generate background calibration data using the secondary X-ray X2.

次に、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一次X線X1を照射し、それにより発生した二次X線X2を検出部53にて検出した計数結果をバックグランド校正用データとして、制御部9の記憶装置などに記憶する。また、成分分析部95は、バックグランド校正用基材BSに一次X線X1を照射しているときの環境パラメータを環境測定部8から入力し、記憶装置などに記憶する。   Next, the primary X-ray X1 is irradiated with the background calibration base material BS arranged with the collection filter 1, and the counting result obtained by detecting the secondary X-ray X2 generated thereby by the detection unit 53 is backed up. The data for ground calibration is stored in a storage device of the control unit 9 or the like. In addition, the component analysis unit 95 inputs the environmental parameters when the background calibration base material BS is irradiated with the primary X-ray X1 from the environment measurement unit 8 and stores them in a storage device or the like.

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、測定対象元素Dからの蛍光X線のエネルギー値Eを有するX線の強度がBと記憶されており、スパン校正用データにおいて、校正用試料CS中に測定対象元素D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を有するX線の強度がI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−B)/a)*X+Bという式として生成される。
After the background calibration data and the span calibration data are generated and stored in the storage device or the like, the component analysis unit 95 uses the background calibration data and the span calibration data to generate a calibration curve for each measurement target element. Generate.
Specifically, for example, in a background calibration data, the measured intensity of X-rays with an energy value E a of the fluorescent X-rays from the target elements D are stored and B a, the span calibration data, calibration measured element D during use sample CS is included only element amount a, the intensity of X-rays with an energy value E a at this time is assumed to have been stored and I a. In this case, a calibration curve showing the relationship between fluorescent X-ray intensity Y for element X of the measurement target elements of the above, Y = ((I a -B a) / a) * of X + B a produced as an expression.

III.粒子状物質の成分分析
次に、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、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S301)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。
III. Next, the component analysis of the particulate matter P will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a component analysis method for particulate matter.
When component analysis is started in the analyzer 100, the sampling control unit 92 first instructs the sampling unit 3 to collect the particulate matter P contained in the atmosphere in the collection filter 1 (step S301). To do. Thereafter, the filter control unit 91 instructs the filter moving unit 7 to move the collection area of the collection filter 1 to the measurement area A.

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する。その結果、一次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(ステップS302)、粒子状物質Pに含まれる元素に特有のエネルギー値を有する蛍光X線が発生する。また、成分分析部95は、粒子状物質Pからの蛍光X線を測定中の環境パラメータを、環境測定部8から入力し、記憶装置などに記憶する。   Thereafter, the irradiation control unit 93 transmits an irradiation unit control signal to the irradiation unit 51. As a result, the primary X-ray X1 is irradiated onto the particulate matter P collected by the collection filter 1 (step S302), and fluorescent X-rays having energy values peculiar to the elements contained in the particulate matter P are generated. . In addition, the component analysis unit 95 receives the environmental parameters during measurement of fluorescent X-rays from the particulate matter P from the environment measurement unit 8 and stores them in a storage device or the like.

捕集領域中の粒子状物質Pに一次X線X1を照射した状態にて、検出部53が、捕集領域からの二次X線X2を検出する(ステップS303)。その結果、X線計数部94によって、例えば、図5に示すような計数結果が生成される。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。   In a state where the particulate matter P in the collection area is irradiated with the primary X-ray X1, the detection unit 53 detects the secondary X-ray X2 from the collection area (step S303). As a result, the X-ray counter 94 generates a count result as shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a profile of a counting result including fluorescent X-rays from particulate matter. In the X-ray profile shown in FIG. 5, fluorescent X-rays of iron, zinc, lead, and titanium are particularly prominent.

計数結果を取得後、粒子状態変化算出部96が、測定された計数結果に対して、粒子状物質Pの粒子状態の変化による影響を補正する(ステップS304)。ステップS304においては、粒子状態の変化による影響を考慮した検量線の補正が行われる。具体的な補正方法については、後述する。   After acquiring the counting result, the particle state change calculating unit 96 corrects the influence of the change in the particle state of the particulate matter P on the measured counting result (step S304). In step S304, the calibration curve is corrected in consideration of the influence of the change in the particle state. A specific correction method will be described later.

