JP2021039099A - 試料容器ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線回折測定の精度と測定効率とを向上させる。【解決手段】試料が充填される管状容器をＸ線回折装置の試料装着部に取り付けるための試料容器ホルダであって、管状容器を保持する第１ホルダと、第１ホルダに取り付けられ、第１ホルダを支持する第２ホルダと、を備え、第１ホルダと第２ホルダとは、一方のホルダが筒状であって、その内部に他方のホルダを内挿させて軸方向にスライドできるように構成される、試料容器ホルダである。【選択図】図１

Description

本発明は、試料容器ホルダに関する。

Ｘ線回折装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線を試料に照射したとき、試料から反射または透過してくる回折Ｘ線を検出して、試料の結晶構造等を分析するための分析装置であり、各種物質の非破壊分析に広く用いられている。

粉末試料のＸ線回折測定においては、試料量が十分にある場合、平板のガラスなどのホルダの中央にある凹み部に粉末試料を入れ、ガラス平板を使って余分な試料を掻き取るという作業を、粉末試料の高さがガラスホルダの基準面と同じ高さとなるまで繰り返し行うことになる。ガラスホルダの基準面と粉末試料の高さを一致させることは回折ピークの角度ズレを防止する点で重要である。

ただし、この方法では、余分な粉末試料を擦り切るためにガラス板に加える力加減で粉末粒子がある結晶方位に揃ってしまうことがある。そのような粉末試料をＸ線回折測定すると一部の回折ピークの強度が強く検出されるなど粒子配向の影響が生じてしまう。この場合、定性分析の際、参照する結晶構造データベース（ＩＣＤＤ）に登録されている回折ピークの強度比が変わり、試料本来の結晶構造解析、定量分析に誤差が生じてしまうおそれがある。

そこで、粉末試料の調製時の粒子配向の問題を回避するため、粉末試料を例えばガラス製のキャピラリに充填し、無配向でＸ線回折測定する方法が提案されている（例えば特許文献１や２を参照）。

具体的には、特許文献１に示すように、片端部が封止されたガラス製のキャピラリに微量の粉末試料を導入した後、キャピラリに振動を与え、粉末試料を充填し、キャピラリを適宜の長さに切断する。次に、キャピラリを切断して得られる管状容器を金属製の試料容器ホルダに支持固定する。そして、試料容器ホルダをマウント治具（例えばゴニオメータヘッなど）に装着し、このマウント治具をＸ線回折装置のゴニオメータの試料装着部に配置して測定を行う。

粉末試料をキャピラリに充填してＸ線回折測定を行う方法には、粉末試料を無配向で測定できるだけでなく、粉末試料が極微量であっても十分な精度で測定を行えるという利点もある。

特開２００５−２９１８１７号公報 特許第６００１０６７号公報

キャピラリを用いたＸ線回折測定では、透過法により測定を行うのが一般的である。透過法では、キャピラリを切断して得られる管状容器を、その長手方向の中心線を回転軸として回転させながらＸ線照射を行い、検出器を走査しながら粉末試料を透過した回折Ｘ線を検出する。

管状容器をＸ線回折装置に導入する際、粉末試料の充填部分がＸ線照射領域に位置するよう試料装着部に取り付ける必要がある。一般に、試料装着部からＸ線照射領域までの距離は決まっているため、その距離に応じて管状容器が所定の長さとなるようキャピラリを切断する必要がある。

しかし、キャピラリを所定の位置で切断できず、得られる管状容器の長さがばらつくことがある。管状容器が所定の長さとならないと、粉末試料の充填部分がＸ線照射領域から外れてしまうことがある。また特に、粉末試料が少量である場合、充填部分が短くなるため、充填部分がＸ線照射領域からより外れやすくなる。

Ｘ線回折装置においては、管状容器を角度調整できるものの、回転軸に沿った方向へ移動できないため、充填部分がＸ線照射領域から外れてしまう場合は、粉末試料のキャピラリへの充填やキャピラリの切断、角度調整などの一連の工程を繰り返すこととなり、測定効率が悪くなることがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線回折測定の精度と測定効率とを向上させる技術を提供することを一目的とする。

