JP2021032574A - Ｘ線分析用試料保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 取り扱いが容易で、簡単な操作で密閉された空間内に試料を配置した状態を形成することができるＸ線分析用試料保持装置を提供する。
【解決手段】 試料を充填した試料ホルダ１０をベース部材２０に保持するとともに、試料ホルダ１０の周囲を被覆するように、ベース部材２０に気密部材３０を装着することで、密閉空間内での試料保持構造を形成する。気密部材３０には、装着部２１へ嵌め込んで装着される嵌合部３５が形成してある。
【選択図】 図１

Description

この発明は、Ｘ線分析装置に試料をセットするために用いられるＸ線分析用試料保持装置に関し、特に密閉された空間内に試料を配置した状態で、当該試料を搬送してＸ線分析装置にセットすることができる機能を備えたＸ線分析用試料保持装置に関する。

Ｘ線回折装置、Ｘ線反射率測定装置、Ｘ線小角散乱装置、蛍光Ｘ線分析装置等、各種のＸ線分析装置は、一般に試料ホルダと称する器具を用いて試料がセットされ、大気中でＸ線による測定分析が行われている。しかし、大気中の成分（酸素、窒素、水分等）と化学反応しやすい嫌気性物質を試料とする場合には、大気に触れることのない密閉空間に試料を配置して測定分析を実行する必要がある。

特許文献１は、このような用途に適した構成をしたＸ線装置用気密試料ホルダーを開示している。すなわち、同文献１に開示されたＸ線装置用気密試料ホルダーは、試料台（３）の試料充填部（３ａ）に試料を充填し、ヘラ等で試料面を平らにならした後、フィルム（４）とパッキン材（５）を順次装着し、押し付け具にてこれらフィルム（４）とパッキン材（５）を押し付けて試料台（３）に密着させ、雄ネジ（７）にてこれらを試料台（３）に固定する構成を備えている。なお、カッコ内の符号は、同文献１において各構成要素に付されていたものである。

特開平１１−６８０５号公報

上述した従来技術では、雄ネジを使ってフィルムとパッキン材が試料台に固定されるが、その雄ネジの締結操作にはドライバ等の工具が必要となる。しかしながら、Ｘ線装置用気密試料ホルダーに試料を保持させるための上述した一連の操作は、通常、グローブボックスと称する密閉容器内に不活性ガスを充填しておき、そのグローブボックス内に配置したＸ線装置用気密試料ホルダーの各構成要素を、操作員がゴム手袋を介して外部から取り扱って行われる。その際、工具を用いた雄ネジの締結操作という細かな操作を、ゴム手袋を介して外部から実行することは難しく、作業効率が著しく低下する要因となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、取り扱いが容易で、簡単な操作で密閉された空間内に試料を配置した状態を形成することができるＸ線分析用試料保持装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のＸ線分析用試料保持装置は、試料を充填するための試料充填部を有する試料ホルダと、この試料ホルダを保持するためのベース部材と、当該ベース部材に保持された試料ホルダの周囲を被覆するようにベース部材へ着脱自在に装着される気密部材と、を備えている。
そして、ベース部材には、気密部材を装着するための装着部が形成してあり、気密部材には、装着部へ嵌め込んで装着される嵌合部が形成してある。さらに、装着部と嵌合部との相互間に、当該嵌合部を当該装着部に嵌め込む過程で係合して、ベース部材からの気密部材の離脱を阻止するロック機構を設けた構成としてある。

このように構成された本発明のＸ線分析用試料保持装置は、気密部材の嵌合部をベース部材の装着部に嵌め込むだけで、試料充填部に充填された試料の周囲を密閉された空間にすることができる。よって、本発明のＸ線分析用試料保持装置によれば、取り扱いが容易で、簡単な操作で密閉された空間内に試料を配置した状態を形成することができる。

しかも、当該嵌め込み操作を行う過程でロック機構が作用して、ベース部材からの気密部材の離脱を阻止するので、搬送中に気密部材の中空部内へ大気が流入するおそれも少なく、安定して試料の周囲を気密状態に保つことができる。

気密部材は、内部を中空部としたブロック形状に形成した本体部と、この本体部の下面から突き出して形成した嵌合部とを含み、嵌合部の下端面が開口して本体部内の中空部と連通した構成とし、本体部を切り欠いてＸ線透過窓を形成するとともに、Ｘ線透過窓を覆うようにしてその周囲にＸ線窓材が形成してある。そして、本体部におけるＸ線透過窓が形成されていない表面領域に、操作者が掴んでこの嵌め込み操作を実行可能な操作部を形成することもできる。