次に、成分分析部95は、測定対象元素に対して成分分析を行う(ステップS305)。具体的には、まず、成分分析部95は、図5に示す計数結果に対して、環境パラメータの変化の影響によるX線強度の補正を行う。具体的には、スパン校正の実行時の基準X線プロファイル(後述)と、成分分析の実行時の環境パラメータに近いX線プロファイルである現在X線プロファイル(後述)との比を、上記の計数結果に乗じる。   Next, the component analysis unit 95 performs component analysis on the measurement target element (step S305). Specifically, first, the component analysis unit 95 corrects the X-ray intensity due to the influence of the change of the environmental parameter on the counting result shown in FIG. Specifically, the ratio of a reference X-ray profile (described later) at the time of execution of span calibration to a current X-ray profile (described later) that is an X-ray profile close to an environmental parameter at the time of component analysis is calculated as described above. Multiply the result.

次に、成分分析部95は、環境パラメータの変化の影響による補正を行った計数結果を用いて、測定対象元素の成分分析を行う。また、成分分析を行う際は、ステップS304において補正された検量線を用いる。   Next, the component analysis unit 95 performs component analysis of the measurement target element using the count result corrected by the influence of the change in the environmental parameter. When performing component analysis, the calibration curve corrected in step S304 is used.

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S306)。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。   After performing the component analysis for each measurement target element of the particulate matter P, the component analysis unit 95 determines whether to perform another component analysis (step S306). For example, the component analysis unit 95 ends the component analysis when receiving a predetermined command from an input unit (not shown) of the control unit 9 or the like.

成分分析が終了したと判断された場合(ステップS306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S306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S307)。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。
If it is determined that the component analysis has been completed (“No” in step S306), the component analysis in the analyzer 100 is terminated.
On the other hand, when the component analysis unit 95 determines not to receive the above command and execute another component analysis (in the case of “Yes” in step S306), the filter moving unit 7 moves the collection filter 1. Then, the particulate matter P having undergone component analysis is sent out from the measurement region A (step S307). Thereafter, the process returns to step S301. Thereby, the particulate matter P is again collected by the other area | region of the collection filter 1, and those other component analyzes can be performed. Thereby, in the analyzer 100, a some component analysis can be continuously performed for every predetermined time.

IV.粒子状態の変化による補正方法
次に、上記のステップS304において実行される粒子状態の変化による補正方法について、図6を用いて説明する。図6は、粒子状態の変化による補正の方法を示すフローチャートである。なお、以下の各ステップは、粒子状態変化算出部96にて実行される。粒子状態の変化の補正が実行されると、まず、経時変化データ(後述)を算出する必要があるかどうかを判断する(ステップS3041)。例えば、成分分析を連続的に実行しているときに、前回の経時変化データの算出から1日以上経過した場合に、経時変化データを算出必要と判断できる。
または、成分分析ごとに経時変化データを算出してもよい。成分分析ごとに経時変化データを算出することにより、連続的な成分分析の実行中に、分析装置100の周囲環境(湿度、気温、気圧など)が変化した場合も、成分分析ごとの周囲環境の変化を考慮した経時変化データを算出できる。
IV. Correction Method Based on Change in Particle State Next, the correction method based on the change in particle state executed in step S304 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a correction method by changing the particle state. The following steps are executed by the particle state change calculation unit 96. When the correction of the change in the particle state is executed, it is first determined whether or not it is necessary to calculate the temporal change data (described later) (step S3041). For example, when component analysis is continuously performed, it can be determined that the time-dependent change data needs to be calculated when one or more days have elapsed since the previous time-dependent change data calculation.
Alternatively, time-change data may be calculated for each component analysis. By calculating temporal change data for each component analysis, even if the ambient environment (humidity, temperature, atmospheric pressure, etc.) of the analyzer 100 changes during the execution of continuous component analysis, the ambient environment for each component analysis is changed. It is possible to calculate temporal change data taking into account changes.

経時変化データの算出が必要と判断された場合(ステップS3041において「Yes」の場合)、ステップS3043に進み、経時変化データの算出を開始する。一方、経時変化データを新たに算出不要と判断された場合(ステップS3041において「No」の場合)、現在記憶されている経時変化データを記憶装置などから読み出す(ステップS3042)。   If it is determined that the calculation of the time-varying data is necessary (“Yes” in step S3041), the process proceeds to step S3043 and the calculation of the time-varying data is started. On the other hand, when it is determined that it is not necessary to newly calculate temporal change data (in the case of “No” in step S3041), the currently stored temporal change data is read from the storage device or the like (step S3042).

