JP3949850B2

JP3949850B2 - 蛍光ｘ線分析装置

Info

Publication number: JP3949850B2
Application number: JP22360399A
Authority: JP
Inventors: 清隆笠井
Original assignee: 理学電機工業株式会社
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001050917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光Ｘ線分析装置において、定性分析の結果から定量分析値を求める装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆる波長分散型の蛍光Ｘ線分析においては、試料にＸ線管等のＸ線源から１次Ｘ線を照射し、試料から発生した蛍光Ｘ線を分光素子で回折（分光）し、分光素子で回折された蛍光Ｘ線を検出器で検出する。ここで、定性分析においては、検出器に入射する蛍光Ｘ線の波長が変わるように、ゴニオメータと呼ばれる連動手段で分光素子と検出器を連続的に連動させることにより、試料に含まれる各元素から発生した蛍光Ｘ線をそれぞれの波長に分光し、検出している。
【０００３】
これにより得られる各分光角における蛍光Ｘ線の強度を示すスペクトルに対しピーク検索、同定解析を行い、この定性分析の結果から、定量分析値を求めることがよく行われるようになった。この際、代表的な試料を用いた実験における感度（検出される強度）や近接する蛍光Ｘ線の重なり等を考慮して、定量分析する元素について、一律に、原子番号が４〜５５のＢｅ〜Ｃｓの元素ではＫ系列の特性Ｘ線を用い、原子番号が５６〜９２のＢａ〜Ｕの元素ではＬ系列の特性Ｘ線を用いて計算していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような系列の選択は、必ずしも適切でなく、例えば、軽元素を主成分とする試料においてセシウム（Ｃｓ，原子番号５５）の定量分析を行う場合に、Ｃｓ−Ｋα線を用いると、そのバックグラウンドの強度が大きいため、ＳＮ比が低く（悪く）、検出限界も高くなり、正確な分析ができない。このような場合には、強度はやや小さくても、バックグラウンドの強度が小さい、すなわち、ＳＮ比の高いＣｓ−Ｌα線を用いるべきである。
【０００５】
このような問題は、軽元素を主成分とする試料においては、特に短波長側でコンプトン散乱線および連続Ｘ線の散乱線が強く発生してバックグラウンドの強度が大きくなることに起因しているが、そのような事情を考慮して、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を適切に判断するのは、オペレータにとって容易でない場合が多い。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、定性分析の結果から、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を、ＳＮ比を考慮して自動的に適切に選択できる蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願第１の発明は、試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する装置であって、試料によって散乱される１次Ｘ線の散乱線の測定強度と所定の基準値との比較に基づいて、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を判断する判断手段を備えている。
【０００８】
本願第１の発明によれば、判断手段により、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列がＳＮ比を考慮して適切に選択されて、検出限界が低くなるので、簡単に正確な分析ができる。また、軽元素を主成分とする試料中の重元素についても、判断手段により、Ｘ線的に飽和厚さに達しやすい系列の特性Ｘ線が選択されて、試料の厚さによる誤差が発生しにくいので、この点においても簡単に正確な分析ができる。ここで、前記散乱線としてコンプトン散乱線を用いることができる。
