JP3117833B2 - 蛍光x線分析装置 - Google Patents

蛍光x線分析装置

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JP3117833B2
JP3117833B2 JP05040312A JP4031293A JP3117833B2 JP 3117833 B2 JP3117833 B2 JP 3117833B2 JP 05040312 A JP05040312 A JP 05040312A JP 4031293 A JP4031293 A JP 4031293A JP 3117833 B2 JP3117833 B2 JP 3117833B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、蛍光X線分析におけ
る微量分析の検出下限向上に関する。
【0002】
【従来の技術】X線管球から発生するエネルギー幅の広
い一次X線を試料に照射する直接励起方式による蛍光X
線分析装置では、前記試料中の元素が励起されて発生す
る特性X線の他に、前記一次X線が前記試料で散乱され
る散乱X線が発生する。前記試料から発生するX線をX
線検出器で検出し、波高分光されたX線スペクトル上で
は前記特性X線(蛍光X線)に起因するピークに対し
て、前記散乱X線は、バックグランドを形成する。この
バックグランドは、蛍光X線分析における検出下限を制
約するものである。この直接励起方式において、前記バ
ックグランドを下げるために前記X線管球と、前記試料
の間に特定のエネルギー範囲だけ大きく吸収する元素で
構成された一次フィルタを配置する。この一次フィルタ
により、前記一次X線のうち前記特定のエネルギー範囲
だけ大きく吸収され、減衰した一次X線が前記試料に照
射される。前記試料に含まれる元素の特性X線のエネル
ギーが前記エネルギー範囲にあれば、検出下限が向上す
る。
【0003】この直接励起方式の他に、X線管球から発
生する一次X線を単一元素で構成されたターゲット板に
照射しターゲット板から発生する単一元素の特性X線を
試料に照射して、前記試料中の元素を励起する二次ター
ゲット励起方式がある。この二次ターゲット方式では前
記ターゲット板から発生するKα線をモノクロ化するた
め、X線の吸収端がKα線とKβ線の中間にあるような
元素で構成された吸収板を前記ターゲット板と、前記試
料の間に配置し、Kβ線を取り除くようにしている。こ
の二次ターゲット方式では、前記ターゲット板から発生
するKα特性X線でほとんど前記試料を励起するため、
バックグランドが下がり、かつ、単一エネルギーのX線
で前記試料を励起するため、定量分析のための解析モデ
ルが単純化される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記直接励起方式で使
用される前記一次フィルタは、前記フィルタを構成する
構成元素のX線の吸収端を利用するものなので、吸収端
より高エネルギー側は、試料に到達するX線が大きく減
衰し、エネルギーが高くなるにつれて減衰率は小さくな
る。そのため、前記吸収端のエネルギーから高エネルギ
ー側へ、数KeVは、バックグランドが低下するので、
その範囲に特性X線をもつ元素の測定しか検出下限が向
上しないという問題点があった。
【0005】更に、前記試料中に含まれる主元素の特性
X線エネルギーの低エネルギー側に微量元素の特性X線
のエネルギーがある場合、エネルギー分散型X線検出系
の計数率の上限から、X線管球の管電流の設定が前記主
元素のピークで決まって、前記微量元素の特性X線強度
を十分には得られないという問題点があった。
【0006】一方、前記二次ターゲット励起方式では、
前記ターゲット板から発生する特性X線で励起するため
複数個の元素の異なるターゲット板を用意して、測定元
素に応じて前記ターゲット板を切り換えることにより低
エネルギーから高エネルギーまで測定可能になり、かつ
検出下限の向上が期待できる。
【0007】しかし、前記ターゲット板でもX線管球か
ら発生する一次X線を微量ながら散乱するため、極微量
分析する時は、この散乱過程が問題になっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】X線管球と、切換可能な
複数個のターゲット板の内の1個の選択されたターゲッ
ト板との間に、前記ターゲット板を構成する元素の原子
番号より少なくとも5以上小さい原子番号の元素で構成
される吸収板が吸収板切換機構から選べる機構として、
前記X線管球から発生する一次X線により前記ターゲッ
ト板を励起し発生するX線の強度が、吸収板による吸収
がない時の強度とくらべて10%から90%までの範囲
内に低下させるような吸収板を選択して前記一次X線を
吸収させる。前記ターゲット板から発生するX線を測定
試料に照射し、前記試料から発生する特性X線を検出す
る。前記ターゲット板が選択された時、ターゲット板の
種類に応じて、あらかじめX線管球の管電圧と管電流は
指定された値をし前記X線管球に印加する。
【0009】また、二次ターゲットによる励起方式(二
次ターゲット励起)と前記一次X線を試料に直接照射す
る方式(直接励起)とを切り換えられる機構を有し、直
接励起方式の時は、X線の照射量を制限する微小孔を有
するコリメータを配置する。
【0010】
【作用】前記吸収板の挿入により前記ターゲット板から
