JP2019109201A - 蛍光ｘ線分析装置および分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の素材を正確に判別することができる蛍光Ｘ線分析装置を提供する。【解決手段】蛍光Ｘ線分析装置１００は、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める分析処理部４４と、標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベース３６が記憶された記憶部３４と、を含み、標準試料のスペクトル情報は、標準試料のスペクトル波形の情報と、複数のエネルギー範囲の情報と、複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みの情報と、を含み、分析処理部４４は、複数のエネルギー範囲の各々において、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、複数のエネルギー範囲の各々で求められた第２の一致度、および、重みに基づいて、第１の一致度を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光Ｘ線分析装置および分析方法に関する。

蛍光Ｘ線分析装置では、試料にＸ線管からの一次Ｘ線を照射することによって試料から放射された二次Ｘ線を検出器で検出して、定性分析および定量分析等を行うことができる（例えば特許文献１参照）。

蛍光Ｘ線分析装置では、組成が未知の試料を測定して得られたスペクトルとデータベースに登録された標準試料のスペクトルを比較して相関係数を求めることで、未知の試料の素材（材質）を判別していた。

特開２００７−３５３２号公報

図１３は、Ａｌを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｓを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｔｉを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｆｅを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｃｕを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｇｅを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｓｅを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｒｂを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｚｒを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｍｏを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ｒｈを濃度１００％で含む試料のスペクトル、Ａｇを濃度１００％で含む試料のスペクトルを比較した図である。

蛍光Ｘ線分析では元素（すなわちＸ線のエネルギー）によって感度が異なるため、図１３に示すように、各元素の濃度が１００％にも関わらず、得られたスペクトルにおいて各元素の強度が異なる。

図１４は、アルミニウム（Ａｌ）が主成分であるアルミニウム合金のスペクトルの一例を示す図である。図１４に示すスペクトルが得られたアルミニウム合金には、アルミニウムの他に銅（Ｃｕ）が含まれており、アルミニウムと銅の比は、Ａｌ：Ｃｕ＝９：１程度である。

蛍光Ｘ線分析において、アルミニウムの感度は銅の感度よりも低い。そのため、図１４に示すように、アルミニウムの濃度が銅の濃度よりも高いにも関わらず、アルミニウムのピークは銅のピークよりも小さい。このような場合、測定で得られたアルミニウム合金のスペクトルとアルミニウム合金（標準試料）のスペクトルとの相関係数が、測定で得られたアルミニウム合金のスペクトルと銅合金（標準試料）のスペクトルとの相関係数よりも小さくなってしまう場合がある。この場合、測定した試料はアルミニウム合金にも関わらず、銅合金と判別されてしまう。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料の素材を正確に判別することができる蛍光Ｘ線分析装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料の素材を正確に判別することができる分析方法を提供することにある。

本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、
一次Ｘ線を発生させるＸ線管と、
試料に前記一次Ｘ線が照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出する検出器と、
前記検出器から出力された検出信号に基づく前記試料のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める分析処理部と、
前記標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベースが記憶された記憶部と、
を含み、
前記標準試料のスペクトル情報は、
前記標準試料のスペクトル波形の情報と、
複数のエネルギー範囲の情報と、
前記複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みの情報と、
を含み、
前記分析処理部は、
前記複数のエネルギー範囲の各々において、前記試料のスペクトル波形と前記標準試料のスペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、
前記複数のエネルギー範囲の各々で求められた前記第２の一致度、および、前記重みに基づいて、前記第１の一致度を求める。

このような蛍光Ｘ線分析装置では、分析処理部が複数のエネルギー範囲の各々で求められた第２の一致度、および、複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みに基づいて、第１の一致度を求める。そのため、このような蛍光Ｘ線分析装置では、例えば全エネルギー範囲において試料のスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較する場合と比べて、試料の素材を正確に判別することができる。

本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、
一次Ｘ線を発生させるＸ線管と、
試料に前記一次Ｘ線が照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出する検出器と、
前記検出器から出力された検出信号に基づく前記試料のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める分析処理部と、
前記標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベースが記憶された記憶部と、
を含み、
前記標準試料のスペクトル情報は、前記Ｘ線管のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である散乱スペクトル波形の情報を含み、
前記分析処理部は、前記試料の前記散乱スペクトル波形と前記標準試料の前記散乱スペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、前記第２の一致度を前記第１の一致度とする。

このような蛍光Ｘ線分析装置では、分析処理部が試料の散乱スペクトル波形と標準試料の散乱スペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、第２の一致度を第１の一致度とする。そのため、このような蛍光Ｘ線分析装置では、例えば全エネルギー範囲において試料のスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較する場合と比べて、試料の素材
を正確に判別することができる。

