JP2023174576A - バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法 - Google Patents

バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法を提供する。【解決手段】岩石の関心領域で事前設定された対象形状を画定しそれに対して標識を付加する標識ステップと、垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする第１のエッチングステップと、傾斜ドリルピンを利用して、岩石での輪郭凹溝に位置する周辺領域に対して、傾斜ドリルピンに近い側の凹溝の、サンプリング深さに対応する底部が露出されるまで傾斜エッチングを行う第２のエッチングステップと、傾斜ドリルピンを利用して底部が露出された凹溝から始まり岩石を切断し、対象形状に対応する対象試料を取得する第３のエッチングステップと、面走査ステップと、微小領域分析ステップと、を含む。【選択図】図１１

Description

本発明は、微小領域顕微分析の技術分野に関し、具体的にはバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法に関する。
微小領域顕微分析方法は、高空間解像度、高精度及び微量分析に基づく分析方法であり、現在は既に地球科学及び材料科学研究における重要な技術方法の１つになっている。その地球科学分野での応用を例とし、微小領域顕微分析技術方法の実現過程は、概ね以下の通りである。主に電子顕微鏡、電子プローブ、分光計、プラズマ質量分析計、イオンプローブ及び原子プローブ顕微鏡に基づき、ｃｍ－ｍｍ－μｍ－ｎｍスケールで岩石／鉱物などに対して顕微構造観察、相の同定、成分試験及び同位体分析を行って、岩石／鉱物の形成要因メカニズム、年表歴史及びその経験した地質過程などを解明する。
地質試料は、野外から採集されてきた大バルク体岩石が多く、直接に試験計器に入れて分析することができないため、岩石に基づいて分析すべき試料を製造する必要がある。微小領域顕微分析方法の実験では、試料の採取及び調製は、極めて核心的なものである。従来の試料調製方法は、バルク体岩石を順次に切断、接着及び研磨して光薄片に調製するか、又はバルク体岩石を破砕することにより、鉱物を選別しターゲット材に調製するか、というものである。しかし、このような試料調製方法は、往々にして原岩の全体構造を破壊することになり、微小領域サンプリングの範疇に属さないため、複雑な地質岩石試料の対象領域を確実に取得することができない。
大きなバルク体岩石の中から対象領域の微小領域試料を取得して分析するために、現在広く使用されている微小領域サンプリング方法は、２つ含む。
１つは、微小領域サンプラーを介して粉末試料を掘削し、次に真空ピペットで試料を吸収して次のステップの試験に用いるものである。例えば、特許文献１は、顕微鏡、ミニチュアドリル機、真空ピペットチップなどの部材を一体に組合せ可能な微小領域サンプラーであって、使用が便利で、順次に調整する必要がなく、ミニチュアドリル機及び真空ピペットチップを同一の固定器接続材に固定することで、試料掘削及び吸着収集を同時に行うことが容易になる、微小領域サンプラーを開示する。使用時に、試料を移動プラットフォームに置き、ソフトウェアにより移動プラットフォームを制御して、試料位置を調整し、同時に顕微鏡を介してサンプリング位置を決定し、サンプリング位置をミニチュアドリル機下方に移動し、ミニチュアドリル機及び真空ポンプをオンにし、試料の掘削と同時に真空ピペットチップにより試料粉末を収集する。
しかし、このような微小領域サンプリング方法は、岩石を位置決めして微小領域バルク体のサンプリングを行うことができず、加えて掘削された粉末試料は、同位体化学分析のみを行うことができるが岩石対象領域の他の微小領域分析を実現することができず、例えば顕微構造の特徴付け、鉱物組成及びＳＩＭＳ年表分析などを行うことができない。
他の１つは、中空ドリルを介して対象領域の岩芯試料を掘削するものである。該方法の利点は、岩石の対象領域で微小円柱状試料を取得可能であり、構造組成が簡単な岩石試料に適していることである。しかし、多段階成長環帯、劈開構造及び成分交代の特徴を有する複雑地質試料については、中空ドリルは、往々にして岩石の原岩特徴に沿って任意の形状のサンプリングを行うことができず、中空ドリルにより掘削された円柱状試料は、原岩の連続的特徴の代表となることが困難であり、そのため、該円柱状試料に基づいて原岩の組織構造に対する正確な特徴付けを実現することができない。したがって、当分野は、岩石試料の微小領域サンプリングの課題を解決するために、新たな技術態様が必要になっている。