本発明の第１の態様は、
試料が充填される管状容器をＸ線回折装置の試料装着部に取り付けるための試料容器ホルダであって、
前記管状容器を保持する第１ホルダと、
前記第１ホルダに取り付けられ、前記第１ホルダを支持する第２ホルダと、を備え、
前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、一方のホルダが筒状であって、その内部に他方のホルダを内挿させて軸方向にスライドできるように構成される、
試料容器ホルダが提供される。

本発明の第２の態様は、第１の態様の試料容器ホルダにおいて、
前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、前記第２ホルダが筒状であって、前記第２ホルダの内部に前記第１ホルダを内挿できるように構成され、
前記第１ホルダは、当該第１ホルダを前記第２ホルダの軸方向にスライドさせるためのガイドを表面に備え、
前記第２ホルダは、軸方向に向かって一部または全長にわたって切り欠いて形成される、前記ガイドをスライドさせるためのガイド用スリットを備える。

本発明の第３の態様は、第２の態様の試料容器ホルダにおいて、
前記第２ホルダは、筒状の本体部分に厚さ方向に貫通するネジ孔を備え、
前記ネジ孔にネジを挿入して前記第１ホルダに押し当てることで前記第１ホルダの前記第２ホルダの前記軸方向へのスライドを制止する。

本発明の第４の態様は、第２の態様の試料容器ホルダにおいて、
前記第２ホルダは、前記ガイド用スリットから前記軸方向に垂直な周方向に向かって一部を切り欠いて形成される制止用スリットを備え、
前記制止用スリットは、前記制止用スリットに前記ガイドを移動させたときに、前記第１ホルダの前記第２ホルダの前記軸方向へのスライドを制止する。

本発明の第５の態様は、第１の態様の試料容器ホルダにおいて、
前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、一方のホルダが雄ネジ構造を有し、他方のホルダが雌ネジ構造を有するように構成され、前記第１ホルダまたは前記第２ホルダを回転させることにより前記第１ホルダまたは前記第２ホルダを前記軸方向へスライドできるように構成される。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかの試料容器ホルダにおいて、
前記第１ホルダは、前記管状容器を挿入させて支持する挿入孔を有し、
前記挿入孔は、径が深さ方向に向かって狭くなるテーパ形状を有する。

本発明によれば、Ｘ線回折測定の精度と測定効率とを向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる試料容器ホルダの概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 図２は、第１ホルダの概略図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ´の断面図である。 図３は、第２ホルダの概略図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ´の断面視図である。 図４は、試料容器ホルダを試料装着部に取り付けたときの概略図を示す。 図５は、試料容器ホルダを試料装着部に取り付けたときの概略図を示す。 図６は、本発明の他の実施形態にかかる試料容器ホルダの側面図である。 図７（ａ）は、キャピラリの斜視図であり、（ｂ）は、管状容器の斜視図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について説明する。

（管状容器）
まず、試料容器ホルダに支持固定される管状容器について図７を用いて説明する。図７の（ａ）はキャピラリの斜視図であり、（ｂ）は管状容器の斜視図である。

管状容器３０は、キャピラリ２０を切断して得られるものである。キャピラリ２０は、例えば石英ガラス、リンデマンガラス、ボロシリケートガラス、ソーダガラスなどの材料から形成され、Ｘ線回折装置で微小量の粉末試料を測定するために使用される試料容器である。具体的には、図７（ａ）に示すように、キャピラリ２０は、粉末試料を充填するための一端が閉じた管状部２１と、管状部２１の他端の開口に接続され、管状部２１に粉末試料を導入するための外側に向かって拡径する漏斗状部２２とを備えて構成される。管状容器３０は、キャピラリ２０の管状部２１へ漏斗状部２２を介して粉末試料を導入して充填した後、図７（ａ）の点線に示すように漏斗状部２２を切断することで得られ、図７（ｂ）に示すように、主に管状部２１で構成される。

