JP5538840B2 - X-ray monochromator, manufacturing method thereof, and X-ray spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、X線モノクロメータ、その製造方法及び前記X線モノクロメータを用いたX線分光装置に関するものである。 The present invention relates to an X-ray monochromator, a method of manufacturing the same, and an X-ray spectrometer using the X-ray monochromator.
X線モノクロメータは、図1に示すような構成のX線分光装置の中で用いられる。図1に示す様に、半径Rのローランド円14の円周上に、X線モノクロメータ11、X線源12、及びX線検出器13が配置される。X線源12は、蛍光X線を示す試料等である。X線源12から放射された多様な波長成分を含むX線(入射X線16)がX線モノクロメータ11の各位置で反射して、反射X線17がX線検出器13の部分で集光されて、X線の強度が測定される。この際、X線の反射には回折現象を利用しており、下記のBragg条件(式1)を満たす特定の波長のみがX線検出器13によって測定される。X線源12、及びX線検出器13をローランド円14の円周上を移動させ、入射角度θを変更することにより、式1に対応した各波長のX線強度を測定することができる。
The X-ray monochromator is used in an X-ray spectrometer having a configuration as shown in FIG. As shown in FIG. 1, an
(式中、d:構造周期、θ:入射角、回折角(Bragg角)、n:回折の次数、λ:X線の波長を示す。) (Where d: structure period, θ: incident angle, diffraction angle (Bragg angle), n: order of diffraction, λ: wavelength of X-ray)
X線モノクロメータ11の各反射位置においては、式1を満足するように、その各位置において点Bに向かう方向の構造周期性を有しており、その構造周期が式1におけるdである。すなわち、X線モノクロメータ11は、ローランド円の直径(2R)を曲率半径として湾曲した、湾曲面の法線方向に周期性を有する材料から構成される。
Each reflection position of the
さらに、X線検出器13の位置において、反射X線17が集光されるように、X線モノクロメータ11の表面形状は、ローランド円14の円周に沿っている必要があり、このような構成のものをヨハンソン型モノクロメータという。しかしながら、実際には、ヨハンソン型モノクロメータを製造するには、モノクロメータを研磨する必要がある。そのため、特許文献1で報告されているように、用いる構造周期性材料によっては、研磨を実施しないで、モノクロメータ表面の形状が、ローランド円の直径(2R)を半径とする円15の円周に沿った、図1に示すようなヨハン型モノクロメータを用いられることも多い。
Furthermore, the surface shape of the
X線モノクロメータに用いられる構造周期性材料は、X線の波長が比較的長波長である場合には、構造周期を容易に可変できるという観点から、主に無機物からなる数nmの構造周期を有する人工多層膜が用いられることが多い。さらに、X線の分光性能を向上させるためには、前記人工多層膜には、有機物等の電子密度の低い材料を用いることが好ましい。電子密度の低い材料の人工多層膜からなるX線モノクロメータとしては、特許文献1は、有機・無機を問わずに、層間の界面が原子レベルできれいに整然とする限り、任意のものを用いることのできるX線モノクロメータが開示されている。また、特許文献2には、層空間に有機カチオンを包摂した、層状構造を有する粘土、及び雲母鉱物を、前記構造周期性材料に用いたX線モノクロメータが開示されている。 The structural periodic material used for the X-ray monochromator has a structural period of several nanometers mainly composed of inorganic substances from the viewpoint that the structural period can be easily changed when the wavelength of the X-ray is relatively long. An artificial multilayer film is often used. Furthermore, in order to improve the X-ray spectral performance, it is preferable to use a material having a low electron density such as an organic substance for the artificial multilayer film. As an X-ray monochromator composed of an artificial multilayer film of a material having a low electron density, Patent Document 1 uses an arbitrary one as long as the interface between layers is clean and orderly at the atomic level, regardless of whether it is organic or inorganic. A possible X-ray monochromator is disclosed. Patent Document 2 discloses an X-ray monochromator using clay having a layered structure in which an organic cation is included in a layer space and a mica mineral for the structural periodic material.
しかしながら、上記の文献では、改善すべき課題がある。特許文献1に開示されているX線モノクロメータは、微小角度(3°以下)でX線を入射させる。そのために、X線モノクロメータに照射されるX線の幅が大きくなり、モノクロメータの長さ、及びローランド円を大きくしなければならない。したがって、X線モノクロメータが用いられるX線分光装置を大きくしなければならないという課題があった。 However, the above literature has a problem to be improved. The X-ray monochromator disclosed in Patent Document 1 makes X-rays incident at a minute angle (3 ° or less). Therefore, the width of the X-ray irradiated to the X-ray monochromator is increased, and the length of the monochromator and the Roland circle must be increased. Therefore, there has been a problem that the X-ray spectrometer using the X-ray monochromator has to be enlarged.