本発明に係る分析方法は、
Ｘ線管で発生した一次Ｘ線が試料に照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出して得られた、前記試料のスペクトルを取得する工程と、
前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める工程と、
を含み、
前記第１の一致度を求める工程では、
複数のエネルギー範囲の各々において、前記試料のスペクトル波形と前記標準試料のスペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、
前記複数のエネルギー範囲の各々で求められた前記第２の一致度、および、前記複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みに基づいて、前記第１の一致度を求める。

このような分析方法では、例えば全エネルギー範囲において試料のスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較する場合と比べて、試料の素材を正確に判別することができる。

本発明に係る分析方法は、
Ｘ線管で発生した一次Ｘ線が試料に照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出して得られた、前記試料のスペクトルを取得する工程と、
前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める工程と、
を含み、
前記第１の一致度を求める工程では、
前記試料の、前記Ｘ線管のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である散乱スペクトル波形と、前記標準試料の前記散乱スペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、
前記第２の一致度を前記第１の一致度とする。

このような分析方法では、例えば全エネルギー範囲において試料のスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較する場合と比べて、試料の素材を正確に判別することができる。

第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の構成を示す図。 データベースに登録されている情報を説明するための図。 第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 第１実施形態に係る分析方法を説明するための図。 分析結果の表示の一例を示す図。 データベースに登録されている情報を説明するための図。 第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の構成を示す図。 データベースに登録されている情報を説明するための図。 第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 データベースに登録されている情報を説明するための図。 第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 第３実施形態に係る分析方法を説明するための図。 各元素のスペクトルを比較した図。 アルミニウム合金のスペクトルの一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． 蛍光Ｘ線分析装置
まず、第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置１００の構成を示す図である。

蛍光Ｘ線分析装置１００は、蛍光Ｘ線分析法による分析を行う装置である。蛍光Ｘ線分析法とは、試料ＳにＸ線（一次Ｘ線）を照射し、Ｘ線の照射により試料Ｓから放射されたＸ線（二次Ｘ線）を検出することで、定性分析および定量分析などを行う手法である。

蛍光Ｘ線分析装置１００は、図１に示すように、分析装置本体１０と、操作部３０と、表示部３２と、記憶部３４と、処理部４０と、を含む。

分析装置本体１０は、Ｘ線管２と、フィルター３と、一次Ｘ線コリメーター４と、試料支持板５と、二次Ｘ線コリメーター６と、検出器７と、を含んで構成されている。

Ｘ線管２は、Ｘ線（一次Ｘ線）を発生させる。試料Ｓの材質や測定対象の元素に応じて、管電圧（Ｘ線管２に印加される電圧）および管電流（Ｘ線管２に流す電流）の条件を設定することができる。

フィルター３は、Ｘ線管２で発生して試料Ｓに照射されるＸ線を通す。フィルター３を通してＸ線を試料Ｓに照射することで、フィルター３にＸ線管２からの連続Ｘ線や特性Ｘ線の一部を吸収させることができ、それらの成分を除去することができる。これにより、例えば、Ｐ／Ｂ比（peak-to-background ratio）を向上できる。蛍光Ｘ線分析装置１００は、複数のフィルター３を備えており、複数のフィルター３は互いに低減できるエネルギー帯域が異なっている。測定対象の元素に応じて複数のフィルター３から測定に用いられるフィルター３が選択される。

一次Ｘ線コリメーター４は、試料Ｓに照射されるＸ線の照射領域を制限する。一次Ｘ線コリメーター４によって、照射領域の大きさを選択することができる。

試料支持板５は、試料Ｓを支持している。試料支持板５には、開口が形成されており、当該開口を介して、一次Ｘ線が試料Ｓに照射される。試料Ｓ（試料支持板５）は、分析装置本体１０の試料室に収容される。蛍光Ｘ線分析装置１００は、図示はしないが、試料室を真空排気するための真空排気装置を備えている。

二次Ｘ線コリメーター６は、試料Ｓから放射された二次Ｘ線の取得領域を制限する。二次Ｘ線コリメーター６を用いることで、目的の二次Ｘ線を効率よく検出することができる。ここで、二次Ｘ線とは、試料にＸ線（一次Ｘ線）を照射した際に、試料から放射されるＸ線をいう。二次Ｘ線は、蛍光Ｘ線と、散乱Ｘ線と、を含む。散乱Ｘ線は、試料にＸ線（一次Ｘ線）を照射した際に、原子や電子の散乱により放射されるＸ線である。

検出器７は、試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出する。検出器７は、例えば、半導体
検出器である。

分析装置本体１０では、蛍光Ｘ線分析法を用いた測定が行われる。具体的には、Ｘ線管２から発生した一次Ｘ線は、フィルター３および一次Ｘ線コリメーター４を通過し試料Ｓに照射される。一次Ｘ線の照射に応じて試料Ｓから放射された二次Ｘ線（蛍光Ｘ線および散乱Ｘ線）は、二次Ｘ線コリメーター６を通過して検出器７で検出される。検出器７の出力（検出信号）は、信号処理回路（図示せず）で増幅やデジタル化などの処理が行われ、処理部４０に取り込まれてスペクトルが生成される。

