JP3629539B2 - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示すような、ヘリウム雰囲気で分析を行う（Ｘ線光路がヘリウム雰囲気にある）蛍光Ｘ線分析装置がある。この装置は、試料１の下方から１次Ｘ線６が照射される下面照射型で、大気雰囲気で試料１が交換可能に収納される試料室３の下方に、Ｘ線源７が収納される照射室８と、その照射室８と連通して分光素子１１および検出器１３が収納される分光室１４とを備えている。そして、照射室８および分光室１４がヘリウム置換されるので、大気雰囲気よりも蛍光Ｘ線１０，１２の吸収が少なくなり、空気中では減衰の著しい軽元素の蛍光Ｘ線１０や微弱な蛍光Ｘ線１０でも検出しやすい。ここで、Ｘ線６，１０を通過させる隔壁膜９が、大気雰囲気の試料室３とヘリウム雰囲気の照射室８とを仕切るように配置されている。
【０００３】
ヘリウム雰囲気で分析されるものとして、液体の試料１ａがあるが、その場合、液体試料１ａは、底部にＸ線６，１０を通過させる照射窓２ａを有する液体試料ホルダ２に入れられて、全体１ａ，２で試料１として扱われ、大気雰囲気の試料室３内で隔壁膜９の上に載置される。液体試料ホルダ２の照射窓２ａの外側には、染み出した液体試料１ａが付着することなどがあり、それが隔壁膜９に付着して汚染しないように、照射窓２ａと隔壁膜９との間、つまり試料１と隔壁膜９との間には、１ｍｍ程度の隙間、つまり厚さ１ｍｍ程度の空間１８が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この空間１８は、大気雰囲気の試料室３の一部であるから空気で満たされており、試料１から発生する蛍光Ｘ線１０を吸収して減衰させてしまう。しかも、薄い隔壁膜９にはしわやたわみが生じやすく、それにより空間１８の厚さが変化するので、蛍光Ｘ線１０の減衰の度合いも変化してしまう。したがって、強度が低下し、しかも不安定な蛍光Ｘ線１０を分析することになり、高精度の分析ができない。
【０００５】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、試料と隔壁膜との間に形成される空間での吸収による蛍光Ｘ線の減衰や変動の問題を解消して、高精度の分析ができるものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明は、まず、大気雰囲気で試料が交換可能に収納される試料室と、試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源が収納される照射室と、前記試料室と照射室とを仕切るように配置されてＸ線を通過させる隔壁膜と、試料から発生する蛍光Ｘ線を分光して検出する検出手段が収納され、前記照射室と連通する分光室とを備え、前記照射室および分光室がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置である。そして、試料と前記隔壁膜との間に形成される空間に、前記照射室および分光室にヘリウム置換のために導入されたヘリウムを導入する流路を備え、前記流路が、前記隔壁膜の周辺部をその厚み方向に挟持して支持する輪状のホルダに、湾曲または曲折して形成されるとともに、前記流路の一部が前記ホルダの周方向に１回り足らずの溝として形成されることにより、前記空間から前記照射室および分光室へ空気が逆流するのを防止する。
【０００７】