ステップS3043における経時変化データの算出は、具体的には、例えば、以下のようにして行われる。
まず、基準X線強度を記憶装置などから読み出す。例えば、バックグランド校正の実行時に取得(測定)したバックグランド校正用データを基準X線強度として読み出す。
Specifically, the calculation of the temporal change data in step S3043 is performed as follows, for example.
First, the reference X-ray intensity is read from a storage device or the like. For example, the background calibration data acquired (measured) at the time of executing the background calibration is read as the reference X-ray intensity.

次に、フィルタ制御部91に対して捕集フィルタ1を移動するよう指令して無捕集領域を測定領域Aに移動させる。その後、照射制御部93に対して、捕集フィルタ1の無捕集領域に一次X線X1を照射するよう指令する。その結果、捕集フィルタ1において粒子状物質Pが捕集されていない無捕集領域に一次X線X1を照射できる。このとき、測定領域Aにおいては、一次X線X1が無捕集領域において散乱することにより、散乱X線が二次X線X2として発生する。この結果、検出部53において検出される散乱X線の計数結果を、散乱X線データとして取得できる。   Next, the filter control unit 91 is instructed to move the collection filter 1 to move the non-collection area to the measurement area A. Thereafter, the irradiation control unit 93 is instructed to irradiate the non-collection region of the collection filter 1 with the primary X-ray X1. As a result, the primary X-ray X1 can be irradiated to the non-collection region where the particulate matter P is not collected in the collection filter 1. At this time, in the measurement region A, the scattered X-rays are generated as the secondary X-rays X2 by scattering the primary X-rays X1 in the non-collecting region. As a result, the counting result of scattered X-rays detected by the detection unit 53 can be acquired as scattered X-ray data.

散乱X線データを取得後、散乱X線データに対して、環境パラメータの変化によるX線強度変化の影響についての補正を行う。具体的には、測定対象元素毎に、スパン校正の実行時の環境パラメータに近い環境パラメータにおけるX線強度のプロファイルである基準X線プロファイルと、今回の第1の環境パラメータに近い環境パラメータにおけるX線強度のプロファイルである現在X線プロファイルとの比を算出する。その後、測定対象元素毎に、散乱X線データに当該比を乗じた補正後データと、バックグランド校正用データのX線強度との比を、経時変化データとして算出し、記憶装置などに記憶する。   After acquiring the scattered X-ray data, the scattered X-ray data is corrected for the influence of the X-ray intensity change due to the change of the environmental parameter. Specifically, for each element to be measured, a reference X-ray profile that is an X-ray intensity profile in an environmental parameter close to the environmental parameter at the time of execution of span calibration, and an X in an environmental parameter close to the first environmental parameter of this time A ratio with the current X-ray profile which is a profile of the line intensity is calculated. After that, for each element to be measured, the ratio between the corrected data obtained by multiplying the scattered X-ray data by the ratio and the X-ray intensity of the background calibration data is calculated as time-change data and stored in a storage device or the like. .

経時変化データの算出後又は経時変化データを読み出した後、強度補正データを算出する(ステップS3044)。具体的には、経時変化データに、第2の環境パラメータに近いX線強度のプロファイルである基準X線プロファイルと、第1の環境パラメータに近いX線強度のプロファイルである現在X線プロファイルとの比を乗じることにより、強度補正データを算出できる。   After calculating the temporal change data or reading the temporal change data, the intensity correction data is calculated (step S3044). Specifically, the temporal change data includes a reference X-ray profile that is an X-ray intensity profile close to the second environmental parameter and a current X-ray profile that is an X-ray intensity profile close to the first environmental parameter. By multiplying the ratio, the intensity correction data can be calculated.

上記のように、経時変化データを個別に算出することにより、経時変化によるX線強度の影響(経時変化データ)を抽出できる。その結果、X線強度(散乱X線)の測定頻度を減らして、強度補正データを算出できる。   As described above, by calculating the temporal change data individually, the influence of the X-ray intensity due to the temporal change (time-dependent data) can be extracted. As a result, the intensity correction data can be calculated by reducing the measurement frequency of the X-ray intensity (scattered X-ray).