操作部３０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部４０に送る処理を行う。操作部３０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。

表示部３２は、処理部４０によって生成された画像を表示するものである。表示部３２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイにより実現できる。

記憶部３４は、処理部４０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部３４は、処理部４０の作業領域として用いられ、処理部４０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部３４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクなどにより実現できる。

記憶部３４には、標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベース３６が記憶されている。データベース３６に登録されている情報については後述する。

処理部４０は、記憶部３４に記憶されているプログラムに従って、各種の制御処理や計算処理を行う。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）等）でプログラムを実行することにより実現することができる。処理部４０は、スペクトル取得部４２と、分析処理部４４と、を含む。

スペクトル取得部４２は、検出器７から出力された検出信号に基づく試料Ｓのスペクトルを取得する。

分析処理部４４は、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度（第１の一致度）を求める。分析処理部４４の処理の詳細については、後述する「１．２． 分析方法」で説明する。

図２は、データベース３６に登録されている情報を説明するための図である。

図２に示すように、データベース３６には、標準試料のスペクトル情報が登録されている。図示の例では、データベース３６には、５つの標準試料のスペクトル情報が登録されているが、その数は特に限定されない。

標準試料のスペクトル情報は、標準試料の素材名と、エネルギー範囲Ａの情報と、エネルギー範囲Ａの重み付け係数ＷＡの情報と、エネルギー範囲Ｂの情報と、エネルギー範囲Ｂの重み付け係数ＷＢの情報と、スペクトル波形の情報と、を含む。

エネルギー範囲Ａおよびエネルギー範囲Ｂは、試料Ｓのスペクトルとの比較の際に着目するエネルギー範囲である。エネルギー範囲Ａは、最も着目するエネルギー範囲であり、エネルギー範囲Ｂは、エネルギー範囲Ａの次に着目するエネルギー範囲である。

アルミニウム合金、銅合金、ガラス、鉄を素材とする標準試料において、エネルギー範囲Ａは、主成分の元素のピークを含むエネルギー範囲である。例えば、エネルギー範囲Ａは、各標準試料において、最も割合が大きい元素のピークを含むエネルギー範囲である。

また、アルミニウム合金、銅合金、ガラス、鉄を素材とする標準試料において、エネルギー範囲Ｂは、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲である。

ここで、Ｘ線管２では、Ｘ線管２中において高電圧で電子を加速してターゲットに衝突させることで一次Ｘ線を発生させる。ターゲットとして使用させる金属は、図２に示す例では、ロジウム（Ｒｈ）である。試料Ｓに照射された一次Ｘ線の一部は、試料Ｓで散乱される。この散乱には、レイリー散乱と、コンプトン散乱と、がある。レイリー散乱およびコンプトン散乱は、Ｘ線管２のターゲットに由来するものであり、ターゲットの金属のエネルギー位置にピークが現れる。すなわち、図示の例では、ロジウムのエネルギー位置（２１．１２１ｋｅＶ）にピークが現れる。

Ｘ線管２のターゲットに由来するレイリー散乱線およびコンプトン散乱線を検出して得られるスペクトル波形（以下「散乱スペクトル波形」ともいう）は、物質の組成によって異なる。そのため、試料Ｓの散乱スペクトル波形と標準試料の散乱スペクトル波形を比較することによって、素材の判別が可能である。

プラスチックを素材とする標準試料において、エネルギー範囲Ａは、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲である。

プラスチックは、炭素などの軽元素で構成されているため、素材に特徴的なピーク（主成分のピーク）は現れない。したがって、プラスチックを素材とする標準試料において、エネルギー範囲Ａを、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲とする。

重み付け係数ＷＡは、エネルギー範囲Ａにおける試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度に対する重みである。また、重み付け係数ＷＢは、エネルギー範囲Ｂにおける試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度に対する重みである。ここでは、重み付け係数ＷＡおよび重み付け係数ＷＢの和が１となるように重み付け係数ＷＡおよび重み付け係数ＷＢが設定されている。重み付け係数ＷＡおよび重み付け係数ＷＢは、素材に特徴的なピークほど重みがおおきくなるように設定される。重み付け係数ＷＡおよび重み付け係数ＷＢは、ユーザーが任意に設定することもできる。これにより、ユーザーの経験等を、後述する分析に反映することができる。

標準試料のスペクトル波形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、各標準試料のスペクトル波形の情報である。スペクトル波形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、分析装置本体１０で測定可能な全エネルギー範囲のスペクトル波形である。スペクトル波形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、組成が既知の試料（標準試料）を蛍光Ｘ線分析装置１００で測定することによって得ることができる。なお、スペクトル波形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を、シミュレーションなどで得てもよい。