本願発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、試料と隔壁膜との間に形成される空間も、蛍光Ｘ線の吸収が少ないヘリウムで置換されるので、そこでの蛍光Ｘ線の減衰や変動の問題が解消され、高精度の分析ができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置について、その構成から説明する。この装置は、まず、従来の技術で説明した装置と同様、図５に示すように、試料１の下方から１次Ｘ線６が照射される下面照射型で、以下の試料室３、照射室８、隔壁膜９および分光室１４を備え、照射室８および分光室１４がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置である。試料室３は、本体ケース４と、その上部にシール部材を介して開閉自在に取り付けられた蓋体５とで囲まれた空間からなり、大気雰囲気で試料１が交換可能に収納される。照射室８は、試料１に１次Ｘ線６を照射するＸ線管などのＸ線源７が収納される。隔壁膜９は、試料室３と照射室８とを仕切るように配置されてＸ線６，１０を通過させる。分光室１４は、照射室８と連通しており、試料１から発生する蛍光Ｘ線１０を分光する分光素子１１および分光された蛍光Ｘ線１２を検出する検出器１３で構成される検出手段１１，１３が収納される。分光素子１１と検出器１３は、図示しないゴニオメータなどの連動手段により、一定の角度関係を保って回動される。
【０００９】
ここで、分析対象は、前述したように、例えば液体の試料１ａであり、液体試料１ａは、底部にＸ線６，１０を通過させる照射窓２ａを有する円筒状の液体試料ホルダ２に入れられて、全体１ａ，２で試料１として扱われ、大気雰囲気の試料室３内で隔壁膜９の上に載置される。照射窓２ａと隔壁膜９との間、つまり試料１と隔壁膜９との間には、１ｍｍ程度の隙間、つまり厚さ１ｍｍ程度の空間１８が設けられている。
【００１０】
この装置では、照射室８および分光室１４をヘリウム置換するために、以下のような配管、バルブおよびポンプが備えられている。ヘリウムフロー配管１５Ａは、ヘリウムフローバルブ１６Ａを介して照射室８および分光室１４へ図示しないヘリウムタンクからヘリウムを導入する。真空配管１５Ｂは、真空ポンプ１７により、真空バルブ１６Ｂを介して照射室８および分光室１４を真空引きする。分光室リーク配管１５Ｃは、分光室リークバルブ１６Ｃを介して照射室８および分光室１４を大気雰囲気に開放する。試料室リーク配管１５Ｄは、試料室リークバルブ１６Ｄを介して試料室３を大気雰囲気に開放する。バイパス配管１５Ｅは、バイパスバルブ１６Ｅを介して、分光室リーク配管１５Ｃと試料室リーク配管１５Ｄとを連通させる。
【００１１】
図５の前記空間１８近傍の拡大図であり、後述する図２ないし図４のＩ−Ｉ断面を含む図１に示すように、ホルダ２０は、ホルダ上部２３、ホルダ下部２１、シール部材２２およびＯリング２４を含み、隔壁膜９の周辺部をその厚み方向（図１の上下方向）に挟持して支持している。なお、図１では、理解の容易のため、紙面よりも奥に見える線は記載していない。
【００１２】
まず、ホルダ下部２１は、その上面図を図２（ａ）に、下面図を図２（ｂ）に示すように、輪状の金属板で、下面において、ホルダ下部２１と同心円状のＯリング２４（図１）を嵌め込むための溝２１ｂが形成され、それよりも内側に、直径１ｍｍ程度の貫通孔２１ａが設けられている。図１のように、Ｏリング２４は、ホルダ下部２１とケース本体４との間をシールする。図２（ａ）のホルダ下部２１の上面では、同心円状に１対の凸部２１ｃ，２１ｄが形成されることにより、相対的にそれらの間が凹部２１ｅになっており、その凹部２１ｅに前記貫通孔２１ａが位置している。凹部２１ｅには、輪状のゴム板であるシール部材２２が図１のように嵌め込まれるが、シール部材２２にも貫通孔２２ａが設けられ、ホルダ下部２１の貫通孔２１ａと連通する。シール部材２２は、ホルダ下部２１と隔壁膜９との間をシールする。
【００１３】
隔壁膜９は、その上面図を図３（ａ）に、下面図を図３（ｂ）に示すように、ポリイミドやポリエステルなどからなる厚さ数μｍ程度の円形のフィルムであって、輪状の金属板である支持板１９に貼り付けて扱われる。隔壁膜９と支持板１９には、連通する貫通孔９ａ，１９ａが、それぞれ設けられている。
【００１４】
