JP7345277B2

JP7345277B2 - 分析用試料埋込樹脂の評価方法および、分析用試料埋込樹脂の作製方法

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Publication number: JP7345277B2
Application number: JP2019096354A
Authority: JP
Inventors: 誠二長谷川; 昭弘麻生; 昌弘木村
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: JP2020190497A

Description

この明細書は、分析用試料埋込樹脂の評価方法および、分析用試料埋込樹脂の作製方法に関する技術を開示するものである。

たとえば、鉱石、スラグ、汚泥、粉塵もしくは、電気電子機器等のリサイクル原料その他の不均一な組成および粒径の粒子からなる粒状試料の元素含有量、粒度分布、単体分離度などを計測して分析するに際しては、その粒状試料を構成する粒子が微小であることから、分析装置にセットする前に、当該粒状試料を樹脂材料に埋め込んで固定して、試料埋込樹脂を得ることが一般に行われている。なお、このような分析装置の一例として、鉱物解析システム（ＭｉｎｅｒａｌＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡｎａｌｙｚｅｒ、ＭＬＡ）は、ＳＥＭ－ＥＤＳをベースとして鉱石粒子の解析を行うものであり、特に鉱物資源の分野で用いられている。

かかる試料埋込樹脂では、分析精度を高めるため、樹脂材料中の粒状試料の粒子の凝集をできる限り取り除き、粒状試料が樹脂材料中に十分に分散し、分離偏析がない代表組成になっていることが求められる。
それゆえに従来は、試料埋込樹脂を作製する場合、はじめに、粒状試料に対して篩別を行って篩上と篩下に分けた後にさらにそれらを混合し、その混合試料を液体状樹脂材料とともに容器に投入し、容器内を手動作業でかき混ぜるとともに、真空デシケーターを用いた液体状樹脂材料の脱泡、超音波撹拌機による容器内の撹拌を行った後、液体状樹脂材料を大気中で硬化させることとしていた。またここでは、試料埋込樹脂中の粒状試料の分散性を高めるため、容器に、液体状樹脂材料を投入するに先立って、グラファイトを投入し、これを粒状試料と混合させることもある。さらに断面を作製して測定する場合もある。

しかるに、このようにして試料埋込樹脂を作製しても、分析装置で分析した際に、微小な粒子の凝集が少なからず存在し、当該凝集を十分に抑制できなかったので、分析装置が凝集粒子を一個の粒子として誤認することに起因する分析精度の低下が否めないという問題があった。また、上述した作製方法では、試料埋込樹脂の作製に多くの時間および手間を要する他、手動作業が含まれることから、作業者に応じて、作製される試料埋込樹脂の粒状試料の分散性にばらつきが生じる。しかも、そのような労力にもかかわらず、小さな粒子の凝集は十分に防止することができなかった。

ここで、特許文献１の従来の技術の項目には、磁性材料、金属粉射出成形材料その他の種々の粉体の性状を測定ないし評価するに際し、特に磁石原料粉などの粉体を粒子単位に分離するため、水、アルコール、液状樹脂、油等の溶媒に観察対象とする粉体を溶かし、場合によっては超音波振動を与えることが記載されている。

特開平７－４３２７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような超音波振動の付与によっては、先述したように粒子の凝集を確実になくすことはできないので、より高い精度で分析を行うには分散性が不十分となる。また、エタノールによる洗浄や固液分離、乾燥は手間がかかり、分析前の作業工数を増大させる。

また、仮に粒状試料が十分に分散した試料埋込樹脂を作製できたとしても、これまでは、その分散性が良好であるか否かを確認する手法について十分に検討されているとは言い難い。試料埋込樹脂中の粒状試料の分散性を評価できなければ、ＭＬＡ等による所定の分析で安定した結果が得られないことや、正しい結果が得られないことが懸念される。

この明細書では、試料埋込樹脂における樹脂材料中の粒状試料の分散性を有効に評価することができる分析用試料埋込樹脂の評価方法及び、分析用試料埋込樹脂の作製方法を開示する。

