JP3572333B2 - X-ray fluorescence analyzer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散型としてもエネルギ分散型としても使用できる蛍光X線分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
蛍光X線分析装置は、試料の被測定部に一次X線を照射し、この被測定部から発生する蛍光X線を検出手段で検出して、被測定部における元素の分析を行うものである。検出手段としては、波長分散型検出手段と、エネルギ分散型検出手段とがある。
【0003】
波長分散型検出手段は、波長分解能に優れているが、広範囲の波長における蛍光X線の強度を測定するには、長時間を要するという特徴がある。一方、エネルギ分散型検出手段は、分解能は波長分散型検出手段に比べて劣るが、同時的に広範囲の波長における蛍光X線の強度を測定できるという特徴がある。したがって、短時間で大まかな波長分布特性を調べるにはエネルギ分散型検出手段が適しており、狭い波長範囲において、高い分解能、つまり正確な蛍光X線分析を行うには波長分散型検出手段が適している。これにより、分析の目的に応じてエネルギ分散型検出手段と波長分散型検出手段とを使い分ければ、効率のよい分析を行うことができる。また、定性分析をエネルギ分散型検出手段で行い、この後に特定の元素の定量分析を波長分散型検出手段で行うと、全く未知の試料に対しても迅速かつ正確な蛍光X線分析ができる。
【0004】
波長分散型検出手段とエネルギ分散型検出手段とを兼ね備え、いずれの検出手段によってもX線を検出できるX線分析装置は、既に知られている。
特開平5−281163号に開示されているX線分析装置は、図6に示すように、X線管4から1次X線3を照射して、試料台2上の試料1から発生する2次X線5をソーラスリット7で平行化して分光器8で分光し、検出器9で検出するとともに、2次X線5をエネルギ分散型の検出器12にも取り込んでX線分析を行う。
【0005】
また、特開平10−206356号に開示されている蛍光X線分析装置は、図7に示すように、X線管4から1次X線3を照射して、試料台2上の試料1から発生する蛍光X線5を分光器8で分光して検出器9に取り込むが、この分光器8は、例えば矢印A方向へ移動して蛍光X線5の通路から退避することができる。分光器8が蛍光X線5の通路から退避すると、エネルギ分散型の検出器12が蛍光X線5を取り込むこととなり、波長分散型の検出がエネルギ分散型の検出に切り換わる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図6に示したX線分析装置の場合、試料1と分光器8との間の第1の蛍光X線の通路81が試料1の表面となす角度、すなわち波長分散型検出の取り出し角θ1と、試料1とエネルギ分散型の検出器12との間の第2の蛍光X線の通路82が試料1の表面となす角度、すなわちエネルギ分散型の取り出し角θ2とは相違する。つまり、受光面積が小さいために入射する蛍光X線の強度が低くなりがちなエネルギ分散型の検出器12の方の強度をできる限り高くするために、エネルギ分散型の検出器12の方の取り出し角を大きくしている。
【0007】
ところで、X線分析において、測定するX線の強度は、その取り出し角に依存し、その相関関係は複雑である。したがって、このように波長分散型の取り出し角θ1とエネルギ分散型の検出器の取り出し角θ2とが相違する場合、それぞれの測定強度をそのまま対比することはできず、また、取り出し角度による補正をしても、取り出し角度に対するX線強度の相関関係が試料組成にも依存して複雑であるため、正確には補正されず、この不確定さから分析精度が向上しないという問題がある。さらに、試料の表面に微小な凹凸があって、試料表面が粗い場合は、たとえ取り出し角が等しくても、分光器や検出器が試料の被測定部を異なる方向から見込むと、X線の波長分布特性にばらつきがでて、それぞれの測定結果をそのまま対比することはできない。
【0008】
これに対して、図7に示した蛍光X線分析装置の場合、第1の蛍光X線の通路81と第2の蛍光X線の通路82とは同一軸上であり、エネルギ分散型検出の取り出し角と波長分散型検出の取り出し角とはθ1で等しいため、エネルギ分散型のX線強度と波長分散型のX線強度とを、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用することができる。
【0009】
しかし、エネルギ分解能が比較的良好な半導体検出器(SSD)のように、一般に、エネルギ分散型の検出器はその受光面積が小さいので、エネルギ分散型の検出器12を試料1に接近させなければ感度が低下する。エネルギ分散型の検出器のみを備えた蛍光X線分析装置では、分光器を備えないので試料に接近させることは可能であるが、この図7の蛍光X線分析装置の場合、試料1とエネルギ分散型の検出器12との間に分光器8を位置させるので、エネルギ分散型の検出器12を試料1に接近させることはできない。したがって、エネルギ分散型の検出において、感度が低下し、特に、試料の微小部位における蛍光X線を検出する場合には、分析に必要な感度を十分に得られないという問題がある。
【0010】
一方、従来、定性分析を、分光素子を1つだけ備えた1結晶分光器を有する波長分散型検出手段で行い、次に化学状態の分析を、分光素子を2つ備えた2結晶分光器を有する波長分散型検出手段で行う蛍光X線分析が採用されている。このように2結晶分光器を用いるのは、2結晶分光器は1結晶分光器よりも波長分解能が高いため、化学状態分析において、化学状態による蛍光X線の波長変化を検出することができるからである。しかし、この装置の場合、1結晶分光器から、蛍光X線の通路に沿って前後1対の分光結晶を配置した2結晶分光器に変更するには、部品の入替えなどが必要であり、時間と手間がかかっていた。また、2結晶分光器を有する波長分散型検出手段では、後段側の結晶の回動範囲が制限されるという機構的な制約から、測定できる波長の範囲に制限があるため、特定の元素の化学状態のみを調べたい場合において、共存元素の組成の情報が必要な場合があるにもかかわらず、共存元素の波長領域まで走査できないために、十分な定性分析を行うことができなかった。
