JP4383821B2 - 分析装置及び分析装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、分析装置及び分析装置の制御方法に関する。

試料に電子ビームを照射し、そのとき試料から発生する特性Ｘ線を検出して試料に含まれる元素分析を行う分析装置として電子プローブマイクロアナライザ（以下、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）という）がある。

このようなＥＰＭＡの代表的な構成が特開平２−４７５４３号公報（特許文献１）に記載されており、以下、図面を参照しながら当該特許文献１に示されたＥＰＭＡの構成について説明する。

図５は、従来技術におけるＥＰＭＡを示す概略構成図である。同図において、１０１は電子銃、１０２は加速電極、１０３及び１０４は集束レンズ、１０５は電子ビーム、１０６は分光結晶、１０７は検出器、１０８は処理装置、１０９は試料、１１０は制御装置、１１１は表示装置、１１２は記憶装置、１１３はプリンタを示す。

電子銃１０１から放射された電子ビーム１０５は、加速電極１０２、集束レンズ１０３，１０４により加速、集束されて試料１０９に照射される。このとき、図示しない走査コイルにより、電子ビーム１０５を２次元あるいは直線的に走査することもできるし、また、走査を行わず試料１０９上の任意に選択した一点に照射することもできる。ここで、試料１０９側に位置する集束レンズ１０４は、一般に対物レンズと呼ばれている。

電子ビーム１０５が照射された試料１０９からは種々の波長のＸ線（特性Ｘ線）が発生し、当該Ｘ線を分光結晶１０６と検出器１０７とにより検出する。Ｘ線を検出する際には、分光結晶１０６及び検出器７をローランド円の円周に沿って移動させ、短波長側から長波長側、又は長波長側から短波長側に走査させながらＸ線の検出を行う。

図５においては、分光結晶１０６と検出器１０７は一組しか示されていないが、１個の分光結晶ではＸ線の全ての範囲をカバーできないので、通常は複数個の分光結晶及び検出器が配置されるようになされている。

検出器１０７の出力信号は、処理装置１０８で増幅、波形整形等が行われた後、制御装置１１０に送られる。制御装置１１０は、取り込んだデータを基に、ＣＲＴ等からなる表示装置１１１にスペクトルを表示する。このとき、検出したスペクトルのピーク位置と、記憶装置１１２に格納されている波長テーブルとを参照することによりスペクトルの各ピーク位置に対応する元素名、特性Ｘ線名、次数等を検索して元素の同定を行う。

このような構成からなるＥＰＭＡを用いて試料１０９の元素同定分析を実施する際には、以下の工程により行われる。

分光結晶１０６及び検出器１０７の走査が行われ、データの収集が終了すると、全てのＸ線領域でのスペクトルのピーク位置を検出する。この処理は、Ｘ線スペクトルをスムージングし、２次微分を施すことで行うことができる。これによりピーク位置が判定されると、次に元素の同定を行う。この際には、上述のごとく、ピーク位置と、記憶装置１１２に格納されている波長テーブルとを参照することで行われる。

このようにして元素の同定が終了すると、その結果を表示装置１１１に表示するとともにプリンタ１１３で印字する。これにより元素同定分析が行われる。

以上のような分析装置において、上記のような元素同定を実施した後に、スペクトル内で同定された元素の濃度を算出することが行われている。この場合には、分析対象となっている元素の濃度１００％からなる標準試料に基づく検出感度データを予め求めて記憶しておき、同定された元素のピーク強度と対応する検出感度データとを参照することにより当該元素の濃度を算出する。なお、上記検出感度データは、同定された元素のピーク強度に対するその濃度の関係を示すものである。

特開平２−４７５４３号公報

上述のごとく、分析対象となる元素の濃度算出を行う際には、それに先だって当該元素の同定を行うこととなる。この元素同定を実施するときには、Ｘ線スペクトルのピーク位置を検出することとなるが、当該ピーク位置の検出の際には分析条件に対応するピーク検出下限値が存在する。