この明細書で開示する分析用試料埋込樹脂の評価方法は、粒径が不均一な粒子からなり、単体及び／又は化合物を含む分析対象の複数種類の粒状試料と、前記粒状試料が埋め込まれて固定された樹脂材料とを有する試料埋込樹脂を評価する方法であって、当該試料埋込樹脂の互いに平行で１ｍｍ以上離隔した二つの断面のそれぞれにおける観測領域にて、前記粒状試料を構成する粒子のうち、当該観測領域で含有量（ｍａｓｓ％）が最も多い種類の対象粒子の当該含有量について、前記二つの断面の各観測領域での差が、４％以内であるか否かを確認するというものである。

この明細書で開示する分析用試料埋込樹脂の作製方法は、粒径が不均一な粒子からなり単体及び／又は化合物を含む分析対象の複数種類の粒状試料を、樹脂材料に埋め込んで、該樹脂材料中に前記粒状試料を固定した試料埋込樹脂を作製する方法であって、上記の試料埋込樹脂の評価方法を用いて、前記対象粒子の含有量（ｍａｓｓ％）の、二つの断面の各観測領域での差が、４％以内である試料埋込樹脂を得るというものである。

上述した分析用試料埋込樹脂の評価方法によれば、試料埋込樹脂における樹脂材料中の粒状試料の分散性を有効に評価することができる。

試料埋込樹脂の一例を容器とともに示す斜視図である。図１の試料埋込樹脂の平面図ならびに、その二つの断面をそれぞれ示す断面図である。試料埋込樹脂を作製するときの、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器を自転させつつ公転させる際の様子の一例を模式的に示す斜視図である。試料埋込樹脂を作製するときの、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器を自転させつつ公転させる際の様子の他の例を模式的に示す斜視図である。試料埋込樹脂を作製するときの、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器を複数個配置した容器を自転させつつ公転させる際の様子の例を模式的に示す斜視図である。

以下に、この明細書で開示する実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態に係る分析用試料埋込樹脂の評価方法では、粒径が不均一な粒子からなり、単体及び／又は化合物を含む分析対象の複数種類の粒状試料と、前記粒状試料が埋め込まれて固定された樹脂材料とを有する試料埋込樹脂を評価する方法であって、当該試料埋込樹脂の互いに平行で１ｍｍ以上離隔した二つの断面のそれぞれにおける観測領域にて、前記粒状試料を構成する粒子のうち、当該観測領域で含有量が最も多い種類の対象粒子の当該含有量について、前記二つの断面の各観測領域での差が、４％以内であるか否かを確認する。

（粒状試料）
分析の対象とする粒状試料は、鉱石、スラグ、汚泥、粉塵もしくは、電気電子機器を含むその他のリサイクル原料等に対して所定の処理を施すこと等によって、比較的小さい粒子となったものとすることができる。このような粒状試料は通常、組成および粒径の意図的な均一化が行われていないので、組成が異なるとともに粒径も異なる不均一な多種類の粒子からなる。

なかでも、鉱石粒子からなる粒状試料を対象とする場合、このような鉱石粒子は銅鉱石を含むことがあり、これには、たとえば、輝銅鉱、銅藍、黄銅鉱、班銅鉱、硫砒銅鉱、ブロシャン銅鉱等が含まれ得る。銅鉱石以外にも黄鉄鉱、磁鉄鉱、ケイ酸塩鉱物、輝水鉛鉱、金粒子等も含まれ得る。なおケイ酸塩鉱物としては、正長石、曹長石、斜長石、白雲母、黒雲母、石英等がある。

スラグからなる粒状試料を対象とする場合、スラグ自体がＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯ及びＦｅ₃Ｏ₄等を含む複雑な組成を持ち、さらにスラグ中にマット粒子やメタル粒子を含む場合がある。
電気電子機器からなる粒状試料の場合、基板に含まれる樹脂部や回路を構成する金属部、難燃剤部等の様々な組成を持つ粒子が存在する。
汚泥、粉塵に至っては単一の組成となっている場合はまず無い。