次に、図7に示すように、スパン校正用基材SSを、測定領域A以外の、一次X線X1が照射可能であり校正用試料CSから発生するX線を検出部53にて検出可能な領域に設置する。その後、照射制御部93に対して一次X線X1を発生するよう指令する(ステップS3045)。
例えば、捕集フィルタ1の下側であり、測定領域Aの下側である領域に、スパン校正用基材SSを配置できる。図7は、粒子状態の変化により補正を行う際の校正用基材の配置を示す図である。これにより、検出部53において校正用試料CSから発生する二次X線X2を第1の二次X線として検出できる。また、スパン校正用基材SSを測定領域A以外の箇所に設置することにより、捕集フィルタ1の粒子状物質Pを捕集しながら二次X線X2を取得できる。この場合、一次X線X1などがスパン校正用基材SSを通過して捕集フィルタ1に到達することを避けるために、スパン校正用基材SSの捕集フィルタ1側に遮蔽板を設けてもよい。
なお、スパン校正用基材SSは、測定領域A以外の領域に設置しているため、得られるX線強度に対して、距離による補正を行う。具体的には、例えば、得られた計数結果に対して、exp(−μ(d−d’))の算出値を乗ずる。μは、X線の減衰定数、dは測定領域Aにスパン校正用基材SSが設置されたときの照射部51から検出部53までのX線の経路長、d’は測定領域A以外にスパン校正用基材SSが設置されたときの照射部51から検出部53までのX線の経路長である。または、測定領域Aに一次X線X1が照射されるときの二次X線X2の強度と、当該測定領域以外の領域に一次X線X1が照射されるときの二次X線X2の強度との比を、予め記憶しておいて、当該比を用いて距離の補正を行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 7, the span calibration substrate SS can be irradiated with primary X-rays X1 other than the measurement region A, and X-rays generated from the calibration sample CS can be detected by the detection unit 53. Install in a safe area. Thereafter, the irradiation controller 93 is instructed to generate the primary X-ray X1 (step S3045).
For example, the span calibration base material SS can be arranged in a region below the collection filter 1 and below the measurement region A. FIG. 7 is a diagram illustrating the arrangement of the calibration base material when correction is performed by changing the particle state. Thereby, the secondary X-ray X2 generated from the calibration sample CS can be detected as the first secondary X-ray in the detection unit 53. Further, by installing the span calibration base material SS in a place other than the measurement region A, the secondary X-ray X2 can be acquired while collecting the particulate matter P of the collection filter 1. In this case, in order to prevent the primary X-ray X1 and the like from passing through the span calibration base material SS and reaching the collection filter 1, a shielding plate is provided on the collection filter 1 side of the span calibration base material SS. Also good.
Since the span calibration base material SS is installed in an area other than the measurement area A, the obtained X-ray intensity is corrected by distance. Specifically, for example, the obtained count result is multiplied by a calculated value of exp (−μ (d−d ′)). μ is an X-ray attenuation constant, d is an X-ray path length from the irradiation unit 51 to the detection unit 53 when the span calibration base material SS is installed in the measurement region A, and d ′ is other than the measurement region A. This is the X-ray path length from the irradiation unit 51 to the detection unit 53 when the span calibration base material SS is installed. Alternatively, the intensity of the secondary X-ray X2 when the measurement area A is irradiated with the primary X-ray X1, and the intensity of the secondary X-ray X2 when the area other than the measurement area is irradiated with the primary X-ray X1 The ratio may be stored in advance, and the distance may be corrected using the ratio.

第1の二次X線X2を検出後、上記の強度補正データを用いて、第1の二次X線X2に対して、環境パラメータの変化による補正を行う(ステップS3046)。すなわち、強度補正データを用いて、第1の二次X線X2がスパン校正時(第2のタイミング)の環境パラメータ(第2の環境パラメータ)において測定されたと仮定した場合のX線データを算出する。   After detecting the first secondary X-ray X2, the first secondary X-ray X2 is corrected by changing the environmental parameters using the intensity correction data (step S3046). That is, using the intensity correction data, X-ray data is calculated when it is assumed that the first secondary X-ray X2 is measured in the environmental parameter (second environmental parameter) at the time of span calibration (second timing). To do.

具体的には、第1の二次X線X2の強度に対して、上記の強度補正データを乗ずることにより、環境変化パラメータの変化による補正を実行できる。   Specifically, by correcting the intensity of the first secondary X-ray X2 by the intensity correction data, it is possible to execute correction based on the change in the environment change parameter.