また、特許文献2に開示されているX線モノクロメータは、数μm以下の粒子状のゾル溶液からX線モノクロメータの人工多層膜を作製している。そのため、粘土、及び雲母鉱物の結晶子サイズが比較的小さく、100nmより大きな膜厚の凹凸が人工多層膜に形成され、X線の分光性能が限定されることがあるという課題があった。 In addition, the X-ray monochromator disclosed in Patent Document 2 produces an artificial multilayer film of an X-ray monochromator from a particulate sol solution of several μm or less. Therefore, the crystallite size of clay and mica mineral is relatively small, and unevenness having a film thickness larger than 100 nm is formed on the artificial multilayer film, which causes a problem that the spectral performance of X-rays may be limited.
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、X線分光性能が良好で、かつ比較的小型に設計可能なX線モノクロメータ及びその製造方法を提供するものである。
また、本発明は上記のX線モノクロメータを用いたX線分光装置を提供するものである。
The present invention has been made in view of such a background art, and provides an X-ray monochromator that has a good X-ray spectral performance and can be designed in a relatively small size, and a method for manufacturing the same.
The present invention also provides an X-ray spectrometer using the above X-ray monochromator.
上記の課題を解決するX線モノクロメータは、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板の前記凹面上に形成された、アルキル鎖からなる有機物とシリカからなる無機酸化物が交互に積層した有機−無機層状膜から構成されるX線モノクロメータであって、前記有機−無機層状膜へローランド円の円周上から入射するX線の入射角が10°以上であり、前記有機−無機層状膜の表面粗さの最大高さRyが100nm以下であり、かつ前記有機−無機層状膜の有機物と無機酸化物が交互に前記基板の湾曲した凹面の法線方向に構造周期を有して積層されていることを特徴とする。 An X-ray monochromator that solves the above-mentioned problem is an organic material composed of alkyl chains and an inorganic oxide composed of silica alternately formed on the concave surface of a substrate having a concave surface curved with the diameter of the Roland circle as the radius of curvature. An X-ray monochromator composed of laminated organic-inorganic layered films, wherein an incident angle of X-rays incident on the organic-inorganic layered film from the circumference of a Roland circle is 10 ° or more, and the organic- The maximum height Ry of the surface roughness of the inorganic layered film is 100 nm or less, and the organic substance and the inorganic oxide of the organic-inorganic layered film alternately have a structural period in the normal direction of the curved concave surface of the substrate. It is characterized by being laminated.
上記の課題を解決するX線分光装置は、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板と、前記基板の前記凹面上に形成された、上記のX線モノクロメータと、前記ローランド円の円周上に配置されたX線源およびX線検出器とを有することを特徴とする。 An X-ray spectrometer that solves the above problems includes a substrate having a concave surface that is curved with the diameter of a Roland circle as a radius of curvature, the X-ray monochromator formed on the concave surface of the substrate, and the Roland circle. An X-ray source and an X-ray detector arranged on the circumference of
上記の課題を解決するX線モノクロメータの製造方法は、有機物と、無機酸化物の前駆体とを含む反応液を準備する工程と、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する基板の凹面上に前記反応液を用いて有機−無機層状膜を形成する工程とを有することを特徴とする。 An X-ray monochromator manufacturing method that solves the above problems includes a step of preparing a reaction liquid containing an organic substance and a precursor of an inorganic oxide, and a concave surface of a substrate that is curved with the diameter of a Roland circle as a radius of curvature. And a step of forming an organic-inorganic layered film using the reaction solution.
本発明によれば、X線分光性能が良好で、かつ比較的小型に設計可能なX線モノクロメータ及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明は上記のX線モノクロメータを用いたX線分光装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an X-ray monochromator having a good X-ray spectral performance and capable of being designed in a relatively small size, and a method for manufacturing the same.