粒状試料を構成する粒子の粒径は、たとえば１μｍ～７００μｍ、典型的には２０μｍ～２００μｍの範囲で、比較的全体的に分布していて不均一である。なお、粒度分布計で測定できる粒度は、たとえば０．２４３μｍ～２０００μｍである場合があるが、上述したような粒状試料の粒径はこの範囲で不均一に分布している。

（樹脂材料）
上述した粒状試料を埋め込んで固定するための樹脂材料としては、後述する容器への投入の際および撹拌の際に液体状に維持でき、かつその後に硬化させることができれば様々なものを用いることができるが、たとえば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができ、このなかでも、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が好ましい。アクリル樹脂は電子線照射に弱いことから、電流量を増やすことができず、それにより測定に時間を要し、またフェノール樹脂は樹脂以外のものが含有されていることがあり、それが測定試料と判別ができない懸念があるからである。

（分析用試料埋込樹脂の評価方法）
評価は、たとえば、図１に示すような試料埋込樹脂１１に対して行うことができる。この試料埋込樹脂１１は、容器１に、上述した粒状試料２と、粒状試料２が埋め込まれて固定された樹脂材料３とを有する円柱状のものである。なお、試料埋込樹脂１１の作製方法の詳細については後述する。

試料埋込樹脂１１の評価を行うには、はじめに、図２に示すように、試料埋込樹脂１１における二つの断面Ｓ１、Ｓ２を露出させる。これらの断面Ｓ１、Ｓ２は、試料埋込樹脂１１の任意の断面とすることができるが、試料埋込樹脂１１で互いに平行になり、かつ、相互に１ｍｍ以上の距離Ｄで離隔した断面とする。図示の例では、円柱状の試料埋込樹脂１１の中心軸線ＣＬを含む平面に沿う断面Ｓ１と、その断面Ｓ１から平行に２ｍｍ又は３ｍｍ離れた断面Ｓ２としている。なお、この断面Ｓ１は、試料埋込樹脂１１をその中心軸線ＣＬに沿って軸線方向に切断することにより得ることができる。また断面Ｓ２は、断面Ｓ１を１ｍｍ以上削ることにより得ることができる。あるいは、断面Ｓ１から平行に１ｍｍ以上離れた位置で、試料埋込樹脂１１を軸線方向に切断することにより、断面Ｓ２を露出させてもよい。

次いで、二つの断面Ｓ１、Ｓ２のそれぞれで、観測領域Ａ１、Ａ２をそれぞれ設定する。観測領域Ａ１、Ａ２は任意に決定することができ、その形状及び寸法は特に問わない。図２（ｂ）及び（ｃ）に示すところでは、二つの断面Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの観測領域Ａ１、Ａ２として、断面Ｓ１、Ｓ２の中央位置等の互いに同じ位置に、たとえば８３０μｍ×４１００μｍ等の同じ寸法でいずれも長方形状の観測領域Ａ１、Ａ２としている。但し、観測領域は、正方形その他の多角形状又は円形状等とすることができる。観測領域の大きさは粒状試料の粒径等に応じて適宜決定することができる。たとえば、観測領域は、１０００～２５０００粒の粒状試料が含まれる大きさとすることができる。
なお、後述のＭＬＡでは所定の円の範囲をマッピング分析する手段もあるが、その測定範囲を決める際に円の半径を決めるといったことができず、測定するフレーム数、測定時間、及び粒子の数を設定して測定することになるため、測定したい範囲を精度よく測定することが難しい。

その後、それぞれの観測領域Ａ１、Ａ２で、粒状試料２を構成する各粒子の成分を調べるとともに、当該成分の粒子のそれぞれの含有量を測定する。粒子の含有量は、たとえば、観測領域Ａ１、Ａ２に存在する当該粒子の面積から換算した体積と、その粒子の成分から求められる比重とを用いて算出され得る。ここでは、鉱物解析システム（ＭｉｎｅｒａｌＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡｎａｌｙｚｅｒ、「ＭＬＡ」ともいう。）を用いる。具体的には、所定のＭＬＡ（ＦＥＩ社製ＭＬＡ６５０Ｆ）で測定する際に、“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”のモードを“ＧＸＭＡＰ”（ＧｒａｉｎＸ－ｒａｙＭａｐ）に設定する。その後、解析時にパラメータの一つである“ＳｉｚｅＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ”を“ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＣｉｒｃｌｅ”とし、さらに他のパラメータである“ＳｉｅｖｅＳｉｚｅＳｅｒｉｅｓ”を“４Ｓｑｒｔ２”という条件を設定する。