従って、このピーク検出下限値を上回るピーク強度となる元素のピーク位置は検出され、これにより当該元素の同定が行われることとなる。しかしながら、当該ピーク検出下限値を下回るピーク強度となる元素のピーク値は検出されず、当該元素の同定は行われない。

よって、元素同定工程において同定された元素についてはその濃度算出が行われることとなるが、同定されなかった元素についてはその濃度算出は行われない。ここで、同定された元素について濃度算出が行われる際には、同定元素毎に検出下限濃度が存在する。

従って、ピーク検出下限値を下回るピークとなった元素については、その濃度が、その対応する検出下限濃度未満となっていたので同定されなかったわけであるが、このように同定されなかった元素についての検出下限濃度を情報として表示もしくは印字することはしていなかった。

このため、表示装置により表示され、もしくはプリンタにより印字された分析結果をオペレータが見たときに、同定されずに濃度が算出されなかった元素についての検出下限濃度を知ることができず、当該元素の濃度がどの程度の検出下限値未満であったかという情報を得ることができなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、同定されずに濃度が算出されなかった元素についての検出下限値（検出下限濃度）をオペレータに知らせるようにすることにより、当該元素の濃度がどの程度の検出下限値未満であったかという情報を知らせることができる分析装置及び分析装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明における分析装置は、電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系と、電子ビームの照射に応じて試料から発生する分析情報を元素同定のために取得する分析情報取得手段と、該元素同定における検出対象元素の検出下限濃度データを記憶する記憶部と、分析情報取得手段により取得された分析情報と該元素同定において同定されなかった元素の検出下限濃度データとを合わせて出力する出力手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明における分析装置の制御方法は、電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系と、電子ビームの照射に応じて試料から発生する分析情報を元素同定のために取得する分析情報取得手段とを備える分析装置の制御方法において、分析情報取得手段により取得された分析情報と該元素同定において同定されなかった元素の検出下限濃度データとを合わせて出力することを特徴とする。

本発明においては、分析情報取得手段により元素同定のために取得された分析情報と該元素同定において同定されなかった元素の検出下限濃度データとを合わせて出力する。

よって、オペレータは出力結果を確認することにより、元素同定分析において同定されなかった元素の濃度がどの程度の検出下限値（検出下限濃度）未満であったかという情報を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明における分析装置及び分析装置の制御方法について説明する。

図１は、本発明における分析装置を示す概略構成図であり、当該分析装置はＥＰＭＡの構成を有している。同図において、１は電子銃（電子ビーム源）であり、電子銃１から放出されて加速された電子ビーム６は、集束レンズ２及び対物レンズ３により試料７上に細く集束される。このとき、電子ビーム６は、走査コイル４によって偏向され、試料７上を適宜走査する。

集束レンズ２、対物レンズ３、及び走査コイル４により電子光学系１８が構成され、これにより当該電子光学系１８によって電子ビーム６は制御されて試料７上に照射されることとなる。

電子ビーム６が照射された試料７からはＸ線（特性Ｘ線）が発生し、当該Ｘ線は分光結晶８と検出器９とにより検出される。Ｘ線を検出する際には、図示しない駆動機構によって分光結晶８及び検出器９をローランド円の円周に沿って移動させ、短波長側から長波長側、又は長波長側から短波長側に走査させながらＸ線の検出を行う。ここで、図１では１個の分光結晶８及び検出器９のみを図示しているが、実際には複数個の分光結晶及び検出器を備えており、Ｘ線の波長領域に応じて切り換えるように構成されている。

検出器９は、Ｘ線の波長に対応するＸ線強度を検出し、当該検出によるＸ線強度信号を処理部１０に出力する。処理部１０は、検出器９からのＸ線強度信号を増幅し、増幅後のＸ線強度信号の波形整形処理を行う。処理部１０にて処理されたＸ線強度信号は、バスライン１１を介して制御演算部１２に出力される。制御演算部１２は、処理部１０からのＸ線強度信号に基づいてスペクトルデータを形成する。

