JPWO2004088296A1 - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

ヘリウム置換を行う蛍光Ｘ線分析装置で、試料室と照射室間の隔壁膜の交換が容易で、分析時に試料室の空気が照射室へ流入しないものを提供する。第１の枠体２１が、その窓２１ａが試料室３と照射室８間の壁部４の窓４ａに重なるように壁部４に気密に取り付けられ、その第１の枠体の窓２１ａを覆うように隔壁膜９が配置される。第２の枠体２３が、その窓２３ａが隔壁膜９を挟んで第１の枠体の窓２１ａに重なるように配置される。そして、枠体２１，２３の一方が永久磁石で、他方がそれに吸着される材料からなり、枠体２１，２３が隔壁膜９の周辺部を挟持するとともに、第２の枠体２３が第１の枠体２１に対し着脱自在である。

Description

本発明は、ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置に関する。

従来、図２に示すような、ヘリウム雰囲気で分析を行う（Ｘ線光路がヘリウム雰囲気にある）蛍光Ｘ線分析装置がある。この装置は、試料１の下方から１次Ｘ線６が照射される下面照射型で、大気雰囲気で試料１が交換可能に収納される試料室３の下方に、Ｘ線源７が収納される照射室８と、その照射室８と連通して分光素子１１および検出器１３が収納される分光室１４とを備えている。そして、照射室８および分光室１４がヘリウム置換されるので、大気雰囲気よりも蛍光Ｘ線１０，１２の吸収が少なくなり、空気中では減衰の著しい軽元素の蛍光Ｘ線１０や微弱な蛍光Ｘ線１０でも検出しやすい。ここで、Ｘ線６，１０を通過させる隔壁膜９が、大気雰囲気の試料室３とヘリウム雰囲気の照射室８とを仕切る壁部４に設けられた窓（以下、窓とは開口を意味し、この場合は壁部４に開けられた孔を意味する）４ａを覆うように配置されている。隔壁膜９には、Ｘ線６，１０の吸収が少ないように、ポリイミドフィルムなどの薄い高分子膜が用いられる。
ヘリウム雰囲気で分析されるものとして、液体の試料１ａがあるが、その場合、液体試料１ａは、底部にＸ線６，１０を通過させる窓部材２ａを有する液体試料ホルダ２に入れられて、全体１ａ，２で試料１として扱われ、大気雰囲気の試料室３内で隔壁膜９の上に載置される。このような液体試料ホルダ２の窓部材２ａの外側に漏洩した液体試料１ａや、大気中の汚染物質が、隔壁膜９に付着することがあり、その場合、薄くて破れやすい隔壁膜９を損傷せずにクリーニングすることは実際には不可能であるから、新しいものに交換する必要がある。
隔壁膜の交換に対応した第１の従来の蛍光Ｘ線分析装置として、特開２００３−２５４９１９号公報に記載のものがある。この装置では、隔壁膜は、輪状の支持板に貼り付けて扱われ、さらに、輪状のホルダ上部とホルダ下部により周辺部を厚み方向に挟持されて、全体が隔壁膜カートリッジとなっており、ホルダ上部とホルダ下部は、ねじ止めなどにより連結されている。したがって、隔壁膜交換のために、あらかじめ新しい隔壁膜を支持板に貼り付けて用意しておく必要がある。そして、交換の際には、隔壁膜カートリッジ全体を装置から取り外し、ねじを外すことなどによりホルダ上部とホルダ下部の連結を解き、隔壁膜を支持板ごと新しいものと交換して、ねじ止めなどによりホルダ上部とホルダ下部で挟持し、できた隔壁膜カートリッジを装置に装着する。なお、隔壁膜カートリッジは、試料室と照射室とを仕切る壁部に設けられた窓を覆うように装着されるが、その際、隔壁膜カートリッジ（ホルダ下部）と壁部との間は、Ｏリングでシールされる。
隔壁膜の交換に対応した第２の従来の蛍光Ｘ線分析装置として、特許第２９４３０６３号公報に記載のものがある。この装置では、隔壁膜に相当するＸ線透過性シートは、環状体に形成された台外枠と台内枠により挟持されて、全体が試料セル台となっており、台内枠は台外枠に対して単に嵌め込まれるので着脱自在である。また、試料セル台全体も、それが配置されるべきベンチの測定部位に対して単に載置されるので着脱自在である。
前記第１の従来の蛍光Ｘ線分析装置では、隔壁膜を含む隔壁膜カートリッジの構造が複雑で、組立て、分解が容易でないため、隔壁膜の交換も容易でない。これに対し、前記第２の従来の蛍光Ｘ線分析装置では、隔壁膜を含む試料セル台がベンチの測定部位に対して着脱自在であるとともに、試料セル台自体の組立て、分解が容易なため、隔壁膜の交換も容易である。しかし、照射室および分光室がヘリウム置換されることを想定しておらず、試料セル台全体はベンチの測定部位に単に載置されるだけで両者間は特にシールされていないため、ヘリウム置換を行うと分析時に試料室の空気が照射室および分光室へ流入してＸ線の吸収が大きくなるおそれがある。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置において、試料室と照射室とを仕切ってＸ線を通過させる隔壁膜を容易に交換でき、しかも分析時に試料室の空気が照射室および分光室へ流入するおそれのないものを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本願発明は、まず、大気雰囲気で試料が交換可能に収納される試料室と、試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源が収納される照射室と、前記試料室と照射室とを仕切る壁部に設けられた窓を覆うように配置されてＸ線を通過させる隔壁膜と、試料から発生する蛍光Ｘ線を分光して検出する検出手段が収納され、前記照射室と連通する分光室とを備え、前記照射室および分光室がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置である。
そして、窓を有する第１の枠体が、その窓が前記壁部の窓に重なるように壁部に気密に取り付けられ、前記壁部の窓に重なった第１の枠体の窓を覆うように前記隔壁膜が配置され、窓を有する第２の枠体が、その窓が前記隔壁膜を挟んで前記第１の枠体の窓に重なるように配置される。さらに、前記第１の枠体および第２の枠体の一方が永久磁石からなり、他方が永久磁石に吸着される材料からなることにより、前記第１の枠体および第２の枠体が、前記隔壁膜の周辺部をその厚み方向に挟持するとともに、前記第２の枠体が、前記壁部に気密に取り付けられた第１の枠体に対して着脱自在である。
本願発明の蛍光Ｘ線分析装置においては、隔壁膜は第１の枠体と第２の枠体により挟持されるが、第１の枠体が試料室と照射室とを仕切る壁部に気密に取り付けられ、その第１の枠体に対して第２の枠体が着脱自在であるので、隔壁膜を容易に交換でき、しかも分析時に試料室の空気が照射室および分光室へ流入するおそれがない。ここで、前記第１の枠体および第２の枠体が板状で、一方がマグネットシートからなり、他方が鉄からなることが好ましい。また、前記隔壁膜がポリエステルからなることが好ましい。