Further, the present invention can provide an X-ray spectrometer using the above X-ray monochromator.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るX線モノクロメータは、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板の前記凹面上に形成された、有機物と無機酸化物が交互に積層した有機−無機層状膜から構成されるX線モノクロメータであって、前記有機−無機層状膜へローランド円の円周上から入射するX線の入射角が10°以上であり、前記有機−無機層状膜の表面粗さの最大高さRyが100nm以下であり、かつ前記有機−無機層状膜の有機物と無機酸化物が交互に前記基板の湾曲した凹面の法線方向に構造周期を有して積層されていることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The X-ray monochromator according to the present invention is composed of an organic-inorganic layered film in which organic substances and inorganic oxides are alternately stacked, which are formed on the concave surface of a substrate having a concave surface curved with the diameter of a Roland circle as the radius of curvature. X-ray monochromator, wherein the incident angle of X-rays incident on the organic-inorganic layered film from the circumference of the Roland circle is 10 ° or more, and the maximum surface roughness of the organic-inorganic layered film is The height Ry is 100 nm or less, and the organic material and the inorganic oxide of the organic-inorganic layered film are alternately stacked with a structural period in the normal direction of the curved concave surface of the substrate. To do.
本発明を、図1に示すX線モノクロメータ及びX線分光装置に基づいて説明する。本発明のX線モノクロメータ11は、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板18の前記凹面上に形成された、有機物と無機酸化物が交互に積層した有機−無機層状膜から構成されるX線モノクロメータである。X線モノクロメータの有機−無機層状膜は、基板18の凹面の法線方向19の構造周期(以下、法線構造周期)を有する。ローランド円とは、図1における円14のことを示す。すなわち、蛍光X線を示す試料等のX線源12、X線検出器13、及びX線モノクロメータ11が、その円周上に配置される円である。
The present invention will be described based on the X-ray monochromator and X-ray spectrometer shown in FIG. The
図1において、入射角θが小さいほうが、入射X線16がX線モノクロメータに照射される面積が大きくなることがわかる。よって、X線の入射角θが小さい場合、発散した入射X線16をX線モノクロメータ11で反射して、反射X線17をX線検出器13において集光させるには、より大きな面積のX線モノクロメータを用いなくてはならない。また、それに伴いローランド円の直径も大きくしなければならない。これは、X線モノクロメータを用いたX線分光装置が大きくなることを意味する。
In FIG. 1, it can be seen that the smaller the incident angle θ, the larger the area where the
そのため、本発明のX線モノクロメータにおいては、入射するX線の入射角θが10°以上になるように設計することが好ましい。そのために、X線モノクロメータの有機−無機層状膜の面積を、ローランド円の円周上から10°以上、好ましくは15°以上の角度で入射するX線を検出可能な大きさに縮小することができる。X線を10°以上の広角で入射することにより、比較的小型に設計可能なX線モノクロメータ及びそれを用いたX線分光装置とすることができる。 Therefore, the X-ray monochromator of the present invention is preferably designed so that the incident angle θ of incident X-rays is 10 ° or more. For this purpose, the area of the organic-inorganic layered film of the X-ray monochromator is reduced to a size capable of detecting X-rays incident at an angle of 10 ° or more, preferably 15 ° or more from the circumference of the Roland circle. Can do. By making X-rays incident at a wide angle of 10 ° or more, an X-ray monochromator that can be designed to be relatively small and an X-ray spectrometer using the X-ray monochromator can be provided.
後述のように、前記有機−無機層状膜は、前駆体として用いる有機分子等を適切に選択することにより、法線構造周期を調整することが可能である。よって、対象となるX線の波長領域に応じて、法線構造周期を適宜調整することができ、式1に従ってX線入射角θが10°以上になるように設計することができる。 As will be described later, the organic-inorganic layered film can adjust the normal structure period by appropriately selecting an organic molecule or the like used as a precursor. Therefore, the normal structure period can be adjusted as appropriate according to the wavelength region of the target X-ray, and the X-ray incident angle θ can be designed to be 10 ° or more according to Equation 1.
本発明における有機−無機層状膜とは、無機酸化物と有機物が交互に積層した構造の膜であり、その積層周期が、法線構造周期となる。これらの法線構造周期は、Bragg−Brentano配置のθ−2θスキャニングX線回折によって測定することができる。 The organic-inorganic layered film in the present invention is a film having a structure in which inorganic oxides and organic substances are alternately stacked, and the stacking cycle is a normal structure cycle. These normal structure periods can be measured by θ-2θ scanning X-ray diffraction in a Bragg-Brentano configuration.