なお、分光結晶８、検出器９、処理部１０、及び制御演算部１２により分析情報取得手段が構成されている。また、分光結晶８及び検出器９により波長分散形Ｘ線分光器が構成されているので、この分析情報取得手段は当該波長分散形Ｘ線分光器を備えることとなる。

ここで、試料７は試料ステージ機構５に載置されている。当該試料ステージ機構５は、試料７を水平方向、垂直方向、回転方向、及び傾斜方向に適宜移動させるためのものである。

電子銃１、集束レンズ２、対物レンズ３、走査コイル４、及び試料ステージ機構７は、それぞれ被駆動要素１〜５として対応する各駆動部１ａ〜５ａによって電源が供給されて駆動制御される。これらの駆動部１ａ〜５ａは、バスライン１１に接続されており、バスライン１１を介して送られた制御信号に応じて対応する被駆動要素１〜５を駆動制御する。

バスライン１１には、出力手段となる表示部１３と入力部１４とが接続されている。表示部１３は制御演算部１２により形成されたスペクトルデータ等を分析画像として表示するものである。また、入力部１４は、キーボード、マウス、ジョイスティック等からなり、オペレータがこれを操作することにより、分析条件の設定及び選択や分析装置のマニュアル操作を行うことができる。

さらに、バスライン１１には、第１の記憶部１５と第２の記憶部１６とが接続されている。第１の記憶部１５には、元素の同定を行うための波長テーブルや検出感度データ等が格納されており、第２の記憶部１６には、後述する演算により算出される検出下限データが格納されることとなる。

また、バスライン１１には画像形成部１７が接続されている。画像形成部１７は、制御演算部１２で形成されたスペクトルデータと、後述の工程により第２の記憶部１６に格納された検出下限データとが同一の画像に含まれる表示用の画像を形成する。

なお、制御演算部１２は、上述した各構成要素を制御するとともに、分析に必要な所定の演算処理も行う。

以上が本発明における分析装置の構成であり、以下、当該分析装置の制御方法について説明する。

この分析装置を操作するオペレータは、まず、入力部１４を操作することにより、試料７の分析条件を設定する。本実施例においては、説明をわかりやすくするため、試料７は、Ｃｕ（銅）、Ｓ（イオウ）、Ａｓ（ヒ素）、及びＦｅ（鉄）を含む物質から構成されるものとし、Ｃｕ、Ｓ、Ａｓ、及びＦｅの各元素の同定及び濃度の算出を試みる分析を行う例とする。

オペレータにより分析条件が設定されることにより分析が開始され、当該分析条件に基づいて電子銃１、電子光学系１８、及び試料ステージ機構５等が駆動制御される。これにより、試料７上に電子ビーム６が照射される。

電子ビーム６が照射された試料７からは、Ｘ線が発生し、当該Ｘ線は分光結晶８及び検出器９により検出される。検出器９は、Ｘ線の波長に対応するＸ線強度を検出し、当該検出によるＸ線強度信号を処理部１０に出力する。処理部１０は、検出器９からのＸ線強度信号を増幅し、増幅後のＸ線強度信号の波形整形処理を行う。処理部１０にて処理されたＸ線強度信号は、バスライン１１を介して制御演算部１２に送られる。

制御演算部１２は、処理部１０からのＸ線強度信号に基づいてスペクトルデータを形成する。そして、形成されたスペクトルデータは制御演算部１２においてピーク検出の対象とされ、当該スペクトルデータについてピーク位置及びそのピーク強度が検出される。このとき、第１の記憶部１５には上述のごとく波長テーブルが格納されており、当該波長テーブルには、図２に示すようなデータが含まれている。ここで、図２に示すデータ内の分光結晶の欄にある「ＬＩＦ」、「ＰＥＴ」、及び「ＴＡＰ」は、分析結晶の種類を示す。