なお、ここでは、データベース３６に、標準試料の全エネルギー範囲にわたるスペクトル波形が登録されている場合について説明したが、データベース３６には、エネルギー範囲Ａおよびエネルギー範囲Ｂのスペクトル波形のみが登録されていてもよい。

１．２． 分析方法
次に、第１実施形態に係る分析方法について説明する。

蛍光Ｘ線分析装置１００では、スペクトル取得部４２において分析装置本体１０の検出器７から出力された検出信号に基づく試料Ｓのスペクトルを取得する。そして、分析処理部４４において試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルとの一致度を求める。このようにして求めた一致度から試料Ｓの素材を判別することができる。以下、蛍光Ｘ線分析装置１００における処理部４０の処理について詳細に説明する。

図３は、蛍光Ｘ線分析装置１００の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態に係る分析方法を説明するための図である。

分析装置本体１０では、Ｘ線管２において電子線がターゲット（ロジウム）に照射されることで、一次Ｘ線が放出し、フィルター３および一次Ｘ線コリメーター４を通って試料Ｓに照射される。

試料Ｓに一次Ｘ線が照射されることによって、試料Ｓから試料Ｓを構成する元素に固有のエネルギーを持つＸ線（特性Ｘ線）と、ロジウムの散乱Ｘ線（コンプトン散乱線およびレイリー散乱線）と、を含む二次Ｘ線が放射される。この二次Ｘ線は、検出器７で検出される。検出器７から出力された検出信号は、信号処理部（図示せず）で所定の信号処理が行われ、処理部４０においてスペクトルが生成される。

スペクトル取得部４２は、生成された試料Ｓのスペクトルを取得する（Ｓ１００）。

分析処理部４４は、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋを求める。

具体的には、分析処理部４４は、まず、データベース３６に登録されている複数の標準試料の各々について、エネルギー範囲Ａおよびエネルギー範囲Ｂにおいて試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較して一致度（相関係数γ_Ａ，γ_Ｂ）を求める（Ｓ１０２）。

例えば、素材がアルミニウム合金の標準試料の場合、まず、エネルギー範囲Ａ、具体的には、１〜２ｋｅＶのエネルギー範囲において、試料Ｓのスペクトル波形とアルミニウム合金（標準試料）のスペクトル波形Ｓ１とを比較して一致度を求める。次に、エネルギー範囲Ｂ、具体的には、１８〜２１ｋｅＶのエネルギー範囲において、試料Ｓのスペクトル波形とアルミニウム合金（標準試料）のスペクトル波形Ｓ１とを比較して一致度を求める。

一致度は、例えば、相関係数により求めることができる。相関係数は、例えば、次式で求めることができる。

例えば、素材がアルミニウム合金の標準試料の場合、上記式（１）を用いて試料Ｓのスペクトルとの間の相関係数を計算すると、エネルギー範囲Ａの相関係数γ_Ａは０．９９、エネルギー範囲Ｂの相関係数γ_Ｂは０．９９という結果が得られている（図４参照）。

また、例えば、素材が銅合金の標準試料の場合、エネルギー範囲Ａ、すなわち、７〜１０ｋｅＶにはピークが存在しない。そのため、上記式（１）を用いて試料Ｓのスペクトルとの間の相関係数を計算すると、相関係数γ_Ａは０．１という小さな値となる。また、相関係数γ_Ｂも同様に計算することができ、相関係数γ_Ｂは０．２という小さな値となる。

分析処理部４４は、その他の素材の標準試料についても同様に、相関係数γ_Ａおよび相関係数γ_Ｂを求める。

次に、分析処理部４４は、求められた相関係数γ_Ａ、相関係数γ_Ｂ、重み付け係数ＷＡ、および重み付け係数ＷＢに基づいて、一致度Ｋを求める（Ｓ１０４）。

すなわち、分析処理部４４は、求められた相関係数γ_Ａおよび相関係数γ_Ｂに重みを付けて、一致度Ｋを求める。一致度Ｋは、例えば、次式（２）で求めることができる。

Ｋ＝γ_Ａ×ＷＡ＋γ_Ｂ×ＷＢ ・・・（２）

式（２）に示すように、一致度Ｋは、相関係数γ_Ａに重み付け係数ＷＡを乗算し、相関係数γ_Ｂに重み付け係数ＷＢを乗算し、その和を計算することで求められる。式（２）で得られた一致度Ｋの値が大きい標準試料のスペクトルほど、試料Ｓのスペクトルとの一致度が高い。

次に、分析処理部４４は、求められた一致度Ｋを、一致度Ｋが高い順に、素材名とともに表示部３２に表示させる処理を行う（Ｓ１０６）。

図５は、分析結果の表示の一例を示す図である。分析処理部４４は、素材名と、求められた一致度Ｋとを、関連付けて表示部３２に表示させる。なお、分析処理部４４は、最も一致度が高い標準試料についてその素材名が強調されるように表示部３２に表示させてもよい。図示の例では、最も一致度が高いアルミニウム合金の標準試料の素材名が、四角で囲まれている。