図4は本発明のX線モノクロメータにおける有機物と無機酸化物が交互に積層した有機−無機層状膜の一例を示す概略図である。図4において、41は基板、42は無機物、43は有機物、44は構造周期を示す。 FIG. 4 is a schematic view showing an example of an organic-inorganic layered film in which organic substances and inorganic oxides are alternately laminated in the X-ray monochromator of the present invention. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a substrate, 42 denotes an inorganic substance, 43 denotes an organic substance, and 44 denotes a structural period.
本発明のX線モノクロメータにおける有機−無機層状膜の厚さは、50nm以上1000nm以下、好ましくは100nm以上600nm以下が望ましい。
また、法線構造周期の厚さは、2nm以上50nm以下、好ましくは3nm以上20nm以下が望ましい。
The thickness of the organic-inorganic layered film in the X-ray monochromator of the present invention is 50 nm to 1000 nm, preferably 100 nm to 600 nm.
The thickness of the normal structure period is 2 nm to 50 nm, preferably 3 nm to 20 nm.
また、本発明における有機−無機層状膜は、後述のように、前駆体反応液から化学反応を通して作製される。そのため、前記有機−無機層状膜は分子、あるいは原子が結合して作製されるため、その結晶子サイズは大きく、基板全面に渡って均一な膜が形成される。そのため、有機−無機層状膜の表面粗さの最大高さRyが100nm以下、好ましくは50nm以下にすることができ、X線の分光性能を高くすることができる。本発明における有機−無機層状膜は、厳密な意味での結晶ではないが、構造周期を有する結晶性の膜であるため、「結晶子」という表現を用いる。結晶子とは、具体的には、結晶性を有する局所的な構造体であり、そのサイズはX線回折におけるScherrer法によって算出することができる。 Moreover, the organic-inorganic layered film in the present invention is produced from a precursor reaction liquid through a chemical reaction, as will be described later. For this reason, the organic-inorganic layered film is produced by combining molecules or atoms, so that the crystallite size is large, and a uniform film is formed over the entire surface of the substrate. Therefore, the maximum height Ry of the surface roughness of the organic-inorganic layered film can be 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and the X-ray spectral performance can be enhanced. The organic-inorganic layered film in the present invention is not a crystal in a strict sense, but is a crystalline film having a structural period, and hence the expression “crystallite” is used. Specifically, a crystallite is a local structure having crystallinity, and its size can be calculated by a Scherrer method in X-ray diffraction.
本発明に係るX線モノクロメータの製造方法は、有機物と、無機酸化物の前駆体とを含む反応液を準備する工程と、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する基板の凹面に前記反応液を用いて有機−無機層状膜を形成する工程とを有することを特徴とする。 The method for producing an X-ray monochromator according to the present invention includes a step of preparing a reaction liquid containing an organic substance and a precursor of an inorganic oxide, and the reaction liquid on a concave surface of a substrate that is curved with a diameter of a Roland circle as a radius of curvature. And a step of forming an organic-inorganic layered film using
また、本発明に係るX線モノクロメータの製造方法は、有機物と、無機酸化物の前駆体とを含む反応液を準備する工程と、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する基板の凹面に前記反応液を用いて有機−無機層状膜を形成する工程と、前記有機−無機層状膜から有機物を除去する工程とを有することを特徴とする。 The X-ray monochromator manufacturing method according to the present invention includes a step of preparing a reaction solution containing an organic substance and a precursor of an inorganic oxide, and a concave surface of a substrate that is curved with the diameter of a Roland circle as a radius of curvature. It has the process of forming an organic-inorganic layered film | membrane using a reaction liquid, and the process of removing organic substance from the said organic-inorganic layered film | membrane.
本発明において、有機−無機層状膜は、従来公知のいずれの方法も用いて作製することが可能である。例えば、有機物である界面活性剤、無機酸化物の前駆体、酸、溶媒を含んだ溶液を基板上に塗布して、溶媒が蒸発する際に膜が形成される方法等を用いることができる。また、アルキル鎖含有のシロキサンオリゴマー、あるいは有機部分を含むシランカップリング剤等を含んだ反応液を基板上に塗布して、膜を形成することもできる。前記シロキサンオリゴマーを用いた場合には、法線構造周期の分布がより狭く、X線分光性能が良好なX線モノクロメータを提供することができる。 In the present invention, the organic-inorganic layered film can be produced using any conventionally known method. For example, a method of forming a film when a solution containing an organic surfactant, an inorganic oxide precursor, an acid, and a solvent is applied onto a substrate and the solvent evaporates can be used. Alternatively, a film can be formed by applying a reaction liquid containing an alkyl chain-containing siloxane oligomer or a silane coupling agent containing an organic moiety on a substrate. When the siloxane oligomer is used, it is possible to provide an X-ray monochromator having a narrower normal structure period distribution and good X-ray spectral performance.