また、精細な集束イオンビーム顕微鏡（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ ｂｅａｍ、ＦＩＢと略称される）微小領域サンプリング方法もあるが、該方法は、イオンビーム及び電子ビームを利用してバルク体試料（小）に対してマイクロナノスケールの加工を行い、長さ＊幅＊厚さ≒１０μｍ×５μｍ×０．１μｍであるＴＥＭ薄片試料を調製するものである。しかし、該方法は、マイクロナノスケールの加工のみを行うことができ、大バルク体岩石のミリからセンチメートル級のサンプリング範疇（野外から採集されてきた大バルク岩石は、微小領域バルク体のサンプリングを経ていないため、ＦＩＢのチャンバーの中に入れられない場合が多い）に属さないため、２つのサンプリング方法のさらなる比較詳細を繰り返し説明しない。
相応的に、当分野は、上記課題を解決するために、新たな技術態様が必要になっている。
中国実用新案第２０６６９６０１８号明細書
本発明は、少なくともある程度で上記技術的課題を解決するために提出される。
具体的には、本発明が解決しようとする技術的課題は、新たなバルク体岩石に対する微小領域サンプリング方法及びこれに基づいた原位置顕微分析方法を提供することである。
これに鑑みて、本発明は、バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法を提供し、前記方法は、岩石の関心領域で事前設定された対象形状を画定し、前記対象形状に標識を付加する標識ステップと、バルク体岩石をミニチュアドリルサンプラーの３軸載置台に固定し、垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングすることで、岩石に前記対象形状に対応する輪郭凹溝を形成させる第１のエッチングステップと、傾斜ドリルピンを利用して、岩石での輪郭凹溝に位置する周辺領域に対して、傾斜ドリルピンに近い側の凹溝のサンプリング深さに対応する底部が露出されるまで傾斜エッチングを行う第２のエッチングステップと、傾斜ドリルピンをさらに利用して底部が露出された凹溝から始まり、岩石を切断し、対象形状に対応する対象試料を取得する第３のエッチングステップと、前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行い、対象試料の成分分布特徴を取得する面走査ステップと、前記成分分布特徴に応じて、前記対象試料に対して微小領域原位置顕微分析を行う微小領域分析ステップと、を含む。
このように構成すれば、対象形状に基づいたサンプリング技術及び原位置顕微分析方法が与えられる。
当業者であれば、実際のニーズに応じて対象形状の具体的な形式を決定可能であり、例えば平行四辺形、長方形、正方形、三角形（例えば等辺三角形、二等辺三角形又は他の三角形）又は任意の他の異型形状であってもよい、ことを理解できる。これを踏まえ、垂直／傾斜ドリルピンの食刻／切断作業を組み込むことにより任意の事前設定された対象形状の対象試料が取得される。
当業者であれば、実際のニーズに応じて垂直／傾斜ドリルピンの直径及び長さなどを決定可能であり、例えばバルク体岩石の大きさ及び深さに応じてそれに適応した選択を行うことができる、ことを理解できる。例示的に、微小領域サンプリング過程においては、最適な対象試料の取得を確保するために、垂直ドリルピン及び傾斜ドリルピンは、異なるドリルピンサイズを採用可能である。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記した「垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする」ことは、垂直ドリルピンの位置を固定させ、対象形状に沿って３軸載置台を移動して、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングするか、又は３軸載置台を固定させ、垂直ドリルピンの岩石表面における位置を移動して、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする、ことを含む。
このように構成すれば、垂直ドリルピンに対応する工程の可能な操作形態が与えられる。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記傾斜ドリルピンの食刻方向と水平面との間の挟角範囲は、３０～７０°である。