これにより得られる観測領域Ａ１、Ａ２内の各粒子の成分とその含有量から、観測領域Ａ１、Ａ２のそれぞれについて、当該観測領域Ａ１、Ａ２で最も含有量が多い種類の対象粒子のその含有量を測定する。
そして、各観測領域Ａ１、Ａ２で算出した対象粒子の含有量を比較し、観測領域Ａ１での対象粒子の含有量と、観測領域Ａ２での対象粒子の含有量との差が４％以内であるかどうかを確認する。断面Ｓ１、Ｓ２の各観測領域Ａ１、Ａ２での対象粒子の含有量の差が４％以内であれば、試料埋込樹脂１１中で粒状試料２が十分に分散していると評価することができる。このような試料埋込樹脂１１をＭＬＡ等による分析に供することで、安定した高精度の分析結果を得ることができる。

対象粒子は、観測領域Ａ１、Ａ２で最も多い含有量で存在する所定の組成の粒子とする。仮に、観測領域Ａ１、Ａ２で、最も多い含有量の粒子の種類が異なる場合は、それらのいずれの粒子についても含有量の差が４％以内であるか否かを確認する。
また、いずれの観測領域Ａ１、Ａ２でも、最も含有量の多い所定の一種類の粒子の含有量が５０質量％以上である場合は、その一種類の粒子を上記の対象粒子とする。一方、いずれかの観測領域Ａ１、Ａ２で、最も含有量の多い所定の一種類の粒子の含有量が５０質量％未満である場合は、含有量が多い順に合計含有量が５０質量％以上になるまでの上位の複数種類の粒子を上記の対象粒子とし、それらの複数種類の粒子の合計含有量の、観測領域Ａ１、Ａ２間の差が４％以内であるか否かを確認する。

対象粒子は、一種類の所定の単体又は化合物のみで構成される一種含有粒子である場合、一種類の所定の単体又は化合物とそれとは異なる一種類の単体又は化合物とで構成される二種含有粒子である場合、一種類の所定の単体又は化合物とそれとは異なる二種類の単体又は化合物とで構成される三種含有粒子である場合、あるいは、さらに四種以上を含有する粒子である場合等がある。一例として、たとえば、粒状試料２を構成する粒子が鉱石粒子である場合、一種含有粒子は銅鉱石のみからなる粒子、二種含有粒子は銅鉱石及び黄鉄鉱からなる粒子、三種含有粒子は銅鉱石、黄鉄鉱及び石英からなる粒子等が考えられる。

対象粒子が、一種類の所定の単体又は化合物のみで構成される一種含有粒子、一種含有粒子を構成する単体又は化合物とそれとは異なる一種類の単体又は化合物とで構成される二種含有粒子、あるいは、一種含有粒子を構成する単体又は化合物とそれとは異なる二種類の単体又は化合物とで構成される三種含有粒子のいずれかである場合、そのような一種含有粒子、二種含有粒子及び三種含有粒子のそれぞれについての含有量の差が、４％以内であるか否かを確認することができる。一種含有粒子、二種含有粒子及び三種含有粒子のいずれについても、含有量の差が４％以内であれば、粒状試料２のより一層良好な分散性であると評価することができる。

上述したような試料埋込樹脂１１は、粒状試料２が、樹脂材料３に埋め込まれる前に、所定の目開きの篩で篩別した後の篩下物であることが好ましい。言い換えれば、試料埋込樹脂１１は、所定の目開きの篩で篩別した後の篩下物を粒状試料２として、これを樹脂材料３に埋め込んで固定して作製されたものであることが好適である。試料埋込樹脂１１中の粒状試料２の粒径がある程度小さいもので揃っているほうが、より一層良好な結果が得られるからである。このような篩の目開きは１００μｍ～２５０μｍであることがさらに好ましい。