【0011】
そこで本発明は、波長分散型検出手段による蛍光X線の測定強度と、エネルギ分散型検出手段による蛍光X線の測定強度とを、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できるために分析精度が向上し、かつエネルギ分散型検出手段を試料に近接させて、その感度を十分に得ることができる蛍光X線分析装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかる蛍光X線分析装置は、試料の被測定部に一次X線を照射し、この被測定部から発生する蛍光X線を検出手段で検出して分析する蛍光X線分析装置であって、前記検出手段として、分光器および第1検出器を有する波長分散型検出手段と、エネルギ分散型の第2検出器を有するエネルギ分散型検出手段とを備え、前記試料の被測定部と前記分光器との間の第1の蛍光X線の通路が前記試料の表面となす角度と、前記試料の被測定部と前記エネルギ分散型の第2検出器との間の第2の蛍光X線の通路が前記試料の表面となす角度とが等しく、前記第2の蛍光X線の通路が前記第1の蛍光X線の通路よりも短い。
【0013】
この構成によれば、波長分散型の取り出し角がエネルギ分散型の検出器の取り出し角と等しいので、それぞれ測定した蛍光X線強度は、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できる。したがって、取り出し角度に対する蛍光X線強度の複雑な相関関係に起因する不確定さを抑制でき、分析精度が向上する。また、エネルギ分散型の第2検出器が分光器よりも試料に接近しているため、第2検出器を試料1に接近させることができる。したがって、試料の微小部位の蛍光X線を測定する場合でも、波長分散型検出手段を備えないエネルギ分散型検出手段のみの装置と同様に、十分な感度を得られ、分析精度が向上する。
【0014】
しかも、本発明にかかる蛍光X線分析装置では、前記第1の蛍光X線の通路と前記第2の蛍光X線の通路とは同一軸上にあり、さらに、前記エネルギ分散型の第2検出器を前記第1の蛍光X線の通路に進退させる検出器用移動機構を備えている。この構成によれば、たとえ試料表面に微小な凹凸があって、試料表面が粗い場合でも、第1の蛍光X線の通路と第2の蛍光X線の通路とは同一軸上なので、エネルギ分散型検出手段の第2検出器と波長分散型検出手段の分光器とが試料の被測定部を同一の方向から見込むため、両方の測定結果にばらつきはなく、それぞれの測定結果を、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できる。また、分光器と試料との間の蛍光X線の通路にエネルギ分散型の第2検出器が進退自在であるため、第2検出器を蛍光X線の通路に進入させた時に、試料1に近づけることができ、波長分散型検出手段を備えないエネルギ分散型検出手段のみの装置と同様に、十分な感度を得られ、分析精度が向上する。
【0015】
本発明の好ましい実施形態では、前記エネルギ分散型の第2検出器と前記試料との間に、第1のコリメータが設けられ、この第1のコリメータの少なくとも1つの絞り孔を通過する蛍光X線は、前記エネルギ分散型の第2検出器で検出されるか、または前記分光器で分光されて前記第1検出器で検出される。この構成によれば、第1のコリメータの絞り孔を、エネルギ分散型検出手段および波長分散型検出手段の両方で共用するので、試料の同一の被測定部をエネルギ分散および波長分散の両方で分析することができる。したがって、微小部位からの強度の微弱な蛍光X線について、エネルギ分散型検出手段によって、短時間に波長分布特性を調べた後、必要な波長範囲においてのみ、分解能の高い波長分散型検出手段で強度を測定できるので、試料の微小部位について迅速かつ正確に分析できる。
【0016】
本発明の好ましい実施形態では、前記第1のコリメータと前記分光器との間に絞り孔を有する第2のコリメータが設けられ、この第2のコリメータに前記エネルギ分散型の第2検出器が取り付けられている。この構成によれば、第2のコリメータの絞り孔を、試料と分光器との間の第1の蛍光X線の通路に位置させれば、第2のコリメータは視野制限絞りとしての役割を果たす。一方、第2のコリメータに取り付けられた第2検出器を、試料と分光器との間の第1の蛍光X線の通路に位置させれば、第2のコリメータは第2検出器の支持部材としての役割を果たす。また、第2のコリメータには、エネルギ分散型の第2検出器を蛍光X線通路に進退させる検出器用移動機構が取り付けられているので、第2のコリメータの絞り孔もこの移動機構によって第1の蛍光X線の通路に移動され、第2のコリメータが複数の絞り孔を有している場合でも、絞り孔相互間の切り換えは容易にできる。
【0017】
本発明の好ましい実施形態では、前記被測定部を移動させる試料用移動機構を備える。この構成によれば、試料用移動機構によって、試料中の任意の部位である被測定部に、常に一定の強度分布で一次X線を照射することができる。したがって、試料の微小部位の迅速かつ正確な分析を、試料中の任意の部位について容易に行うことができる。
【0018】
本発明の別の実施形態では、前記分光器が、蛍光X線の通路に沿って前後1対の分光結晶を配置した2結晶分光器である。
【0019】