【０００９】
本願第２の発明は、試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、定量分析する元素についての系列の異なる特性Ｘ線とそれぞれのバックグラウンドとの測定強度の比に基づいて、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を判断する判断手段を備えている。本願第２の発明によっても、前記第１の発明と同様の作用効果がある。
【００１０】
本願発明においては、前記判断手段の判断の対象となる元素の原子番号が４８以上５８以下の範囲内であることが好ましい。その範囲外の元素については、通常、判断が不要だからである。また、前記判断手段の判断の対象となる特性Ｘ線の系列がＫ系列およびＬ系列であることが好ましい。Ｍ系列やＮ系列の特性Ｘ線は、通常、強度がきわめて小さく、定量分析に用いるのは不適切だからである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、試料１が載置される試料台２と、試料１に１次Ｘ線３を照射するＸ線管等のＸ線源４と、試料１から発生した２次Ｘ線５を分光する分光素子６と、分光素子６で分光された２次Ｘ線７の強度を測定する検出器８とを備えている。なお、２次Ｘ線５，７には、試料１から発生する蛍光Ｘ線のほか、１次Ｘ線３の連続Ｘ線の散乱線および１次Ｘ線３の特性Ｘ線の散乱線が含まれる。
【００１２】
また、検出器８に入射する２次Ｘ線７の波長が変わるように、分光素子６と検出器８を連動させる連動手段１０、すなわちいわゆるゴニオメータを備えている。２次Ｘ線５がある入射角θで分光素子６へ入射すると、その２次Ｘ線５の延長線９と分光素子６で分光（回折）された２次Ｘ線７は入射角θの２倍の分光角２θをなすが、連動手段１０は、分光角２θを変化させて分光される２次Ｘ線７の波長を変化させつつ、その分光された２次Ｘ線７が検出器８に入射するように、分光素子６を、その表面の中心を通る紙面に垂直な軸Ｏを中心に回転させ、その回転角の２倍だけ、検出器８を、軸Ｏを中心に円１１に沿って回転させる。連動手段１０において、例えば、前記軸Ｏに取り付けたポテンショメータ等により、分光素子６および検出器８が回転した結果形成される入射角θ、分光角２θが確認される。
【００１３】
さらに、この装置は、以下の定性分析手段１２、判断手段１３および定量分析手段１４を含む制御処理手段１５を備えている。定性分析手段１２は、前記連動手段１０を用いて得られる各分光角２θにおける２次Ｘ線７の強度を示すスペクトルに対しピーク検索、同定解析を行い、この定性分析の結果を記憶する。
【００１４】
前記判断手段１３は、試料１によって散乱される１次Ｘ線３の散乱線、具体的には、１次Ｘ線３の特性Ｘ線の散乱線の測定強度と所定の基準値との比較に基づいて、定量分析する元素（定性分析において含有が認められた元素）について用いるべき特性Ｘ線の系列を判断する。この所定の基準値は、後述するように実験によりあらかじめ求めておくことができる。ここで、１次Ｘ線３の特性Ｘ線とは、例えばＸ線源４がロジウムをターゲットとするＸ線管の場合、ロジウムから発生する蛍光Ｘ線のうち強度の大きいＲｈ−Ｋα線を指す。また、１次Ｘ線３の特性Ｘ線の散乱線としては、試料１の密度の影響を受けて強度が大きく変わるＲｈ−Ｋα線のコンプトン散乱線を用いるが、前記判断が可能ならＲｈ−Ｋα線のトムソン散乱線を用いてもよく、また、１次Ｘ線３の連続Ｘ線の散乱線を用いてもよい。
【００１５】
前記判断の対象となる特性Ｘ線の系列としては、Ｋ系列およびＬ系列を採用する。Ｍ系列やＮ系列の特性Ｘ線は、通常、強度がきわめて小さく、定量分析に用いるのは不適切だからである。なお、Ｋ系列およびＬ系列の特性Ｘ線として、Ｋβ線やＬβ線に比べて強度の大きいＫα線やＬα線を用いるが、Ｋβ線やＬβ線を用いてもよい。また、前記判断は、定量分析する元素の原子番号が４８以上５８以下の範囲（Ｃｄ〜Ｃｅ）にある場合に限って行われる。それ以外の原子番号の元素については、通常、判断が不要なので、従来と同じように一律に系列が決定される。すなわち、原子番号が４〜４７のＢｅ〜Ａｇの元素についてはＫ系列のＫα線を用い、原子番号が５９〜９２のＰｒ〜Ｕの元素についてはＬ系列のＬα線を用いる。ただし、判断の対象となる元素の原子番号の範囲は、４８以上５８以下の範囲内で、より限定して、例えば４９以上５５以下の範囲とすることもできる。この場合は、原子番号が４８，５６〜５８の元素についても従来と同じように一律に系列が決定される。