本発明において有機−無機層状膜の形成方法は、前駆体液を基板上に塗布することにより、比較的速いプロセスによって膜が形成されるため、製造時間を短縮することができ、低コストでX線モノクロメータを提供することができる。さらに、ドライプロセスで作製される人工多層膜と異なり、本発明における有機−無機層状膜は、前述のようなウェットプロセスによって作製することが可能であり、プロセスの精密制御を要せず、簡便にX線モノクロメータを提供することができる。 In the present invention, the organic-inorganic layered film is formed by applying the precursor liquid onto the substrate, whereby the film is formed by a relatively fast process. Therefore, the manufacturing time can be shortened and the X-ray can be produced at low cost. A monochromator can be provided. Furthermore, unlike the artificial multilayer film produced by the dry process, the organic-inorganic layered film in the present invention can be produced by the wet process as described above, and does not require precise control of the process, and is simple. An X-ray monochromator can be provided.
本発明において、有機−無機層状膜の無機酸化物は、例えば、シリカ、チタニア、ジルコニア等を挙げることができる。十分な強度の反射X線を検出できる限り、X線波長分解能の観点から電子密度の低い材料を用いることが好ましく、例えば、シリカを用いることによりX線の波長分解能を向上させることができる。 In the present invention, examples of the inorganic oxide of the organic-inorganic layered film include silica, titania, zirconia, and the like. As long as reflected X-rays with sufficient intensity can be detected, it is preferable to use a material having a low electron density from the viewpoint of X-ray wavelength resolution. For example, the wavelength resolution of X-rays can be improved by using silica.
有機物は、例えば界面活性剤に代表される両親媒性分子、シロキサンオリゴマーのアルキル鎖部分等を挙げることができる。用いる有機物を適切に選択することにより、膜における有機物の集合体サイズを制御し、膜の法線構造周期の制御が可能となる。例えば、ポリエチレンオキシドを親水部とする非イオン性界面活性剤を有機分子として使用する場合、ポリエチレンオキシドの鎖長が長くなるにつれて、膜の法線構造周期が大きくなる。すなわち、分光対象となるX線の波長領域に応じて、適宜、適切な有機分子を選択し、法線構造周期を調整し、X線の入射角度が10°以上となるX線モノクロメータを作製できる。 Examples of the organic substance include amphiphilic molecules typified by surfactants, alkyl chain portions of siloxane oligomers, and the like. By appropriately selecting the organic substance to be used, the aggregate size of the organic substance in the film can be controlled, and the normal structure period of the film can be controlled. For example, when a nonionic surfactant having a hydrophilic part of polyethylene oxide is used as an organic molecule, the normal structure period of the film increases as the chain length of polyethylene oxide increases. That is, according to the wavelength region of X-rays to be dispersed, an appropriate organic molecule is appropriately selected, the normal structure period is adjusted, and an X-ray monochromator having an X-ray incident angle of 10 ° or more is manufactured. it can.
前記有機−無機層状膜が、アルキル鎖からなる有機物と、シリカからなる無機酸化物が交互に積層した構造からなることが好ましい。
本発明において、前記有機−無機層状膜を形成する工程が、前記反応液を前記基板の凹面に塗布する工程であることが好ましい。また、前記反応液が、有機無機オリゴマーあるいはシランカップリング剤からなる前駆体を含有することが好ましい。
It is preferable that the organic-inorganic layered film has a structure in which an organic substance made of an alkyl chain and an inorganic oxide made of silica are alternately laminated.
In the present invention, the step of forming the organic-inorganic layered film is preferably a step of applying the reaction liquid to the concave surface of the substrate. Moreover, it is preferable that the said reaction liquid contains the precursor which consists of an organic inorganic oligomer or a silane coupling agent.
本発明において、基板の材質は、膜の作製プロセスにおいて損傷を受けない限り、特に限定されず、例えば、ガラス等を用いることができる。
本発明において、基板上面の形状は、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲した凹面である。図2のX線源22、及びX線検出器21が配置された断面方向の軸24の方向に湾曲した凹面であることが好ましい。さらに、軸25、すなわち前記断面の垂直方向にも湾曲していることによって、より高強度でX線を検出することのできる。なお、軸24の方向のみに湾曲した凹面上に形成されたものを円筒湾曲型モノクロメータ、軸24、及び軸25の方向に湾曲した凹面上に形成されて物を球状湾曲型モノクロメータと称する。
In the present invention, the material of the substrate is not particularly limited as long as it is not damaged in the film formation process. For example, glass or the like can be used.