ホルダ上部２３は、その上面図を図４（ａ）に、下面図を図４（ｂ）に示すように、輪状の金属板で、下面の内周部に凹部２３ａが形成されており、図１のように、この凹部２３ａに、支持板１９、隔壁膜９の外周部、ホルダ下部２１の凸部２１ｃ，２１ｄおよびシール部材２２が嵌まり込んで、ホルダ上部２３とホルダ下部２１が外周部においてねじ止めなどにより連結され、一体化された全体２０，１９，９が隔壁膜カートリッジとなる。図４（ｂ）のホルダ上部２３の下面の凹部２３ａの中央部は、さらに凹入して、周方向に１回り足らずの溝２３ｂが形成されている。溝の一端部２３ｂａは、支持板１９の貫通孔１９ａ（図１）に連通し、他端部２３ｂｂは、ホルダ上部２３の内周まで径方向に延びている。一方、上面には、径方向に延びて内周と外周を連通させる溝２３ｃが形成されている。
【００１５】
以上のようなホルダ２０、隔壁膜９および支持板１９の構成により、図１での下方からいうと、ホルダ下部２１の貫通孔２１ａ、シール部材２２の貫通孔２２ａ、隔壁膜９の貫通孔９ａ、支持板１９の貫通孔１９ａ、および、ホルダ上部２３の下面において一端部２３ｂａから他端部２３ｂｂへ延びる溝２３ｂが連通することにより、１つの流路を形成している。この流路は、照射室８および分光室１４（図５）にヘリウム置換のために導入されたヘリウムを、試料１と隔壁膜９との間に形成される空間１８に導入するものである。また、この流路は、ホルダ２０、隔壁膜９および支持板１９に形成されるが、ホルダ上部２３の下面においては溝２３ｂとして湾曲および曲折して形成されることにより（図４（ｂ））、流路全体の長さを確保して、前記空間１８から照射室８および分光室１４（図５）へ空気が逆流するのを防止する。
【００１６】
なお、空間１８の円滑なヘリウム置換のため、空間１８からの空気の出口として、ホルダ上部２３の上面の溝２３ｃ（図４（ａ））が機能する。このような溝を形成する代わりに、例えば、ホルダ上部２３の上面の一部にテープを貼ることにより、液体試料ホルダ２の底面との間に隙間を設けて、その隙間から空間１８中の空気を逃がしてもよい。
【００１７】
次に、この装置の動作について説明する。まず、図５において、試料室３に試料１を入れる前に、ヘリウムフローバルブ１６Ａ、分光室リークバルブ１６Ｃおよび試料室リークバルブ１６Ｄを閉じ、真空バルブ１６Ｂおよびバイパスバルブ１６Ｅを開け、真空ポンプ１７により、照射室８および分光室１４ならびに試料室３を真空引きする。所定の真空度に到達したら、真空バルブ１６Ｂを閉じ、真空ポンプ１７を停止して、ヘリウムフローバルブ１６Ａを開けて、照射室８および分光室１４ならびに試料室３にヘリウムを導入する。そして、バイパスバルブ１６Ｅを閉じ、分光室リークバルブ１６Ｃを開いて低流量で照射室８および分光室１４にヘリウムを流す。これで、照射室８および分光室１４のヘリウム置換が完了する。なお、試料室３をも真空引きしたり、ヘリウムを導入したりするのは、試料室３と照射室８および分光室１４との圧力差により、隔壁膜９が破損するのを防止するためである。
【００１８】
一方、試料室リークバルブ１６Ｄを開け、蓋体５を開けることにより、試料室３は、大気雰囲気で試料１が交換可能となるので、最初の試料１を隔壁膜９の上方、より具体的には試料ホルダ上部２３（図１）の上に載置して、蓋体５を閉じる。以降は、試料室３は大気雰囲気に、照射室８および分光室１４はそれよりもわずかに圧力の高いヘリウム雰囲気に維持されるので、蓋体５を開閉するのみで、試料１の交換が可能である。
【００１９】