（試料容器ホルダ）
次に、試料容器ホルダについて図１〜３を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る試料容器ホルダの概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。図２は、第１ホルダの概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ´の断面図である。図３は、第２ホルダの概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ´の断面を矢印方向に見たときの断面視図である。

試料容器ホルダ１は、管状容器３０をＸ線回折装置に取り付けるためのものである。本実施形態の試料容器ホルダ１は、図１（ａ）に示すように、第１ホルダ１１と、第２ホルダ１２とを備えて構成される。

第１ホルダ１１は、管状容器３０を保持できるように構成される。本実施形態では、第１ホルダ１１は、中空部を有する筒状体からなる。第１ホルダ１１の一端には、管状容器３０を軸方向に向かって挿入する挿入孔１５があり、挿入孔１５に管状容器３０を粉末試料の充填部分が突出するように差し込むことで、管状容器３０を保持させることができる。

第２ホルダ１２は、第１ホルダ１１に取り付けられ、第１ホルダ１１を支持する。また、第２ホルダ１２は、例えばゴニオメータヘッド等に取り付けられて、Ｘ線回折装置のゴニオメータに取り付けられる。

第１ホルダ１１と第２ホルダ１２とは、一方のホルダが筒状であって、その内部に他方のホルダを内挿させて軸方向にスライドできるように構成される。本実施形態では、第２ホルダ１２が筒状で、その内部に第１ホルダ１１を内挿できるように構成されている。これにより、第２ホルダ１２に対して第１ホルダ１１をスライドさせて、第１ホルダ１１の一部を第２ホルダ１２の内側に収容したり、第２ホルダ１２から第１ホルダ１１を引き出したりすることで、試料容器ホルダ１の全長を調整することができる。

第１ホルダ１１および第２ホルダ１２の軸方向の長さは、試料容器ホルダ１を用いて管状容器３０をＸ線回折装置に導入したときに粉末試料の充填部分がＸ線照射領域に配置できれば特に限定されない。例えば、試料容器ホルダ１の全長を１０ｍｍ〜３５ｍｍの範囲内で調整できるような長さであればよい。

第１ホルダ１１と第２ホルダ１２とは、一方のホルダに他方のホルダを内挿できればよいが、各ホルダが同軸的に配置され、それぞれの中心軸が一致することが好ましい。中心軸を一致させる観点からは、筒状の一方のホルダの内径は、内挿させる他方のホルダの外径と略同一であるとよい。

また、第１ホルダ１１は、第１ホルダ１１を第２ホルダ１２に対してスライドさせるためのガイド１３を備え、第２ホルダ１２は、ガイド１３がスライドできるようなガイド用スリット１４を備えることが好ましい。このような構成によれば、ガイド１３をガイド用スリット１４に沿ってスライドさせることで、第１ホルダ１１を第２ホルダ１２に対して容易にスライドさせることができる。なお、図１（ａ）および（ｂ）では、ガイド１３の形状はピン状となっているが、この形状は例えば指やピンセット等で掴めるような形状であれば特に限定されない。また、ガイド用スリット１４は、図１（ａ）では、第２ホルダ１２において軸方向に向かって全長にわたり切り欠いて形成されているが、一方の端部から軸方向に向かって一部に切り欠いて形成されていてもよい。ガイド用スリット１４の長さは、ホルダをスライドさせる距離に応じて適宜変更するとよい。

第１ホルダ１１と第２ホルダ１２との固定は、特に限定されない。例えば図１（ａ）に示すように、第２ホルダ１２に筒状の本体部分に厚さ方向に貫通するネジ孔１６を設けることが好ましい。このようなネジ孔１６によれば、ネジ孔１６にネジを挿入して第１ホルダ１１に押し当てることで第１ホルダ１１が第２ホルダ１２に対してスライドしないよう固定することができる。