この構成によれば、エネルギ分散型の検出器で定性分析を行ってから、波長分散型の検出器で化学状態分析を行うことができる。この場合、1結晶分光器の波長分散型の検出器で定性分析を行うのに比べて、定性分析から化学状態分析への切り換えの時間が短縮され、かつ簡便となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基礎となる提案例および本発明の好適な実施形態を図面にしたがって説明する。
図1に、本発明の基礎となる提案例にかかる蛍光X線分析装置を示す。この装置は、試料1が固定される試料台2と、試料1の被測定部1aに傾斜して1次X線3を照射するX線源4とを備える。この装置は、また、試料1の被測定部1aから発生する蛍光X線5を検出する検出手段として、平行化のためのソーラスリット7、分光器8、第1検出器9、およびこれらを一定の位置関係で回動させる図示しないゴニオメータ等を有する波長分散型検出手段6を備える。なお、波長分散型検出手段6は、必ずしもソーラスリット7を通して平行ビームを取り出す平行法のものである必要はなく、いわゆる集中法のものでもよい。その場合は、湾曲結晶を分光器として用い、焦点の位置に検出器が設置され、平行化のためのソーラスリット7は備えない。
【0021】
この装置は、検出手段として、さらに、エネルギ分散型の第2検出器、例えばSSD(半導体検出器)12を有するエネルギ分散型検出手段11も備える。SSD12には、ペルチェ素子を用いた冷却手段13が設けられている。ペルチェ素子13に接続された図示しない導線は、分析チャンバ(図示せず)の外部にまで延びており、ペルチェ素子13に電流を流すための増幅器などの電気回路は、分析チャンバの外部に設けられている。SSDの冷却には、一般的には液体窒素が用いられので、デュアー瓶を備えるために装置の規模が大きくなるが、本提案例のようにペルチェ素子を冷却手段とすることで、装置の規模を小さくすることができる。
【0022】
試料1の被測定部1aと分光器8との間の第1の蛍光X線の通路81が試料1の表面となす角度θ1は、試料1の被測定部1aとSSD12との間の第2の蛍光X線の通路82が試料1の表面となす角度θ2と等しい。但し、θ1とθ2とは厳密に等しくなくてもよく、以下の(1)式を満たせばよい。
|sinθ1−sinθ2|<0.05×|sinθ1| …(1)
また、第2の蛍光X線の通路82は、第1の蛍光X線の通路81よりも短い。すなわち、SSD12は、分光器8よりも試料に接近している。
【0023】
第1の蛍光X線の通路81にはコリメータ20が設けられ、第2の蛍光X線通路82にもコリメータ21が設けられている。それぞれのコリメータ20,21の絞り孔20a,21aは同一の径で、試料1の被測定部1aの同一部位を異なる方向から見込む。
【0024】
次に、この装置の動作について説明する。
X線源4から1次X線3を照射して試料1から蛍光X線5が発生すると、蛍光X線5は絞り孔20a,21aを通過する。次に、エネルギ分散型検出手段11および波長分散型検出手段6で検出した蛍光X線5は、それぞれの波高分析器(図示せず)に接続されたコンピュータ(図示せず)で処理される。
【0025】
本装置においては、波長分散型の取り出し角θ1がエネルギ分散型の検出器の取り出し角θ2と等しいので、それぞれ測定した蛍光X線強度は、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できる。したがって、コンピュータにおける分析結果の処理は、取り出し角度に対する蛍光X線強度の複雑な相関関係を考慮せず行うことができる。これにより、取り出し角度に対する蛍光X線強度の複雑な相関関係に起因する不確定さを抑制でき、分析精度が向上する。
【0026】
例えば、ファンダメンタル・パラメータ法は、理論から求めた蛍光X線強度と実測した蛍光X線強度とを対比して、試料の被測定部の元素の含有率を決める方法である。コンピュータでは、実測した蛍光X線強度に物理定数や装置定数による補正を加えて理論強度と対比し、試料の被測定部の元素の含有率を求めて、分析結果を処理する。本提案例では、エネルギ分散型検出手段11および波長分散型検出手段6のそれぞれによって測定した蛍光X線強度に、同一の補正を加えて理論強度と対比すればよいので、コンピュータにおける処理が簡易になる。また、SSD12が分光器8よりも試料1に接近しているので、試料1の被測定部1aが微小でも、SSD12にとって十分な感度を得られ、分析精度が向上する。
【0027】
試料台2は、図示しないXYテーブル上に載置されて移動し、被測定部1aを最適な照射位置に設定する。XYテーブルについては、後述の第1実施形態で詳しく説明する。
【0028】
次に、本発明の第1実施形態について説明する。
図2に示すように、この装置も前記提案例と同様に、試料1が固定される試料台2と、X線源4と、ソーラスリット7、分光器8、および第1検出器9等を有する波長分散型検出手段6とを備える。試料1と検出手段6との間の蛍光X線の通路81には、平板状の第1のコリメータ30が設けられている。図3に示すように、第1のコリメータ30は、異なる径の絞り孔31a,31b,31cを有する。第1のコリメータ30は平板状に限らず、試料1から発生する蛍光X線のS/N比を向上させるために、特願平10−310056号に示すように、上壁を有するものや、試料側の壁が段状のものなど、いかなる形状でもよい。また、第1のコリメータ30と分光器8との間には、絞り孔41a,41bを有する平板状の第2のコリメータ40が設けられている。
【0029】
さらに、この装置は、検出手段として、エネルギ分散型の第2検出器であるSSD12を有するエネルギ分散型検出手段11も備える。SSD12は、第2のコリメータ40において、絞り孔41a,41bの側方に取り付けられている。このSSD12は、第1のコリメータ30の絞り孔31a,31b,31cのいずれかで絞った蛍光X線5を検出することができる。SSD12には、前記提案例と同様に、ペルチェ素子を用いた冷却手段13が設けられている。絞り孔41a,41bの両方を備えた第2のコリメータ40を割愛し、SSD12のみを第1のコリメータ30の後方で第1の蛍光X線の通路81に進退自在に配置してもよい。