なお、分析結果の表示方法は、図５の例に限定されない。例えば、分析処理部４４は、最も一致度Ｋが高い標準試料の素材名およびその一致度Ｋのみを表示部３２に表示させてもよい。

分析処理部４４が、分析結果を表示部３２に表示させる処理を行った後、処理部４０は処理を終了する。

１．３． 特徴
蛍光Ｘ線分析装置１００および第１実施形態に係る分析方法は、例えば、以下の特徴を有する。

蛍光Ｘ線分析装置１００では、一次Ｘ線を発生させるＸ線管２と、試料Ｓに一次Ｘ線が照射されることによって試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出する検出器７と、検出器７から出力された検出信号に基づく試料Ｓのスペクトルを取得するスペクトル取得部４２と、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋ（第１の一致度）を求める分析処理部４４と、標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベース３６が記憶された記憶部３４と、を含む。また、データベース３６に登録された標準試料のスペクトル情報は、標準試料のスペクトル波形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の情報と、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの情報と、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々に設定された重みである重み付け係数ＷＡ，ＷＢの情報と、を含む。また、分析処理部４４は、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々において、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の一致度として相関係数γ_Ａ，γ_Ｂ（第２の一致度）を求め、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々で求められた相関係数γ_Ａ，γ_Ｂ、および、重み付け係数ＷＡ，ＷＢに基づいて、一致度Ｋを求める。

そのため、蛍光Ｘ線分析装置１００では、未知の試料Ｓの素材を正確に判別することができる。以下、その理由について説明する。

蛍光Ｘ線分析では、元素によって感度が異なる（図１３参照）。そのため、試料Ｓが感度の低い元素（以下「元素Ｅ１」という）を主成分とし、元素Ｅ１よりも感度が高く、かつ、元素Ｅ１よりも濃度が低い元素（以下「元素Ｅ２」という）を含む場合、得られたスペクトルにおいて元素Ｅ２のピークが元素Ｅ１のピークよりも大きくなる場合がある。このような場合に、全エネルギー範囲において試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較して相関係数を求めると、元素Ｅ２を主成分とする標準試料のスペクトルとの相関係数が、元素Ｅ１を主成分とする標準試料のスペクトルとの相関係数よりも大きくなる場合がある。

これに対して、蛍光Ｘ線分析装置１００では、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々において相関係数γ_Ａ，γ_Ｂを求め、相関係数γ_Ａ，γ_Ｂに対して重み付けして（重み付け係数ＷＡ，ＷＢを乗算して）、一致度Ｋを求める。そのため、例えば、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の比較を、素材に特徴的なピークのみに絞ることができる。したがって、蛍光Ｘ線分析装置１００では、例えば全エネルギー範囲において試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形を比較する場合と比べて、試料Ｓの素材を正確に判別することができる。

蛍光Ｘ線分析装置１００では、データベース３６に登録されている複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂのうちの少なくとも１つのエネルギー範囲Ｂは、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲である。Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークは、Ｘ線管２のターゲットの金属のエネルギー位置に現れ、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の比較において、上述した元素によって感度が異なることによる影響がない。そのため、蛍光Ｘ線分析装置１００では、試料Ｓの素材を正確に判別することができる。

第１実施形態に係る分析方法は、Ｘ線管２で発生した一次Ｘ線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出して得られた、試料Ｓのスペクトルを取得する工程と、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋ（第１の一致度）を求める工程と、を含む。また、一致度Ｋを求める工程では、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々において、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の一致度として相関係数γ_Ａ，γ_Ｂ（第２の一致度）を求め、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々で求められた相関係数γ_Ａ，γ_Ｂ、および、複数のエネルギー範囲Ａ，Ｂの各々に設定された重み付け係数ＷＡ，ＷＢに基づいて一致度Ｋを求める。

そのため、第１実施形態に係る分析方法では、試料Ｓの素材を正確に判別することができる。

１．４． 変形例
上述した実施形態では、データベース３６は、図２に示すように、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの比較の際に着目するエネルギー範囲として、２つのエネルギー範囲（エネルギー範囲Ａ、エネルギー範囲Ｂ）が登録されている場合について説明したが、着目するエネルギー範囲は３つ以上であってもよい。

図６は、データベース３６に登録されている情報を説明するための図である。

例えば、データベース３６に、標準試料を構成する元素のうちの割合が最も大きい元素のピークを含むエネルギー範囲Ａ（以下「エネルギー範囲Ａ１」ともいう）に加えて、標準試料を構成する元素のうちの２番目に割合が大きい元素のピークを含むエネルギー範囲Ａ２を登録してもよい。このとき、データベース３６には、エネルギー範囲Ａ２に対応する重み付け係数ＷＡ２も登録される。