Ｘ線窓材は、金属、人工鉱物又は高分子のうちのいずれか一つで形成することが好ましい。

ベース部材には、試料ホルダを着脱自在に保持するための保持溝を形成し、試料ホルダには、当該保持溝に嵌め込んで保持される嵌合凸部を形成し、さらに、試料ホルダにおける試料充填部は凹溝で形成し、当該凹溝の開口面を長方形状に形成し、ベース部材の保持溝に対して、試料ホルダの嵌合凸部を中心軸周りに９０°向きを変えて嵌め込むことで、凹溝の開口面における長方形状の長辺又は短辺を、入射Ｘ線の光軸と直交する向きに配置する構成とすることもできる。

このような構成を備えることで、例えば、Ｘ線を低角度から試料面に入射させて行うＸ線回折測定等のＸ線分析に際しては、凹溝（試料充填部）おける開口面の短辺を入射Ｘ線の光軸と直交する向きに配置する（換言すれば、開口面の長辺を入射Ｘ線の光軸と平行に配置する）ことで、試料面に対して入射Ｘ線の光軸方向へ広いＸ線照射面積を確保することが可能となる。
また、試料面に通常の角度からＸ線を入射させて行うＸ線回折測定等のＸ線分析に際しては、凹溝（試料充填部）おける開口面の長辺を入射Ｘ線の光軸と直交する向きに配置することで、試料面に対して幅方向に長いＸ線照射領域を確保することができ、高強度のＸ線照射が実現可能となる。

ベース部材の上面は、Ｘ線分析装置に装着した際に同装置におけるＸ線照射位置と同じ高さ位置に配置される。凹溝の開口面は、当該試料ホルダがベース部材に保持されたとき、ベース部材の上面と同一平面上に配置されるように位置決めした構成とすることが好ましい。

この構成によれば、試料ホルダを交換したときも、ベース部材の保持溝に試料ホルダの嵌合凸部を適正に嵌め込むだけで、試料ホルダに形成した凹溝の開口面がベース部材の上面と同一平面上に位置決めされる。
そして、凹溝に充填した試料の表面（試料面）をこの凹溝の開口面に合わせることで、試料面がベース部材の上面と同一平面上に配置される。Ｘ線分析に際しては、Ｘ線分析装置に設定されているＸ線の照射位置に、この試料面を配置する必要がある。
ベース部材の上面は、試料にＸ線を照射する際の基準面としてあり、Ｘ線分析装置にベース部材を取り付ける際に、Ｘ線照射位置と同じ高さにこの基準面を位置決めする。このとき、試料面もＸ線照射位置と同じ高さ位置に配置されるので、Ｘ線照射位置に対する試料面の位置決め（特に、高さ方向の位置決め）が容易となる。

気密部材は、本体部の中空部内に、天井面から下方へ垂下して、Ｘ線透過窓から入射してきた散乱Ｘ線を遮蔽するためのナイフエッジを設けた構成とすることもできる。
気密部材の中空部内にナイフエッジを設けることで、Ｘ線透過窓に張られたＸ線窓材を入射Ｘ線が透過する際に発生した散乱Ｘ線をナイフエッジで効果的に遮蔽することができるので、試料への散乱Ｘ線の入射に伴って現れるＸ線測定データのノイズを低減し、高精度な測定分析を実現することが可能となる。

なお、ベース部材の装着部は、凹部又は凸部で形成され、気密部材の嵌合部は、装着部に嵌め込むことができる筒形に形成することができる。そして、装着部と嵌合部とが嵌合する面の相互間に、ロック機構を設けた構成としてもよい。

