JP2019032196A

JP2019032196A - Ｘ線分析装置およびそれに用いられるフィルタ管理システム

Info

Publication number: JP2019032196A
Application number: JP2017152254A
Authority: JP
Inventors: 桂次郎鈴木; Keijiro Suzuki
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-02-28

Abstract

【課題】適切な時期にフィルタを交換するためのフィルタ管理システムを備えたＸ線分析装置を提供する。【解決手段】試料Ｓが配置される試料配置部と、所定波長範囲のＸ線を試料Ｓに出射するＸ線管１１と、試料ＳからのＸ線強度を検出するＸ線検出器２２と、Ｘ線管１１と試料Ｓとの間に配置され、所定波長範囲のＸ線における所定ピークのＸ線強度を減衰させるフィルタ１２とを備えるＸ線分析装置１であって、フィルタ１２の交換時期を判定するための閾値を記憶する記憶部４４と、試料配置部に管理試料Ｓ’が配置されたときに検出された所定ピークのＸ線強度と閾値とを比較することで、フィルタ１２の交換時期情報を通知する制御部４１とを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線回折装置や蛍光Ｘ線分析装置やＸ線吸収スペクトル測定装置等のＸ線分析装置およびそれに用いられるフィルタ管理システムに関し、特に、試料に特性Ｘ線を照射し、試料によって回折されたＸ線を検出して試料成分の定性・定量分析を行うＸ線回折装置に関する。

Ｘ線分析装置の一種であるＸ線回折装置は、Ｘ線源から特性Ｘ線を粉末試料等の測定対象試料に照射し、粉末試料等から放射される回折Ｘ線をゴニオメータに搭載されたＸ線検出器によって回折角度ごとに検出するものである（例えば特許文献１参照）。これにより、粉末試料等に含まれる結晶成分の定性・定量分析を行っている。

図２は、従来のＸ線回折装置の一例を示す概略構成図である。Ｘ線回折装置１０１は、Ｘ線源部１０と、検出部２０と、ゴニオメータ３０と、Ｘ線回折装置１０１全体の制御を行うコンピュータ１４０とを備える。

Ｘ線源部１０は、Ｆｅ管球（Ｘ線管球）１１と、所定厚さ１５μｍのＭｎフィルタ１２とを備える。Ｆｅ管球１１は、例えばポイントフォーカスのＸ線管球であり、筐体を有し、筐体の内部に陽極のターゲットと陰極のフィラメントとが配置されている。これにより、ターゲットとフィラメントとの間に高電圧を印加することで、フィラメントから放射された熱電子をターゲットに衝突させて、ターゲットで発生した一次Ｘ線を出射するようになっている。一次Ｘ線のエネルギー分布は、ターゲットの材質に応じた特性Ｘ線が連続Ｘ線に重畳したものとなっている。

そして、ターゲットで発生した一次Ｘ線は、厚さ１５μｍのＭｎフィルタ１２によって、所定ピークとなるＦｅＫβ線（特性Ｘ線）の強度が、ＦｅＫα線（特性Ｘ線）の強度に対して１／１００以下となるように減衰される。

検出部２０は、検出スリット２１と、１個（１ｃｈ）の検出素子からなるＸ線検出器２２とを備える。そして、検出素子からＸ線強度Ｉがコンピュータ１４０に出力されるようになっている。
また、検出部２０は、ゴニオメータ３０の２θ軸に搭載されるとともに、測定対象試料となる粉末試料Ｓは、ゴニオメータ３０のθ軸（試料配置部）に搭載されるようになっており、θ−２θ連動の駆動方法でゴニオメータ３０の中心軸を中心として回転されることにより、回折角度ごとにＸ線強度Ｉが出力されていくことで、Ｘ線回折パターンが得られるようになっている。

コンピュータ１４０は、ＣＰＵ（制御部）１４１と入力装置４２と表示装置４３とメモリ（記憶部）１４４とを備える。ＣＰＵ１４１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｆｅ管球１１から特性Ｘ線を出射させるＸ線源制御部４１ａと、Ｘ線検出器２２からＸ線強度Ｉを取得する取得部４１ｂと、Ｘ線強度分布画像（Ｘ線回折パターン）を作成するＸ線強度分布画像作成部４１ｃと、ゴニオメータ３０を回転駆動する動作制御部４１ｄとを有する。