【0030】
図2に示すように、SSD12には、第1の蛍光X線の通路81に進退自在とするための検出器用移動機構50が取り付けられている。検出器用移動機構50は、第2のコリメータ40の下部に取り付けられたラック51と、パルスモータ53に連結されたピニオン52とからなる。第2のコリメータ40は図示しないガイド体に移動自在に取り付けられ、ラック51がピニオン52とかみ合っているので、パルスモータ53の駆動によって、図示しないガイド体に沿って第2のコリメータ40はY方向にスライドすることができる。これにより、試料1の被測定部1aと分光器8との間の第1の蛍光X線の通路81と、試料1の被測定部1aとエネルギ分散型の検出器であるSSD12との間の第2の蛍光X線の通路82とは同一軸上となる。
【0031】
第1のコリメータ30も紙面垂直方向Yに延びた図示しないガイド体に移動自在に取り付けられている。コリメータ30の下部にはラック61が取り付けられ、パルスモータ63に連結されたピニオン62とかみ合っている。したがって、第1のコリメータ30も、第2のコリメータ40と同様に、パルスモータ63の駆動によって、図示しないガイド体に沿ってY方向にスライドすることができる。
【0032】
この装置は、試料1の被測定部1aを移動させるXYステージのような試料用移動機構70を備え、試料台2は、試料用移動機構70の上部70aに固定されている。XYステージ上部70aは、下部70bに対して左右方向Xに移動自在に設置され、XYステージ下部70bは、その下のベース71に対し、Y方向に移動自在に設置されている。つまり、XYは、仮想照射面内に設定された直交座標である。なお、試料用移動機構70は、rθステージでもよい。この場合、rθは、仮想照射面内に設定されて、試料表面1aの中心点を極とする極座標である。
【0033】
第2のコリメータ40、第1のコリメータ30、およびXYステージ70は、制御手段72によって制御される。まず、制御手段72は、エネルギ分散型検出手段11によって蛍光X線を検出するか、または波長分散型検出手段6によって蛍光X線を検出するかに応じて、第2のコリメータ40を制御する。すなわち、エネルギ分散型検出手段11によって検出するのであれば、第2のコリメータ40に取り付けられたSSD12を第1の蛍光X線の通路81に進入させる。一方、波長分散型検出手段6によって検出するのであれば、第2のコリメータ40を第1の蛍光X線の通路81から退避させる。
【0034】
また、制御手段72は、試料1の被測定部1aの大きさに応じて、被測定部1aから発生した蛍光X線5のみを検出手段6に入射させるように、コリメータの絞り孔を選択して、第1および第2のコリメータ30,40の位置を制御する。エネルギ分散型検出手段11による検出であれば、第1のコリメータ30の絞り孔31a,31b,31cのいずれかを選択し、波長分散型検出手段6による検出であれば、第1のコリメータ30の絞り孔31a,31b,31cまたは第2のコリメータ40の絞り孔41a,41bのいずれかを選択して、第1のコリメータ30または第2のコリメータ40を移動させるパルスモータ53,63を制御する。
【0035】
さらに、制御手段72は、試料1被測定部1aを移動させるために、試料台2を移動させるようにXYステージ70を制御する。
【0036】
次に、この装置の動作について説明する。
ここで、試料1の被測定部1aは微小部位であり、その未知の元素の蛍光X線分析を行うこととする。すなわち、被測定部1aの定性分析をした後、定量分析を行う。
まず、図2に示すように、試料1を試料台2に中心を一致させて固定する。そして、試料1の被測定部1aを決定し、その旨を制御手段72に入力する。また、定性分析、つまりエネルギ分散型の検出を行う旨、および被測定部の径の大きさも制御手段72に入力する。
【0037】
これらを入力すると、制御手段72は、一次X線3の照射位置に試料1の被測定部1aが合致する位置に試料台2を移動させるように、XYステージ70を制御する。制御手段72は、また、SSD12が第1の蛍光X線の通路81に位置するように、第2のコリメータ40を進入させるためにパルスモータ53を制御する。パルスモータ53の回転により、第2のコリメータ40はY方向に移動して試料1と波長分散型検出手段6との間の第1の蛍光X線の通路81に進入する。また、制御手段72は、入力された被測定部の径の大きさに対応する第1のコリメータ30の絞り孔31a(図3)が選択されるよう、すなわち、試料1の被測定部1aから発生した蛍光X線5のみをSSD12に入射させるようにパルスモータ63を制御する。パルスモータ63の回転により、第1のコリメータ30の孔31aは試料1と波長分散型検出手段6との間の第1の蛍光X線の通路81に進入する。
【0038】
図3に示すように、この状態でX線源4から1次X線3を照射して試料1から蛍光X線5が発生すると、蛍光X線5は第1のコリメータ30の絞り孔31aを通過して、SSD12で検出される。この検出した蛍光X線強度は、図示しないコンピュータで処理され、短時間に波長分布特性が得られ、定性分析を行うことができる。被測定部1aは微小部位であるが、SSD12が分光器8よりも試料1に接近しているので、SSD12において十分な感度を得られ、分析精度が向上する。
【0039】