このように構成すれば、傾斜ドリルピンに対応する工程の操作限定形態が与えられる。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記方法は、採取過程中の対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール溶液を付加することをさらに含む。
このように構成すれば、採取過程中の対象試料をタイムリーに冷却及び洗浄する１つの具体的な形態が与えられる。
本発明において、発明者は、実験及び分析の繰り返しを経て、エタノール溶液に液体窒素を添加することにより、本発明で採用されるエタノール冷却液を調合した。そのうち、エタノール冷却液の主な役割は、掘削過程の対象試料を冷却することであり、具体的には、常圧下で、液体窒素温度は、－１９６℃であり、実際のニーズに応じて液体窒素の添加量を調整することができる（全体的な傾向としては、添加の量が多いほど、エタノール冷却液の温度が低くなる）。添加量の多少に応じて、エタノール冷却液の温度を氷点下数十度まで下げることができ、このようなエタノール冷却液を採用して掘削過程の岩石を降温することで対象試料が掘削過程で摩擦受熱されるため構造的に変化することを防止し、岩石の固有構造特徴を保護可能であり、そのため、掘削過程の対象試料に対する冷却効果が顕著である。次に、エタノール冷却液は、洗浄、防塵、垂直／傾斜ドリルピンの損壊防止などの役割を果たすこともできる。このように、採取過程中の対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール冷却液を付加することで、採取過程中の対象試料に対して効果的な冷却及び洗浄が行われる。例えばエタノール溶液は、市販される一般的なエタノール（例えば濃度が９９．７％である）が採用される。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、ピペット滴定の形態を採用して採取過程中の対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール溶液を付加する。
このように構成すれば、対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール溶液を付加する１つの具体的な実現形態が与えられる。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記方法は、前記垂直ドリルピン及び／又は前記傾斜ドリルピンの作業過程で発生した破片及び粉末を収集することをさらに含む。
この構成によれば、エッチング過程で発生した破片及び粉末による垂直ドリルピン及び／又は傾斜ドリルピンの影響を低減又は回避することが図れる。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、真空ピペットを採用して前記垂直ドリルピン及び／又は前記傾斜ドリルピンの作業過程で発生した破片及び粉末を収集する。
このように構成すれば、破片及び粉末を収集する１つの具体的な実現形態が与えられる。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記標識ステップの前に、前記方法は、岩石の採取すべき試料の上、下表面の平坦度を保証するために、岩石の採取すべき試料に対して表面の前処理を行うことをさらに含む。
このように構成すれば、岩石の採取すべき試料の品質を保証可能である。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記対象試料の輪郭サイズに対応する長さ及び幅は、いずれもミリ級まで小さくセンチメートル級まで大きくすることができる。
このように構成すれば、対象試料の輪郭サイズの範囲が与えられる。
また、長さ及び幅以外に、対象試料の仕様は、前記明細書で記載されたサンプリング深さをさらに含み、例えば現在市場における垂直ドリルピンの長さは最長で２ｃｍであるため、対象試料のサンプリング深さは、最大で２ｃｍ以下になるべきである。
上記バルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法については、１つの可能な実施形態において、前記した「前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行う」ことは、μ－ＸＲＦ分光計を使用して前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行うことを含む。
このように構成すれば、面走査分析の１つの具体的な実現形態が与えられる。