このようなＸ線回折装置１０１を用いて粉末試料Ｓを分析する際は、まず始めに、ユーザが粉末試料Ｓをθ軸上のゴニオメータ３０の中心に載置する。そして、Ｆｅ管球１１から出射された特性Ｘ線がＭｎフィルタ１２を介して粉末試料Ｓ表面に照射される。このとき、ゴニオメータ３０の２θ軸がθ軸に対して２倍の関係を保ちながら連動して回転駆動され、粉末試料Ｓから放射される回折Ｘ線が２θ軸に搭載された検出スリット２１とＸ線検出器２２とによって検出される。
そして、ユーザは、作成されたＸ線回折パターンを観察することにより、粉末試料Ｓに含まれる元素の種類を特定する。

ところで、Ｍｎフィルタ１２の厚さは非常に薄いため、経年劣化等により亀裂が入ると、ＦｅＫβ（所定ピーク）のＸ線強度を減衰させる能力が低下し、Ｘ線回折パターン中にＦｅＫβ（所定ピーク）による回折ピークが出現するようになり、これが定性分析時の誤判定等の原因となる。
そのため、ユーザ等はＳｉ粉末試料等の管理試料Ｓ’を定期的に測定して、管理試料Ｓ’のＸ線回折パターン中におけるＦｅＫβ線強度Ｉ_ＦｅＫβを目視確認するか、或いは、通常の定性分析時における誤判定で判断していた。

特開２００１−３４９８５１号公報

しかしながら、上述したようなＸ線回折装置１０１では、ユーザがＭｎフィルタ１２の劣化を認識できずに使用を継続することがあった。
そこで、本発明は、適切な時期にフィルタを交換することができるＸ線分析装置およびそれに用いられるフィルタ管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のＸ線分析装置は、試料が配置される試料配置部と、所定波長範囲のＸ線を試料に出射するＸ線管と、前記試料からのＸ線強度を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記試料との間に配置され、所定波長範囲のＸ線における所定ピークのＸ線強度を減衰させるフィルタとを備えるＸ線分析装置であって、前記フィルタの交換時期を判定するための閾値を記憶する記憶部と、前記試料配置部に管理試料が配置されたときに検出された所定ピークのＸ線強度と前記閾値とを比較することで、前記フィルタの交換時期情報を通知する制御部とを備えるようにしている。

ここで、「所定波長範囲のＸ線」とは、Ｘ線管のターゲットの材質の種類によって決定されるものとなり、Ｘ線管のターゲットの材質の種類は設計者等によって任意に決められる。また、「所定ピーク」も、Ｘ線管のターゲットの種類によって任意に決められることになるが、「所定波長範囲のＸ線」がターゲットの材質に応じた数種類の特性Ｘ線が連続Ｘ線に重畳したものとなるので、数種類の特性Ｘ線の内の回折に邪魔なピーク（ＦｅＫβ等）となる。
そして、「管理試料」とは、ユーザ等によって任意に決定される試料であり、例えば、Ｓｉ粉末試料等となる。

以上のように、本発明のＸ線分析装置によれば、制御部がフィルタの管理分析を行うことにより、ユーザ等は適切な時期にフィルタを交換することができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記制御部は、前記試料配置部に管理試料が配置されたときには、所定ピークのＸ線強度を前記記憶部に記憶させるようにしてもよい。
このようなＸ線分析装置によれば、所定ピークのＸ線強度の履歴から、交換時期を予測して、事前にユーザに通知することができる。

また、上記の発明において、入力操作される入力装置と、前記入力装置からの入力情報に基づいて、所定ピークの種類および前記閾値を設定する設定部とを備えるようにしてもよい。
このようなＸ線分析装置によれば、ユーザ等は様々なＸ線管や使用用途において適切な時期にフィルタを交換することができる。