また、各分析対象元素の検出下限データである検出下限濃度が、以下の式を用いて制御演算部１２により算出され、算出された検出下限濃度が第２の記憶部１６に格納される。

検出下限濃度の算出方法について、検出下限濃度をＤとして説明すると、この検出下限濃度Ｄは一般的に次の式で表される。

Ｄ＝（Ｃ・２・√（２・Ｂ））／（（Ｐ−Ｂ）√ｔ）
なお、マトリクス効果を考慮する場合には、補正係数ｆを乗算した以下の式となる。

Ｄ＝ｆ・（Ｃ・２・√（２・Ｂ））／（（Ｐ−Ｂ）√ｔ）
ここで、Ｃは当該元素の標準試料での濃度値、Ｐは当該標準試料での濃度分析の際でのＸ線強度値（特性Ｘ線強度値）であり、これらは既知の値として第１の記憶部１５に格納されている。また、Ｂは分析対象試料７の分析時における当該元素のピーク位置でのバックグランド強度値、ｔはバックグランド強度の計数時間である。

そして、スペクトルデータのピーク検出が実行されるが、このとき、検出下限値を下回る濃度に対応するピークは検出されない。

ここで、試料７にＦｅが含まれているとしても当該Ｆｅの濃度が著しく低く、検出下限値を下回っている場合には、Ｆｅについてのピークはスペクトルデータ中で検出されない。Ｃｕ、Ｓ、及びＡｓの各濃度が、それぞれ対応する検出下限値を上回っており、Ｆｅを除いたＣｕ、Ｓ、及びＡｓのピークがスペクトルデータ中で検出されたときには、検出された各ピークに応じて対応する元素が同定される。この元素同定に際には、第１の記憶部１５に記憶された波長テーブルに基づいて元素が同定される。

このようにして同定された元素の元素名は、スペクトルデータ中のピークに対応するように、当該スペクトルデータに付与される。これにより、同定された元素の元素名が付与されたスペクトルデータの例を図３に示す。同図においては、分光結晶８の種類毎にスペクトルデータを分けて示しており、検出されたピークに対応して同定された元素名が付与されている。

そして、この同定元素付与後のスペクトルデータは、バスラインを介して制御演算部１２から画像形成部１７に送られる。画像形成部１７は、第２の記憶部１６に格納されている検出下限データを読み出し、制御演算部１２からのスペクトルデータと、第２の記憶部１６に格納された検出下限データである検出下限濃度とが同一の画像に含まれる表示用画像を形成する。

本実施例での分析対象となっている元素はＣｕ、Ｓ、Ａｓ、及びＦｅであるので、これらの元素についての検出下限データをそれぞれ第２の記憶部１６から読み出し、画像形成部１７にて上記スペクトルデータと当該検出下限データとが同一の画像に含まれる表示用画像を形成する。

このようにして形成された表示用画像の一例を図４に示す。同図では、上記スペクトルデータに、上記分析対象元素の各検出下限データである検出下限濃度データを含むデータ表Ａが付加されている。

画像形成部１７で作成された表示用画像は、出力手段である表示部１３により分析画像として表示されて出力される。これにより、スペクトルデータ（分析情報）と検出下限濃度データ（検出下限データ）とを合わせて出力することとなる。

そして、オペレータは、表示部１３に表示された分析画像を目視にて確認することにより、試料７の元素同定において、ピーク検出されなかった元素（本実施例においては、Ｆｅ）の検出下限濃度を知ることができる。なお、出力手段として図示しないプリンタ等からなる印刷機を用いて、当該表示用画像を印刷画像として紙面に印刷して出力するようにしてもよい。

これにより、オペレータは、当該分析において検出されなかったＦｅの検出下限濃度が０．０２％であることがわかり、Ｆｅについては０．０２％未満の濃度であったという情報を得ることができる。

なお、当該分析においてピーク検出されたＣｕ、Ｓ、及びＡｓの濃度については、第１の記憶部１５に格納されている各元素の検出感度データを読み出し、制御演算部１２にてＣｕ、Ｓ、及びＡｓの濃度が算出される。そして、これにより算出された濃度は表示部１３により検出濃度として表示される。