以上説明したように、本発明のＸ線分析用試料保持装置によれば、取り扱いが容易で、簡単な操作で密閉された空間内に試料を配置した状態を形成することができる。

本発明の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置の外観を示す斜視図である。 試料ホルダを示す図で、（ａ）（ｃ）は斜め上方から見た斜視図、（ｂ）（ｄ）は平面図、（ｅ）は斜め下方から見た斜視図、（ｆ）は底面図である。 ベース部材を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は試料ホルダを装着した状態の平面図である。 試料ホルダに充填した試料の試料面にＸ線を低い角度から照射した状態を示す図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は斜視図である。 試料ホルダに充填した試料の試料面にＸ線を通常の角度から照射した状態を示す図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は斜視図である。 気密部材を示す図で、（ａ）（ｂ）は斜視図、（ｃ）は嵌合部を斜め下方から見た部分斜視図、（ｄ）はロック機構を示す正面図である。 本発明の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置を用いて、試料をＸ線分析装置のＸ線照射位置へ配置するまでの工程を示す図である。 本発明の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置を用いて、その気密保持能力をテストした実験結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置を示す図で、（ａ）は気密部材の斜視図、（ｂ）はＸ線分析用試料保持装置の斜視図、（ｃ）は同装置の正面図である。 本発明の他の実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図である。 ナイフエッジの効果を検証するための実験例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置の分解斜視図、図２は同装置の外観を示す斜視図である。
本実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置は、図１に示すように、試料ホルダ１０、ベース部材２０及び気密部材３０の各構成要素を備えている。そして、試料を充填した試料ホルダ１０をベース部材２０に保持するとともに、試料ホルダ１０の周囲を被覆するように、ベース部材２０に気密部材３０を装着することで、図２に示すような密閉空間内での試料保持構造が形成される。

図３は試料ホルダを示す図である。
同図に示すように、試料ホルダ１０は、円柱状に形成したホルダ本体１１の上面に試料充填部１２が形成してあり、この試料充填部１２に分析対象となる試料が充填される。
ホルダ本体１１は、例えば、アルミ合金やステンレス等の金属材料や、ガラス等の非金属材料により形成することができる。ただし、ホルダ本体１１を形成する材料を選択するに際しては、充填する試料と化学反応する材料や、同試料と類似する回折条件で回折Ｘ線が放出されるような材料は避けることが好ましい。また、シリコン単結晶をＸ線の回折条件を満たさない方位で切り出した材料（Ｘ線無反射材料）を用いてホルダ本体１１を形成することもできる。このようなＸ線無反射材料を用いることで、例えば、Ｘ線測定データへのノイズの混在を低減することができる。

本実施形態では、試料充填部１２を浅い深さの凹溝１２により形成してある。この凹溝１２に充填した試料は、へら等を用いてその表面（試料面）を摺り均し、凹溝１２の開口面と同一平面とすることが好ましい。ただし、試料充填部１２は、浅い凹溝に形状が限定されるものではない。

凹溝（試料充填部）１２は、その開口面を種々の形状に形成することができる。例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すような長方形や、同図（ｃ）（ｄ）に示すような円形に、凹溝１２の開口面を形成することができる。

試料ホルダ１０は、上述したように各種の材料と凹溝１２の開口面形状を任意に組み合わせた複数種類のものをあらかじめ用意しておき、分析対象となる試料やＸ線分析の内容に応じて適宜選択して利用できるようにしておくことが好ましい。

試料ホルダ１０には、図３（ｅ）（ｆ）に示すように、ホルダ本体１１の底面中央部から嵌合凸部１３が下方に突き出して形成してある。嵌合凸部１３は、ホルダ本体１１の底面に接する基部が断面正方形状の角形凸部１３ａを形成しており、さらにその底面中央部から円柱状の芯部１３ｂが突き出した形状となっている。
上述したように、材料と凹溝１２の開口面形状を違えた複数種類の試料ホルダ１０を用意する場合であっても、嵌合凸部１３の形状は共通として、ベース部材２０に対する互換性を保持することが好ましい。

図４はベース部材を示す図である。
ベース部材２０は、例えば、アルミ合金やステンレス等の金属材料で製作することができる。ベース部材２０には、上面から掘り下げて、横断面が円形をした段付きの凹部が形成してある。この段付き凹部の一部が、気密部材３０を装着するための装着部２１を構成している。すなわち、段付き凹部の内底面は平坦面に加工されており、この内底面が装着部２１の底面２１ａを構成している。さらに、その内底面から中間の段部に至るまでの内周面は、後述する気密部材３０の嵌合部３５と嵌合する嵌合面２２を構成している。また、この嵌合面２２の中間部には、径方向内側（すなわち、段付き凹部内の中心軸方向）に突き出たロックピン２３が設けてある。

また、ベース部材２０に形成した段付き凹部の内底面には、その中央部分をさらに掘り下げて保持溝２４が形成してある。既述した試料ホルダ１０の嵌合凸部１３を、この保持溝２４に嵌め込むことで、試料ホルダ１０がベース部材２０にがたつきなく保持される。なお、保持溝２４は、嵌合凸部１３を着脱自在に嵌め込むことがでるようになっている。これにより、複数種類の試料ホルダ１０を適宜交換してベース部材２０に保持させることが可能なる。

