JP7207186B2 - Ｘ線回折装置およびｘ線回折測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線回折装置およびＸ線回折測定方法に関する。

Ｘ線回折装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線を試料に照射し、試料から反射又は透過すえる回折Ｘ線を検出して、試料の結晶構造等を分析するための分析装置であり、各種物質の非破壊分析に広く用いられている。

例えば粉末試料をＸ線回折測定する場合、ガラス製のキャピラリに粉末試料を充填し、そのキャピラリをＸ線回折装置内に配置した後、試料に対してＸ線を照射し、試料からの回折Ｘ線を検出することで、粉末試料の回折パターンを取得することができる（例えば特許文献１を参照）。

Ｘ線回折装置では、Ｘ線源から照射されたＸ線が、試料に到達するまでの間に、空気により散乱することがある。この散乱Ｘ線が検出器に取り込まれてしまうと、回折パターンのバックグラウンド強度が上昇し、精度の高い回折パターンが得られなくなる。例えば、バックグラウンド強度が上昇することで、所定の回折角で出現するはずの回折ピークが埋没して表示されないことがある。

そのため、Ｘ線回折装置には、散乱Ｘ線の影響を抑制すべく、散乱Ｘ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材が試料ステージに配置される（例えば特許文献２を参照）。

特開２００５－２９１８１７号公報 特開２０１２－１７７６８８号公報

ところで、回折Ｘ線のピークは、試料の種類によっても異なるが、回折角の小さな範囲で多く検出される傾向にある。そのため、Ｘ線遮蔽部材は、試料ステージにおいて、回折角の小さな範囲での回折Ｘ線の検出を妨げないよう、回折角の大きな範囲に固定配置されることがある。つまり、検出器を旋回させて回折Ｘ線を検出するときに、検出器が旋回する領域のうち、旋回角度が高角度の領域にＸ線遮蔽部材が固定配置される。

一方、試料によっては、回折ピークが高角度側でも検出されるものもあり、このような試料では、検出する回折角の範囲を広げて、低角度から高角度にわたって検出する必要がある。しかし、Ｘ線遮蔽部材を、低角度での検出に合せて、試料ステージの高角度の範囲に固定配置すると、高角度の範囲で回折Ｘ線を検出するときに、Ｘ線遮蔽部材が回折Ｘ線を遮蔽してしまうことがあった。この結果、回折Ｘ線がＸ線遮蔽部材によって減衰または吸収されることで、得られる回折パターンの精度が低下することがあった。

そこで、本発明は、回折角の低角度から高角度の幅広い範囲にわたってＸ線回折測定するときに精度の高い回折パターンを得る技術を提供することを一目的とする。

本発明の第１の態様は、
試料を載置する試料ステージと、
前記試料ステージの周囲に設けられ、前記試料ステージ上の前記試料に対してＸ線を照射するＸ線源が取り付けられたＸ線源アームと、
前記試料ステージの周囲に設けられ、前記試料ステージ上の前記試料から反射または透過する回折Ｘ線を検出する検出器が取り付けられた検出器アームと、
前記Ｘ線源アームまたは前記検出器アームの一方に支持固定され、前記Ｘ線の散乱による散乱Ｘ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材と、を備え、
前記Ｘ線遮蔽部材は、前記試料との間に、前記Ｘ線または前記回折Ｘ線が通過できる距離をおいて配置され、かつ、前記Ｘ線源の照射方向とのなす角、または前記検出器の検出方向とのなす角が一定となるように傾斜して支持固定されており、前記試料ステージから独立して設けられている、
Ｘ線回折装置が提供される。

本発明の第２の態様は、第１の態様のＸ線回折装置において、
前記Ｘ線遮蔽部材は、前記Ｘ線源アームまたは前記検出器アームの、前記回折Ｘ線の回折角を測定するときの高角度側に支持固定される。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様のＸ線回折装置において、
前記Ｘ線源の照射方向とのなす角、または、前記検出器の検出方向とのなす角が５°以上２５°以下である。

本発明の第４の態様は、第１～第３の態様のいずれかのＸ線回折装置において、
前記Ｘ線源が前記試料に対して所定の角度θで固定され、前記試料ステージおよび前記検出器が前記所定の角度θに対して２θの関係を維持するように、前記試料ステージおよび前記検出器アームの動作が制御されている。