図１は、本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置における隔壁膜近傍の拡大図である。
図２は、ヘリウム雰囲気で分析を行う蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置について、その構成から説明する。この装置は、まず、従来の技術で説明した装置と同様、図２に示すように、試料１の下方から１次Ｘ線６が照射される下面照射型で、以下の試料室３、照射室８、隔壁膜９および分光室１４を備え、照射室８および分光室１４がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置である。試料室３は、試料室３と照射室８とを仕切る壁部４と、その上部にシール部材を介して開閉自在に取り付けられた蓋体５とで囲まれた空間からなり、大気雰囲気で試料１が交換可能に収納される。照射室８は、試料１に１次Ｘ線６を照射するＸ線管などのＸ線源７が収納される。
隔壁膜９は、ここでは厚さ１．５μｍのポリエステルフィルムであり、前記壁部４に設けられた円形の窓４ａを覆うように配置されてＸ線６，１０を通過させる。分光室１４は、照射室８と連通しており、試料１から発生する蛍光Ｘ線１０を分光する分光素子１１および分光された蛍光Ｘ線１２を検出する検出器１３で構成される検出手段１１，１３が収納される。分光素子１１と検出器１３は、図示しないゴニオメータなどの連動手段により、一定の角度関係を保って回動される。
ここで、分析対象は、前述したように、例えば液体の試料１ａであり、液体試料１ａは、底部にＸ線６，１０を通過させる窓部材２ａを有する液体試料ホルダ２に入れられて、全体１ａ，２で試料１として扱われ、大気雰囲気の試料室３内で隔壁膜９の上に載置される。液体試料ホルダ２は、円筒状の本体２ｂと、その上下の開口を塞ぐように配置される２つの窓部材２ａと、本体２ｂの上下の外周にそれぞれ嵌め込まれて窓部材２ａの周辺部を挟持する２つの輪状の取付部材２ｃとで構成される。
隔壁膜９近傍の構成については、拡大図である図１に示すように、まず、輪状の板であり、円形の窓２１ａを有する第１の枠体２１が、その窓２１ａが前記壁部４の円形の窓４ａに重なるように（上下方向に開口が連なるように）壁部４に例えば接着により気密に取り付けられている。そして、その第１の枠体２１の窓２１ａを覆うように隔壁膜９が配置され、さらに、厚さ０．５ｍｍの輪状の板であり、円形の窓２３ａを有する第２の枠体２３が、その窓２３ａが隔壁膜９を挟んで第１の枠体２１の円形の窓２１ａに重なるように配置される。第１の枠体２１と第２の枠体２３の外径は同じであり、各窓２１ａ，２３ａは、外周の円と同心円である。
ここで、第１の枠体２１が永久磁石例えばマグネットシート（柔軟なシート状のゴムや合成樹脂に磁性材料を分散させて永久磁石としたもの）からなり、第２の枠体２３が永久磁石に吸着される材料例えば鉄からなることにより、第１の枠体２１および第２の枠体２３が、隔壁膜９の周辺部をその厚み方向に挟持するとともに、第２の枠体２３が、壁部４に気密に取り付けられた第１の枠体２１に対して着脱自在である。逆に、２１第２の枠体２３が永久磁石からなり、第１の枠体が永久磁石に吸着される材料からなっていてもよい。なお、図１、２では、理解の容易のため、紙面よりも奥に見える線は記載していない。
この装置では、図２に示すように、照射室８および分光室１４をヘリウム置換するために、以下のような配管、バルブおよびポンプが備えられている。ヘリウムフロー配管１５Ａは、ヘリウムフローバルブ１６Ａを介して照射室８および分光室１４へ図示しないヘリウムタンクからヘリウムを導入する。真空配管１５Ｂは、真空ポンプ１７により、真空バルブ１６Ｂを介して照射室８および分光室１４を真空引きする。分光室リーク配管１５Ｃは、分光室リークバルブ１６Ｃを介して照射室８および分光室１４を大気雰囲気に開放する。試料室リーク配管１５Ｄは、試料室リークバルブ１６Ｄを介して試料室３を大気雰囲気に開放する。バイパス配管１５Ｅは、バイパスバルブ１６Ｅを介して、分光室リーク配管１５Ｃと試料室リーク配管１５Ｄとを連通させる。