本発明の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法に基づけば、岩石（原岩）の組織構造、成長環帯などの特徴に従って任意の対象形状を事前設定し、対象形状に対応する対象試料に対して（ＸＯＺ、ＹＯＺ）横断面の顕微特徴付けを行うことができ、これにより、原岩の成分分布及び鉱物組成などの情報をより明確に取得可能であるため、原岩に表される地質的意味の解明に有利である。
以下、図面を参照しながら本発明のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法を説明する。図面中、
図１ａはＸＹＺ座標のみを含む岩石の構造模式図を示す。 図１ｂはＸＹＺ座標を含み且つ対象形状が標識された岩石の構造模式図を示す。 図２は垂直ドリルピンのエッチング原理模式図を示す。 図３は傾斜ドリルピンのエッチング原理模式図を示す。 図４ａは掘削された対象試料の側面視模式図（ＸＯＺ面）を示す。 図４ｂは掘削された対象試料の正面視模式図（ＹＯＺ面）を示す。 図４ｃは掘削された対象試料の平面視模式図（ＸＯＹ面）を示す。 図５はＸＹＺ座標を含み且つ矩形の対象形状が標識された岩石の実例図を示し、図におけるコインが参照物である。 図６ａは垂直ドリルピンのエッチング効果図を示す。 図６ｂは垂直ドリルピンのエッチングされた輪郭凹溝を示す。 図７ａは傾斜ドリルピンのエッチング効果図を示す。 図７ｂは岩石の中から抽出された対象試料を示し、図７ｂには対象試料が取り出された後に岩石に残された微小損傷穴６及び参照物としてのコインがさらに示される。 図８は対象試料のＸＯＺ横断面でのＸＲＦ面走査された成分分布特徴図を示す。 図９は対象試料のＹＯＺ横断面でのＸＲＦ面走査された成分分布特徴図を示す。 図１０ａは図９における白枠部分の後方散乱画像を示す。 図１０ｂは図９における白枠部分の鉱物分布図を示す。 図１１は本発明の１つの実施例のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法のフロー模式図を示す。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を説明する。当業者であれば、これらの実施形態は、本発明の技術原理を解釈するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限することを意図するものではないを理解すべきである。本発明に記載のバルク体岩石は、単に地質岩石を指しているのではなく、形状／構造が岩石に類似するセラミック材料、金属材料、文物破片なども含む。また、本実施形態は、対象形状が矩形であることに合わせて紹介しているが、これは、本発明の保護範囲を制限することを意図するものではなく、本発明の原理から逸脱することなく、当業者としてはそれを柔軟に変更可能である。
なお、本発明の説明において、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「内」、「外」などにより指示される方向又は位置関係の用語は、図面に示す方向又は位置関係に基づくものであり、これは、説明を容易にするためのものに過ぎず、前記装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成されて操作されなければならないことを指示又は暗示するものではないため、本発明を制限するものとしては理解できない。また、用語「第１」、「第２」、「第３」は、目的を説明するためのものに過ぎず、相対重要性を指示又は暗示するものとしては理解できない。単数形式の用語「１つ」、「これ」は、複数形式を含んでもよい。
また、本発明をよりよく説明するために、下記明細書の具体的な実施形態では多くの具体的な詳細が与えられているが、当業者であれば、何らかの具体的な詳細がなくても、本発明は同じように実施できることを理解すべきである。いくつかの実施例において、本発明の主旨を際立てるために、当業者に熟知されるＳＥＭなどの原理などについては、詳しく説明されていない。
本発明の実施形態において、図１ａ、図１ｂは、ＸＹＺ座標のみを含む岩石の構造模式図、及びＸＹＺ座標を含み且つ対象形状が標識されたバルク体岩石の構造模式図をそれぞれ示し、図２は、垂直ドリルピンのエッチング原理模式図を示し、図３は、傾斜ドリルピンのエッチング原理模式図を示し、図４ａ、図４ｂ、図４ｃは、掘削された対象試料の側面視模式図、正面視模式図及び平面視模式図をそれぞれ示し、図５は、ＸＹＺ座標を含み且つ矩形の対象形状が標識されたバルク体岩石の実例図を示し、図６ａ、図６ｂは、垂直ドリルピンのエッチング効果図及びエッチングされた輪郭凹溝をそれぞれ示し、図７ａ、図７ｂは、傾斜ドリルピンのエッチング効果図及びバルク体岩石の中から抽出された対象試料をそれぞれ示し、図８は、対象試料のＸＯＺ面でのＸＲＦ面走査された成分分布特徴図を示し、図９は、対象試料のＹＯＺ面でのＸＲＦ面走査された成分分布特徴図を示し、図１０ａ、図１０ｂは、図９における白枠部分の後方散乱画像及び鉱物分布図をそれぞれ示し、図１１は、本発明の１つの実施例のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法のフロー模式図を示す。以下、前述した全ての図を参照し且つ主に図１１に合わせて本発明を説明する。