本発明の第５の態様は、第１～第４の態様のいずれかのＸ線回折装置において、
前記Ｘ線源からの前記Ｘ線を平行Ｘ線ビームとして取り出す光学系を備える。

本発明の第６の態様は、第１～第５の態様のいずれかのＸ線回折装置において、
前記Ｘ線遮蔽部材から前記試料までの最短距離が３ｍｍ以上７ｍｍ以下である。

本発明の第７の態様は、第１～第６の態様のいずれかのＸ線回折装置において、
前記Ｘ線遮蔽部材は、ニッケル、モリブデン、タングステンおよびステンレス鋼の少なくとも１つを含む。

本発明の第８の態様は、
第１～第７の態様のいずれかのＸ線回折装置を用いて粉末試料のＸ線回折測定を行う測定方法であって、
前記粉末試料をキャピラリに充填する充填工程と、
前記粉末試料を充填した前記キャピラリを前記試料ステージに載置する載置工程と、
前記キャピラリに前記Ｘ線を照射し、前記回折Ｘ線を検出する検出工程と、を有し、
前記検出工程では、回折角が１０°以上１２０°以下の範囲を連続的に検出する、
粉末試料のＸ線回折測定方法。

本発明によれば、回折角の低角度から高角度の幅広い範囲にわたってＸ線回折測定するときに精度の高い回折パターンを得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるＸ線回折装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、Ｘ線遮蔽部材のＸ線とのなす角を説明するための図である。 図３は、本発明の他の実施形態にかかるＸ線回折装置の概略構成を示す正面図である。 図４は、実施例１で得られた粉末試料のＸ線回折パターンである。 図５は、従来のＸ線回折装置の概略構成を示す正面図である。 図６は、比較例１で得られた粉末試料のＸ線回折パターンである。 図７は、比較例２で得られた粉末試料のＸ線回折パターンである。

従来のＸ線回折装置１００には、例えば図５に示すように、ゴニオメータ部１１と、試料４０を載置する試料ステージ１２と、Ｘ線源１４が取り付けられたＸ線源アーム１３と、検出器１６が取り付けられた検出器アーム１５と、が設けられる。そして、散乱Ｘ線の検出器１６への取り込みを抑制すべく、Ｘ線遮蔽部材１７が固定ホルダ５０を介して試料ステージ１２に取り付けられている。Ｘ線遮蔽部材１７の取り付け位置は、上述したように、回折角の低角度側での検出を妨げないよう、回折角の高角度側となっている。

このようなＸ線回折装置１００を用いて測定を行う場合、例えば図５に示すように、Ｘ線源１４を、そのＸ線の照射方向が水平方向に対して３０°となるように固定し、試料４０と検出器１６とを連動して回転させて回折Ｘ線を検出すると、回折角２θとして低角度（例えば０°～７０°）の範囲を検出する場合であれば、回折Ｘ線を好適に検出することができる。一方、回折角２θとして高角度の範囲（例えば７０°以上の範囲）を検出する場合、試料４０と検出器１６との間にＸ線遮蔽部材１７が位置することで、試料４０からの回折Ｘ線を検出できなくなる。

このため、高角度の範囲を検出する場合、低角度の範囲を検出した後、測定を一旦止めて、試料ステージ１２に固定されたＸ線遮蔽部材１７を取り外した後に、高角度の範囲を検出することになる。この場合、得られた低角度側の回折パターンと、高角度側の回折パターンとを、バックグラウンドを基準として合成することにより、低角度から高角度まで連続する１つの回折パターンを得る。

ただし、本発明者の検討によると、低角度側の回折パターンと高角度側の回折パターンとを比較すると、これらを合成する基準となるバックグラウンドが異なることがあるため、２つの回折パターンを合成したときに、回折パターンが歪む場合があることが確認された。

一方、低角度から高角度にわたって広い角度範囲を連続的にＸ線回折測定する方法としては、Ｘ線源となる元素を、より短い波長を有する元素に変更することが考えられる。例えば、Ｃｕから、Ｍｏ等の波長の短い元素に変更することが考えられる。しかし、この場合、Ｘ線源１４を交換するため、交換のたびに光学系を調整する必要が生じ、作業工程が複雑になり、測定効率が低下することが考えられる。