この保持溝２４も段付き形状に形成してあり、保持溝２４の上端開口面から中間の段部に至るまでの上部領域２４ａに、試料ホルダ１０の嵌合凸部１３に形成した角形凸部１３ａが嵌め込まれ、さらに中間の段部から保持溝２４の内底面までの下部領域２４ｂに、試料ホルダ１０の嵌合凸部１３に形成した芯部１３ｂが嵌め込まれる。保持溝２４の下部領域２４ｂは、嵌合凸部１３の芯部１３ｂの円柱形状に対応した円形横断面に形成され、その内周面に嵌合凸部１３の芯部１３ｂが嵌め合わされる。

一方、保持溝２４の上部領域２４ａは、図４（ａ）に示すように、試料ホルダ１０の嵌合凸部１３に形成した角形凸部１３ａの各辺に接する四つの側面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を内壁に有している。これにより、保持溝２４の上部領域２４ａには、試料ホルダ１０の嵌合凸部１３に形成した角形凸部１３ａを、その中心軸周りに９０°向きを変えて嵌め合わせることができるようになっている。

さて、試料ホルダ１０を保持するベース部材２０は、後述するようにＸ線分析装置２００に取り付けられる。そして、試料ホルダ１０の凹溝１２に充填した試料に向けてＸ線が照射される。
ここで、図３（ａ）（ｂ）に示したように、凹溝１２の開口面を長方形状に形成した試料ホルダ１０にあっては、嵌合凸部１３の角形凸部１３ａを、ベース部材２０における保持溝２４の上部領域２４ａに嵌め込んだとき、凹溝１２の開口面の長辺又は短辺が入射Ｘ線の光軸と直交する向きに配置される構成としてある。

例えば、Ｘ線回折測定に際して、試料面に対するＸ線の入射角度を低角度に設定する（例えば、入射角度θを固定した２θスキャンにおいてθ＝１°以下に設定し、また入射角度を固定しないθ／２θスキャンにおいてθ開始角度を２°付近に設定する）場合は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、凹溝１２おける開口面の短辺１２ａを入射Ｘ線ａの光軸Ｏと直交する向きに配置する（換言すれば、開口面の長辺１２ｂを入射Ｘ線ａの光軸Ｏと平行に配置する）ことで、試料面に対して入射Ｘ線ａの光軸Ｏ方向へ広いＸ線照射面積を確保することが可能となる。

また、Ｘ線回折測定に際して、試料面に対するＸ線の入射角度を通常の角度に設定する場合は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、凹溝１２おける開口面の長辺１２ｂを入射Ｘ線ａの光軸Ｏと直交する向きに配置することで、試料面に対して幅方向に長いＸ線照射領域を確保することができ、高強度のＸ線照射を実現可能となる。

図４（ｃ）に戻り、ベース部材２０の側壁には、装着部２１を構成する段付きの凹部に連通する切欠き部２５が対向する２箇所に形成してある。これらの切欠き部２５は、装着部２１の底面２１ａをベース部材２０の側面から外部に開放する掃き出し部を形成しており、ベース部材２０に保持された試料ホルダ１０に試料を充填した際に装着部２１の底面２１ａにこぼれた試料等を、この切欠き部２５から外部へ容易に掃き出すことができる。

図７は気密部材を示す図である。
気密部材３０は、内部を中空部とした箱形ブロック形状に形成した本体部３１と、この本体部３１の下面から突き出して形成した嵌合部３５とを備えている。
本体部３１の側面には、図７（ａ）に示すように、対向する二箇所を切り欠いてＸ線透過窓３２が形成してある。これら各Ｘ線透過窓３２は、同図（ｂ）に示すように、Ｘ線窓材３３により覆われていて、気密部材３０の中空部内を密閉状態に保っている。Ｘ線窓材３３は、Ｘ線透過窓３２の周囲（図７（ｂ）にハッチングで示す領域）、すなわちＸ線透過窓３２が形成される面と同一の面に張り付けてある。

Ｘ線窓材３３は、Ｘ線を透過させるが、大気中の成分（酸素、窒素、水分等）は透過させない遮蔽性能を有した薄い膜状（膜以外にも、シート状、フィルム状、箔等を含む）の材料により構成することが好ましい。Ｘ線窓材３３を薄い膜状とすることで、Ｘ線の透過性能を高めることができ、高い強度のＸ線を試料に照射することが可能となる。

一方、Ｘ線窓材３３を薄肉とした場合、ベース部材２０に気密部材３０を装着する際に、誤って操作員がＸ線窓材３３に触れるだけで損傷し、大気中の成分に対する遮蔽性能が著しく低下してしまうおそれがある。