図１１に示すように、１つの可能な実施形態において、本発明のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及びその原位置顕微分析方法は、主に以下のステップを含む。
Ｓ１１０１において、岩石の上、下表面が平坦であり且つ岩石のテクスチャがはっきりと見えることを確保するために、ＳｉＣサンドペーパーを使用して岩石１（原岩）の上、下表面に対して機械的研磨の前処理を行う。
例えば４００＃、８００＃、２０００＃のＳｉＣサンドペーパーを順次に採用して岩石の上、下表面に対して機械的研磨を行い、水道水を使用して冷却を行うことができ、研磨後の岩石は、表面が平坦であり且つ明らかで大きな引っかき傷がない。
Ｓ１１０３において、バルク体岩石の組織構造特徴に応じて、岩石のためのＸＹＺ座標を作成する。
例えば本例示において、図１ａに示す方向に従って、右前方の下頂点を原点Ｏとし、前から後をＸ軸正方向（Ｏ－Ｘ方向）とし、右から左をＹ軸正方向（Ｏ－Ｙ方向）とし、下から上をＺ軸正方向（Ｏ－Ｚ方向）とする。
Ｓ１１０５において、岩石で関心のある領域を決定し、関心のある領域に対応して対象形状を設定しそれに対して標識を付加する。（標識ステップ）
本例示において、対象形状２は、矩形でありほぼ岩石の上表面の中部に位置する。
また、対象形状に対応する対象試料の輪郭サイズの長さ、幅及び事前設定されたサンプリング深さは、実際の状況に応じて決定可能であり、例えばミリ級まで小さく、センチメートル級まで大きくすることができる。
例えば顕微鏡で岩石表面の組織特徴を観察することにより、組織特徴に応じて岩石のＸＹＺ座標をユーザー定義し関心のある領域を決定する。例えば関心のある領域でマーカーペン／バルクトリミングナイフを利用することで対象試料に対応する対象形状を標識することができる。例えば本例示において、長さ、幅、高さは、いずれもミリ級である。標識箇所の対象形状は、矩形であり、矩形の長さは４ｍｍであり、幅は３ｍｍであり、対象試料のサンプリング深さは３ｍｍである。
Ｓ１１０７において、岩石をミニチュアドリルサンプラーの３軸載置台に固定し、対象試料のサンプリング深さに従って、相応仕様（例えば直径、長さなど）の垂直ドリルピン３を選択し、垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする（第１のエッチングステップ）。
例示的に、例えば両面テープを使用して岩石をミニチュアドリルサンプラーの３軸載置台に固定し、直径が４００μｍである垂直ドリルピンを選択し、垂直ドリルピンの軸方向位置を動かないように固定させ、微小領域サンプラーの起動後、垂直ドリルピンが高速に回転し、その後標識形状に従って３軸載置台を連続的に移動することで、岩石が対象形状（矩形）に従ってエッチングされうることを確保する。
当業者であれば、実際の試料硬度などに応じてエッチング過程での垂直ドリルピンの回転速度及び下に向かってエッチングする速度を柔軟に調節可能であることを理解できる。
Ｓ１１０９において、垂直ドリルピンの食刻過程において、真空ピペットによりエッチング過程で発生した粉末及び破片を収集することで、それらによるエッチング速度及びエッチング精度の影響を防止し、例えば収集された粉末及び破片を廃棄試料として処理可能である。
Ｓ１１１１において、垂直ドリルピンの食刻過程において、ピペット滴定の形態を採用して採取過程中の対象試料にエタノール冷却液を付加する。例えば液体窒素をエタノール溶液が収容されたビーカーに注ぎ、ガラス棒で均一に撹拌し、エタノール冷却液を調合形成する。
このような処理は、垂直ドリルピンが岩石と摩擦するために発生した熱量を効果的に低減し、岩石の受熱による組織構造の変化を防止することができるだけでなく、また、垂直ドリルピン及び対象形状に対応する輪郭凹溝を効果的に洗浄することもできる。
例示的に、垂直ドリルピンのドリルは、数分間ごとに作業が停止され、次にまず真空ピペットで、作業過程で発生した粉末及び破片を収集し、その後採取過程中の試料にエタノール冷却液を滴定する。
Ｓ１１１３において、挟角（傾斜ドリルピンの食刻方向と水平面との間の挟角）が固定である傾斜ドリルピン４を利用して、岩石での輪郭凹溝に位置する周辺領域に対して、傾斜ドリルピンに近い側の凹溝のサンプリング深さに対応する底部が露出されるまで傾斜エッチングを行う（第２のエッチングステップ）。