以上のことから、Ｘ線源を変更することなく、回折角を低角度から高角度の広い範囲にわたって連続的にＸ線回折測定を行う方法について検討を行った。その結果、Ｘ線遮蔽部材を試料ステージに固定して取り付けるのではなく、試料を中心として回転移動するＸ線源アームもしくは検出器アームに取り付けるとよいことを見出した。このように構成することにより、Ｘ線遮蔽部材がＸ線源アームもしくは検出器アームとともに移動するため、Ｘ線遮蔽部材が、Ｘ線源と試料との間や検出器と試料との間に位置することを抑制することができる。

本発明は上述した知見に基づいて成されたものである。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線回折装置の概略構成を示す正面図であって、図中、左右方向および紙面前後方向が水平方向であり、上下方向が鉛直方向である。図２は、Ｘ線遮蔽部材のＸ線とのなす角を説明するための図である。

（Ｘ線回折装置）
本実施形態のＸ線回折装置１は、ゴニオメータ部１１と、試料ステージ１２と、Ｘ線源アーム１３と、検出器アーム１５4と、Ｘ線遮蔽部材１７と、支持部材２０と、を備えて構成される。

ゴニオメータ部１１は、その上に搭載される試料ステージ１２を、試料４０を回転軸の中心として回転させる駆動機構（図示略）を有している。また、ゴニオメータ部１１には、その周囲に、Ｘ線源アーム１３と、検出器アーム１５とが取り付けられている。Ｘ線源アーム１３および検出器アーム１５はそれぞれ、試料４０を回転軸の中心として独自に回転可能なように構成されている。

ゴニオメータ部１１は、Ｘ線源１４から試料４０に対して照射されるＸ線と、試料４０で反射または回折される回折Ｘ線とのなす角を変更できるように、Ｘ線源１４と試料ステージ１２と検出器１６との相対的な位置関係を制御することができる。例えば、Ｘ線源アーム１３を固定した状態で、試料４０を回転軸の中心として試料ステージ１２を角度θ回転させたときに、これと連動するように検出器アーム１５を同一の回転軸を中心にして角度２θ旋回させるように制御される。また例えば、試料４０を固定した状態で、Ｘ線源アーム１３と検出器アーム１５とを対称的に同じ角度旋回させるように制御される。なお、検出器アーム１５は、Ｘ線源アーム１３と試料４０を挟んで対向する位置を始点として、その回折角が大きくなる方向（図１中の矢印の向き）に旋回するように制御される。

試料ステージ１２は、試料４０を中心に載置できるように構成され、例えば、試料４０を充填したキャピラリ４１を挿入固定できるような挿入孔を中心に有する。キャピラリ４１とは、例えば石英ガラス、リンデマンガラス、ボロシリケートガラス、ソーダガラスなどの材料から形成され、Ｘ線回折装置１で微小量の粉末試料を測定するために使用される管状の試料容器である。

Ｘ線源アーム１３は、ゴニオメータ部１１に取り付けられ、試料４０を中心に旋回できるように構成されている。Ｘ線源アーム１３には、Ｘ線源１４が設けられている。Ｘ線源アーム１３を試料ステージ１２に対して旋回させることにより、Ｘ線の試料４０への照射方向を変化させることができる。Ｘ線源１４としては、Ｃｕ管球を用いるとよく、照射するＸ線としては、ＣｕＫα線を含むＸ線が好ましい。

Ｘ線源アーム１３には、Ｘ線源１４と試料ステージ１２との間に、Ｘ線源１４からのＸ線を平行Ｘ線ビームとして取り出す光学系３０が設けられることが好ましい。このような光学系３０としては、例えば、入射するＸ線の幅を決める発散スリット、入射するＸ線の高さを決める縦制限スリット、および、縦方向の余分な発散を抑制するソーラースリットなどを含むスリットボックスを用いることができる。平行ビーム方式の光学系３０によれば、発散スリットなどの集中反射方式の光学系を設ける場合と比べて、Ｘ線源１４を試料ステージ１２側に近づけて配置することができる。この結果、Ｘ線源アーム１３に、後述する支持部材２０を取り付けるスペースを確保しやすくなる。

検出器アーム１５は、ゴニオメータ部１１に取り付けられ、試料４０を中心に旋回できるように構成されている。検出器アーム１５には、検出器１６が設けられている。検出器アーム１５を試料ステージ１２に対して旋回させることにより、検出方向（検出する回折角）を変化させることができる。

検出器１６としては、従来公知の検出器を用いることができる。例えば、プロポーションカウンター（ＰＣ：Proportional Counter）やシンチレーションカウンター（ＳＣ：Scintillation Counter）などを用いることができる。なお、検出器アーム１５には、試料ステージ１２と検出器１６との間に、上述したスリットボックスなどを設けてもよい。