（分析用試料埋込樹脂の作製方法）
上記の粒状試料および樹脂材料にて分析用の試料埋込樹脂を作製するには、はじめに、図１及び２に例示するような底付き円筒状等の所定の容器１に、粒状試料２を液体状樹脂材料３とともに投入する。なお、粒状試料２は、上述したように、所定の目開きを有する篩で篩別した後の篩下物とすることが好ましい。
またここでは、必要に応じて、エポキシ樹脂等の液体状樹脂材料３を撹拌後の加熱で硬化させるための樹脂硬化剤を使用することができる。この場合、事前に液体状樹脂材料３と樹脂硬化剤を所定の比率で混合して調合しておき、それを粒状試料２とともに容器１に投入することができる。樹脂硬化剤としては、液体状樹脂材料３の種類に適合する公知のものを用いることが可能である。

特定の実施形態では、作製された分析用試料埋込樹脂について、本発明の評価方法を用い、適切な分析用試料埋込樹脂の作製方法を決めることができる。
例えば、後述するように自転公転撹拌機により液体状樹脂材料３中に粒状試料２を十分に分散させる方法が有効であり、グラファイト等をさらに投入することを要しないことがわかる。さらに、具体的な方法について適切な条件も評価できる。以下にその条件を説明する。

容器１には、樹脂硬化剤を除き粒状試料２および液体状樹脂材料３のみを投入することができる。またここでは、手作業および超音波による容器１内の粒状試料２および液体状樹脂材料３の撹拌を行わないこととすることができる。さらに、従来行っていた粒状試料２の容器１への投入前の篩別も不要である。したがって、この実施形態では、試料埋込樹脂の作製に要する作業を飛躍的に簡略化することができ、作業工数の低減、作業時間の短縮を実現することができる。

容器１に投入する液体状樹脂材料３に対する粒状試料２の割合は、１００体積％～３００体積％とすることが好適である。より好ましくは、２００体積％～３００体積％とする。これはすなわち、粒状試料２の割合が少なすぎると、粒子が凝集する可能性が否めず、また粒状試料の２の割合が多すぎると、固結できず、測定面を露出させる面だし研磨時に破損することが懸念されるからである。

次いで、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を、所定の自転公転撹拌機にセットし、当該自転公転撹拌機の機能に基き、図３及び４のそれぞれに矢印で示すように、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４の自転および公転を同時に行って、容器１内の粒状試料２および液体状樹脂材料３を撹拌する。より詳細には、底付き円筒状の容器１の底部を斜め下側に向けてその中心軸を傾斜させて配置し、その中心軸を自転軸として粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を自転させるとともに、容器１から距離をおいて自転軸が所定の角度θで傾斜するように公転軸を設定し、その公転軸の周りに粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を公転させる。

これにより、自転と公転の相互作用によって発生する渦巻流と上下対流によって、液体状樹脂材料３中の気泡を押し出し、泡を巻きこむことなく、粒状試料２および液体状樹脂材料３を撹拌させて、その分散を促進させることができる。しかもここでは、自転公転撹拌機による撹拌時に、液体状樹脂材料３や粒子等との摩擦熱によって温度が上昇し、液体状樹脂材料３が若干硬化することから、後述するような液体状樹脂材料３を硬化させる際の時間を短縮できる他、そのような若干の硬化により、内部の粒状試料２の粒子の沈降度合の違いによる粒子の存在の偏りを抑制することができる。

自転公転撹拌機としては、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４のこのような自転および公転を行い得るものであれば特に問わず、たとえば公知のものを用いることができる。自転公転撹拌機での公転と自転は、図３に示すように、互いに逆の回転方向とすることができ、あるいは図４に示すように、互いに同じ回転方向とすることができる。つまり、公転と自転の相対的な回転方向は特に問わず、使用する自転公転撹拌機や、粒状試料２ないし液体状樹脂材料３の状態等に応じて適宜設定することができる。