その後、記憶装置などに記憶されたスパン校正用データを第2の二次X線X2として読み出す(ステップS3047)。
第2の二次X線を読み出した後、粒子状態変化算出部96は、環境パラメータの変化による補正をした第1の二次X線と、読み出した第2の二次X線との差に基づいて、測定対象元素毎に、粒子状物質Pの粒子状態の変化による影響を補正する(ステップS3048)。なぜなら、測定対象元素毎に、粒子状態の変化による蛍光X線への影響は異なるからである。
Thereafter, the span calibration data stored in the storage device or the like is read out as the second secondary X-ray X2 (step S3047).
After reading the second secondary X-ray, the particle state change calculation unit 96 calculates the difference between the first secondary X-ray corrected by the change of the environmental parameter and the read second secondary X-ray. Based on the measurement target element, the influence of the change in the particle state of the particulate matter P is corrected (step S3048). This is because the influence on the fluorescent X-ray due to the change in the particle state differs for each element to be measured.

具体的には、例えば、図8の(a)に示すような粒子状物質Pの粒子状態(例えば、湿度による状態変化)と各測定対象元素の検量線の傾き及び切片との関係式を用いて、図8の(b)に示すように、環境パラメータの影響の補正をした第1の二次X線の強度が検量線上に適切に乗るように、現在の検量線の傾き(α)及び切片(β)(スパン校正用データである第2の二次X線から算出されている)を、それぞれ、α’、β’と補正する。図8は、粒子状態の変化の影響を補正する方法を模式的に示す図である。   Specifically, for example, a relational expression between the particle state of the particulate matter P (for example, state change due to humidity) and the slope and intercept of the calibration curve of each measurement target element as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 8B, the slope (α) of the current calibration curve and the intensity of the first secondary X-ray corrected for the influence of the environmental parameter are appropriately placed on the calibration curve. The intercept (β) (calculated from the second secondary X-ray as span calibration data) is corrected to α ′ and β ′, respectively. FIG. 8 is a diagram schematically showing a method of correcting the influence of the change in the particle state.

上記のようにして、各測定対象元素に対して粒子状態の変化による影響を考慮して検量線の補正を行うことにより、分析装置100において、粒子状物質の粒子状態が変化しても精度よく成分分析を実行可能となるよう補正を実行できる。なお、上記の例では、スパン校正時(第2のタイミング)を基準に、粒子状態の変化についての補正をしていたが、その他のタイミング(例えば、第1のタイミング)を基準として補正を行ってもよい。   As described above, the calibration curve is corrected for each measurement target element in consideration of the influence of the change in the particle state, so that the analysis apparatus 100 can accurately perform even if the particle state of the particulate matter changes. Correction can be performed so that component analysis can be performed. In the above example, the change in the particle state is corrected based on the span calibration (second timing). However, the correction is performed based on the other timing (for example, the first timing). May be.

(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。
(5) Other Embodiments Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In particular, a plurality of embodiments and modifications described in this specification can be arbitrarily combined as necessary.

(A)検出部におけるピーク位置の校正
上記の第1実施形態においては、粒子状態の変化による校正を行っていた。しかし、これに限られず、例えば、検出部53(及び/又はX線計数部94)の検出結果(計数結果)におけるピーク位置の校正を実行してもよい。
(A) Calibration of peak position in detection unit In the first embodiment described above, calibration is performed by changing the particle state. However, the present invention is not limited to this. For example, the peak position in the detection result (counting result) of the detection unit 53 (and / or the X-ray counting unit 94) may be calibrated.

具体的には、一次X線X1が捕集フィルタ1において散乱して発生する散乱X線に含まれているピークを用いて実行できる。ピークずれの校正に用いることができるピークとしては、例えば、散乱X線に含まれる特性X線ピークなど、ピークが現れるエネルギー値が既知であり不変であるX線ピークを用いることができる。
計数結果におけるこれらのX線ピークが、計数結果において上記の既知で不変のエネルギー値において出現するように、検出部53及び/又はX線計数部94のスパンやゼロ点などを調整することにより、ピーク位置を校正できる。
Specifically, it can be performed using a peak included in the scattered X-rays generated by scattering the primary X-ray X1 in the collection filter 1. As a peak that can be used for the calibration of peak deviation, for example, an X-ray peak that has a known energy value at which a peak appears, such as a characteristic X-ray peak included in scattered X-rays, is unchanged.
By adjusting the span, zero point, etc. of the detection unit 53 and / or the X-ray counting unit 94 so that these X-ray peaks in the counting result appear at the above-mentioned known and unchanged energy values in the counting result, The peak position can be calibrated.