本実施形態では、Ｘ線源１４から照射されたＸ線が例えば空気により散乱されて生じる散乱Ｘ線が検出器１６に取り込まれないよう、散乱Ｘ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材１７を設ける。Ｘ線遮蔽部材１７は、例えば支持部材２０を介して、Ｘ線源アーム１３に支持固定されている。このとき、散乱Ｘ線の検出器１６への取り込みを抑制するため、Ｘ線遮蔽部材１７は、試料４０との間に所定の距離をおいて近接して配置される。また、Ｘ線遮蔽部材１７は、Ｘ線源１４の照射方向とのなす角が一定となるように傾斜して支持固定される。

ここで、Ｘ線遮蔽部材１７と試料４０との間の距離とは、Ｘ線遮蔽部材１７から試料４０までの最短距離を示す。図２においては、Ｘ線遮蔽部材１７の支持部材２０で支持される一端とは反対の先端部１７ａと試料４０との距離ｄを示す。また、Ｘ線遮蔽部材１７とＸ線源１４の照射方向とのなす角とは、図２に示すように、試料４０を通る水平線（図中の点線）とＸ線遮蔽部材１７とのなす角αと、水平線とＸ線源１４の照射方向とのなす角βとから、求められる角度γを示す。

Ｘ線遮蔽部材１７を、試料４０から所定の距離を置いて試料４０に近接して配置することにより、Ｘ線源１４からのＸ線や試料４０からの回折Ｘ線を通過させつつ、散乱Ｘ線を遮蔽することができる。これにより、試料４０に由来する回折ピークの強度を弱めることなく、精度の高い回折パターンを得ることができる。また、Ｘ線遮蔽部材１７を、試料ステージ１２に固定させることなく、Ｘ線源１４の照射方向に対して所定の角度で傾斜させて配置することにより、検出器１６を高角度側まで移動させたときでも、Ｘ線遮蔽部材１７が検出器１６に干渉することを抑制できる。

Ｘ線遮蔽部材１７は、Ｘ線源アーム１３において、回折Ｘ線の回折角を測定するときの高角度側に位置するように支持固定されることが好ましい。

Ｘ線遮蔽部材１７と照射方向とのなす角は、特に限定されないが、検出器１６を旋回させる角度を大きくして、回折角を低角度から高角度にわたって測定する観点からは、２５°以下とすることが好ましい。一方、なす角が過度に小さくなると、散乱Ｘ線を十分に遮蔽できず、回折パターンの精度が低下することがある。そのため、なす角は、５°以上とすることが好ましい。つまり、回折角を大きくしつつ、回折パターンの精度を高く維持する観点からは、なす角は５°以上２５°以下とすることが好ましい。

Ｘ線遮蔽部材１７と試料４０との距離は、Ｘ線遮蔽部材１７と試料４０との隙間をＸ線や回折Ｘ線が通過できれば特に限定されない。Ｘ線や回折Ｘ線を通過させつつ、散乱Ｘ線をより確実に遮蔽する観点からは、距離を３ｍｍ以上７ｍｍ以下とすることが好ましい。

Ｘ線遮蔽部材１７の形状は、特に限定されないが、板状であることが好ましい。また、その材質は、Ｘ線を透過させないものであれば特に限定されないが、ニッケル、モリブデン、タングステンおよびステンレス鋼の少なくとも１つを含むことが好ましい。

また、Ｘ線遮蔽部材１７は、キャピラリ４１と平行となるように配置されることが好ましい。平行に配置することにより、Ｘ線遮蔽部材１７による遮蔽効果のばらつきを抑制することができ、より精度の高い回折パターンを得ることができる。

なお、支持部材２０としては、Ｘ線遮蔽部材１７を支持固定できるものであれば、特に限定されない。Ｘ線遮蔽部材１７の角度、もしくはＸ線遮蔽部材１７と試料４０との距離を適宜変更させる観点からは、支持部材２０は、図１に示すように、２本の調整用アーム２１と、それらを連結して支持する関節部２２とを有し、屈曲可能に構成されていることが好ましい。また、Ｘ線遮蔽部材１７の支持部材２０への固定方法は、特に限定されず、例えば調整用アーム２１に挟持したり、調整用アーム２１にねじ止めしたりするとよい。