また、例えば、データベース３６に、エネルギー範囲Ａ１およびエネルギー範囲Ａ２に加えて、標準試料を構成する元素のうちの３番目に割合が大きい元素のピークを含むエネルギー範囲Ａ３を登録してもよい。このとき、データベース３６には、エネルギー範囲Ａ３に対応する重み付け係数ＷＡ３も登録される。

素材がアルミニウム合金の標準試料の場合、エネルギー範囲Ａ１は、割合が最も大きいアルミニウムのピーク（１．４８６ｋｅＶ）を含むエネルギー範囲であり、エネルギー範囲Ａ２は、割合が２番目に大きい銅のピーク（８．０４０ｋｅＶ）を含むエネルギー範囲であり、エネルギー範囲Ａ３は、割合が３番目に大きいニッケル（Ｎｉ）のピーク（７．４７１ｋｅＶ）である。また、エネルギー範囲Ａ１に対応する重み付け係数ＷＡ１は０．６であり、エネルギー範囲Ａ２に対応する重み付け係数ＷＡ２は０．３であり、エネルギー範囲Ａ３に対応する重み付け係数ＷＡ３は０．１である。

このように蛍光Ｘ線分析装置１００では、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の比較において、着目するエネルギー範囲を増やすことができる。このとき、着目するエネルギー範囲に対応する重み付け係数を標準試料に含まれる元素のうちの割合が大きい元素のピークを含むエネルギー範囲ほど大きく設定する。この結果、蛍光Ｘ線分析装置１００では、素材の判別をより正確に行うことができる。

２． 第２実施形態
２．１． 蛍光Ｘ線分析装置
次に、第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置について説明する。図７は、第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置２００の構成を示す図である。図８は、データベース３６に登録
されている情報を説明するための図である。

以下、第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置２００において、第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

蛍光Ｘ線分析装置２００では、図７に示すように、処理部４０は、測定条件取得部４６と、制御部４８と、を含む。また、データベース３６に登録されている標準試料のスペクトル情報には、図８に示すように、各標準試料の測定条件Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の情報が含まれている。

測定条件Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、各標準試料に最適な測定条件の情報である。例えば、測定条件Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、各標準試料の定量分析を行うために、最適な測定条件の情報である。測定条件Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、管電圧、管電流、フィルター３の種類、試料室の真空排気の有無などの情報などを含む。

測定条件取得部４６は、データベース３６から、分析処理部４４で求められた一致度Ｋに基づいて試料Ｓの測定条件Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の情報を取得する。具体的には、測定条件取得部４６は、一致度Ｋが最も高い標準試料の測定条件をデータベース３６から選択して、試料Ｓの測定条件とする。

なお、測定条件取得部４６は、取得した測定条件を表示部３２に表示させる処理を行ってもよい。これにより、ユーザーは、試料Ｓの最適な測定条件を知ることができる。

制御部４８は、測定条件取得部４６が取得した測定条件の情報に基づいて、分析装置本体１０を制御する。制御部４８は、測定条件取得部４６が取得した測定条件に基づき、管電圧、管電流、フィルター３、真空排気装置等を制御する。制御部４８が、測定条件取得部４６が取得した測定条件に基づき分析装置本体１０を制御することで、スペクトル取得部４２において試料Ｓのスペクトルを取得することができる。

蛍光Ｘ線分析装置２００では、分析処理部４４が、データベース３６から取得した測定条件で得られたスペクトルから試料Ｓの定性分析および定量分析を行う。このように、蛍光Ｘ線分析装置２００では、最適な測定条件で得られたスペクトルから定性分析および定量分析を行うことができるため、精度の高い、定性分析結果および定量分析結果を得ることができる。

２．２． 分析方法
次に、第２実施形態に係る分析方法について説明する。図９は、蛍光Ｘ線分析装置２００の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図９に示すステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０４の処理は、「１．２． 分析方法」で説明したとおりであり、その説明を省略する。

分析処理部４４が、相関係数γ_Ａ、相関係数γ_Ｂ、重み付け係数ＷＡ、および重み付け係数ＷＢに基づいて、一致度Ｋを求めた後（Ｓ１０４の後）、測定条件取得部４６は、データベース３６から一致度Ｋに基づいて試料Ｓの測定条件の情報を取得する（Ｓ２００）。

具体的には、測定条件取得部４６は、データベース３６から一致度Ｋが最も高い標準試料の測定条件を選択して、試料Ｓの測定条件とする。例えば、図４に示す例では、素材が
アルミニウム合金の標準試料との一致度Ｋが最も高いため、測定条件取得部４６は、測定条件Ｍ１（図８参照）を試料Ｓの測定条件とする。

次に、制御部４８は、測定条件取得部４６が取得した測定条件Ｍ１の情報に基づいて、分析装置本体１０を制御する（Ｓ２０２）。

具体的には、制御部４８は、測定条件取得部４６が取得した測定条件Ｍ１に基づき、管電圧、管電流、フィルター３、真空排気装置等を制御する。制御部４８が、測定条件取得部４６が取得した測定条件に基づき分析装置本体１０を制御して試料Ｓの測定を行うことで、スペクトル取得部４２において、試料Ｓのスペクトルを取得することができる。