このように波長分布特性を調べた後は、図4に示すように、第2のコリメータ40を第1の蛍光X線の通路81から退避させる。次に、この波長分布特性を基に測定が必要な波長が決定され、その波長に応じた蛍光X線を分光して検出するために、分光器8と第1検出器9の位置を図示しないゴニオメータが調節する。この状態で、試料1から発生した蛍光X線5は、第1のコリメータ30の絞り孔31aを通過し、ソーラスリット7で平行化され、分光器8で分光されて、第1検出器9で検出される。この検出した蛍光X線強度は、図示しないコンピュータで処理され、所望の詳細に分析すべき波長範囲における分析、つまり、定量分析をすることができる。
【0040】
以上のように定性分析をエネルギ分散型検出手段11で行い、この後に特定の元素の定量分析を波長分散型検出手段6で行うので、迅速かつ正確な蛍光X線分析ができる。
【0041】
このように、第1の蛍光X線の通路81と第2の蛍光X線の通路82とは同一軸上にあるので、たとえ試料1の表面に微小な凹凸があって、試料1の表面が粗い場合でも、エネルギ検出手段11の第2検出器であるSSD12と波長分散型検出手段6の分光器8とが試料1の被測定部1aを同一の方向から見込むため、両方の測定結果にばらつきはなく、それぞれの測定結果を、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できる。これにより、分析精度が向上する。その上、第1のコリメータ30の絞り孔31aを、エネルギ分散型検出手段11および波長分散型検出手段6の両方で共用するので、上述のように、エネルギ分散型検出手段11による定性分析の結果に基づいて、波長分散型検出手段6による定量分析を行うことができる。
【0042】
また、本実施形態において、試料1の大きい被測定部位1aから発生する蛍光X線を波長分散型検出手段8で検出して分析する場合は、第1のコリメータ30は第1の蛍光X線の通路81から退避させ、第2のコリメータ40の絞り孔41aまたは41bのいずれかを第1の蛍光X線の通路81に進入させる。これは、第2のコリメータ40をY方向へ移動させるために、SSD12を第1の蛍光X線の通路81に進入させる場合と同様に、移動機構50を制御手段72が制御して行うので、絞り孔41a,41bの相互間の切り換えは容易である。
【0043】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図5に示すように、本実施形態の装置が第1実施形態と異なる点は、波長分散型検出手段6が1結晶分光器ではなく、第1分光結晶素子8aおよび第2分光結晶素子8bを第1の蛍光X線の通路81に沿って前後1対に配置した2結晶分光器8を有することである。2結晶分光器8は、第1分光結晶素子8aで分光された蛍光X線を第2分光結晶素子8bでさらに分光するので、波長分解能が非常に高く、化学状態による蛍光X線波長の微小な変化を検出できるので、化学状態分析に用いることができる。本装置では、エネルギ分散型検出手段11で定性分析を行うことができるとともに、2結晶分光器8を有する波長分散型検出手段6で化学状態分析を行うことができる。この場合、1結晶分光器の波長分散型の検出器で定性分析を行うのに比べて、定性分析から化学状態分析への切り換えの時間が短縮され、かつ簡便となる。また、2結晶分光器のみでは、後段側の結晶の回動範囲が制限されるという機構的な制約から、測定できる波長の範囲に制限があったが、このようにエネルギ分散型検出手段11を組み合わせることで、特定の元素の化学状態のみを調べたい場合であっても、共存元素の波長領域まで分析が可能であるため、共存元素の組成の情報も得ることができ、十分な定性分析が可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、波長分散型の取り出し角がエネルギ分散型の検出器の取り出し角と等しいので、それぞれ測定した蛍光X線強度は、個別の試料に依存しないそれぞれの検出系に固有の予め求めてある感度係数を乗ずるだけで、そのまま対比して使用できる。したがって、取り出し角度に対する蛍光X線強度の複雑な相関関係に起因する不確定さを抑制でき、分析精度が向上する。また、エネルギ分散型の第2検出器が分光器よりも試料に接近しているため、第2検出器を試料1に接近させることができる。したがって、試料の微小部位の蛍光X線を測定する場合でも、波長分散型検出手段を備えないエネルギ分散型検出手段のみの装置と同様に、十分な感度を得られ、分析精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基礎となる提案例にかかる蛍光X線分析装置の斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態にかかる蛍光X線分析装置の概略側面図である。
【図3】同蛍光X線分析装置のエネルギ分散型検出を示す斜視図である。
【図4】同蛍光X線分析装置の波長分散型検出を示す斜視図である。
【図5】本発明の第2実施形態にかかる蛍光X線分析装置の概略側面図である。
【図6】従来の蛍光X線分析装置の概略側面図である。
【図7】従来の蛍光X線分析装置の概略側面図である。
【符号の説明】
1…試料、1a…被測定部、3…一次X線、5…蛍光X線、6…波長分散型検出手段、8…分光器、9…第1検出器、11…エネルギ分散型検出手段、12…第2検出器、30…第1のコリメータ、31a,31b,31c…第1のコリメータの絞り孔、40…第2のコリメータ、41a,41b…第2のコリメータの絞り孔、50…検出器用移動機構、70…試料用移動機構、81…第1の蛍光X線の通路、82…第2の蛍光X線の通路。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray fluorescence spectrometer that can be used both as a wavelength dispersive type and an energy dispersive type.