そして、本発明のフィルタ管理システムは、試料が配置される試料配置部と、所定波長範囲のＸ線を試料に出射するＸ線管と、前記試料からのＸ線強度を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記試料との間に配置され、所定波長範囲のＸ線における所定ピークのＸ線強度を減衰させるフィルタとを備えるＸ線分析装置に用いられるフィルタ管理システムであって、前記フィルタの交換時期を判定するための閾値を記憶する記憶部と、前記試料配置部に管理試料が配置されたときに検出された所定ピークのＸ線強度と前記閾値とを比較することで、前記フィルタの交換時期情報を通知する制御部とを備えるようにしている。

本発明の実施形態に係るＸ線回折装置の一例を示す概略構成図。従来のＸ線回折装置の一例を示す概略構成図。ＦｅＫβ線の強度変化Ｉ（ｔ）を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係るＸ線回折装置（Ｘ線分析装置）の一例を示す概略構成図である。なお、上述したＸ線回折装置１０１と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
Ｘ線回折装置１は、Ｘ線源部１０と、検出部２０と、ゴニオメータ３０と、Ｘ線回折装置１全体の制御を行うコンピュータ４０とを備える。

コンピュータ４０は、ＣＰＵ（制御部）４１と入力装置４２と表示装置４３とメモリ（記憶部）４４とを備える。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｆｅ管球１１から特性Ｘ線を出射させるＸ線源制御部４１ａと、Ｘ線検出器２２からＸ線強度Ｉを取得する取得部４１ｂと、Ｘ線強度分布画像（Ｘ線回折パターン）を作成するＸ線強度分布画像作成部４１ｃと、ゴニオメータ３０を回転駆動する動作制御部４１ｄと、Ｍｎフィルタ１２の交換時期情報を通知する交換時期情報通知部４１ｅと、閾値Ｉ_ｔｈ’等を設定する設定部４１ｆとを有する。

また、メモリ４４は、Ｍｎフィルタ１２等の交換時期を判定するための閾値Ｉ_ｔｈ’を記憶するための閾値記憶領域４４ａと、管理試料Ｓ’が配置された時間ｔとそのときのＦｅＫβ（所定ピーク）等のＸ線強度Ｉ_ｔ’とを記憶するためのＸ線強度履歴記憶領域４４ｂとを有する。

Ｘ線強度分布画像作成部４１ｃは、入力装置４２からの入力信号に基づいて「試料分析モード」に設定されたときには、取得部４１ｂで取得されたＸ線強度ＩとＸ線検出器２２の角度との関係を示すＸ線強度分布画像（Ｘ線回折パターン）を作成して表示装置４３に表示する制御を行う。なお、「試料分析モード」に設定したときには、ユーザ等は測定対象試料Ｓをθ軸上のゴニオメータ３０の中心に載置することになる。

設定部４１ｆは、入力装置４２からの入力信号に基づいて「所定ピークの種類（ＦｅＫβ等）」と「閾値Ｉ_ｔｈ’」とを設定する制御を行う。例えば、Ｘ線源部１０にはＦｅ管球１１とＭｎフィルタ１２が用いられているので、ユーザや設計者等は、所定ピークの種類として「ＦｅＫβ」と「ＦｅＫβの閾値Ｉ_ｔｈ’」とを入力装置４２を用いて閾値記憶領域４４ａに記憶させる。また、Ｘ線源部１０にＣｒ管球とＶフィルタが用いられている場合には、ユーザや設計者等は、所定ピークの種類として「ＣｒＫβ」と「ＣｒＫβの閾値Ｉ_ｔｈ’」とを入力装置４２を用いて閾値記憶領域４４ａに記憶させることになる。