Ｓ１１１５において、傾斜ドリルピン４をさらに利用して依然として該固定である挟角で底部が露出された凹溝から始まり岩石を切断し、対象形状に対応する対象試料を取得する（第３のエッチングステップ）。
例えば図３に示す方向に従って、本例示において、傾斜ドリルピンは、輪郭凹溝の周辺領域の右側（矩形の長辺）から開始し、凹溝の露出に対応するエッチング作業及び凹溝の露出後に対応する切断作業を行う。
傾斜ドリルピンの食刻方向と水平面との間の挟角は、対象試料のサンプリング深さなどに応じて調節可能であり、例えば挟角の範囲は、通常３０～７０°の間にあり、好ましくは、挟角の範囲は、３０～４５°の間である、ことを理解できる。
例えば取得された対象試料の長さは３ｍｍであり、幅は１．７ｍｍであり、高さは３ｍｍである。そのうち、長さ及び幅がその前の矩形サイズよりも若干小さい理由は、エッチング過程で一定のサイズロスが存在するからである。そのため、対象形状を設定する時に、サイズを想定された対象試料のサイズよりも少なくとも１ｍｍ大きくなるように設計できるとよい。対象試料を取得すると同時に、岩石１の表面にもそれに対応する微小損傷穴６が残された。
前述した垂直ドリルピンに類似し、真空ピペットを利用して傾斜ドリルピンのエッチング／切断過程で発生した粉末及び破片を収集することも、ピペットを採用して採取過程中の対象試料に、液体窒素が付加されたエタノール溶液（エタノール冷却液）を滴定することも可能である。
Ｓ１１１７において、取得された対象試料５の各横断面（垂直／傾斜ドリルピンの作業エッチングにより取得された面）に対して研磨処理を行い、例えばサンドペーパー研磨及び研磨布研磨の処理を順次に行う。
例えば取得された対象試料におけるＸＯＺ横断面及びＹＯＺ横断面を選び、この２つ横断面に対して順次に５０００＃のサンドペーパー及び研磨布を使用して精細研磨（研磨ペーストは水性ダイヤモンド研磨ペーストである）を行い、表面が平坦であり、引っかき傷がなくなるまで研磨することができる。
Ｓ１１１９において、研磨後の対象試料のＸＯＺ横断面及びＹＯＺ横断面に対して炭素及び金属を吹き付ける必要がなく、直接にμ－ＸＲＦ分光計を使用しロスレス的で大面積の面走査分析を行い、対象試料の成分分布特徴を取得する（面走査ステップ）。
例えば図８は、左から右へと、対象試料のＸＯＺ横断面におけるＣａ、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎの５元素の成分分布特徴を順次に示す。図から分かるように、対象試料のＸＯＺ横断面におけるＣａ、Ｐの２元素の分布が比較的均一であるが、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎの３元素の分布が極めて不均一である。
例えば図９は、左から右へと、上から下へと、対象試料のＹＯＺ横断面におけるＣａ、Ｐ、Ｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎの６元素の成分分布特徴を示す。図から分かるように、対象試料のＹＯＺ横断面におけるＣａ、Ｐ、Ｏの３元素の分布が比較的均一であるが、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎの３元素の分布が極めて不均一である。
対象試料の異なる横断面のいずれにもＦｅ、Ｍｇ、Ｍｎの分布が不均一である現象が存在するため、この分析に基づけば、本実施例で抽出されたバルク体対象試料には３次元の元素の分布が不均一である現象が存在していることを説明でき、この現象は、該対象試料を含む岩石全体に元素分布の差別化の現象が存在していることを指示でき、このような現象は、地質岩石の組織構造を理解する上で重要な意味を有する。例えばこの現象については、地質事件の過程における不純物元素の同型置換に起因する可能性もあれば、異なる鉱物の共存による元素分布の差別性に起因する可能性もある。この２つの原因については、どの原因が支配的であるかを明確にして、正確な岩石組織構造及び鉱物分布状況を取得することを可能にするには、対象試料に対してより精細な顕微分析を行う必要がある。
Ｓ１１２１において、対象試料の成分分布特徴に応じて、適切な試料位置を選択しより精細な微小領域原位置顕微分析を行う。（微小領域分析ステップ）