発生し、測定試料に照射されるX線強度は、10%から
90%に低下するが、前記ターゲット板は通常特性X線
の内、特にK線を発生するものを選ぶことが多い。この
時、前記吸収板の構成元素を前記ターゲット板の構成元
素より5以上小さい元素で構成すると吸収板の構成元素
の吸収端エネルギーより上は、吸収端がなく、かつ前記
吸収板の吸収端エネルギーに近ければ、近いほど多く吸
収する。この効果は指数関数で変化することと、前記タ
ーゲット板から発生するX線強度は、前記ターゲット板
を構成する元素の吸収端か下のエネルギーX線がその発
生には寄与せず上のエネルギー全部がその発生に寄与す
ることで、前記測定試料に照射されるX線量をさほど
なわずに、前記吸収板を構成する元素の吸収端エネルギ
ーから前記ターゲット板を構成する元素の特性X線エネ
ルギーまでは、大きく前記一次X線が吸収される。
【0011】そのため前記ターゲット板で散乱される前
記エネルギー範囲のX線も極端に小さくなり、前記測定
試料から発生する散乱X線も同様に小さくなる。そのた
め、測定されるX線スペクトルではバックグランドが小
さくなり、検出下限が向上する。
【0012】
【実施例】以下、図1に従い本発明の実施例を説明す
る。X線管球1は、一次X線aを発生する。発生した一
次X線1aは、吸収板2a(フィルタ)を通過して、二
次ターゲット3aを照射する。吸収板2aは、吸収板切
換機構2に保持されており、吸収切換機構2は複数の材
質の異なった吸収板2aを備えている。吸収切換機構機
構2を回転することにより任意に、一次X線1aが通過
する吸収板2aを切換えることができる。
【0013】二次ターゲット3aは、二次ターゲット切
換機構3に保持されている。二次ターゲット切換機構3
は、複数の材質の異なった二次ターゲット3aを備えて
いる。二次ターゲット切換機構3を回転することによ
り、任意に一次X線1aが照射する二次ターゲット3a
を切換えることができる。
【0014】二次ターゲット3aから発生する二次X線
1bは、測定する試料4を照射する。試料4を構成する
元素は、二次X線1bにより励起され、蛍光X線1cを
発生する。発生した蛍光X線1cは、エネルギー分散型
のX線検出器5に入射し、電気信号dに変換され、波高
分析器6でX線スペクトルとして検出される。
【0015】コンピュータ7は波高分析器6にて検出さ
れたX線スペクトルを読み込んで、定性/定量分析す
る。二次ターゲット機構3で、Si板、Ti板、Cr
板、Ni板、Zn板、Zr板の二次ターゲット3aを選
択可能にし、吸収機構2でBe200μm板、Cr10
0μm板、Al50μm、Al100μm、Al200
μm、Al300μm、Pb5mmの吸収板2aまた
は、ブランクを選択可能にした本実施例の説明する。
【0016】例えば、二次ターゲット切換機構3でSi
(原子番号14)板の二次ターゲット3aが選択された
時、吸収機構2でBe(原子番号4)200μm板の吸
収板2aを設定する。この時、二次X線強度1bは、B
eの吸収板2aがない時と比べて57%まで低下する。
【0017】一方、Beの吸収板2aで吸収された一次
X線1aのAlKα線に相当するエネルギーでの減衰率
は、0.14%となる。これは試料4から発生する特性
X線と散乱X線の強度比(P/B比)が、2桁改善さ
れ、検出下限が1桁向上する。表1にあるその他の元素
の検出下限も1桁以上向上する。表1にその例を示す。
【0018】
【表1】
【0019】表2に、二次ターゲット3aとしてTi
(原子番号22)板を選択した時に、吸収板2aとして
Al(原子番号13)50μmを設定した例を示す。表
2からは、二次X線強度1bが吸収板2aの吸収効果に
より61%に低下する一方、例えばCaKα相当のバッ
クグランドは0.2%まで低下するので、P/B比が2
桁改善し、検出下限が1桁向上する。
【0020】
【表2】
【0021】表3に二次ターゲット3aとしてCr(原
子番号24)板を選択した時に、吸収板2aとしてAl
(原子番号13)100μmを設定した例を示す。表3
からは二次X線強度1bが、吸収板2aの吸収効果によ
り55%に低下する、一方例えばTiKα相当のバック
グランドは0.08%まで低下するので、P/B比が2
桁以上改善し、検出下限が1桁向上する。
【0022】
【表3】
【0023】表4に二次ターゲット3aとしてNi(原
子番号28)板を選択した時に、吸収板2aとしてAl
(原子番号13)200μmを設定した例を示す。表4
からは、二次X線強度1bが吸収板2aの吸収効果によ
り58.2%に低下する一方、例えばMnKα相当のバ
ックグランドは、0.13%まで低下するので、P/B
比が2桁改善し、検出下限が1桁向上する。
【0024】
【表4】
【0025】表5に二次ターゲット3aとしてNi(原
子番号28)板を選択した時に、吸収板2aとしてAl
(原子番号13)300μmを設定した例を示す。表5
からは、二次X線強度1bが吸収板2aの吸収効果によ
り57%に低下する一方、例えばCoKα相当のバック
グランドは、0.2%まで低下するので、P/B比が2
桁改善し、検出下限が1桁向上する。
【0026】
【表5】
【0027】表6に二次ターゲット3aとしてZr(原
子番号30)板を選択した時に、吸収板2aとしてCr
100μmを設定した例を示す。表6からは、二次X線
強度1bが吸収板2aの吸収効果により37%に低下す
る一方、例えばPbLα相当のバックグランドは、0.
