JP4670589B2 - Ｘ線回折装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線回折装置に関し、更に詳しくは、作業環境中に存在する遊離粉塵中に含まれる遊離珪酸、アスベスト等の有害物質を定量分析するために好適なＸ線回折装置に関する。

一般に、Ｘ線回折法は結晶などの原子の配列に関する情報を得る分析法である。図３は従来一般に知られているＸ線回折装置の概略構成図である。

Ｘ線管１から出射されたＸ線はゴニオメータ２に導入される。ゴニオメータ２の中心には試料ホルダ１０上に装荷された試料２０が据えられ、試料２０により回折されたＸ線はゴニオメータ２の円周上に設けられたスリット４を経てＸ線検出器５に導入される。このときの回折Ｘ線は試料２０の面間隔をｄとしたとき、ブラッグの式ｎλ＝２ｄsinθ（但し、λは波長）を満足する位置に回折される。これを検出するためには、入射Ｘ線と試料２０との成す角度θと試料２０と検出器５との成す角度θとが常に同じであるような関係を保ちつつθを例えば０〜１８０°の角度範囲で走査する必要がある。そのため、ゴニオメータ２においては、試料ホルダ１０の保持部と検出器５の保持部とは同軸で且つ異なる駆動軸を有し、それぞれθ：２θ、つまり１：２の比で以て回転駆動される。

ところで、上記のようなＸ線回折法を用いて試料の定量分析を行う手法として、基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量法が知られている（例えば特許文献１など参照）。図４はこの種のＸ線回折定量法に使用される従来の試料ホルダの断面図（ａ）及び上面平面図（ｂ）、図５は基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折による定量分析を説明するための図、図６は従来のＸ線回折装置による基底標準吸収補正法を用いた定量分析の手順を示すフローチャートである。

図４において、この試料ホルダ１０では、扁平円環形状の枠体１１の上面に中央が円形状に開口したマスク板１２が固着されており、その枠体１１の内部空間に基底標準試料となる亜鉛（Ｚｎ）（又はアルミニウム（Ａｌ）でもよい）の基底板１３が挿嵌される。基底板１３には凹部が形成されておりそこにはフィルタ１４が嵌め込まれるから、フィルタ１４は基底板１３とマスク板１２との間に挟まれた状態で保持される。なお、基底板１３はその下面に接触する板バネ１５により上方、つまりマスク板１２に密着する方向に付勢されている。

測定の手順としては、まずフィルタ１４に試料を装荷しないブランクフィルタの測定を実行する（ステップＳ１）。即ち、図５（ａ）に示すように基底板１３上のフィルタ１４に斜め方向からＸ線を照射すると、フィルタ１４を通過したＸ線は基底板１３の内部に侵入して回折され、再びフィルタ１４を通過して出て来るから、この回折Ｘ線の強度Ｉ’Ｚｎを測定する。次に、このフィルタ１４の上に試料２０を採取して保持させる（ステップＳ２）。そして、試料２０がフィルタ１４上に装荷された状態で先と同様の測定を実行して、基底板１３の回折Ｘ線強度ＩＺｎ、及び試料２０に含まれる分析対象物質の回折Ｘ線強度Ｉｍを測定する（ステップＳ３）。

基底標準吸収補正法は、測定された回折Ｘ線強度Ｉｍが試料２０に含まれる分析対象物質以外の共存物質による吸収の影響を受けていることを考慮して、この影響を試料２０の背後に置いた基底標準試料（つまり基底板１３）の回折Ｘ線強度の差を利用して補正しようとするものである。即ち、補正後の回折Ｘ線強度を求める補正式は次の（１）式となる。
Ｉ＝Ｉｍ・Ｋｆ …（１）
ここで、Ｋｆは補正係数であり、
Ｋｆ＝−Ｒθ・In（ΔＲＩ）／［１−（ΔＲＩ）^Ｒθ］ …（２）
であり、（２）式中のΔＲＩ、Ｒθは
ΔＲＩ＝ＩＺｎ／Ｉ’Ｚｎ
Ｒθ＝sinθＺｎ／sinθm
但し、θＺｎ：基底板１３の材料である亜鉛の回折角、θm：試料の回折角である。