（Ｘ線回折測定）
次に、上述したＸ線回折装置１を用いて試料４０のＸ線回折測定を行う方法について説明する。

まず、試料４０をキャピラリ４１に充填する。続いて、試料４０を充填したキャピラリ４１を、例えば、キャピラリホルダ（図示略）に固定し、このキャピラリホルダをゴニオメータヘッド（図示略）に取り付けて、ゴニオメータヘッドを試料ステージ１２に載置する。これにより、キャピラリ４１を試料ステージ１２の面に対して垂直となるように載置する。

続いて、図１に示すように、Ｘ線源アーム１３を所定の角度に固定した状態で、Ｘ線をキャピラリ４１に対して照射する。このとき、ゴニオメータ部１１により試料ステージ１２とともにキャピラリ４１を回転させて、試料４０に対するＸ線の入射角を変化させつつ、検出器アーム１５を試料４０を中心に旋回させて、回折Ｘ線を検出器１６により検出する。本実施形態では、Ｘ線遮蔽部材１７を、Ｘ線の照射方向に対して所定の角度をなすように支持固定しているので、検出器アーム１５を低角度から高角度の範囲まで旋回させることができる。例えば、１０°以上１２０°以下の幅広い範囲にわたって旋回させることができる。

以上により、試料４０について、回折角が例えば１０°以上１２０°以下の幅広い範囲にわたる回折パターンを取得する。

＜本実施形態に係る効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

本実施形態のＸ線回折装置１では、Ｘ線遮蔽部材１７を、試料４０に対して所定の距離をおいて近接して配置するとともに、Ｘ線の照射方向とのなす角が一定となるように傾斜して、Ｘ線源アーム１３に支持固定している。これにより、検出器１６を高角度側に旋回させて回折角の高角度側を検出する場合であっても、Ｘ線遮蔽部材１７により回折Ｘ線を遮蔽してしまうことを抑制することができる。この結果、試料４０に由来する回折ピークの強度を弱めることなく、回折角の低角度から高角度の幅広い範囲にわたって連続してＸ線回折測定を行うことができる。しかも、散乱Ｘ線の検出器１６への取り込みを抑制することができる。したがって、本実施形態のＸ線回折装置１によれば、低角度から高角度の幅広い範囲にわたって精度の高い回折パターンを得ることができる。

Ｘ線遮蔽部材１７を、Ｘ線源アーム１３の、回折Ｘ線の回折角を測定するときの高角度側に支持固定する。これにより、散乱Ｘ線の検出器１６への取り込みをより確実に抑制することができる。

Ｘ線遮蔽部材１７を、Ｘ線の照射方向とのなす角が５°～２５°の範囲となるように傾斜させて支持固定する。これにより、回折角の高角度側を検出する場合であっても、散乱Ｘ線をより遮蔽することができ、回折パターンの精度を高く維持することができる。

Ｘ線源１４を試料４０に対して所定の角度θで固定するとともに、試料ステージ１２および検出器１６を角度θに対して２θの関係を維持するように、試料ステージ１２および検出器アーム１５の動作を制御することが好ましい。このように検出器アーム１５を旋回させる一方で、Ｘ線源アーム１３を固定することにより、Ｘ線源１４として、例えば高出力で重量の重いもの（例えば回転対陰極型のＸ線源など）を使用する場合であっても、Ｘ線源アーム１３の剛性によらず、角度精度を高く維持することができる。

また、Ｘ線回折装置１において、Ｘ線源１４からのＸ線を平行Ｘ線ビームとして取り出す光学系３０を設けることが好ましい。具体的には、Ｘ線源１４と試料ステージ１２との間に、平行ビーム方式の光学系３０を設けることが好ましい。このような光学系３０によれば、Ｘ線源１４を試料ステージ１２により近づけて配置することが可能となり、例えば装置を小型化したり、また例えばＸ線遮蔽部材１７を支持固定するときのスペースを確保したりすることができる。

Ｘ線遮蔽部材１７と試料４０との間の距離を３ｍｍ～７ｍｍの範囲に設定することが好ましい。このような距離に調整することにより、Ｘ線や回折Ｘ線を通過させつつ、散乱Ｘ線をより確実に遮蔽することができる。この結果、試料４０に由来する回折ピークの強度をより高く維持することができ、より精度の高い回折パターンを得ることができる。