また図５に示すように、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を複数個配置した容器１ａを自転及び公転させることもできる。自転公転撹拌機によってはテーブルとも称され得るこの容器１ａも、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器とみなすことができる。この場合、容器１ａの中心軸を自転軸として容器１ａを自転させるとともに、該自転軸が所定の角度θで傾斜するように公転軸を設定し、その公転軸の周りに容器１ａを公転させる。図５に示すところでは、容器１ａの中心軸の周囲に、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を互いに等間隔で四個配置しているが、容器１ａ内での粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４の配置態様や個数はこれに限定されるものではない。このように粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４を複数個配置した容器１ａを自転及び公転させることにより、一度で複数個の粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４の粒状試料２を分散させることができるので、作業効率を大きく向上させることができる。

ここで、自転公転撹拌機による撹拌時の公転速度は、４００ｒｐｍ～２０００ｒｐｍとすることが好ましい。公転速度が遅すぎる場合、凝集粒ができることが懸念され、この一方で、公転速度が速すぎる場合、摩擦により粒が摩耗するおそれがある。この観点から、公転速度は４００ｒｐｍ～２０００ｒｐｍとすることが好ましい。

またここで、自転公転撹拌機による撹拌時の公転速度に対する自転速度の比率は、樹脂の上下対流が発生し、粒子同士が摩耗しない範囲であればよく、例えば公転速度に対して０．４～０．６倍とすることが好適である。自転速度が遅すぎると、上下対流が起きないために凝集粒が存在することが考えられる。一方、自転速度が速すぎると、渦巻流と上下対流のスピードが早くなり、粒子同士が摩耗して本来の粒度とは異なってしまう懸念がある。
なお、上述した公転速度および自転速度は、自転公転撹拌機で設定可能である。

自転公転撹拌機による撹拌時の自転軸の、公転軸に対する角度θは、好ましくは３０°～６０°、より好ましくは４０°～５０°として、自転軸を公転軸から傾斜させて撹拌を行うことができる。自転軸の傾斜角度θが小さいと、比重の大きいものが容器底部に沈降しやすい状態となり、また傾斜角度θが大きいと容器から樹脂がこぼれ、必要な樹脂量を容器に充填できない状態となる可能性がある。傾斜角度θは、材料の性質に合わせて適宜設定することができる。

ところで、上述したような自転公転撹拌機による撹拌は、粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４の周囲の雰囲気を真空雰囲気として行うことが、液体状樹脂材料３に混入し得るマイクロバブルを除去できる点で好適である。このようなマイクロバブルは、粒子の凝集を生じさせる要因の一つになるところ、自転公転撹拌機で真空雰囲気にて撹拌することにより、マイクロバブル除去のためにこれまで行っていた真空デシケーターの使用を省略することができる。真空雰囲気とする場合、マイクロバブルを有効に除去するとの観点から、最大到達真空度は、たとえば１．０ｋＰａ以下、好ましくは０．６７ｋＰａ以下とすることができる。なお、さらに圧力を低下させても効果はそれほど変化せず、またそのような低い圧力に到達するまでに時間がかかる。

但し、液体状樹脂材料３中に粒状試料２がほとんど分散していない撹拌の初期段階から、自転公転撹拌機内の粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器４の周囲を真空雰囲気とすれば、容器１の開口の表面近傍に存在する粒状試料２が飛散することが懸念される。これを防止するため、撹拌の初期段階は、大気雰囲気として重力の作用の下で撹拌を行い、その後、真空雰囲気に切り替えてさらに撹拌することが好適である。つまり、撹拌の初期段階は大気雰囲気とし、その後の少なくとも終期段階は真空雰囲気とすることが好ましい。
ここで撹拌の初期段階は、自転公転撹拌機による撹拌の開始時点から、３０秒～６０秒が経過したときまでとすることができる。その後に真空雰囲気とする時間は、６０秒～３０分とすることができる。

自転公転撹拌機による撹拌時間は、上述したように途中で大気雰囲気から真空雰囲気に切り替える場合はそれらの合計の時間として、好ましくは１分～３０分、より好ましくは５分～１５分とすることができる。撹拌時間が短い場合は、液体状樹脂材料３中での粒状試料２の分散が不十分となることが懸念され、この一方で、撹拌時間が長すぎると、液体状樹脂材料３中で粒状試料２の粒子が相互に衝突することに起因する粒子の破壊が生じるおそれがある。