019%まで低下するので、P/B比が3桁改善し、検
出下限が1桁向上する。
【0028】
【表6】その他の元素を二次ターゲット3aとして使用
した時に、吸収板2aの元素と厚みが同様に実験的に決
定され使用される。測定を終了したら、吸収板としてP
b5mmを選択すると、X線は完全にカットされ測定試
料の変換が可能になる。もちろん、吸収板切換機構2に
シャッター機能を持たせる他に、シャッター機構を独立
に配置する構成でも良い。二次ターゲット切換機構3
で、前記金属板の他に合金あるいはグラファイト等の軽
元素を二次ターゲットとして使用する場合、合金の場合
は二次X線1bとして特性X線が何本か発生し、グラフ
ァイト等の軽元素の場合は、散乱するX線が多いので散
乱線で試料4の原子を励起することになる。
【0029】この時は、吸収板切換機構2をX線のパス
からはずれて出入れ可能な機構を設けるか、ブランクを
吸収板切換機構2の設定で選べるようにしておく。この
ような二次ターゲット励起方式の他に、X線管球1から
発生する一次X線aを直接測定試料4に照射する直接励
起方式とを切り換える機構を持たせる。この直接励起方
式の場合は、一次X線a’は、微小孔を有する制限コリ
メータ8を通って、測定試料4に照射される。これは一
次X線a7があまりに強すぎるため、X線管球1に流す
管電流を落とす必要があるが、管電流の直線性を考慮す
ると、せいぜい2桁から3桁までの可変範囲が通常限度
である。そのため、さらに一次X線a’を弱めるために
制限コリメータ8を配置する。
【0030】
【発明の効果】蛍光X線の測定強度は、吸収板の吸収効
果で数10%吸収されるが、バックグランドは2〜3桁
以上吸収されるのでP/B比が向上し、検出下限が下が
る。つまり、検出感度がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の概略斜視図である。
【符号の説明】
1 X線管球 2 吸収板切換機構 3 二次ターゲット切換機構 4 試料 5 エネルギー分散型X線検出器 6 波高分析器 7 コンピュータ 8 微小有孔制限コリメータ 1a 一次X線(二次ターゲット励起方式) 1a’二次X線(直接励起方式) 1b 吸収板を通過した二次X線 1c 蛍光X線 d 電気信号

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次X線を発生するX線管球と、前記一
    次X線を照射され二次X線を発生する異なった複数の材
    質のターゲット板と、前記一次X線を照射するターゲッ
    ト板を任意に切換可能にするターゲット切換機構と、前
    記ターゲット板から発生する二次X線を、測定試料に照
    射することにより、前記測定試料中に含まれる元素から
    発生する蛍光X線を検出するエネルギー分散型X線検出
    器と、前記X線管球と前記ターゲット板との間に切換可
    能に配置された材質の異なった複数個の吸収板とよりな
    る蛍光X線分析装置において、 前記吸収板は、前記ターゲット板構成元素の原子番号よ
    り少なくとも5以上小さい原子番号元素で構成されて
    いることを特徴とする蛍光X線分析装置。
  2. 【請求項2】 前記エネルギー分散型蛍光X線分析装置
    において、 前記複数個のターゲット板の内の1個を選択した時、あ
    らかじめ前記ターゲットの種類ごとに決められた電圧を
    前記X線管球に印加される機構を持ち、前記吸収板は、 前記選択されたターゲットと前記電圧の
    条件下で発生する前記二次X線の強度が前記吸収板によ
    る吸収で10%から90%の範囲まで減衰する板厚
    ーゲット種類毎に決められて切換可能になっている請求
    項1記載の蛍光X線分析装置。
  3. 【請求項3】 前記エネルギー分散型蛍光X線分析装置
    において、前記複数個の吸収板の他に、1個は前記一次
    X線をほとんどすべて吸収する遮蔽板で1個は、吸収板
    が装着されていない、ブランクを有し、非測定時は前記
    遮蔽板を選択し、測定時は前記複数個の吸収板の内の1
    個が前記ブランクを選択できる請求項1記載の蛍光X線
    分析装置。
  4. 【請求項4】 前記エネルギー分散型蛍光X線分析装置
    において、前記蛍光X線励起方式の他に、前記X線管球
    と、前記試料の間に駆動機構を有するシャッターを有
    し、前記試料が前記一次X線により直接励起することが
    可能なように、多数の微小孔を有する制限板を前記X線
    管球と前記試料の間に配置した請求項1記載の蛍光X線
    分析装置。
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