次に、この装置の動作について説明する。まず、図２において、試料室３に試料１を入れる前に、ヘリウムフローバルブ１６Ａ、分光室リークバルブ１６Ｃおよび試料室リークバルブ１６Ｄを閉じ、真空バルブ１６Ｂおよびバイパスバルブ１６Ｅを開け、真空ポンプ１７により、照射室８および分光室１４ならびに試料室３を真空引きする。所定の真空度に到達したら、真空バルブ１６Ｂを閉じ、真空ポンプ１７を停止して、ヘリウムフローバルブ１６Ａを開けて、照射室８および分光室１４ならびに試料室３にヘリウムを導入する。そして、バイパスバルブ１６Ｅを閉じ、分光室リークバルブ１６Ｃを開いて低流量で照射室８および分光室１４にヘリウムを流す。これで、照射室８および分光室１４のヘリウム置換が完了する。なお、試料室３をも真空引きしたり、ヘリウムを導入したりするのは、試料室３と照射室８および分光室１４との圧力差により、隔壁膜９が破損するのを防止するためである。
一方、試料室リークバルブ１６Ｄを開け、蓋体５を開けることにより、試料室３は、大気雰囲気で試料１が交換可能となるので、最初の試料１を隔壁膜９の上方、より具体的には第２の枠体２３（図１）の上に載置して、蓋体５を閉じる。以降は、試料室３は大気雰囲気に、照射室８および分光室１４はそれよりもわずかに圧力の高いヘリウム雰囲気に維持されるので、蓋体５を開閉するのみで、試料１を交換して分析することできる。
なお、照射室８および分光室１４のヘリウム置換を早く完了させるために真空引きを行ったが、真空引きせずに、ヘリウムを高流量で大量に流して空気を追い出してから、低流量で流すことにより、ヘリウム置換を行ってもよい。この場合には、ヘリウム置換が完了する（空気の追い出しが限界に達して、Ｘ線の吸収が安定する）のに時間を要するが、照射室８および分光室１４の真空引きをせず、それゆえ、試料室３の真空引きやヘリウム置換も不要となるので、手順が簡単である。
さて、前述したような原因で隔壁膜９が汚染されて交換が必要となった場合には、装置を停止してヘリウムを流すのを止め、蓋体５を開けて装置から試料１を取り出し、図１の第２の枠体２３を第１の枠体２１からの吸着力に逆らって装置から取り出す。汚染された隔壁膜９が、第２の枠体２３の下に付いてくる場合にはその隔壁膜９をはがして取り除き、第１の枠体２１の上に残る場合にはその隔壁膜９をはがして装置から取り出す。
そして、例えば、第１、第２の枠体２１，２３の外径よりも大きい幅をもつロール状のポリエステルフィルムから端部をほぼ正方形に切り取って新たな隔壁膜９とし、第１の枠体２１を覆うように載せる。さらに、その上に、第２の枠体２３を、第１の枠体２１と外周が合うように載せ、第１の枠体２１からの吸着力によって、隔壁膜９を挟持する。挟持された隔壁膜９にしわが生じた場合には、第１、第２の枠体２１，２３の外側にはみ出した隔壁膜９の周辺部を引っ張って延ばす。これで、隔壁膜９の交換が完了したので、上述のヘリウム置換を行い、試料室３を大気雰囲気として、分析を続けることができる。
このように、本実施形態の蛍光Ｘ線分析装置においては、隔壁膜９は第１の枠体２１と第２の枠体２３により挟持されるが、第１の枠体２１が試料室３と照射室８とを仕切る壁部４に気密に取り付けられ、その第１の枠２１体に対して第２の枠体２３が着脱自在であるので、隔壁膜９を容易に交換でき、しかも分析時に試料室３の空気が照射室８および分光室１４（図２）へ流入するおそれがない。
また、第１の枠体２１および第２の枠体２３が板状で、一方がマグネットシートからなり、他方が鉄からなるものなので、簡単で安価に構成できる。ここで、試料１と隔壁膜９との間、つまり下側の窓部材２ａと隔壁膜９との間には、窓部材２ａの外側に漏出した液体試料１ａが隔壁膜９に付着したりして汚染することが少ないように、ある程度の厚さの空間が必要である。一方、この空間は、大気雰囲気の試料室３の一部であるから通常は空気で満たされ、試料１から発生する蛍光Ｘ線１０（図２）を吸収して減衰させるので、その観点では薄い方がよい。総合勘案すると、この空間の厚さは０．５ｍｍ程度に調整されるべきであるが、本実施形態においては、この空間は第２の枠体２３の窓２３ａそのものであるので、板状である第２の枠体２３の厚さにより簡単かつ正確に調整できる。
さらに、本実施形態では、隔壁膜９に安価なポリエステルフィルムを用いることができる。従来は、Ｘ線の被爆に強い高価なポリイミドフィルムが用いられることが多かったが、実際には、被爆による寿命が来る前に、汚染が原因で交換が必要となっていた。したがって、本実施形態のように隔壁膜９の交換が容易にできるのであれば、Ｘ線の被爆にそれほど強くなくても安価である材料、例えばポリエステルフィルムを隔壁膜９に用いる方が合理的で好ましい。
なお、以上の実施形態では、図２の検出手段１１，１３が分光素子１１と検出器１３で構成される波長分散型の蛍光Ｘ線分析装置を例にとったが、本発明は、検出手段がＳＳＤなどの検出器で構成されて分光素子を含まないエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置にも、同様に適用できる。