[0002]
[Prior art]
The X-ray fluorescence analyzer irradiates a measurement target portion of a sample with primary X-rays, detects fluorescent X-rays generated from the measurement target portion by a detecting means, and analyzes elements in the measurement target portion. . As the detection means, there are a wavelength dispersion type detection means and an energy dispersion type detection means.
[0003]
The wavelength dispersion type detection means is excellent in wavelength resolution, but has a feature that it takes a long time to measure the intensity of fluorescent X-rays in a wide range of wavelengths. On the other hand, the energy dispersive detection means is inferior in resolution to the wavelength dispersive detection means, but is characterized in that it can simultaneously measure the intensity of fluorescent X-rays in a wide range of wavelengths. Therefore, the energy dispersive type detecting means is suitable for examining the rough wavelength distribution characteristics in a short time, and the wavelength dispersive type detecting means is suitable for performing high resolution X-ray fluorescence analysis in a narrow wavelength range. ing. Thus, if the energy dispersion type detection means and the wavelength dispersion type detection means are properly used according to the purpose of the analysis, efficient analysis can be performed. If the qualitative analysis is performed by the energy dispersive detector and the quantitative analysis of a specific element is performed by the wavelength dispersive detector after that, X-ray fluorescence analysis can be performed quickly and accurately even on a completely unknown sample.
[0004]
An X-ray analyzer that has both a wavelength dispersion type detection unit and an energy dispersion type detection unit and can detect X-rays by any of the detection units is already known.
The X-ray analyzer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-281163 irradiates
[0005]
The X-ray fluorescence analyzer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-206356 irradiates
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the X-ray analyzer shown in FIG. 6, the angle formed by the first
[0007]
By the way, in the X-ray analysis, the intensity of the X-ray to be measured depends on the extraction angle, and the correlation is complicated. Therefore, when the wavelength dispersion type take-out angle θ1 and the energy dispersion type detector take-out angle θ2 are different from each other, the respective measured intensities cannot be directly compared, and correction based on the take-out angle is performed. However, since the correlation of the X-ray intensity with respect to the take-out angle is complicated depending on the sample composition, it is not accurately corrected, and the analysis accuracy is not improved due to the uncertainty. Furthermore, when the sample surface has minute irregularities and the sample surface is rough, even if the take-out angles are the same, if the spectroscope or the detector looks at the part to be measured of the sample from different directions, the X-ray wavelength Since the distribution characteristics vary, the respective measurement results cannot be directly compared.
[0008]
On the other hand, in the case of the fluorescent X-ray analyzer shown in FIG. 7, the first
[0009]
However, like a semiconductor detector (SSD) having a relatively good energy resolution, an energy dispersive detector generally has a small light receiving area, so that the energy
[0010]
On the other hand, conventionally, qualitative analysis has been performed by a wavelength-dispersion detecting means having a single crystal spectroscope having only one spectroscopic element, and then analysis of the chemical state has been performed by using a two crystal spectroscope having two spectroscopic elements. X-ray fluorescence analysis performed by the wavelength dispersive detection means is employed. The use of the two-crystal spectrometer in this manner is because the two-crystal spectrometer has a higher wavelength resolution than the one-crystal spectrometer, and thus can detect a change in the wavelength of the fluorescent X-ray due to the chemical state in the chemical state analysis. It is. However, in the case of this apparatus, in order to change from a single-crystal spectroscope to a two-crystal spectroscope in which a pair of front and rear spectroscopic crystals are arranged along the path of fluorescent X-rays, it is necessary to exchange parts and the like. It was troublesome. In the wavelength dispersion type detection means having a two-crystal spectroscope, the range of wavelengths that can be measured is limited due to the mechanical restriction that the rotation range of the subsequent crystal is limited. When it is desired to examine only the state, it is not possible to perform a sufficient qualitative analysis because it is not possible to scan up to the wavelength region of the coexisting element, although information on the composition of the coexisting element may be required.
[0011]
Therefore, the present invention obtains in advance the measurement intensity of the fluorescent X-rays by the wavelength dispersion type detection means and the measurement intensity of the fluorescent X-rays by the energy dispersion type detection means, which is unique to each detection system independent of an individual sample. An X-ray fluorescence spectrometer that can improve the analysis accuracy because it can be used as it is by simply multiplying it by a certain sensitivity coefficient, and can obtain sufficient sensitivity by bringing the energy dispersive detection means close to the sample The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objectives,ClearlySuch an X-ray fluorescence spectrometer is an X-ray fluorescence spectrometer that irradiates primary portions of a sample to be measured with primary X-rays and detects and analyzes the fluorescent X-rays generated from the portion to be measured by a detection means, As a detection means, a wavelength dispersion type detection means having a spectroscope and a first detector, and an energy dispersion type detection means having an energy dispersion type second detector are provided. And the angle between the first fluorescent X-ray path and the surface of the sample, and the path of the second fluorescent X-ray between the measured portion of the sample and the energy dispersive second detector The angle formed by the surface of the sample is equal, and the path of the second fluorescent X-ray is shorter than the path of the first fluorescent X-ray.
[0013]
According to this configuration, since the take-out angle of the wavelength dispersion type is equal to the take-out angle of the energy dispersive type detector, the measured fluorescent X-ray intensity can be obtained in advance, which is unique to each detection system independent of an individual sample. By simply multiplying by a certain sensitivity coefficient, it can be used as it is. Therefore, it is possible to suppress uncertainty due to a complicated correlation of the fluorescent X-ray intensity with respect to the take-out angle, and to improve the analysis accuracy. Further, since the energy dispersive second detector is closer to the sample than the spectroscope, the second detector can be closer to the sample 1. Therefore, even in the case of measuring the fluorescent X-rays of a minute portion of the sample, sufficient sensitivity can be obtained and the analysis accuracy can be improved, as in the case of the apparatus having only the energy dispersive type detecting means without the wavelength dispersive type detecting means.