In the present invention, the shape of the upper surface of the substrate is a concave surface curved with the diameter of the Roland circle as the radius of curvature. 2 is preferably a concave surface curved in the direction of the
基板上面は、膜が形成される面であり、均一で平滑な膜を作製するために、反応液の濡れ性を向上させる表面処理を施すことができる。例えば、親水性の反応液を用いる場合には、オゾンアッシング等によって表面の有機物を除去し、基板上面を親水化することができる。 The upper surface of the substrate is a surface on which a film is formed, and surface treatment for improving the wettability of the reaction solution can be performed in order to produce a uniform and smooth film. For example, when a hydrophilic reaction solution is used, the organic substance on the surface can be removed by ozone ashing or the like to make the upper surface of the substrate hydrophilic.
次に、本発明のX線モノクロメータを用いたX線分光装置について述べる。
本発明に係るX線分光装置は、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板と、前記基板の前記凹面上に形成された、上記のX線モノクロメータと、前記ローランド円の円周上に配置されたX線源およびX線検出器とを有することを特徴とする。
Next, an X-ray spectrometer using the X-ray monochromator of the present invention will be described.
An X-ray spectrometer according to the present invention includes a substrate having a concave surface that is curved with the diameter of a Roland circle as a radius of curvature, the X-ray monochromator formed on the concave surface of the substrate, and a circle of the Roland circle. It has an X-ray source and an X-ray detector arranged on the circumference.
本発明のX線分光装置においては、図1のように、X線源、X線検出器、及びX線モノクロメータが配置される。X線源からの入射X線の入射角、及びX線検出器への反射X線の反射角θを連動してスキャンすることにより、Bragg条件(式1)に対応した波長のX線がX線検出器によって測定される。 In the X-ray spectrometer of the present invention, as shown in FIG. 1, an X-ray source, an X-ray detector, and an X-ray monochromator are arranged. By scanning the incident angle of the incident X-ray from the X-ray source and the reflection angle θ of the reflected X-ray to the X-ray detector, the X-ray having a wavelength corresponding to the Bragg condition (Equation 1) is converted to X Measured by line detector.
X線の波長が比較的長い場合、X線の光路長にもよるが、分光装置内の空気等のガスによっても吸収、あるいは散乱される。そのため、適宜、X線源、X線検出器、及びX線モノクロメータの配置される部分をチャンバーで覆い、減圧することが好ましい。 When the wavelength of the X-ray is relatively long, it is also absorbed or scattered by a gas such as air in the spectroscopic device, depending on the optical path length of the X-ray. For this reason, it is preferable that the portion where the X-ray source, the X-ray detector, and the X-ray monochromator are disposed is covered with a chamber and the pressure is reduced as appropriate.
本発明によれば、ローランド円の直径を曲率半径として湾曲する凹面を有する基板上に、電子密度の低い材料であり、かつ平滑に形成することのできる、有機物と無機酸化物が交互に積層し有機−無機層状膜を形成させることによって、X線分光性能が良好で、かつX線を10°以上の広角で入射することを特徴とした比較的小型に設計可能なX線モノクロメータ、及びそれを用いたX線分光装置を提供できる。 According to the present invention, an organic material and an inorganic oxide, which are a material having a low electron density and can be smoothly formed, are alternately laminated on a substrate having a concave surface curved with the diameter of a Roland circle as a radius of curvature. An X-ray monochromator that has a good X-ray spectroscopic performance by forming an organic-inorganic layered film and that can enter X-rays at a wide angle of 10 ° or more and that can be designed in a relatively small size, and Can be provided.
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
本実施例は、有機物の層と無機酸化物の層が交互に積層した有機−無機層状膜による球状湾曲型モノクロメータを、反応液を基板上に塗布することによって作製し、その性能を検討する例である。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to this.
In this example, a spherical curved monochromator with an organic-inorganic layered film in which organic layers and inorganic oxide layers are alternately stacked is prepared by applying a reaction solution onto a substrate, and its performance is examined. It is an example.