本実施形態では、気密部材３０の本体部３１におけるＸ線透過窓３２が形成されていない表面領域を操作部３４として広く確保することで、操作員がＸ線窓材３３に触れる誤操作が生じにくい構造となっている。すなわち、図７（ｂ）に示すように、箱形ブロック形状に形成した本体部３１において、Ｘ線透過窓３２が形成されていない２つの側面が操作部３４として機能する。操作者は、これらの操作部３４を掴んで、ベース部材２０に対する気密部材３０の嵌め込み操作を容易且つ安全確実に実行することができる。

Ｘ線窓材３３に適用する材料は、試料の性質に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、試料がアルカリ金属等の反応性の高い性質を有する物質の場合は、Ｘ線窓材３３としてベリリウムやアルミニウムが適している。ただし、これらの材料は不透明であるため、気密部材３０の内部を視覚的に観察することができない。これに対して、透明な高分子フィルムをＸ線窓材３３に適用した場合は、気密部材３０の内部に配置した試料を視覚的に観察することが可能となる。

ガスバリア性のあるＸ線窓材３３に好適な材料としては、例えば、次のような物質が挙げられる。
すなわち、金属材料としては、ベリリウム、アルミニウム等がＸ線窓材３３に適している。また、人工鉱物としては、グラファイト、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ＳｉＮ、石英、サファイア等がＸ線窓材３３に適している。そして、高分子材料としては、ポリエチレンフィルム（PEフィルム）、ポリ塩化ビニルフィルム（PVCフィルム）、ポリ塩化ビニリデンフィルム（PVDCフィルム）、ポリビニルアルコールフィルム（PVAフィルム）、ポリプロピレンフィルム（PPフィルム）、ポリカーボネートフィルム（PCフィルム）、ポリスチレンフィルム（PSフィルム）、ポリアクリロニトリルフィルム（PANフィルム）、エチレン酢酸ビニル共重合体フィルム（EVAフィルム）、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム（EVOHフィルム）、ポリエーテルイミド（PEI）、芳香族ポリエーテルケトン（PEEK）等がＸ線窓材３３に適している。
なお、高分子材料のものは、基本的には熱可塑性樹脂に属しており、水素をフッ素で置換したフッ素樹脂も含む。また、共押出法などで多層加工したものや、アルミニウム、アルミナ、シリカの単蒸着もしくは複合蒸着したもの、それらを表面処理したものも、Ｘ線窓材３３に適している。

嵌合部３５は、図７（ｃ）に示すように、ベース部材２０に形成した装着部２１に嵌め込むことができる筒形（本実施形態では円筒形）に形成してある。この筒形の嵌合部３５の外周面３５ａが、ベース部材２０の装着部２１に形成した嵌合面２２と嵌合する。

嵌合部３５の下端開口面は、嵌合部３５の中空部を介して、本体部３１内の中空部と連通している。ベース部材２０の装着部２１に嵌合部３５を嵌め込む際には、ベース部材２０に保持されている試料ホルダ１０を、この下端開口面から本体部３１の中空部内へ収納する。

嵌合部３５の下端縁には、Ｏリング３６を装着するための円周溝３７が形成してある。この円周溝３７に装着したＯリング３６が、ベース部材２０に形成した装着部２１の底面２１ａに押し付けられて、気密部材３０の中空部内を気密状態にする。この気密部材３０により試料ホルダ１０の周囲を被覆することで、試料ホルダ１０に充填してある試料を、大気と遮断することができる。

Ｏリング３６を気密部材３０の嵌合部３５に装着した構成は、Ｏリング３６をベース部材２０の装着部２１の側に配置する構成に比べて、次のような効果を有している。すなわち、試料を充填した試料ホルダ１０をベース部材２０の装着部２１へ装着する際に、試料が装着部２１の底面２１ａにこぼれても、気密部材３０の嵌合部３５に装着されたＯリング３６を汚染するおそれがない。装着部２１の底面２１ａにこぼれた試料は、気密部材３０をベース部材２０に装着する前に、切欠き部２５から掃き出せばよい。

さらに、ベース部材２０の装着部２１と気密部材３０の嵌合部３５とが嵌合する面（装着部２１の嵌合面２２と嵌合部３５の外周面３５ａ）の相互間には、ロック機構が設けてある。このロック機構は、嵌合部３５を当該装着部２１に嵌め込む過程で係合して、ベース部材２０からの気密部材３０の離脱を阻止する。