具体的には、対象試料のＸＯＺ横断面及びＹＯＺ横断面の成分分布特徴を取得した後、それらに対して、例えば走査型電子顕微鏡結像（ＳＥＭ）、電子プローブ結像（ＥＰＭＡ）、イオンプローブ分析（ＳＩＭＳ）、集束イオンビーム加工（ＦＩＢ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の特徴付け、ひいては原子スケールの３次元原子プローブ再構成（ＡＰＴ）などのより精細な微小領域原位置顕微分析を行うことができる。本例示は、走査型電子顕微鏡結像の後方散乱画像及び鉱物分布図に合わせて紹介しており、当業者であれば、実際のニーズに応じて他の形態のより精細な微小領域顕微分析を選択可能である。
対象試料のＹＯＺ横断面を例とし、ＹＯＺ横断面の成分分布特徴に従って、研究しようとする領域（図９における白枠部分）を選択し、次に走査型電子顕微鏡を利用して原位置後方散乱結像分析及び鉱物識別を行い、対象試料のＹＯＺ横断面の組織構造情報を測定する。
例えば図１０ａに示す後方散乱画像では、明、暗コントラストの不均一の分布が示され、これは、異なる種類の鉱物がその中に分布していることを表明し、そのうち、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ元素が濃集された領域は、後方散乱画像（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｉｍａｇｅ）におけるコントラストが暗い鉱物（多結晶体散乱分布）に対応し、Ｃａ、Ｐ、Ｏが濃集された領域は、コントラストが明るい鉱物に対応する。
さらに、走査型電子顕微鏡鉱物ソフトウェア分析システムにより図１０ｂに示す鉱物分布図を取得し、鉱物分布図により、コントラストが低い鉱物は白雲石、コントラストが明るい鉱物は方解石として識別され、またその中にはいくつかの粘土鉱物も点在している。
上記分析によれば、岩石における鉱物種類及び異なる種類の鉱物の分布特徴を基本的に明確にすることができ、具体的には、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ元素の濃集は、不純物元素の同型置換によるものではなく、対象試料の中に散乱分布している白雲石鉱物のためである。
さらに、電子プローブを利用してＹＯＺ横断面の鉱物に対して定量の元素分析を行うことも、ＦＩＢを利用してより精細な顕微加工を行ってＴＥＭ／ＡＰＴ試料を調製し、それから透過型電子顕微鏡及び原子プローブにより対象試料に対してナノメートルスケール及び原子スケールの特徴付けを行うことも可能である。
これから分かるように、本発明の１つのバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法には、以下の技術的効果がある。
１．本発明の微小領域サンプリング方法は、原岩の全体構造を破壊することなく、岩石の関心領域に対して対象位置に基づいた微小領域バルク体のサンプリングを行う。これに基づいて、本発明は、原岩の組織構造、成長環帯などの特徴に従って対象位置に対応するサンプリング形状を設定可能である。
２．本発明は、液体窒素が付加されたエタノール冷却液を対象試料のエッチング領域に滴定することにより、対象試料を効果的に降温及び洗浄可能である。
３．本発明の方法に従って採取された対象試料は、そのＸＯＹ面に対して原位置顕微特徴付けを行うことができるだけでなく、そのＸＯＺ及びＹＯＺ横断面に対して顕微分析を行うこともでき、これは、従来の中空ドリルサンプリング法により取得された円柱状試料に備えられていないものである。
なお、上記実施例では各ステップを特定の前後順番に従って説明したが、当業者であれば、本発明の効果を実現するために、異なるステップの間は必ずしもこのような順番で実行するのではなく、同時に実行しても又は他の順番で実行してもよいし、何らかのステップを追加、置換又は省略してもよいことを理解できる、ということを指摘しておく必要がある。
なお、上記具体的な形態により構成されたバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法を例示として紹介したが、当業者であれば、本発明はここに限られるべきではないことを理解できる。事実上、ユーザは、完全に実際の応用場面などの状況に応じて関連のステップ及びステップにおけるパラメータなどの要素を柔軟に調整可能である。
これまで、図面に示す好ましい実施形態に合わせて本発明の技術態様を説明してきたが、当業者であれば、本発明の保護範囲が当然なことにこれらの具体的な実施形態に限られないことは容易に理解される。本発明の原理から逸脱しない前提で、当業者は、関連技術特徴に対して同等の変更又は置換を行うことができ、これらの変更又は置換後の技術態様はいずれも本発明の保護範囲内に収まる。
１・・・岩石、２・・・対象形状、３・・・垂直ドリルピン、４・・・傾斜ドリルピン、５・・・対象試料、６・・・微小損傷穴。

Claims (10)