上述したような基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量法は、空気中に浮遊する遊離粉塵中の遊離珪酸等の有害物質の定量分析に有用である。また、最近では、アスベストによる健康被害が大きな社会的問題となっているが、こうした物質の定量分析にも非常に有用である。しかしながら、上記のような従来のＸ線回折装置を利用したＸ線定量法は測定効率が必ずしもよいものではなかった。それは次のような理由による。

即ち、基底板１３の回折Ｘ線の強度（例えば上記例のＩ’ＺｎやＩＺｎ）はその基底板１３のＺｎ（又はＡｌ）結晶の配向の影響を大きく受ける。そのため、こうした配向の影響を無くすためには、図６中のステップＳ１におけるブランクフィルタ測定時の試料ホルダとステップＳ２における採取試料の測定時の試料ホルダとは同一のものとする必要がある。それ故、多数の試料を測定する場合にはステップＳ１〜Ｓ４の手順を繰り返す必要があり、各試料毎にそれぞれブランク測定を行わなければならない。その結果、１つの試料に対する定量分析のために２回のＸ線回折測定を必要とし、そのために測定作業量が増大していた。

特開平７−１２０４１５号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、使用する試料ホルダの相違を全く意識することなく、効率的に測定を行うことができるＸ線回折装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された第１発明は、試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
を含む試料ホルダを有し、前記基底部材にあって少なくとも前記回折面の表面には、前記所定の金属の溶射による層が形成されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために成された第２発明は、試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
を含む試料ホルダを有し、前記基底部材にあって少なくとも前記回折面の表面に、前記所定の金属の微粒子が溶剤中に分散された塗料の吹き付け又は塗布による層が形成されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために成された第３発明は、試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
を含む試料ホルダを有し、前記基底部材は、前記所定の金属の粉体をプレス成形して形成されたものであることを特徴としている。

なお、第１乃至第３発明において、上記所定の金属とは典型的には亜鉛又はアルミニウムである。

第１乃至第３発明に係るＸ線回折装置によれば、いずれも比較的簡便で且つコストの大きな増加を招くことなく、基底部材の回折面の金属結晶の方向を揃わないようにすることができ、試料ホルダによって配向しているものや配向していないものが混在していることがない。したがって、試料ホルダの相違による基底標準試料の回折Ｘ線強度の差異が無視できる程度に小さくなり、測定者は試料ホルダの相違を全く意識する必要がない。そして、多数の試料に関して基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行う際に、試料無しのブランク測定は或る１つの試料ホルダについて行いさえすればよい。これにより、従来よりも測定効率が向上し、特に分析したい試料の数が多いほどその効率改善効果は大きくなる。

以下、本発明の一実施例であるＸ線回折装置について図１及び図２を参照して説明する。本実施例のＸ線回折装置の全体構成は既に説明した図３の構成と同じであり、従来の構成と相違するのは試料ホルダ１０の構成のみであるので、ここでは、その点について詳しく説明する。図１は本実施例のＸ線回折装置に使用される試料ホルダの断面図（ａ）及び断面分解図（ｂ）である。図４に示した従来の構成と同一の構成要素には同一符号を付しており、特に要しない限り説明を省略する。

本実施例における試料ホルダ１０の基本的な構造は従来と同じである。即ち、扁平円環形状の枠体１１の上面に中央が円形状に開口したマスク板１２が固着されており、その枠体１１の内部空間に基底標準試料となる亜鉛（又はアルミニウムでもよい）の基底板１３が挿嵌される。基底板１３には凹部１３ａが形成されておりそこにはフィルタ１４が嵌め込まれる。本実施例に特徴的な構成として、基底板１３の凹部１３ａの底部、つまりフィルタ１４が嵌め込まれたときにその下面と接触する面（回折面）の表面に、所定厚さで特殊な処理が施された亜鉛の層１６が形成されている。