さて、図１のように、試料１を試料ホルダ上部２３の上に載置することにより、従来の技術で説明したのと同様に、照射窓２ａと隔壁膜９との間に、厚さ１ｍｍ程度の円板状の空間１８が形成される。従来は、この空間１８は空気が入ったままであったが、この実施形態の装置では、前記流路２１ａ，２２ａ，９ａ，１９ａ，２３ｂにより、空間１８も、蛍光Ｘ線の吸収が少ないヘリウムで置換されるので、そこでの蛍光Ｘ線の減衰や変動の問題が解消され、高精度の分析ができる。しかも、空間１８に導入するヘリウムとして、照射室８および分光室１４（図５）に導入されたヘリウムを再利用するので、ヘリウムが節約される。また、流路が、ホルダ上部２３の下面においては溝２３ｂとして湾曲および曲折して形成されることにより（図４（ｂ））、流路全体の長さが確保され、空間１８から照射室８および分光室１４（図５）へ空気が逆流するのが防止される。したがって、照射室８および分光室１４（図５）内のヘリウム雰囲気が、より長時間より高いレベルで維持され、より長時間より高精度の分析ができる。
【００２０】
この実施形態の装置では、照射室８および分光室１４のヘリウム置換を早く完了させるために真空引きを行ったが、真空引きせずに、ヘリウムを高流量で大量に流して空気を追い出してから、低流量で流すことにより、ヘリウム置換を行ってもよい。この場合には、ヘリウム置換が完了する（空気の追い出しが限界に達して、Ｘ線の吸収が安定する）のに時間を要するが、照射室８および分光室１４の真空引きをせず、それゆえ、試料室３の真空引きやヘリウム置換も不要となるので、手順が簡単である。
【００２１】
なお、この実施形態では、検出手段１１，１３が分光素子１１と検出器１３で構成される波長分散型の蛍光Ｘ線分析装置を例にとったが、本発明は、検出手段がＳＳＤなどの検出器で構成されて分光素子を含まないエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置にも、同様に適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、試料と隔壁膜との間に形成される空間も、蛍光Ｘ線の吸収が少ないヘリウムで置換されるので、そこでの蛍光Ｘ線の減衰や変動の問題が解消され、高精度の分析ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置における、試料と隔壁膜との間に形成される空間近傍の拡大図であり、図２ないし図４のＩ−Ｉ断面を含む図である。
【図２】（ａ）は、同装置のホルダ下部の上面図、（ｂ）は、その下面図である。
【図３】（ａ）は、同装置の隔壁膜および支持板の上面図、（ｂ）は、その下面図である。
【図４】（ａ）は、同装置のホルダ上部の上面図、（ｂ）は、その下面図である。
【図５】ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…試料、３…試料室、６…１次Ｘ線、７…Ｘ線源、８…照射室、９…隔壁膜、９ａ…隔壁膜に設けられた孔、１０…試料から発生する蛍光Ｘ線、１１，１３…検出手段、１２…分光された蛍光Ｘ線、１４…分光室、１８…試料と隔壁膜との間に形成される空間、２０…ホルダ。

Claims (1)

1. 大気雰囲気で試料が交換可能に収納される試料室と、
   試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源が収納される照射室と、
   前記試料室と照射室とを仕切るように配置されてＸ線を通過させる隔壁膜と、
   試料から発生する蛍光Ｘ線を分光して検出する検出手段が収納され、前記照射室と連通する分光室とを備え、
   前記照射室および分光室がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置において、
   試料と前記隔壁膜との間に形成される空間に、前記照射室および分光室にヘリウム置換のために導入されたヘリウムを導入する流路を備え、
   前記流路が、前記隔壁膜の周辺部をその厚み方向に挟持して支持する輪状のホルダに、湾曲または曲折して形成されるとともに、前記流路の一部が前記ホルダの周方向に１回り足らずの溝として形成されることにより、前記空間から前記照射室および分光室へ空気が逆流するのを防止する蛍光Ｘ線分析装置。

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