本実施形態では、ベース部材２０における装着部２１の嵌合面２２に設けたロックピン２３（図１、図４（ａ）参照）と、気密部材３０における嵌合部３５の外周面３５ａに形成したＬ字溝３８（図１、図７（ｃ）参照）とで、ロック機構を構成している。Ｌ字溝３８は、嵌合部３５の下端に開口しており、嵌合部３５の軸方向に延びてから周方向に折れ曲がったところに終端部３８ａが形成してある。

すなわち、図７（ｄ）に示すように、気密部材３０の嵌合部３５をベース部材２０の装着部２１に嵌め込む際に、ロックピン２３をＬ字溝３８に係合させ、続いて嵌合部３５を中心軸周りに回転させることで、ロックピン２３をＬ字溝３８の終端部３８ａに当接させる。このとき、Ｏリング３６がベース部材２０に形成した装着部２１の底面２１ａに押し付けられて気密状態が形成されるように構成してある。

ここで、ロックピン２３がＬ字溝３８の終端部３８ａに当接したときの衝突音により、適正に気密状態が形成されたことを、操作員は確認できる。そして、ロックピン２３がＬ字溝３８の終端部３８ａに当接している状態では、ベース部材２０の装着部２１に対する嵌合部３５の軸方向への移動が阻止されるので、ベース部材２０から気密部材３０が離脱するおそれはない。
この一連の嵌め込み操作により、本実施形態に係るロック機構は、ベース部材２０から気密部材３０の離脱の阻止と、気密状態の形成とを連動して行うことのできる連動ロック機構を構成する。

図８は本実施形態のＸ線分析用試料保持装置を用いて、試料をＸ線分析装置のＸ線照射位置へ配置するまでの工程を示す図である。
ベース部材２０に試料ホルダ１０を嵌め込んで保持する作業は、グローブボックス１００の外で行うことができる。
試料ホルダ１０を保持したベース部材２０と、気密部材３０と、試料とを、グローブボックス１００内に収容する。そして、操作員はグローブボックス１００に備え付けのゴム手袋１０１を装着し、このゴム手袋１０１を介して、グローブボックス１００内での処理を実行する。

グローブボックス１００内では、まず試料を試料ホルダ１０の凹溝１２に充填し、さらにへら等を用いてその表面（試料面）を摺り均して凹溝１２の開口面に合わせる。
次いで、ベース部材２０に気密部材３０を装着する。このとき、気密部材３０の操作部３４を掴んで、当該気密部材３０をベース部材２０に嵌め込むようにする。操作部３４は、気密部材３０の側面における広い領域に確保されているので、この操作は容易に実行できる。

ベース部材２０に気密部材３０を装着することで、気密状態にある気密部材３０の中空部内に試料が配置される。このように各部材が組付けられたＸ線分析用試料保持装置１を、グローブボックス１００に連接したアンティチャンバ（パスボックス）１０２に移動させ、このアンティチャンバ１０２を経由してＸ線分析用試料保持装置１を外部へ取り出す。そして、Ｘ線分析装置２００にＸ線分析用試料保持装置１を取り付ける。
Ｘ線分析用試料保持装置１を大気中で移動させても、気密部材３０によって試料は大気から遮断されているので、大気中の成分に試料が化学反応するおそれはない。

ここで、Ｘ線分析に際しては、Ｘ線分析装置２００に設けられたＸ線照射位置２０１に、試料面を配置する必要がある。Ｘ線照射位置２０１は、Ｘ線分析装置２００にあらかじめ設定されている。一般に、このＸ線照射位置２０１は、Ｘ線分析装置２００が備えるゴニオメータの中心位置である。この中心位置に０．０５ｍｍ程度の幅の狭いスリットを配置して、Ｘ線源からＸ線検出器にスリットを通過してダイレクトビームが入射するように調整することで、ゴニオメータの中心位置がＸ線の照射位置に位置決めされる。Ｘ線分析装置２００には、ゴニオメータの中心位置に汎用の試料ホルダを差し込んで支持するための試料支持部２０２が設けられている。

本実施形態のＸ線分析用試料保持装置は、Ｘ線分析装置２００の試料支持部２０２にベース部材２０を差し込んで装着される構成としてある。そして、試料支持部２０２にベース部材２０を差し込んだとき、同時にベース部材２０の上面２０ａ（図２参照）がＸ線照射位置２０１と同じ高さ位置に配置されるように、あらかじめ調整してある。