まず、図3に示す湾曲した凹面を有するガラス基板(たて25mm、よこ25mm、高さ10mm)準備する。基板の該凹面は、軸31、及び軸32の2方向に曲率半径を200mm(ローランド円の直径)として球状型に湾曲している。ガラス基板は、アセトン、イソプロピルアルコール、及び純水で洗浄し、オゾン装置中で表面をクリーニングする。
First, a glass substrate (vertical 25 mm,
次に、層状膜の前駆体である、アルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーを合成する。デシルトリクロロシラン0.11molをジエチルエーテル250mLに溶解してアイスバス中で激しく撹拌しながら、テトラヒドロフラン350mL、ジエチルエーテル365mL、純水6.5mL、及びアニリン33.0mLの混合溶液を滴下する。2時間の撹拌の後、沈殿物をフィルタろ過によって除去し、ろ液にヘキサンを添加した後に溶媒を蒸発させて固形物を得る。 Next, an alkyl chain-containing siloxane oligomer that is a precursor of the layered film is synthesized. While dissolving 0.11 mol of decyltrichlorosilane in 250 mL of diethyl ether and stirring vigorously in an ice bath, a mixed solution of 350 mL of tetrahydrofuran, 365 mL of diethyl ether, 6.5 mL of pure water, and 33.0 mL of aniline is added dropwise. After stirring for 2 hours, the precipitate is removed by filtration, hexane is added to the filtrate and the solvent is evaporated to obtain a solid.
この固形物を吸引ろ過によって分離した後、冷やしたアセトンで十分洗浄し、真空乾燥をする。テトラヒドロフラン中に乾燥後の固形物を溶解し、29Si NMRを測定すると、固形物が、C10H21Si(OSi(OMe)3)3の構造を有するアルキル鎖含有のシロキサンオリゴマーであることが確認できる。 The solid is separated by suction filtration, washed thoroughly with cold acetone, and vacuum dried. When the solid after drying was dissolved in tetrahydrofuran and measured for 29 Si NMR, it was found that the solid was an alkyl chain-containing siloxane oligomer having a structure of C 10 H 21 Si (OSi (OMe) 3 ) 3. I can confirm.
次に、シロキサンオリゴマー、テトラメトキシシラン、テトラヒドロフラン、純水、及び塩酸を混合して、モル比が順番に、1:2:15:14:0.005になるように調整する。固形分を撹拌して溶解し、2.5時間後にテトラヒドロフランを加え、モル比が1:2:60:14:0.005になるように調整する。 Next, siloxane oligomer, tetramethoxysilane, tetrahydrofuran, pure water, and hydrochloric acid are mixed and adjusted so that the molar ratio is 1: 2: 15: 14: 0.005 in order. The solid content is dissolved by stirring, and after 2.5 hours, tetrahydrofuran is added to adjust the molar ratio to 1: 2: 60: 14: 0.005.
この溶液を、図3に示すガラス基板の面3Rの位置を下にして、反応液中に浸し、面3Lの位置の方から毎秒2mmの速度で引き上げ、基板上に反応液をディップコートする。ディップコート後の基板は、20℃、湿度40%の恒温恒湿器中に入れて1日以上保持してX線モノクロメータを作製する。形成された膜の厚さは200nm(平均)である。形成された膜の一部を剥離して、電子顕微鏡で観察すると、電子顕微鏡によって層状構造を有する膜が形成されていることが確認される。
This solution is immersed in the reaction solution with the position of the
X線マイクロビーム(3μmφ、8keV)を用いたθ−2θスキャニングX線回折測定で、作製したX線モノクロメータを分析すると、法線構造周期が膜の各位置において3.23nmであることを確認できる。また、接触式表面段差計により、膜の表面粗さが最大高さRyにおいて50nmであることがわかる。 Analysis of the produced X-ray monochromator by θ-2θ scanning X-ray diffraction measurement using an X-ray microbeam (3 μmφ, 8 keV) confirms that the normal structure period is 3.23 nm at each position of the film. it can. Further, the contact surface level difference meter shows that the surface roughness of the film is 50 nm at the maximum height Ry.
次に、図1のように、X線源12(炭素30%、窒素10%、水素60%含有のサンプルからの蛍光X線)、X線検出器13、及び作製したX線モノクロメータ11を、半径100mmのローランド円の円周上に配置し、X線源12、及びX線源を連動させてX線分光装置を作製する。ローランド円の部分を真空チャンバーで覆い、減圧下で測定を行う。θを15°から45°の範囲でスキャンすると、1.67nmから4.56nmの波長範囲までのX線スペクトルを測定でき、炭素及び窒素の、それぞれの固有X線を、θ=43.7°、及び29.3°において確認することができる。その分光性能は、半値幅で0.078nmである。
Next, as shown in FIG. 1, an X-ray source 12 (X-ray fluorescence from a sample containing 30% carbon, 10% nitrogen and 60% hydrogen), an
(比較例1)
本比較例は、合成雲母による球状湾曲型モノクロメータを作製し、その性能を検討する例である。
(Comparative Example 1)
This comparative example is an example in which a spherical curved monochromator using synthetic mica is manufactured and its performance is examined.