【００１６】
前記定量分析手段１４は、定量分析する元素について、前記判断手段１３によって選択された系列の特性Ｘ線の測定強度、または一律に決定される系列の特性Ｘ線の測定強度を、前記定性分析手段１２から呼び出して用い、ファンダメンタルパラメータ法により、各元素の定量分析値（含有率）を算出する。なお、各蛍光Ｘ線の測定強度は、それぞれに対応するバックグラウンドの強度を差し引いたネット強度を用いる。
【００１７】
次に、この装置の動作について説明する。試料台２に試料１が載置され、試料１にＸ線源４から１次Ｘ線３が照射されると、試料１から発生した２次Ｘ線５が分光素子６で分光され、分光された２次Ｘ線７の強度が検出器８で測定される。ここで、定性分析手段１２が、分光素子６と検出器８を連動手段１０で連続的に連動させることにより、試料１から発生した２次Ｘ線５をそれぞれの波長に分光し、検出して、各分光角２θにおける２次Ｘ線７の強度を示すスペクトルが得られる。定性分析手段１２は、これに対しピーク検索、同定解析を行い、その定性分析の結果を記憶する。今、試料１がセメントやポリマー等のように軽元素を主成分とするものであれば、定性分析の結果は、例えば図２に実線で示すようになる。ここで、横軸には波長を用いている。なお、図２においては、簡単のため、定性分析において含有が認められる元素、すなわち、定量分析する元素のうち、セシウムのスペクトルのみを記載しており、他の含有元素のスペクトルは記載を省略している。
【００１８】
さて、試料１の定量分析にあたり、従来であれば前述したように、感度（強度）等の観点から、セシウム（原子番号５５）について一律にＣｓ−Ｋα線を用いていたが、軽元素を主成分とする試料１においては、Ｃｓ−Ｋα線のバックグラウンド（１次Ｘ線の連続Ｘ線の散乱線）の強度が大きいため、ＳＮ比が低く（悪く）、検出限界も高くなり、正確な分析ができない。
【００１９】
これに対し、この装置では、判断手段１３が、図２に実線で示すようにＲｈ−Ｋα線のコンプトン散乱線の測定強度（ピークのグロス強度）が所定の基準値Ｒを超えることから、定量分析に用いるセシウムの特性Ｘ線としてＣｓ−Ｌα線を選択する。基準値Ｒは、Ｒｈ−Ｋα線のコンプトン散乱線の測定強度がこれを超える場合に、原子番号が４８以上５８以下の各元素において、Ｋ系列のＫα線よりもＬ系列のＬα線の方がＳＮ比が高くなるように、あらかじめ実験により求め、設定しておけばよい。判断手段１３は、原子番号が４８以上５８以下の範囲において、他の定量分析する元素においても、用いるべき特性Ｘ線としてＬα線を選択する。
【００２０】
そして、定量分析手段１４が、定量分析する元素について、原子番号が４８〜５８の範囲においては判断手段１３によって選択されたＬ系列のＬα線の測定強度を、原子番号が４〜４７の範囲においては従来と同様に一律に決定されるＫ系列のＫα線の測定強度を、原子番号が５９〜９２の範囲においても従来と同様に一律に決定されるＬ系列のＬα線の測定強度を、定性分析手段１２から呼び出して用い、ファンダメンタルパラメータ法により、各元素の定量分析値（含有率）を算出する。
【００２１】
一方、試料１が重元素を主成分とするものであれば、定性分析の結果は、例えば図２に破線で示すようになる。この場合、判断手段１３は、Ｒｈ−Ｋα線のコンプトン散乱線の測定強度が所定の基準値Ｒ以下であることから、定量分析に用いるセシウムの特性Ｘ線としてＣｓ−Ｋα線を選択する。原子番号が４８以上５８以下の範囲において、他の定量分析する元素においても、用いるべき特性Ｘ線としてＫα線を選択する。
【００２２】