ベース部材２０の保持溝２４に、試料ホルダ１０の嵌合凸部１３を嵌め込んで保持したとき、試料充填部を形成する凹溝１２の開口面が、ベース部材２０の上面２０ａと同一平面上に配置されるように位置決めされている。凹溝１２に充填した試料は、既述したように、へら等を用いてその表面（試料面）を摺り均し、凹溝１２の開口面に合わせる。これにより、試料面がベース部材２０の上面２０ａと同一平面上に配置される。

上述したように、Ｘ線分析装置２００にベース部材２０を固定したとき、Ｘ線分析装置２００のＸ線照射位置２０１と同じ高さ位置に、このベース部材２０の上面２０ａが位置決めされるので、同時に試料面もＸ線照射位置２０１と同じ高さ位置に配置される。そのため、Ｘ線照射位置２０１に対する試料面の位置決め（特に、高さ方向の位置決め）が容易となる。

図９は本実施形態に係るＸ線分析用試料保持装置の気密保持能力をテストした実験結果を示すグラフである。
大気中で容易に加水分解するLi₇P₃S₁₁（硫化物ガラス系電解質）を試料として、アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で同試料を装着し、気密部材３０により同試料の周囲を気密状態とした。その後、グローブボックスからＸ線分析用試料保持装置を取り出し、２３℃に空調した大気中に１日放置した。グローブボックスから取り出した直後に、試料に対してＸ線回折測定をしたデータＡと、１日放置した後に試料に対してＸ線回折測定をしたデータＢとを比較したが、ほぼ同一のＸ線プロファイル（検出結果）が得られた。大気成分や水分が気密部材３０の内部に侵入した場合には試料と反応して、Ｘ線プロファイルのピーク強度の低下が現れるが、上記の比較結果よりそのような変化は認められず、試料の周囲が気密状態に保たれていることがわかる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。

例えば、上述した実施形態では、段付き凹部の一部によって、気密部材３０を装着するための装着部２１を構成したが、装着部２１を凸部や凸条で構成し、筒状に形成した気密部材３０の嵌合部３５の内周面又は外周面を、これら凸部や凸条の外周面又は内周面に嵌め込む構成とすることもできる。

また、気密部材３０は、上述した実施形態で示したような箱形ブロック形状に限定されず、操作部３４を広い領域で確保できる種々の立体形状で構成することも可能である。
例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、気密部材３０をアーチ形のブロック形状に形成することもできる。気密部材３０の本体部３１には、半円弧面状にＸ線透過窓３２が形成してあり、このＸ線透過窓３２を覆うように、そのＸ線透過窓３２の周囲の縁部にＸ線窓材３３が貼り付けてある。
気密部材３０の嵌合部３５は、図７（ｃ）（ｄ）に示した先の実施形態と同様に構成してある。

例えば、図１０（ｃ）に示すように、入射角度を低角に固定してＸ線走査（2θ走査）を行うＸ線回折測定（薄膜測定法）においては、既述した箱形ブロック形状の気密部材３０では、高角度の2θを測定しようとすると、本体部３１のＸ線透過窓３２の縁部（窓枠部分）に試料からの回折線が干渉してしまい、Ｘ線検出器により検出できなくなるおそれがあった。これに対して、アーチ形のブロック形状に形成した気密部材３０にあっては、本体部３１によって試料からの回折線が遮られず、高角度領域までの測定が可能となる。

また、図１１に示すように、気密部材３０の中空部内に、天井面から下方へ垂下してナイフエッジ４０を設けることもできる。ナイフエッジ４０は、Ｘ線を遮蔽する材料で形成した板状部材であり、試料面のほぼ中央部とナイフエッジ４０の下端縁との間に適宜の隙間が形成されるように配置する。ナイフエッジ４０の正面は、入射Ｘ線の光軸に向けて配置し、試料面とナイフエッジ４０との間の隙間を抜けてＸ線が試料面に照射され、さらに回折Ｘ線がナイフエッジ４０の裏面側に反射していく。

Ｘ線窓材３３を入射Ｘ線が透過する際に、散乱Ｘ線が発生することがある。この散乱Ｘ線は、ナイフエッジ４０で遮蔽されるので、散乱Ｘ線によるＸ線測定データのノイズを低減し、高精度な測定分析を実現することが可能となる。

図１２はナイフエッジ４０の効果を検証するための実験例を示す図である。
同図に示す測定データＡは、ナイフエッジ４０を設けていない図２に示す構造のＸ線分析用試料保持装置を用いて、Ｘ線回折測定を実施することにより得られた測定データである。一方、測定データＢは、ナイフエッジ４０を設けた図１１（ａ）に示す構造のＸ線分析用試料保持装置を用いて、Ｘ線回折測定を実施することにより得られた測定データである。それぞれのＸ線分析用試料保持装置は、ナイフエッジ４０以外は同じ寸法・構造に構成してある。