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。   The present invention can be widely applied to analyzers for analyzing particulate matter.

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 粒子状態変化算出部
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 一次X線
X2 X線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Analyzer 1 Collection filter 11 Collection layer 13 Reinforcement layer 3 Sampling part 31 Suction part 31a 1st opening part 33 Suction pump 35 Discharge part 35a 2nd opening part 37 Sampling port 38 (beta) ray irradiation part 39 (beta) ray detection part 5 Analysis unit 51 Irradiation unit 53 Detection unit 7 Filter moving unit 7a Delivery reel 7b Take-up reel 9 Control unit 91 Filter control unit 92 Sampling control unit 93 Irradiation control unit 94 X-ray counting unit 95 Component analysis unit 96 Particle state change calculation unit A Measurement area BS Background calibration substrate CS Calibration sample MS Substrate P Particulate matter SS Span calibration substrate X1 Primary X-ray X2 X-ray

Claims (3)

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、
大気雰囲気中において、前記粒子状物質を励起して蛍光X線を発生させる一次X線を照射する照射部と、
前記1次X線を照射することにより発生し、前記大気雰囲気中を通過する二次X線強度を検出する検出部と、
第1のタイミングにて校正用試料に前記一次X線を照射して前記検出部で検出される第1の二次X線強度と
第2のタイミングにて、校正用試料に前記一次X線を照射することにより前記検出部にて検出される第2の二次X線強度に基づいて、前記粒子状物質の粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出する粒子状態変化算出部と、
を備える分析装置。
An analyzer that performs component analysis of the particulate matter based on fluorescent X-rays generated from the particulate matter,
An irradiation unit that emits primary X-rays that excite the particulate matter to generate fluorescent X-rays in an air atmosphere;
A detection unit that detects a secondary X-ray intensity generated by irradiating the primary X-ray and passing through the atmosphere;
The primary X-ray intensity is detected by the detection unit by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at the first timing, and the primary X-ray is applied to the calibration sample at the second timing. Particle state change that calculates a change amount or rate of change of secondary X-ray intensity due to a change in particle state of the particulate matter based on the second secondary X-ray intensity detected by the detection unit by irradiation A calculation unit;
An analyzer comprising:
前記大気雰囲気を定義する環境パラメータを測定する環境測定部をさらに備え、
前記粒子状態変化算出部は、前記第1のタイミングにおける前記環境測定部で測定された第1の環境パラメータと、前記第2のタイミングにおける前記環境測定部で測定された第2の環境パラメータとに基づいて前記二次X線強度の変化量又は変化率を算出する、請求項1に記載の分析装置。
An environment measuring unit for measuring an environmental parameter defining the atmospheric atmosphere;
The particle state change calculating unit includes a first environmental parameter measured by the environment measuring unit at the first timing and a second environmental parameter measured by the environment measuring unit at the second timing. The analyzer according to claim 1, wherein a change amount or a change rate of the secondary X-ray intensity is calculated based on the result.
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の校正方法であって、
第1のタイミングにて、校正用試料に一次X線を照射することにより検出される第1の二次X線強度を測定するステップと、
第2のタイミングにて、校正用試料に前記一次X線を照射することにより検出される第2の二次X線強度を測定するステップと、
前記第1の二次X線強度と前記第2の二次X線強度とに基づいて、前記粒子状物質の粒子状態変化による二次X線強度の変化量又は変化率を算出するステップと、
を含む校正方法。
A calibration method for an analyzer that performs component analysis of the particulate matter based on fluorescent X-rays generated from the particulate matter,
Measuring a first secondary X-ray intensity detected by irradiating the calibration sample with primary X-rays at a first timing;
Measuring a second secondary X-ray intensity detected by irradiating the calibration sample with the primary X-ray at a second timing;
Calculating a change amount or a change rate of the secondary X-ray intensity due to a change in the particle state of the particulate matter based on the first secondary X-ray intensity and the second secondary X-ray intensity;
Calibration method including:
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