一般に亜鉛に限らず各種金属体は、その結晶の方向が揃っている（配向している）場合もあればそうでない場合もあり決まっていない。それに対し、この層１６においては亜鉛の結晶方向が揃っていない。そのため、図５（ａ）のように斜め方向からＸ線が入射されて基底板１３の回折面でＸ線が回折される際に、その回折Ｘ線強度Ｉ’Ｚｎは試料ホルダ毎に殆どばらつかない。したがって、ブランク測定を各試料ホルダ毎にそれぞれ行う必要はなくなる。

図２は、基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量を行う際の、本実施例のＸ線回折装置と従来装置との相違を説明するための概念図である。既述のように、従来の装置では、各試料ホルダ毎にブランク測定を行う必要があったため、（ａ）に示すように、複数の試料を測定する場合に、フィルタＦａが装着された試料ホルダについてのブランク測定を行った後にフィルタＦａ上に試料を装荷し、それを再び測定する、という手順で順次ブランク測定と試料測定とを繰り返す必要があった。

これに対し、本実施例の装置では、図２（ｂ）に示すように、或る１つのフィルタＦが装着された試料ホルダについてのみブランク測定を実行し、複数の試料をそれぞれ装荷したフィルタＦａ、Ｆｂ、Ｆｃ、…を装着した試料ホルダについては試料測定のみを実行すればよい。これにより、本実施例の装置によれば、同一数の試料に対する定量分析を行う際に、測定回数が大幅に削減できることが分かる。

上述したように基底板１３の凹部１３ａの底部に結晶方向が揃わない層１６を形成する手法としては、次のような方法を採用することができる。
（１）通常の亜鉛又はアルミニウムの加工面の上にそれぞれ亜鉛又はアルミニウムを溶射する。
（２）通常の亜鉛又はアルミニウムの加工面の上に、それぞれ亜鉛又はアルミニウムの微粒子を溶剤中に分散された液体を塗布又は吹き付け、溶剤を揮発させることで亜鉛又はアルミニウムの層を残す。特に、亜鉛ではいわゆる亜鉛スプレーと呼ばれるものが低価格で市販されているので、この方法が採りやすい。
（３）基底板１３全体を亜鉛又はアルミニウムの粉末をプレス成形することにより形成する。なお、この方法では、層１６のみならず基底板１３全体が配向を有しない状態となる。

上記いずれの方法でも、比較的低コストで簡便に基底板１３の回折面が配向を有さない状態にすることができる。

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例によるＸ線回折装置の試料ホルダの断面図。 本実施例のＸ線回折装置と従来装置との相違を説明するための概念図。 本発明を適用するＸ線回折装置の概略構成図。 従来のＸ線回折装置の試料ホルダの断面図（ａ）及び上面平面図（ｂ）。 基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折による定量分析を説明するための図。 従来のＸ線回折装置による基底標準吸収補正法を用いた定量分析の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…Ｘ線管
２…ゴニオメータ
４…スリット
５…Ｘ線検出器
１０…試料ホルダ
１１…枠体
１２…マスク板
１３…基底板
１３ａ…凹部
１４…フィルタ
１５…板バネ
１６…層
２０…試料

Claims (3)

1. 試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
   前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
   該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
   を含む試料ホルダを有し、前記基底部材にあって少なくとも前記回折面の表面には、前記所定の金属の溶射による層が形成されていることを特徴とするＸ線回折装置。
2. 試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
   前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
   該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
   を含む試料ホルダを有し、前記基底部材にあって少なくとも前記回折面の表面に、前記所定の金属の微粒子が溶剤中に分散された塗料の吹き付け又は塗布による層が形成されていることを特徴とするＸ線回折装置。
3. 試料にＸ線を照射し該試料で回折された回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置であって、試料の背後に配置した基底標準試料の回折Ｘ線強度の試料の有無に対応した差に基づいて試料中の共存成分による吸収の影響を補正する基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量分析を行うＸ線回折装置において、
   前記基底標準試料である所定の金属から成る基底部材と、
   該基底部材の回折面に接触して配置され、分析対象である試料がその前記回折面との接触面と反対側の面に装荷されるフィルタと、
   を含む試料ホルダを有し、前記基底部材は、前記所定の金属の粉体をプレス成形して形成されたものであることを特徴とするＸ線回折装置。

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