これら測定データＡ、Ｂの比較から明らかなように、回折Ｘ線のピーク強度が現れる走査角度以外の領域において、測定データＡには散乱Ｘ線によるノイズが重畳されているため、特に低角領域で測定された回折Ｘ線強度が、測定データＢに比べて大きな値を示している。

１０：試料ホルダ、１１：ホルダ本体、１２：試料充填部（凹溝）、１３：嵌合凸部、１３ａ：角形凸部、１３ｂ：芯部、
２０：ベース部材、２０ａ：ベース部材の上面、２１：装着部、２１ａ：装着部の底面、２２：嵌合面、２３：ロックピン、２４：保持溝、２４ａ：保持溝の上部領域、２４ｂ：保持溝の下部領域、２５：切欠き部、
３０：気密部材、３１：本体部、３２：Ｘ線透過窓、３３：Ｘ線窓材、３４：操作部、３５：嵌合部、３５ａ：嵌合部の外周面、３６：Ｏリング、３７：円周溝、３８：Ｌ字溝、３８ａ：Ｌ字溝の終端部
４０：ナイフエッジ
１００：グローブボックス、１０１：ゴム手袋、１０２：アンティチャンバ、
２００：Ｘ線分析装置、２０１：Ｘ線照射位置、２０２：試料支持部

Claims (7)

1. 試料を充填するための試料充填部を有する試料ホルダと、この試料ホルダを保持するためのベース部材と、当該ベース部材に保持された前記試料ホルダの周囲を被覆するように前記ベース部材へ着脱自在に装着される気密部材と、を備えたＸ線分析用試料保持装置であって、
   前記ベース部材には、前記気密部材を装着するための装着部が形成してあり、
   前記気密部材には、前記装着部へ嵌め込んで装着される嵌合部が形成してあり、
   且つ、前記装着部と嵌合部との相互間に、当該嵌合部を当該装着部に嵌め込む過程で係合して、前記ベース部材からの前記気密部材の離脱を阻止するロック機構を設けたことを特徴とするＸ線分析用試料保持装置。
2. 前記気密部材は、内部を中空部としたブロック形状に形成した本体部と、この本体部の下面から突き出して形成した前記嵌合部とを含み、
   前記嵌合部の下端面が開口して前記本体部内の中空部と連通しており、
   前記本体部を切り欠いてＸ線透過窓が形成され、当該Ｘ線透過窓を覆うようにしてその周囲にＸ線窓材が形成され、
   前記本体部における前記Ｘ線透過窓が形成されていない表面領域に、操作者が掴んでこの嵌め込み操作を実行可能な操作部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析用試料保持装置。
3. 前記Ｘ線窓材は、金属、人工鉱物又は高分子のうちのいずれか一つで形成してあることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分析用試料保持装置。
4. 前記ベース部材には、前記試料ホルダを着脱自在に保持するための保持溝が形成してあり、前記試料ホルダには、当該保持溝に嵌め込んで保持される嵌合凸部が形成してあり、
   さらに、前記試料ホルダにおける前記試料充填部は凹溝で形成され、当該凹溝の開口面が長方形状に形成され、
   前記ベース部材の保持溝に対して、前記試料ホルダの嵌合凸部を中心軸周りに９０°向きを変えて嵌め込むことで、前記凹溝の開口面における長方形状の長辺又は短辺を、入射Ｘ線の光軸と直交する向きに配置する構成を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線分析用試料保持装置。
5. 前記ベース部材の上面は、Ｘ線分析装置に装着した際に同装置におけるＸ線照射位置と同じ高さ位置に配置され、
   前記凹溝の開口面は、当該試料ホルダが前記ベース部材に保持されたとき、前記ベース部材の上面と同一平面上に配置されるように位置決めしてあることを特徴とする請求項４に記載のＸ線分析用試料保持装置。
6. 前記気密部材は、前記本体部の中空部内に、天井面から下方へ垂下して、前記Ｘ線透過窓から入射してきた散乱Ｘ線を遮蔽するためのナイフエッジが設けてあることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分析用試料保持装置。
7. 前記ベース部材の装着部は、凹部又は凸部で形成され、
   前記気密部材の嵌合部は、前記装着部に嵌め込むことができる筒形に形成してあり、
   前記装着部と前記嵌合部とが嵌合する面の相互間に、前記ロック機構が設けてあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線分析用試料保持装置。

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