次に、分析処理部４４が、スペクトル取得部４２で取得された試料Ｓのスペクトルから定性分析および定量分析を行う（Ｓ２０４）。そして、分析処理部４４は、求められた定性分析結果および定量分析結果を表示部３２に表示させる処理を行う（Ｓ２０６）。

分析処理部４４が、分析結果を表示部３２に表示させる処理を行った後、処理部４０は処理を終了する。

２．３． 特徴
蛍光Ｘ線分析装置２００では、データベース３６に登録されている標準試料のスペクトル情報は、各標準試料の測定条件の情報を含む。また、蛍光Ｘ線分析装置２００では、測定条件取得部４６が、データベース３６から、一致度Ｋに基づいて試料Ｓの測定条件を取得する。そのため、蛍光Ｘ線分析装置２００では、試料Ｓについて、最適な測定条件で測定を行うことができる。

さらに、蛍光Ｘ線分析装置２００では、制御部４８が測定条件取得部４６が取得した測定条件に基づき分析装置本体１０を制御して測定を行うため、最適な測定条件で測定された試料Ｓのスペクトルを得ることができる。この結果、精度の高い定性分析結果および定量分析結果を得ることができる。

３． 第３実施形態
３．１． 蛍光Ｘ線分析装置
次に、第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置について説明する。第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の構成は、図１に示す蛍光Ｘ線分析装置の構成と同じであり、図示を省略する。

図１０は、データベース３６に登録されている情報を説明するための図である。図１０に示すように、データベース３６に登録されている標準試料のスペクトル情報は、標準試料の素材名と、エネルギー範囲Ｃの情報と、散乱スペクトル波形Ｓｓ１，Ｓｓ２，Ｓｓ３，Ｓｓ４，Ｓｓ５の情報と、を含む。

エネルギー範囲Ｃは、Ｘ線管２のターゲット（ロジウム）に由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲である。

散乱スペクトル波形Ｓｓ１，Ｓｓ２，Ｓｓ３，Ｓｓ４，Ｓｓ５は、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である。散乱スペクトル波形Ｓｓ１，Ｓｓ２，Ｓｓ３，Ｓｓ４，Ｓｓ５は、各標準試料のエネルギー範囲Ｃのスペクトル波形である。

本実施形態では、分析処理部４４は、試料Ｓの散乱スペクトル波形と、標準試料の散乱
スペクトル波形の一致度を求めて、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋを求める。

３．２． 分析方法
次に、第３実施形態に係る分析方法について説明する。

図１１は、第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２は、第３実施形態に係る分析方法を説明するための図である。

スペクトル取得部４２は、生成された試料Ｓのスペクトルを取得する（Ｓ３００）。

次に、分析処理部４４は、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋを求める。

具体的には、分析処理部４４は、まず、データベース３６に登録されている標準試料ごとに、エネルギー範囲Ｃにおいて、試料Ｓの散乱スペクトル波形と標準試料の散乱スペクトル波形を比較して一致度Ｋ（相関係数γ_Ｃ）を求める（Ｓ３０２）。

具体的には、分析処理部４４は、エネルギー範囲Ｃにおける試料Ｓの散乱スペクトル波形と標準試料の散乱スペクトル波形の相関係数γ_Ｃを求め、一致度Ｋとする。相関係数γ_Ｃは、上記（１）式を用いて計算することができる。

次に、分析処理部４４は、求められた一致度Ｋを、一致度Ｋが高い順に、素材名とともに表示部３２に表示させる処理を行う（Ｓ３０４）。

分析処理部４４が、分析結果を表示部３２に表示させる処理を行った後、処理部４０は処理を終了する。

３．３． 特徴
第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置では、一次Ｘ線を発生させるＸ線管２と、試料Ｓに一次Ｘ線が照射されることによって試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出する検出器７と、検出器７から出力された検出信号に基づく試料Ｓのスペクトルを取得するスペクトル取得部４２と、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋを求める分析処理部４４と、標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベース３６が記憶された記憶部３４と、を含む。また、標準試料のスペクトル情報は、Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である散乱スペクトル波形Ｓｓ１，Ｓｓ２，Ｓｓ３，Ｓｓ４，Ｓｓ５の情報を含む。また、分析処理部４４は、試料Ｓの散乱スペクトル波形と標準試料の散乱スペクトル波形の相関係数γ_Ｃを求めて一致度とする。

Ｘ線管２のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークは、Ｘ線管２のターゲットの金属のエネルギー位置に現れ、試料Ｓのスペクトル波形と標準試料のスペクトル波形の比較において、上述した元素によって感度が異なることによる影響がない。そのため、第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置では、試料Ｓの素材を正確に判別することができる。