また、第１ホルダ１１の挿入孔１５は、径が深さ方向に向かって狭くなるテーパ形状であることが好ましい。挿入孔１５をテーパ形状とすることにより、管状容器３０を第１ホルダ１１に差し込みやすくなり、作業性を向上させることができる。

なお、第１ホルダ１１および第２ホルダ１２の材質は、特に限定されず、例えば金属、プラスチックなど所望の強度が得られるものを用いることができる。この中でも、比重が高く、加工精度が高いことから金属が好ましい。

（Ｘ線回折測定方法）
続いて、上述した試料容器ホルダ１を用いてＸ線回折測定を行う方法について図を用いて説明する。図４は、試料容器ホルダを試料装着部に取り付けたときの概略図を示す。

まず、キャピラリ２０に粉末試料を充填して漏斗状部２２を切断し、管状容器３０を準備する。具体的には、キャピラリ２０の漏斗状部２２から粉末試料を少量ずつ添加し、キャピラリ２０をタッピングすることで粉末試料を管状部２１へ導入する。この操作を、粉末試料が管状部２１において所定の位置となるまで、繰り返し行う。そして、粉末試料が所定位置まで充填された後、漏斗状部２２と管状部２１との間を切断する。例えば図７（ａ）に示す点線部分を切断することで、粉末試料が充填された管状容器３０を準備する。なお、管状容器３０の開口部分は封止してもよい。

次に、図４に示すように、管状容器３０を第１ホルダ１１の挿入孔１５に差し込み、粉末試料の充填部分３１が挿入孔１５から突出するように管状容器３０を保持する。管状容器３０を安定して固定させる観点からは、管状容器３０と挿入孔１５の周縁部とを固着材３２で固着させることが好ましい。固着材３２としては、例えばワックス（ろう）、接着剤、粘土および熱収縮チューブのいずれかを用いることができる。ワックス（ろう）および粘土としては、取り扱いが容易なことから、手で触れたときに軟化変形できるような物を用いるとよい。熱収縮チューブとしては、その材質は特に限定されず、管状容器３０の耐熱性に応じて適宜選択するとよい。熱収縮チューブを用いる場合は、熱収縮チューブを細い筒状に成形して管状容器３０と挿入孔１５の周縁部との間に設けた後に加熱するとよい。

次に、管状容器３０を保持した第１ホルダ１１を筒状の第２ホルダ１２に内挿させる。このとき、第１ホルダ１１に設けられるガイド１３が第２ホルダ１２のガイド用スリット１４に入るように第１ホルダ１１を第２ホルダ１２に内挿させる。第１ホルダ１１を第２ホルダ１２に取り付けることで、各ホルダを軸方向にスライド可能な試料容器ホルダ１を構成することができる。なお、第１ホルダ１１に第２ホルダ１２を取り付けた段階では各ホルダは固定せず、後工程で長さを調整した後に固定を行う。

次に、管状容器３０を保持した試料容器ホルダ１を、例えば図４に示すように、ゴニオメータヘッド４０に配置する。ゴニオメータヘッド４０は、Ｘ線回折装置におけるゴニオメータの試料装着部５０に取り付けられ、Ｘ線回折装置内に測定試料を導入するためのものである。続いて、ガイド１３をガイド用スリット１４に沿って移動させることで、管状容器３０における粉末試料の充填部分３１がＸ線照射領域に位置するように第１ホルダ１１をスライドさせて、試料装着部５０から充填部分３１までの長さＬを調整する。例えば、管状容器３０の長さが短い場合であれば、試料容器ホルダ１を引き伸ばし、逆に管状容器３０が長い場合であれば、試料容器ホルダ１を縮めるといったように、試料容器ホルダ１を伸縮させて、充填部分３１をＸ線照射領域に配置させる。なお、第１ホルダ１１がＸ線照射領域に侵入してしまうと、Ｘ線が減衰したり、第１ホルダ１１に由来する回折Ｘ線が検出されたりするので、第１ホルダ１１はその挿入孔１５側の端部がＸ線照射領域にかからないようスライドさせるとよい。