このように自転公転撹拌機を用いて、容器１内の粒状試料２および液体状樹脂材料３を撹拌した後は、所定の温度、たとえば２０℃～６０℃まで加熱されることで、先述の樹脂硬化剤の作用と相俟って、液体状樹脂材料３を硬化させる。それにより、硬化した樹脂材料中に粒状試料が埋め込まれて固定された試料埋込樹脂を作製することができる。

ここで、撹拌後から液体状樹脂材料３を硬化させるまで長い時間をおくと、容器１内の液体状樹脂材料３中で粒状試料２が、重力の作用により沈降して分散性が低下することが懸念される。逆に撹拌後から液体状樹脂材料３を硬化させるまでの時間が短いと、加熱時に粒状試料２の温度が上昇している懸念があり、この場合、粒状試料２が熱により変質する可能性がある。そのため、自転公転撹拌機による撹拌後、液体状樹脂材料３の硬化が完了するまでの時間は、好ましくは３０分～６０分、より好ましくは３０分～４０分とする。

以上に述べたようにして作製された試料埋込樹脂では、試料埋込樹脂における樹脂材料中に分散した粒状試料の粒子の粒度分布が、埋め込み前の粒状試料の粒度分布とほぼ同一、つまりほぼ同様の傾向となっていることが、粒子どうしの凝集抑制の観点から好適である。
そして、このような試料埋込樹脂は、様々な分析装置を用いた粒状試料の元素含有量、粒度分布、単体分離度などの分析に供することができる。特にここで、粒状試料を構成する粒子を鉱石粒子とした場合、その試料埋込樹脂は、鉱物解析システム（ＭｉｎｅｒａｌＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡｎａｌｙｚｅｒ、ＭＬＡ）による分析に有効に用いることができる。

次に、この発明の分析用試料埋込樹脂の評価方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。

鉱物粒子を含む所定の粒状試料について、超音波撹拌機を用いた方法（現行法）と、自転公転撹拌機を用いた方法（混練法）のそれぞれを用いて、試料埋込樹脂を作製した。

現行法では、篩を用いてサンプルを篩別し、その篩下と篩上について、１インチのクリアカップにその混合サンプルとグラファイトを重量比で３：１となるように投入し、手動作業にてそれらを混合した。次いで、エポキシ樹脂（Ｂｕｅｈｌｅｒ社製のエポキュア２）の主剤と硬化剤を２：１の割合で混合し、それを真空デシケーターで脱泡した。その後、超音波撹拌機で９分間撹拌し、そして、真空デシケーターで１０分間脱泡し、残りのエポキシ樹脂をクリアカップに流し込んだ後、大気中でエポキシ樹脂を硬化させた。サンプル量は１ｇとし、樹脂量は５ｇとした。

混練法では、サンプルを上記と同様のエポキシ樹脂とともにクリアカップに投入した後、自転公転撹拌機（シンキー社製のあわとり練太郎（登録商標））を用いて撹拌を行った。その後、大気中でエポキシ樹脂を硬化させた。このときの撹拌の条件は、試料Ａについては、大気雰囲気の予備撹拌で回転数を８００ｒｐｍ、時間を３０秒、圧力を１０１ｋＰａとし、その後の真空雰囲気の真空撹拌で回転数を２０００ｒｐｍ、時間を６０秒、圧力を１．０ｋＰａとした。試料Ｂについては、大気雰囲気の予備撹拌で回転数を８００ｒｐｍ、時間を３０秒、圧力を１０１ｋＰａとし、その後の真空雰囲気の真空撹拌で回転数を２０００ｒｐｍ、時間を３００秒、圧力を１．０ｋＰａとした。その他の条件として、自転速度は公転速度に対して１／２とし、自転軸の傾斜角度は公転軸に対して４５°とした。なお、公転軸は鉛直方向に平行とした。サンプル量は６ｇ、樹脂量は２ｇとした。