本実施形態のＸ線回折装置１によれば、試料４０（例えば粉末試料など）をＸ線回折測定する際に、回折角として１０°～１２０°の範囲を連続してＸ線回折測定することにより、広い回折角の情報を有し、かつ精度の高い回折パターンを得ることができる。このような回折パターンによれば、Ｒｉｅｔｖｅｌｄ法により、試料４０の詳細な結晶構造を解析することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

上述の実施形態では、Ｘ線源アーム１３を固定し、検出器アーム１５を旋回させることで、Ｘ線回折測定を行ったが、本発明はこれに限定されず、試料ステージ１２を固定して回転させずに、Ｘ線源アーム１３と検出器アーム１５とを対称的に同じ角度旋回させるように制御してＸ線回折測定を行ってもよい。

この場合、Ｘ線源アーム１３の旋回とともに、Ｘ線遮蔽部材１７が、Ｘ線とのなす角を一定に維持した状態で旋回することができる。このため、Ｘ線遮蔽部材１７により検出器１６への散乱Ｘ線の取り込みを抑制することができる。しかも、高角度側を検出するときに、Ｘ線遮蔽部材１７が検出器１６と試料４０との間に位置して回折Ｘ線の検出を阻害することを抑制できる。これにより、低角度から高角度の幅広い範囲にわたって精度の高い回折パターンを得ることができる。

また、上述の実施形態では、Ｘ線遮蔽部材１７をＸ線源アーム１３に支持固定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｘ線遮蔽部材１７を検出器アーム１５に支持固定してもよい。具体的には、図３に示すように、Ｘ線遮蔽部材１７を、試料４０に所定の距離をおいて近接して配置するとともに、検出器１６の検出方向に対して所定の角度をなすように傾斜して支持固定するとよい。このとき、Ｘ線遮蔽部材１７を、検出器アーム１５の高角度側に支持固定するとよい。また、Ｘ線遮蔽部材１７と試料４０との距離や、検出方向とのなす角は、Ｘ線遮蔽部材１７をＸ線源アーム１３に支持固定した場合と同様に調整するとよい。

この場合、検出器アーム１５の旋回とともに、Ｘ線遮蔽部材１７が、回折Ｘ線とのなす角を一定に維持した状態で旋回することができる。このため、Ｘ線遮蔽部材１７により検出器１６への散乱Ｘ線の取り込みを抑制することができる。しかも、Ｘ線遮蔽部材１７と検出器１６との位置関係を維持できるので、検出器１６を低角度から高角度の範囲まで旋回させても、Ｘ線遮蔽部材１７が検出器１６での検出を阻害することがない。これにより、低角度から高角度の幅広い範囲にわたって精度の高い回折パターンを得ることができる。

次に、本発明に係る実施例を説明する。これらの実施例は本発明の一例であって、本発明はこれらの実施例により限定されない。

（実施例１）
まず、図１に示す構造を備えるＸ線回折装置を準備した。具体的には、Ｂｒｕｋｅｒ株式会社製の粉末Ｘ線回折装置（Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ Ｖａｒｉｏ－１）を準備した。Ｘ線源としては、Ｃｕ管球を用いた。また、Ｘ線遮蔽部材として、縦１０ｃｍ×横５ｃｍの板状のスリットを用いた。この遮蔽スリットを、支持部材を介して、Ｘ線源アームに取り付け、遮蔽スリットの先端から試料までの距離が５ｍｍ、遮蔽スリットとＸ線の照射方向とのなす角が１５°となるように、遮蔽スリットを支持固定した。

次に、上述した装置を用いて粉末試料のＸ線回折測定を行った。具体的には、粉末試料としてＳｉ粉末を、ガラスキャピラリとしてリンデマンガラスのキャピラリをそれぞれ準備した。このキャピラリにＳｉ粉末を充填した後、試料ステージに載置した。そして、Ｘ線の出力を１．６ｋＷで試料に対してＸ線を照射して、回折Ｘ線を検出した。本実施例では、回折角の測定範囲を１０°～１２０°として、１回の操作によりＸ線回折測定を行い、粉末試料の回折パターンを取得した。得られた回折パターンを図４に示す。

図４に示すように、実施例１で得られた回折パターンは、回折ピークの強度の減衰が確認されず、また、バックグラウンド強度の上昇による回折ピークの埋没も確認されなかった。つまり、試料に由来する精度の高い回折パターンが得られた。

（比較例１）
比較例１では、図５に示すように、遮蔽スリットを固定ホルダ（スリットホルダ）を介して試料ステージに固定して取り付けた以外は、実施例１と同様にＸ線回折測定を行った。