交換時期情報通知部４１ｅは、入力装置４２からの入力信号に基づいて「交換時期検査モード」に設定されたときには、取得部４１ｂからＦｅＫβ線の強度Ｉ_ｔ’を取得してＸ線強度履歴記憶領域４４ｂに記憶させるとともに、閾値Ｉ_ｔｈ’とＦｅＫβ線の強度Ｉ_ｔ’とを比較することで、Ｍｎフィルタ１２の交換時期情報を通知する制御を行う。
例えば、ユーザ等は定期的に管理試料Ｓ’の測定を行い、管理試料Ｓ’が配置されたときの時間ｔと、配置時間ｔに取得されたＦｅＫβ線の強度Ｉ_ｔ’とに基づいて、図３に示すようなＦｅＫβ線の強度変化Ｉ（ｔ）’を作成する。これにより、ＦｅＫβ線の強度Ｉ（ｔ）’が閾値Ｉ_ｔｈ’を超える時期（ｔ＋α）を予測して、「あとα時間の試料の測定でＭｎフィルタが使用不能になります」のような警告メッセージ（交換時期情報）を表示装置４３に表示する。なお、「交換時期検査モード」に設定したときには、ユーザ等は管理試料Ｓ’をθ軸上のゴニオメータ３０の中心に載置することになる。この管理試料Ｓ’としては、例えば試料ホルダ等を用いて２０ｍｍ角程度の大きさの平板状に成形されたＳｉ粉末試料等が挙げられる。

以上のように、本発明のＸ線回折装置１によれば、コンピュータ４０がＭｎフィルタ１２の管理分析を行うことにより、ユーザ等は適切な時期にＭｎフィルタ１２を交換することができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述したＸ線回折装置１において、検出部２０は、検出スリット２１と１個（１ｃｈ）の検出素子からなるＸ線検出器２２とを備えた構成を示したが、これに代えて、Ｘ線強度を検出するＮ個（例えば１２８０個）の検出素子が一次元に配列された検出面を有するラインセンサを備えるような構成としてもよい。

（２）上述したＸ線回折装置１では、Ｍｎフィルタ１２が使用不能になる時期を予測して、事前に警告メッセージを表示装置４３に表示する構成を示したが、ＦｅＫβ線の強度Ｉ_ｔ’が閾値Ｉ_ｔｈ’を超えたときに、「Ｍｎフィルタが使用不能です」との警告メッセージを表示装置４３に表示するような構成としてもよい。

（３）上述した実施形態では、本発明をＸ線回折装置１に適用した場合の構成を示したが、蛍光Ｘ線分析装置やＸ線吸収スペクトル測定装置としてもよいことはもちろんである。

本発明は、Ｘ線回折装置や蛍光Ｘ線分析装置やＸ線吸収スペクトル測定装置等のＸ線分析装置に利用することができる。

１Ｘ線回折装置（Ｘ線分析装置）
１１Ｘ線管
１２Ｍｎフィルタ
２２Ｘ線検出器
４１ＣＰＵ（制御部）
４４メモリ（記憶部）
Ｓ試料
Ｓ’ 管理試料

Claims

試料が配置される試料配置部と、
所定波長範囲のＸ線を試料に出射するＸ線管と、
前記試料からのＸ線強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記試料との間に配置され、所定波長範囲のＸ線における所定ピークのＸ線強度を減衰させるフィルタとを備えるＸ線分析装置であって、
前記フィルタの交換時期を判定するための閾値を記憶する記憶部と、
前記試料配置部に管理試料が配置されたときに検出された所定ピークのＸ線強度と前記閾値とを比較することで、前記フィルタの交換時期情報を通知する制御部とを備えることを特徴とするＸ線分析装置。
前記制御部は、前記試料配置部に管理試料が配置されたときには、所定ピークのＸ線強度を前記記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
入力操作される入力装置と、
前記入力装置からの入力情報に基づいて、所定ピークの種類および前記閾値を設定する設定部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線分析装置。
試料が配置される試料配置部と、
所定波長範囲のＸ線を試料に出射するＸ線管と、
前記試料からのＸ線強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記試料との間に配置され、所定波長範囲のＸ線における所定ピークのＸ線強度を減衰させるフィルタとを備えるＸ線分析装置に用いられるフィルタ管理システムであって、
前記フィルタの交換時期を判定するための閾値を記憶する記憶部と、
前記試料配置部に管理試料が配置されたときに検出された所定ピークのＸ線強度と前記閾値とを比較することで、前記フィルタの交換時期情報を通知する制御部とを備えることを特徴とするフィルタ管理システム。