まず、図3に示す湾曲した凹面を有するガラス基板を準備する。基板の該凹面は、軸31、及び軸32の2方向に曲率半径を200mm(ローランド円の直径)として球状型に湾曲している。ガラス基板は、アセトン、イソプロピルアルコール、及び純水で洗浄し、オゾン装置中で表面をクリーニングする。
First, a glass substrate having a curved concave surface shown in FIG. 3 is prepared. The concave surface of the substrate is curved in a spherical shape with a radius of curvature of 200 mm (diameter of a Roland circle) in two directions of an
次に、前記基板に塗布する塗布液を調整する。合成雲母ナトリウムテニオライト10gに、n−ブチルアミン塩酸塩水溶液(0.4M)を50mLに加えて2時間攪拌する。精製水で数回洗浄して、攪拌処理を行った後、ポリオキシエチレンラウリルアミン塩酸塩水溶液(5wt%)を200mL加えて24時間イオン交換処理を行う。得られる懸濁液をブフナーロートで減圧脱水し、精製水で数回洗浄する。洗浄物を80℃で乾燥させてから、ベンゼン中に入れ、ホモジナイザーで分散させる。このベンゼン懸濁液を前記基板上に塗布し、室温乾燥させた後、110℃で乾燥させる。 Next, a coating solution to be applied to the substrate is adjusted. To 10 g of synthetic mica sodium teniolite, an aqueous solution of n-butylamine hydrochloride (0.4 M) is added to 50 mL and stirred for 2 hours. After washing with purified water several times and stirring, 200 mL of polyoxyethylene laurylamine hydrochloride aqueous solution (5 wt%) is added and ion exchange is performed for 24 hours. The resulting suspension is dewatered under reduced pressure with a Buchner funnel and washed several times with purified water. The washed product is dried at 80 ° C., then placed in benzene and dispersed with a homogenizer. This benzene suspension is applied onto the substrate, dried at room temperature, and then dried at 110 ° C.
X線マイクロビーム(3μmφ、8keV)を用いたθ−2θスキャニングX線回折測定で、作製したX線モノクロメータを分析すると、法線構造周期が膜の各位置において3.48nmであることを確認できる。また、接触式表面段差計により、膜の表面粗さが最大高さRyにおいて850nmであることがわかる。 Analysis of the produced X-ray monochromator by θ-2θ scanning X-ray diffraction measurement using an X-ray microbeam (3 μmφ, 8 keV) confirms that the normal structure period is 3.48 nm at each position of the film. it can. Further, the contact surface level difference meter shows that the surface roughness of the film is 850 nm at the maximum height Ry.
次に、図1のように、X線源12(炭素30%、窒素10%、水素60%含有のサンプルからの蛍光X線)、X線検出器13、及び作製したX線モノクロメータ11を、半径100mmのローランド円の円周上に配置し、X線源12、及びX線源を連動させてX線分光装置を作製する。ローランド円の部分を真空チャンバーで覆い、減圧下で測定を行う。θを15°から45°の範囲でスキャンすると、1.80nmから4.92nmの波長範囲までのX線スペクトルを測定でき、炭素及び窒素の、それぞれの固有X線を、θ=40.0°、及び27.0°において確認することができる。その分光性能は、半値幅で0.12nmである。
Next, as shown in FIG. 1, an X-ray source 12 (X-ray fluorescence from a sample containing 30% carbon, 10% nitrogen and 60% hydrogen), an
本発明にかかるX線モノクロメータは、比較的小型に設計でき、X線分光性能が高く、X線分光装置に利用することができる。 X-ray monochromator according to the present invention is relatively small in can designs, high X-ray performance, can be used for X-ray spectrometer.
11 X線モノクロメータ
12 X線源
13 X線検出器
14 ローランド円(中心:A)
15 ローランド円の直径を曲率半径とする円弧(中心:B)
16 入射X線
17 反射X線
18 基板
11
15 Circular arc with the radius of the Roland circle as the radius of curvature (center: B)
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