Claims (3)

1. 大気雰囲気で試料が交換可能に収納される試料室と、
   試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源が収納される照射室と、
   前記試料室と照射室とを仕切る壁部に設けられた窓を覆うように配置されてＸ線を通過させる隔壁膜と、
   試料から発生する蛍光Ｘ線を分光して検出する検出手段が収納され、前記照射室と連通する分光室とを備え、
   前記照射室および分光室がヘリウム置換される蛍光Ｘ線分析装置において、
   窓を有する第１の枠体が、その窓が前記壁部の窓に重なるように壁部に気密に取り付けられ、
   前記壁部の窓に重なった第１の枠体の窓を覆うように前記隔壁膜が配置され、
   窓を有する第２の枠体が、その窓が前記隔壁膜を挟んで前記第１の枠体の窓に重なるように配置され、
   前記第１の枠体および第２の枠体の一方が永久磁石からなり、他方が永久磁石に吸着される材料からなることにより、前記第１の枠体および第２の枠体が、前記隔壁膜の周辺部をその厚み方向に挟持するとともに、前記第２の枠体が、前記壁部に気密に取り付けられた第１の枠体に対して着脱自在であることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の枠体および第２の枠体が板状で、一方がマグネットシートからなり、他方が鉄からなる蛍光Ｘ線分析装置。
3. 請求項１において、
   前記隔壁膜がポリエステルからなる蛍光Ｘ線分析装置。

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