次に、試料容器ホルダ１とゴニオメータヘッド４０とを固定する。本実施形態では、ゴニオメータヘッド４０に設けられる貫通孔４１と、筒状の第２ホルダ１２に設けられるネジ孔１６との位置を合わせ、そこにネジ（図示略）を挿入して第１ホルダ１１に押し当てる。これにより、ゴニオメータヘッド４０に試料容器ホルダ１を固定するとともに、第１ホルダ１１と第２ホルダ１２とを固定してスライドを制止することができる。

次に、管状容器３０の回転軸が偏心しないように管状容器３０の角度調整を行う。具体的には、ゴニオメータヘッド４０に取り付けられる軸調整機構（図示略）を使用して、管状容器３０を回転軸に対して偏心しないよう管状容器３０の角度を調整する。角度調整後、管状容器３０を取り付けたゴニオメータヘッド４０をＸ線回折装置におけるゴニオメータの試料装着部５０に取り付ける。なお、角度調整は、ゴニオメータにゴニオメータヘッド４０を取り付けた後に行ってもよい。また必要に応じて、管状容器３０を回転軸に対して水平な方向（ｘ軸またはｙ軸）に移動させてもよい。

最後に、管状容器３０を回転させながら表面にＸ線を照射し、透過する回折Ｘ線を検出することで、管状容器３０に充填される粉末試料の情報を取得することができる。

以上のように、本実施形態の試料容器ホルダ１によれば、第１ホルダ１１と第２ホルダ１２とをスライドさせることで、試料容器ホルダ１の長さを適宜変更することができる。そのため、キャピラリ２０を切断したときに得られる管状容器３０の長さにかかわらず、その長さに応じて試料容器ホルダ１を引き伸ばしたり縮めたりすることで、管状容器３０の粉末試料の充填部分３１をＸ線照射領域に好適に配置させることができる。また、粉末試料が少量で、管状容器３０に充填したときの充填部分３１が短い場合であっても、試料容器ホルダ１を伸縮させることで充填部分３１をＸ線照射領域に好適に配置させることができる。したがって、キャピラリ２０を適切な長さに切断できない場合や粉末試料が少なく充填部分３１が短い場合であっても、高い測定精度を実現できるとともに、粉末試料の充填をやり直す必要がないので、測定効率を高めることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

上述した実施形態では、第２ホルダ１２のネジ孔１６とゴニオメータヘッド４０の貫通孔４１とを合わせてねじ止めすることにより、試料容器ホルダ１をゴニオメータヘッド４０に固定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、ゴニオメータヘッド４０の内部に固定材４２を配置して、試料容器ホルダ１をゴニオメータヘッド４０に固定させてもよい。この固定材４２としては、磁石、ワックス（ろう）、テープ、接着剤のいずれかを用いることができる。固定材４２として磁石を用いる場合は、第１ホルダ１１を非磁性材料で、第２ホルダ１２を磁性材料でそれぞれ構成するとよい。磁石固定の場合、試料容器ホルダ１を容易に脱着できるので、作業効率をより高めることができる。なお、第１ホルダ１１と第２ホルダ１２とは、長さを調節した後に上述した固着材を用いて固定するとよい。

上述した実施形態では、第１ホルダ１１と第２ホルダ１２との固定をネジ止めで行う場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、第２ホルダ１２に、ガイド用スリット１４から軸方向に垂直な周方向に向かって一部を切り欠いて形成される制止用スリット１７を、軸方向に所定の間隔をあけて複数設けることが好ましい。制止用スリット１７によれば、制止用スリット１７にガイド１３が位置するよう第１ホルダ１１を移動させることで、第１ホルダ１１が第２ホルダ１２に対してスライドしないよう固定することができる。

また、上述した実施形態では、第２ホルダ１２が筒状で、その内部に第１ホルダ１１を内挿させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、第１ホルダ１１が筒状で、その内部に第２ホルダ１２を内挿させるように構成してもよい。