  1. 岩石の関心領域に、事前設定された対象形状を画定し、前記対象形状に標識を付加する標識ステップと、
    岩石をミニチュアドリルサンプラーの３軸載置台に固定し、垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングすることで、岩石に前記対象形状に対応する輪郭凹溝を形成させる第１のエッチングステップと、
    傾斜ドリルピンを利用して、岩石での、輪郭凹溝に位置する周辺領域に対して、傾斜ドリルピンに近い側の凹溝の、サンプリング深さに対応する底部が露出されるまで傾斜エッチングを行う第２のエッチングステップと、
    傾斜ドリルピンをさらに利用して底部が露出された凹溝から始まり岩石を切断し、対象形状に対応する対象試料を取得する第３のエッチングステップと、
    前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行い、対象試料の成分分布特徴を取得する面走査ステップと、
    前記成分分布特徴に応じて、前記対象試料に対して原位置微小領域顕微分析を行う微小領域分析ステップと、を含む、
    ことを特徴とするバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  2. 前記した「垂直ドリルピンを利用して標識が付加された位置で、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする」ことは、
    垂直ドリルピンの位置を固定させ、対象形状に沿って３軸載置台を移動して、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングするか、又は
    ３軸載置台を固定させ、垂直ドリルピンの岩石表面における位置を移動して、事前設定されたサンプリング深さに到達するまで垂直エッチングする、ことを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  3. 前記傾斜ドリルピンの食刻方向と水平面との間の挟角範囲は、３０～７０°である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  4. 採取過程中の対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール溶液を付加することをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  5. ピペット滴定の形態を採用して採取過程中の対象試料に、液体窒素が添加されたエタノール溶液を付加する、
    ことを特徴とする請求項４に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  6. 前記垂直ドリルピン及び／又は前記傾斜ドリルピンの作業過程で発生した破片及び粉末を収集することをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項４に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  7. 真空ピペットを採用して、前記垂直ドリルピン及び／又は前記傾斜ドリルピンの作業過程で発生した破片及び粉末を収集する、
    ことを特徴とする請求項６に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  8. 前記標識ステップの前に、
    岩石の採取すべき試料の上、下表面の平坦度を保証するために、岩石の採取すべき試料に対して表面の前処理を行うことをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  9. 前記対象試料の輪郭サイズに対応する長さ及び幅は、いずれもミリ級まで小さくセンチメートル級まで大きくすることができる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
  10. 前記した「前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行う」ことは、
    μ－ＸＲＦ分光計を使用して前記対象試料の食刻された面に対して面走査分析を行うことを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のバルク体岩石の微小領域サンプリング技術及び原位置顕微分析方法。
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