上記の現行法及び混練法のそれぞれで作製した円柱状の試料埋込樹脂のそれぞれについて、中心軸線を含む断面Ｓ１と、その断面から２ｍｍ削って露出させた断面Ｓ２の二つで、先に述べたようにしてＭＬＡを用いて、各種類の粒子の含有量を測定した。表１に現行法による試料埋込樹脂についての結果を、また表２に混練法による試料埋込樹脂についての結果をそれぞれ示す。なお、表１及び２ではそれぞれ、試料埋込樹脂の作製前に、所定の目開きの篩による篩別を行い、それにより得られた異なる篩別物を粒状試料として作製した二つの試料埋込樹脂についての結果を載せている。

表１及び２に示す結果より、現行法による試料埋込樹脂では、最も多い鉱物Ｂの含有量の断面Ｓ１、Ｓ２間の差が比較的大きいことが解かる。一方、混練法による試料埋込樹脂では、最も多い鉱物Ｂの含有量の断面Ｓ１、Ｓ２間の差が十分小さくなっていることが解かり、混練法が有効な方法及び条件であることが確認できる。
そこで、さらに、鉱物粒子を含む所定の粒状試料について、篩別を行わなかった粒状試料を用いたことを除いて、上述した混練法と同様の方法及び条件下で、試料埋込樹脂を作製及び評価した。その結果を表３に示す。

表３の結果より、最も多い鉱物Ｂの含有量の断面Ｓ１、Ｓ２間の差が十分小さい試料埋込樹脂ができていることが確認された。

１、１ａ容器
２粒状試料
３樹脂材料（液体状樹脂材料）
４粒状試料および液体状樹脂材料入りの容器
１１試料埋込樹脂
ＣＬ試料埋込樹脂の中心軸線
Ｓ１、Ｓ２試料埋込樹脂の二つの断面
Ｄ二つの断面間の離隔距離
θ 公転軸に対する自転軸の傾斜角度
Ａ１、Ａ２観測領域

Claims

粒径が不均一な粒子からなり、単体及び／又は化合物を含む分析対象の複数種類の粒状試料と、前記粒状試料が埋め込まれて固定された樹脂材料とを有する試料埋込樹脂を評価する方法であって、
当該試料埋込樹脂の互いに平行で１ｍｍ以上離隔した二つの断面のそれぞれにおける観測領域にて、前記粒状試料を構成する粒子のうち、当該観測領域で含有量（ｍａｓｓ％）が最も多い種類の対象粒子の当該含有量について、前記二つの断面の各観測領域での差が、４％以内であるか否かを確認する、分析用試料埋込樹脂の評価方法。
前記試料埋込樹脂が有する前記粒状試料が、前記樹脂材料に埋め込まれる前に、所定の大きさの目開きの篩で篩別された篩下物である、請求項１に記載の分析用試料埋込樹脂の評価方法。
前記目開きの所定の大きさが１００μｍ～２５０μｍである、請求項２に記載の分析用試料埋込樹脂の評価方法。
前記粒状試料を構成する粒子が鉱石粒子である、請求項１～３のいずれか一項に記載の分析用試料埋込樹脂の評価方法。
当該試料埋込樹脂が円柱状であり、前記二つの断面のうちの一つを、円柱状の当該試料埋込樹脂の中心軸線を含む断面とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の分析用試料埋込樹脂の評価方法。
粒径が不均一な粒子からなり単体及び／又は化合物を含む分析対象の複数種類の粒状試料を、樹脂材料に埋め込んで、該樹脂材料中に前記粒状試料を固定した試料埋込樹脂を作製する方法であって、
請求項１～５のいずれか一項に記載の試料埋込樹脂の評価方法を用いて、前記対象粒子の含有量（ｍａｓｓ％）の、二つの断面の各観測領域での差が、４％以内である試料埋込樹脂を得る、分析用試料埋込樹脂の作製方法。
前記試料埋込樹脂の作製に当り、
容器内に、前記粒状試料を液体状樹脂材料とともに投入し、粒状試料および液体状樹脂材料入りの前記容器を、自転公転撹拌機で自転させつつ該自転と同じ又は逆の回転方向に公転させることにより、容器内の粒状試料および液体状樹脂材料を撹拌してから、液体状樹脂材料を硬化させる、請求項６に記載の分析用試料埋込樹脂の作製方法。