[0014]
Moreover, the fluorescent X-ray analyzer according to the present inventionIn the above, the path of the first fluorescent X-ray and the path of the second fluorescent X-ray are on the same axis, and the energy dispersive type second detector is connected to the path of the first fluorescent X-ray. And a detector moving mechanism for moving forward and backward. According to this configuration, even if the sample surface has minute irregularities and the sample surface is rough, the path of the first fluorescent X-ray and the path of the second fluorescent X-ray are on the same axis. Since the second detector of the type detection means and the spectroscope of the wavelength dispersion type detection means look at the portion to be measured of the sample from the same direction, there is no variation in both measurement results. Can be used as it is by simply multiplying by a previously obtained sensitivity coefficient unique to each detection system that does not depend on. In addition, since the energy dispersive type second detector can freely move in and out of the fluorescent X-ray path between the spectroscope and the sample, when the second detector enters the fluorescent X-ray path, the sample 1 In this case, sufficient sensitivity can be obtained and the analysis accuracy can be improved, as in the case of the apparatus having only the energy dispersive type detecting means which does not include the wavelength dispersive type detecting means.
[0015]
In a preferred embodiment of the present invention, a first collimator is provided between the energy dispersive second detector and the sample, and a fluorescent X-ray passing through at least one aperture of the first collimator is provided. Is detected by the energy dispersive type second detector, or separated by the spectroscope and detected by the first detector. According to this configuration, since the aperture of the first collimator is shared by both the energy dispersive type detecting means and the wavelength dispersive type detecting means, the same measured portion of the sample is analyzed by both the energy dispersive type and the wavelength dispersive type. can do. Therefore, for the fluorescent X-rays having weak intensity from the minute part, the wavelength distribution characteristics are examined in a short time by the energy dispersive type detecting means, and then, only in the necessary wavelength range, the intensity is detected by the wavelength dispersive type detecting means having a high resolution. Can be measured, so that a minute portion of the sample can be analyzed quickly and accurately.
[0016]
In a preferred embodiment of the present invention, a second collimator having an aperture is provided between the first collimator and the spectroscope, and the energy dispersive type second detector is attached to the second collimator. Have been. According to this configuration, if the aperture of the second collimator is located in the path of the first X-ray fluorescence between the sample and the spectroscope, the second collimator plays a role as a field limiting aperture. . On the other hand, if the second detector attached to the second collimator is located in the path of the first X-ray fluorescence between the sample and the spectroscope, the second collimator can support the second detector. Play a role. Further, since the second collimator is provided with a detector moving mechanism for moving the energy dispersive type second detector into and out of the fluorescent X-ray path, the aperture of the second collimator is also moved to the first collimator by the first moving mechanism. And the second collimator has a plurality of apertures, it is possible to easily switch between the apertures.
[0017]
In a preferred embodiment of the present invention, a sample moving mechanism for moving the measured portion is provided. According to this configuration, the measurement portion, which is an arbitrary portion in the sample, can always be irradiated with the primary X-ray with a constant intensity distribution by the sample movement mechanism. Therefore, quick and accurate analysis of a micro site of a sample can be easily performed for any site in the sample.
[0018]
Of the present inventionIn another embodimentIsThe spectroscope is a two-crystal spectroscope in which a pair of front and rear spectroscopic crystals are arranged along a fluorescent X-ray path.
[0019]
According to this configuration, the qualitative analysis can be performed by the energy dispersive detector, and then the chemical state analysis can be performed by the wavelength dispersive detector. In this case, the time for switching from qualitative analysis to chemical state analysis is shorter and simpler than performing qualitative analysis with a wavelength-dispersive detector of a single crystal spectrometer.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Less than,Proposal examples based on the present invention andA preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG.Examples of basic proposals1 shows a fluorescent X-ray analyzer according to the first embodiment. This apparatus includes a sample table 2 on which a sample 1 is fixed, and an X-ray source 4 for irradiating a measured
[0021]
The apparatus further includes an energy
[0022]
The angle θ1 formed by the first
| Sin θ1−sin θ2 | <0.05 × | sin θ1 | (1)
The second
[0023]
The collimator 20 is provided in the first
[0024]
Next, the operation of this device will be described.
When the
[0025]
In the present apparatus, since the wavelength-dispersion type take-out angle θ1 is equal to the energy-dispersion type detector take-out angle θ2, the measured fluorescent X-ray intensities are determined in advance by each of the detection systems peculiar to each detection system independent of an individual sample. By simply multiplying by a given sensitivity coefficient, it can be used as it is. Therefore, the processing of the analysis result by the computer can be performed without considering the complicated correlation of the fluorescent X-ray intensity with respect to the extraction angle. As a result, uncertainty due to a complicated correlation of the fluorescent X-ray intensity with respect to the extraction angle can be suppressed, and the analysis accuracy is improved.
[0026]
For example, the fundamental parameter method is a method of comparing the fluorescent X-ray intensity obtained from the theory and the actually measured fluorescent X-ray intensity to determine the content of the element in the measured portion of the sample. The computer corrects the measured fluorescent X-ray intensity with a physical constant or a device constant, compares the corrected X-ray intensity with the theoretical intensity, obtains the content of the element in the measured portion of the sample, and processes the analysis result. BookProposal exampleThen, the fluorescent X-ray intensity measured by each of the energy dispersive
[0027]
The
[0028]
Next, the second embodiment of the present invention1An embodiment will be described.