ここで、図４中のデータ表Ａについて説明する。このデータ表Ａの「検出有無」の欄には、分析における検出対象の元素ごとに検出（同定）の有無が記されている。図４に示された場合では、Ｃｕ、Ｓ、及びＡｓの各元素については同定されて検出されている。Ｆｅの元素については、同定されずに検出されていない。このように、検出対象の元素毎に検出の有無が表示されるようになっている。

また、Ｃｕ、Ｓ、Ａｓ、及びＦｅの各元素についての検出下限濃度は、それぞれ０．０１％、０．０２％、０．０５％、及び０．０２％となっている。

さらに、本実施例での分析において検出されたＣｕ、Ｓ、及びＡｓの各元素についての検出濃度は、それぞれ６６．１％、３３．５％、０．０８％となっている。この場合、Ａｓについては検出下限濃度０．０５％に対して検出濃度が０．０８％であるので、この算出された検出濃度の信頼度はあまり高くないことがわかる。なお、Ｆｅについては検出されていないので、検出濃度についての数値は表示されていない。

このように、表示されたデータ表Ａ中の検出下限データ（検出下限濃度）には、分析情報に含まれていない検出対象に対応する検出下限データが含まれている。よって、分析情報に含まれている検出された検出対象以外の検出対象（すなわち、検出されなかった検出対象）に対応する検出下限データも合わせて出力することとなる。

上述のごとく、本発明においては、分析情報取得手段により取得された分析情報と検出対象に対応する検出下限データとを合わせて出力する。よって、検出対象の元素が元素同定工程において同定されたか否かに関わらず、当該検出対象の検出下限データと分析情報とを合わせて出力することとなる。

従って、出力結果を確認することにより、オペレータは同定されなかった元素についての検出下限データを知ることができる。よって、当該元素の濃度がどの程度の検出下限値未満であったかという情報を知ることができる。

なお、上述の分析装置では、分析情報取得手段は波長分散形Ｘ線分光器を備えているものであったが、エネルギー分散形Ｘ線検出器を備えるものであってもよい。

本発明における分析装置を示す概略構成図である。 波長テーブルに含まれるデータを示す図である。 スペクトルデータの例を示す図である。 合成画像データの一例を示す図である。 従来技術におけるＥＰＭＡを示す概略構成図である。

符号の説明

１…電子銃（電子ビーム源）、２…集束レンズ、３…対物レンズ、４…走査コイル、５…試料ステージ機構、６…電子ビーム、７…試料、８…分光結晶、９…検出器、１０…処理部、１１…バスライン、１２…制御演算部、１３…表示部（出力手段）、１４…入力部、１５…第１の記憶部、１６…第２の記憶部、１７…画像形成部、１８…電子光学系

Claims (6)

1. 電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系と、電子ビームの照射に応じて試料から発生する分析情報を元素同定のために取得する分析情報取得手段と、該元素同定における検出対象元素の検出下限濃度データを記憶する記憶部と、分析情報取得手段により取得された分析情報と該元素同定において同定されなかった元素の検出下限濃度データとを合わせて出力する出力手段とを備えることを特徴とする分析装置。
2. 前記検出下限濃度データは、分析条件に応じて前記記憶部に記憶されていることを特徴とする請求項１記載の分析装置。
3. 前記分析情報取得手段は、波長分散形Ｘ線分光器又はエネルギー分散形Ｘ線分光器を有することを特徴とする請求項１又は２記載の分析装置。
4. 電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射する電子光学系と、電子ビームの照射に応じて試料から発生する分析情報を元素同定のために取得する分析情報取得手段とを備える分析装置の制御方法において、分析情報取得手段により取得された分析情報と該元素同定において同定されなかった元素の検出下限濃度データとを合わせて出力することを特徴とする分析装置の制御方法。
5. 前記検出下限濃度データは、分析条件に応じて記憶されていることを特徴とする請求項４記載の分析装置の制御方法。
6. 前記分析情報取得手段は、波長分散形Ｘ線分光器又はエネルギー分散形Ｘ線分光器を有することを特徴とする請求項４又は５記載の分析装置の制御方法。

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