比較例１では、回折角が７０°～８０°付近までは回折Ｘ線を検出できたが、それよりも大きな回折角の範囲では、遮蔽スリットが試料と検出器との間に位置することで、回折Ｘ線が遮蔽されてしまった。そのため、図６に示すように、回折角が８０°よりも大きな範囲では、回折ピークを検出できず、Ｒｉｅｔｖｅｌｄ解析に適した回折パターンが得られないことが確認された。

（比較例２）
比較例２では、遮蔽スリットをＸ線回折装置に配置しない以外は、実施例１と同様にＸ線回折測定を行った。

比較例２では、図７に示すように、特に、回折角の測定範囲が低角度の範囲において、バックグラウンドの強度が上昇することが確認された。これは、測定中に、散乱Ｘ線が検出器に取り込まれたため、と考えられる。このような回折パターンでは、バックグラウンドの強度が高く、その精度が低いため、回折ピークを適切に判断できず、粉末試料の解析を適切にできないことが考えられる。

以上のように、Ｘ線遮蔽部材を、試料に対して所定の距離をおいて近接させるとともに、照射方向または検出方向に対して所定の角度で傾斜するように、Ｘ線源アームまたは検出器アームに支持固定することにより、回折角の測定範囲を広げて連続してＸ線回折測定を行うことができる。この結果、高い精度の回折パターンを得ることができる。

１ Ｘ線回折装置
１１ ゴニオメータ部
１２ 試料ステージ
１３ Ｘ線源アーム
１４ Ｘ線源
１５ 検出器アーム
１６ 検出器
１７ Ｘ線遮蔽部材
２０ 装着ユニット
２１ 調整用アーム
２２ 関節部
３０ 平行ビーム方式の光学系
４０ 試料
４１ キャピラリ
５０ 固定ホルダ

Claims (8)

1. 粉末試料を充填する管状の試料容器を挿入固定するように構成される試料ステージと、
   前記試料ステージの周囲に設けられ、前記試料ステージに挿入固定された前記管状の試料容器に充填される前記粉末試料に対してＸ線を照射するＸ線源が取り付けられたＸ線源アームと、
   前記試料ステージの周囲に設けられ、前記粉末試料から反射または透過する回折Ｘ線を検出する検出器が取り付けられた検出器アームと、
   前記Ｘ線源アームに支持固定され、前記Ｘ線の散乱による散乱Ｘ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材と、を備え、
   前記Ｘ線遮蔽部材は、前記管状の試料容器との間に、前記Ｘ線が通過できる距離をおいて配置され、かつ、前記Ｘ線源の照射方向とのなす角が一定となるように傾斜して支持固定されており、前記試料ステージから独立して設けられている、
   Ｘ線回折装置。
2. 前記Ｘ線遮蔽部材は、前記Ｘ線源アームの、前記回折Ｘ線の回折角を測定するときの高角度側に支持固定される、
   請求項１に記載のＸ線回折装置。
3. 前記Ｘ線源の照射方向とのなす角が５°以上２５°以下である、
   請求項１又は２に記載のＸ線回折装置。
4. 前記Ｘ線源が前記試料に対して所定の角度θで固定され、前記試料ステージおよび前記検出器が前記所定の角度θに対して２θの関係を維持するように、前記試料ステージおよび前記検出器アームの動作が制御されている、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線回折装置。
5. 前記Ｘ線源からの前記Ｘ線を平行Ｘ線ビームとして取り出す光学系を備える、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のＸ線回折装置。
6. 前記Ｘ線遮蔽部材から前記試料までの最短距離が３ｍｍ以上７ｍｍ以下である、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のＸ線回折装置。
7. 前記Ｘ線遮蔽部材は、ニッケル、モリブデン、タングステンおよびステンレス鋼の少な
   くとも１つを含む、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のＸ線回折装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載のＸ線回折装置を用いて粉末試料のＸ線回折測定を行う測定方法であって、
   前記粉末試料を前記管状の試料容器に充填する充填工程と、
   前記粉末試料を充填した前記管状の試料容器を前記試料ステージに挿入固定する載置工程と、
   前記管状の試料容器に前記Ｘ線を照射し、前記回折Ｘ線を検出する検出工程と、を有し、
   前記検出工程では、回折角が１０°以上１２０°以下の範囲を連続的に検出する、粉末試料のＸ線回折測定方法。

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