また、上述した実施形態では、第１ホルダ１１にガイド１３を、第２ホルダ１２にガイド用スリット１４をそれぞれ設け、ガイド１３をガイド用スリット１４に沿って移動させることで第１ホルダ１１をスライドさせる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１ホルダ１１および第２ホルダ１２を、一方のホルダが雄ネジ構造を、他方のホルダが雌ネジ構造を有し、いずれか一方を回転させることで軸方向にスライドできるように構成してもよい。

具体的には、第２ホルダ１２が、筒状で、その内周面にネジ山を備えるメネジ構造を有し、第１ホルダ１１が外周面にネジ山を備えるオネジ構造を有する、もしくは、第１ホルダ１１が、筒状で、その内周面にネジ山を備えるメネジ構造を有し、第２ホルダ１２が外周面にネジ山を備えるオネジ構造を有するように構成するとよい。このように各ホルダをネジ構造とすることで、軸方向でのスライドを制御しやすくなるため、試料容器ホルダ１の長さを微調整することができる。しかも、第１ホルダ１１と第２ホルダ１２との固定も兼ねることができるので、作業効率をより高めることができる。

１ 試料容器ホルダ
１１ 第１ホルダ
１２ 第２ホルダ
１３ ガイド
１４ ガイド用スリット
１５ 挿入孔
１６ ネジ孔
１７ 制止用スリット
２０ キャピラリ
２１ 管状部
２２ 漏斗状部
３０ 管状容器
３１ 充填部分
３２ 固着材
４０ ゴニオメータヘッド
４１ 貫通孔
４２ 固定材
５０ 試料装着部

Claims (6)

1. 試料が充填される管状容器をＸ線回折装置の試料装着部に取り付けるための試料容器ホルダであって、
   前記管状容器を保持する第１ホルダと、
   前記第１ホルダに取り付けられ、前記第１ホルダを支持する第２ホルダと、を備え、
   前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、一方のホルダが筒状であって、その内部に他方のホルダを内挿させて軸方向にスライドできるように構成される、
   試料容器ホルダ。
2. 前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、前記第２ホルダが筒状であって、前記第２ホルダの内部に前記第１ホルダを内挿できるように構成され、
   前記第１ホルダは、当該第１ホルダを前記第２ホルダの軸方向にスライドさせるためのガイドを表面に備え、
   前記第２ホルダは、軸方向に向かって一部または全長にわたって切り欠いて形成される、前記ガイドをスライドさせるためのガイド用スリットを備える、
   請求項１に記載の試料容器ホルダ。
3. 前記第２ホルダは、筒状の本体部分に厚さ方向に貫通するネジ孔を備え、
   前記ネジ孔にネジを挿入して前記第１ホルダに押し当てることで前記第１ホルダの前記第２ホルダの前記軸方向へのスライドを制止する、
   請求項２に記載の試料容器ホルダ。
4. 前記第２ホルダは、前記ガイド用スリットから前記軸方向に垂直な周方向に向かって一部を切り欠いて形成される制止用スリットを備え、
   前記制止用スリットは、前記制止用スリットに前記ガイドを移動させたときに、前記第１ホルダの前記第２ホルダの前記軸方向へのスライドを制止する、
   請求項２に記載の試料容器ホルダ。
5. 前記第１ホルダと前記第２ホルダとは、一方のホルダが雄ネジ構造を有し、他方のホルダが雌ネジ構造を有するように構成され、前記第１ホルダまたは前記第２ホルダを回転させることにより前記第１ホルダまたは前記第２ホルダを前記軸方向へスライドできるように構成される、
   請求項１に記載の試料容器ホルダ。
6. 前記第１ホルダは、前記管状容器を挿入させて支持する挿入孔を有し、
   前記挿入孔は、径が深さ方向に向かって狭くなるテーパ形状を有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の試料容器ホルダ。