そして、定量分析手段１４が、定量分析する元素について、原子番号が４８〜５８の範囲においては判断手段１３によって選択されたＫ系列のＫα線の測定強度を、原子番号が４〜４７の範囲においては従来と同様に一律に決定されるＫ系列のＫα線の測定強度を、原子番号が５９〜９２の範囲においても従来と同様に一律に決定されるＬ系列のＬα線の測定強度を、定性分析手段１２から呼び出して用い、ファンダメンタルパラメータ法により、各元素の定量分析値（含有率）を算出する。
【００２３】
このように、本実施形態の装置によれば、判断手段１３により、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列がＳＮ比を考慮して適切に選択されて、検出限界が低くなるので、簡単に正確な分析ができる。また、軽元素を主成分とする試料１において、従来のように、定量分析にあたり、セシウムの特性Ｘ線として一律にＣｓ−Ｋα線を用いると、試料１が例えば厚さ１ｃｍで外観上バルク試料として十分な厚さを有するように見えても、Ｘ線的には飽和厚さに達していない場合があり、そのような場合には、厚さが測定強度に影響するので、薄膜試料として扱わないと正しく分析ができない。これに対し、本実施形態の装置によれば、判断手段１３により、Ｃｓ−Ｌα線のようにＸ線的に飽和厚さに達しやすい系列の特性Ｘ線が選択されて、試料１の厚さによる誤差が発生しにくいので、この点においても簡単に正確な分析ができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、判断手段１３が、１次Ｘ線の特性Ｘ線の散乱線（Ｒｈ−Ｋα線のコンプトン散乱線）の測定強度を所定の基準値Ｒと比較して選択すべき特性Ｘ線の系列を判断したが、これとは別に以下のようにして系列を判断してもよい。すなわち、判断手段は、定量分析対象の元素のＫ系列の特性Ｘ線の測定強度（ピークのグロス強度）と、対応するバックグラウンドの測定強度との比を求めるとともに、同じ元素のＬ系列の特性Ｘ線の測定強度（ピークのグロス強度）と、対応するバックグラウンドの測定強度との比を求め、ＳＮ比が高い方の系列の特性Ｘ線を選択してもよい。この場合には、元素ごとに判断するので、判断手段における手順は増すが、より正確な分析ができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、判断手段により、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列がＳＮ比を考慮して適切に選択されて、検出限界が低くなるので、簡単に正確な分析ができる。また、軽元素を主成分とする試料中の重元素についても、判断手段により、Ｘ線的に飽和厚さに達しやすい系列の特性Ｘ線が選択されて、試料の厚さによる誤差が発生しにくいので、この点においても簡単に正確な分析ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【図２】同装置による定性分析の結果の例を示す図である。
【符号の説明】
１…試料、３…１次Ｘ線、４…Ｘ線源、５，７…２次Ｘ線、１３…判断手段、Ｒ…基準値。

Claims

試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置において、
試料によって散乱される１次Ｘ線の散乱線の測定強度と所定の基準値との比較に基づいて、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を判断する判断手段を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
請求項１において、
前記散乱線がコンプトン散乱線である蛍光Ｘ線分析装置。
試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置において、
定量分析する元素についての系列の異なる特性Ｘ線とそれぞれのバックグラウンドとの測定強度の比に基づいて、定量分析する元素について用いるべき特性Ｘ線の系列を判断する判断手段を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記判断手段の判断の対象となる元素の原子番号が４８以上５８以下の範囲内であり、
前記判断手段の判断の対象となる特性Ｘ線の系列がＫ系列およびＬ系列である蛍光Ｘ線分析装置。