第３実施形態に係る分析方法は、Ｘ線管２で発生した一次Ｘ線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出して得られた、試料Ｓのスペクトルを取得する工程と、試料Ｓのスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、試料Ｓのスペク
トルと標準試料のスペクトルの一致度Ｋを求める工程と、を含む。また、一致度Ｋを求める工程では、試料Ｓの散乱スペクトル波形と、標準試料の散乱スペクトル波形の相関係数γ_Ｃを求めて一致度Ｋとする。

そのため、第３実施形態に係る分析方法では、試料Ｓの素材を正確に判別することができる。

３．４． 変形例
上述した第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置２００の構成は、第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置にも適用可能である。すなわち、第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置において、処理部４０は、測定条件取得部４６と、制御部４８と、を含んでおり、データベース３６には各標準試料の測定条件の情報が登録されていてもよい。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した第１〜第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置では、Ｘ線管２のターゲットの材質がロジウムである場合について説明したが、Ｘ線管２のターゲットの材質はロジウムに限定されない。例えば、Ｘ線管２のターゲットとして、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、カドミウム（Ｇｄ）などを用いてもよい。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…Ｘ線管、３…フィルター、４…一次Ｘ線コリメーター、５…試料支持板、６…二次Ｘ線コリメーター、７…検出器、１０…分析装置本体、３０…操作部、３２…表示部、３４…記憶部、３６…データベース、４０…処理部、４２…スペクトル取得部、４４…分析処理部、４６…測定条件取得部、４８…制御部、１００…蛍光Ｘ線分析装置、２００…蛍光Ｘ線分析装置

Claims (8)

1. 一次Ｘ線を発生させるＸ線管と、
   試料に前記一次Ｘ線が照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出する検出器と、
   前記検出器から出力された検出信号に基づく前記試料のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
   前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める分析処理部と、
   前記標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベースが記憶された記憶部と、
   を含み、
   前記標準試料のスペクトル情報は、
   前記標準試料のスペクトル波形の情報と、
   複数のエネルギー範囲の情報と、
   前記複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みの情報と、
   を含み、
   前記分析処理部は、
   前記複数のエネルギー範囲の各々において、前記試料のスペクトル波形と前記標準試料のスペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、
   前記複数のエネルギー範囲の各々で求められた前記第２の一致度、および、前記重みに基づいて、前記第１の一致度を求める、蛍光Ｘ線分析装置。
2. 請求項１において、
   前記重みは、前記標準試料に含まれる元素のうちの割合が大きい元素のピークを含むエネルギー範囲ほど大きく設定されている、蛍光Ｘ線分析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記複数のエネルギー範囲のうちの少なくとも１つのエネルギー範囲は、前記Ｘ線管のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるピークを含むエネルギー範囲である、蛍光Ｘ線分析装置。
4. 一次Ｘ線を発生させるＸ線管と、
   試料に前記一次Ｘ線が照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出する検出器と、
   前記検出器から出力された検出信号に基づく前記試料のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
   前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める分析処理部と、
   前記標準試料のスペクトル情報が登録されたデータベースが記憶された記憶部と、
   を含み、
   前記標準試料のスペクトル情報は、前記Ｘ線管のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である散乱スペクトル波形の情報を含み、
   前記分析処理部は、
   前記試料の前記散乱スペクトル波形と前記標準試料の前記散乱スペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、前記第２の一致度を前記第１の一致度とする、蛍光Ｘ線分析装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記標準試料のスペクトル情報は、前記標準試料の測定条件の情報を含む、蛍光Ｘ線分
   析装置。
6. 請求項５において、
   前記データベースから、前記第１の一致度に基づいて前記試料の測定条件の情報を取得する測定条件取得部を含む、蛍光Ｘ線分析装置。
7. Ｘ線管で発生した一次Ｘ線が試料に照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出して得られた、前記試料のスペクトルを取得する工程と、
   前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める工程と、
   を含み、
   前記第１の一致度を求める工程では、
   複数のエネルギー範囲の各々において、前記試料のスペクトル波形と前記標準試料のスペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、
   前記複数のエネルギー範囲の各々で求められた前記第２の一致度、および、前記複数のエネルギー範囲の各々に設定された重みに基づいて、前記第１の一致度を求める、分析方法。
8. Ｘ線管で発生した一次Ｘ線が試料に照射されることによって前記試料から放射された二次Ｘ線を検出して得られた、前記試料のスペクトルを取得する工程と、
   前記試料のスペクトルと標準試料のスペクトルを比較して、前記試料のスペクトルと前記標準試料のスペクトルの一致度である第１の一致度を求める工程と、
   を含み、
   前記第１の一致度を求める工程では、
   前記試料の、前記Ｘ線管のターゲットに由来するコンプトン散乱線およびレイリー散乱線を検出して得られるスペクトル波形である散乱スペクトル波形と、前記標準試料の前記散乱スペクトル波形の一致度である第２の一致度を求め、前記第２の一致度を前記第１の一致度とする、分析方法。