As shown in FIG.Proposed exampleIn the same manner as described above, the apparatus includes a
[0029]
Further, this device also includes, as a detecting means, an energy dispersive detecting means 11 having an
[0030]
As shown in FIG. 2, the
[0031]
The
[0032]
This apparatus includes a
[0033]
The
[0034]
Further, the control means 72 selects the aperture of the collimator according to the size of the measured
[0035]
Further, the control means 72 controls the
[0036]
Next, the operation of this device will be described.
Here, the measured
First, as shown in FIG. 2, the sample 1 is fixed to the sample table 2 so that the centers thereof are aligned. Then, the portion to be measured 1a of the sample 1 is determined, and the fact is input to the control means 72. In addition, the fact that qualitative analysis, that is, energy dispersion type detection is to be performed, and the size of the diameter of the measured part are also input to the control means 72.
[0037]
When these are input, the control means 72 controls the
[0038]
As shown in FIG. 3, in this state, when the
[0039]
After examining the wavelength distribution characteristics in this manner, as shown in FIG. 4, the
[0040]
As described above, since the qualitative analysis is performed by the
[0041]
As described above, since the first
[0042]
Further, in the present embodiment, when the fluorescent X-rays generated from the
[0043]
Next, the second embodiment of the present invention2An embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, the device of this embodiment is1The difference from the present embodiment is that the wavelength dispersion type detection means 6 is not a single crystal spectroscope but a pair of first and second
[0044]
【The invention's effect】
As mentioned above,ClearlyAccording to this, since the wavelength-dispersion type take-out angle is equal to the energy-dispersion type detector take-out angle, the measured fluorescent X-ray intensities are determined in advance by a sensitivity unique to each detection system independent of an individual sample. Simply multiply by a coefficient and use it as it is. Therefore, it is possible to suppress uncertainty due to a complicated correlation of the fluorescent X-ray intensity with respect to the take-out angle, and to improve the analysis accuracy. Further, since the energy dispersive second detector is closer to the sample than the spectroscope, the second detector can be closer to the sample 1. Therefore, even in the case of measuring the fluorescent X-rays of a minute portion of the sample, sufficient sensitivity can be obtained and the analysis accuracy can be improved, as in the case of the apparatus having only the energy dispersive type detecting means without the wavelength dispersive type detecting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present invention.Examples of basic proposals1 is a perspective view of a fluorescent X-ray analyzer according to the embodiment.
FIG. 2 of the present invention.11 is a schematic side view of a fluorescent X-ray analyzer according to an embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing energy dispersive detection of the X-ray fluorescence spectrometer.
FIG. 4 is a perspective view showing wavelength-dispersive detection of the X-ray fluorescence analyzer.
FIG. 5 of the present invention.21 is a schematic side view of a fluorescent X-ray analyzer according to an embodiment.
FIG. 6 is a schematic side view of a conventional fluorescent X-ray analyzer.
FIG. 7 is a schematic side view of a conventional X-ray fluorescence analyzer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample, 1a ... Measurement part, 3 ... Primary X-ray, 5 ... Fluorescence X-ray, 6 ... Wavelength dispersion type detection means, 8 ... Spectroscope, 9 ... First detector, 11 ... Energy dispersion type detection means, 12 ... second detector, 30 ... first collimator, 31a, 31b, 31c ... first collimator aperture, 40 ... second collimator, 41a, 41b ... second collimator aperture, 50 ... detection Dice moving mechanism, 70: sample moving mechanism, 81: passage of first fluorescent X-ray, 82: passage of second fluorescent X-ray.
Claims (5)
前記検出手段として、分光器および第1検出器を有する波長分散型検出手段と、エネルギ分散型の第2検出器を有するエネルギ分散型検出手段とを備え、
前記試料の被測定部と前記分光器との間の第1の蛍光X線の通路が前記試料の表面となす角度と、前記試料の被測定部と前記エネルギ分散型の第2検出器との間の第2の蛍光X線の通路が前記試料の表面となす角度とが等しく、前記第2の蛍光X線の通路が前記第1の蛍光X線の通路よりも短く、
前記第1の蛍光X線の通路と前記第2の蛍光X線の通路とは同一軸上にあり、さらに、前記エネルギ分散型の第2検出器を前記第1の蛍光X線の通路に進退させる検出器用移動機構を備えている蛍光X線分析装置。A fluorescent X-ray analyzer for irradiating a measurement target portion of a sample with primary X-rays, detecting and analyzing fluorescent X-rays generated from the measurement target portion by a detection means,
The detection means includes a wavelength dispersion type detection means having a spectroscope and a first detector, and an energy dispersion type detection means having an energy dispersion type second detector,
The angle formed by the path of the first fluorescent X-ray between the measured portion of the sample and the spectroscope with the surface of the sample, and the angle between the measured portion of the sample and the energy dispersive second detector. the second X-ray fluorescence of the passage is equal to the angle formed between the surface of the sample during, passage of the second X-ray fluorescence is rather shorter than the passage of the first X-ray fluorescence,
The path of the first fluorescent X-ray and the path of the second fluorescent X-ray are on the same axis, and the energy-dispersive second detector moves back and forth to the path of the first fluorescent X-ray. An X-ray fluorescence analyzer provided with a moving mechanism for a detector to be activated .
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