KR20000062938A - 형광 엑스-레이 분석장치 - Google Patents

Abstract

형광 X-레이 분석장치에서, 회절 X-레이가 그것이 미세 결정의 혼합물로 구성되었을지라도 샘플로부터 제거될 수 있다. X-레이 광속의 평행 성분만을 단지 검출 할 수 있는 이동성 시준기 기구가 샘플과 X-레이 탐지기 사이에서 연장되는 X-레이 통로상에 구비된다. 스펙트럼 측정이 시준기 기구를 삽입하는 하는 경우와 삽입하지 않는 경우에 동일한 샘플상에서 수행된다.

Description

형광 엑스-레이 분석장치{Fluorescent X-ray Analysis Apparatus}

본 발명은 X-레이를 샘플에 조사할때에 샘플로부터 2차적으로 생성되는 X-레이의 검출에 의해서 요소 분석을 수행하는 형광 X-레이 분석장치에 관한 것이다.

형광 X-레이 분석장치는, X-선원에서 방출된 일차 X선을 시료에 조사하여, 시료로부터 발생하는 형광 X선을 검출하고, 에너지 강도 정보로서 스펙트럼을 얻음으로써 시료의 정성·정량 분석을 수행한다. 이 때, 결정성을 갖는 시료나 전연(extended)하였던것 같은 시료로부터는 형광 X-선 이외에 회절 X-선이 발생한다. 이것은 스펙트럼에 방해 피크로서 나타나 정성·정량 분석의 장해가 된다. 이것을 제거하는 방법으로서 시료 회전기구가 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 회절 X-선의 제거에 시료 회전이 효과를 갖는 것은, 시료의 결정방향이 비교적 균일한 경우에 한정된다. 미소한 결정의 혼합물과 같이 결정면이 랜덤(random)한 시료의 경우는 회절 X-선이 제거될 수 없는 문제가 있어왔다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 시료와 X-선검출기 사이의 X-선통로 상에 X-선 광속의 평행 성분만을 검출할 수 있는 이동 가능한 시준기 기구를 제공한다. 동일한 시료에 대하여 시준기 기구를 삽입한 경우와 삽입하지 않은 경우의 스펙트럼을 각각 측정되도록 하였다. 이 때, 시준기 기구를 삽입하면, 1차 X-선의 광속의 중심선 및 시료면과의 교점(이것은 1차 X-선의 조사중심으로서 참조됨)과, X-선 검출기의 검출영역중심 및 시료면 사이(이것을 추출 각으로 참조됨)에서 형성되는 각이 균일한 2차 X-선만이 검출기에 도달하게 된다. 또한, 시준기 기구를 삽입하지 않는 경우는 일정한 폭을 가진 추출 각의 2차 X-선을 검출하는 것이 되기 때문에, 결과적으로 각각의 스펙트럼상에 나타나는 회절 X-선의 피크의 폭이 변화한다. 한편, 형광 X-선의 피크의 폭이 추출각의 영향을 받지 않기 때문에, 얻어진 2개의 스펙트럼을 관찰함으로써 회절 X-선에 의한 피크와 형광 X-선에 의한 피크를 구별하는 것이 가능하다. 따라서, 회절 X-선 피크의 폭이 보다 작고, 형광 X-선 피크에 대한 방해가 적은 시준기 기구를 삽입하였을 때의 스펙트럼을 분석함으로써, 또는 얻은 2개의 스펙트럼에 대한 간단한 연산처리로 회절 X-선 피크를 제거함으로써 회절 X-선에 의한 간섭에 영향을 받지 않는 정성 및 정량 분석을 가능하게 하였다.

도1은 본 발명에 따른 형광 X-레이 분석장치의 구조를 도시하는 개략도,

도2는 회절 X-레이 피크 생성기구를 도시하는 설명도,

도3은 회절 X-레이 제거 기구를 도시하는 설명도,

도4는 병행판 시준기를 도시하는 일반도,

도5는 두 개의 병행 평판 시준기를 사용하는 경우의 배열을 도시하는 일반도,

도6은 다중 모세관 시준기를 도시하는 일반도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: X선원 2: 시료

3: X선검출기 4: 시준기

5: 공중관

이하에, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.

도1을 참조하면, 본 발명에 사용되는 X-선 분석장치의 일례가 도시되었다. X-선원(X-ray source, 1)은 시료(2)상에 입사되는 X-선을 조사한다. 시료(2)로부터는 형광 X-선이나 회절 X-선을 포함하는 2차 X-선이 발생한다. 이때, 시료(2)와 검출기(3)의 사이의 X-선통로상에 배열된 시준기(4)에 의해 추출각이 일정한 2차 X-선만이 검출기에 의해 검출된다. 이 상태에서, 스펙트럼을 얻고, 그 후에 X-선 통로에서 시준기(4)를 이동시켜 스펙트럼을 취득한다. 이러한 구성의 장치에서, 시료부터 회절 X-선이 검출기에 도달하여 스펙트럼상에 피크가 나타나는 조건은 브래그의 식(Bragg's formula), 즉

nλ= 2 dsinθ ( θ: 브래그 각)...........(1)

로서 공지되었다. X-선원, 시료상의 일차 X-선의 조사 중심점 및 검출기의 검출영역의 중심점의 3점에 의해 형성되는 각도의 반이 φ로서 1/2로 주어지면 다음식을 얻을 수 있다.

θ=(180°-2φ)/2 ...........(2)

한편, d는 시료를 구성하는 결정의 격자정수이고, λ는 회절 X-선의 파장, n은 계수이다. 따라서, 식 (2)를 식(1)에 대입하면,

nλ= 2 d cos φ..........(3) 이 된다.

본 발명의 구성에 있어서, 시준기(4)를 X-선통로에 삽입하는 것은, 검출기에 도달하는 2차 X-선의 추출 각을 어떤 범위내로 좁히는 결과를 초래한다. 이것은 φ의 범위를 변화시키는 것에 불과하다. 결과적으로, 회절 X-선은 파장(에너지)범위내에서 변화할 것이다. 반면에, 시료에서 발생하는 형광 X-선은 범위(φ)에 의해서 에너지에 영향을 미치지 않는다.

예를들면, 도2는, 2차 X-선이 검출기에 도달하기 까지의 기하학적인 배열을, X-선원, 시료상의 1차 X-선의 조사중심, 검출기의 검출영역의 중심점의 3점을 포함하는 평면에 투영한 단면도이다. 이 도면을 사용하여, 범위(φ)의 변화에 대해서 설명한다. 여기서, 설명을 간단히 하기 위해서, 1차 X-선이 평행한 광속이라고 가정한다. 그러나, 실제 장치에서는 추출각의 범위의 변화와 비교해서 1차 X-선의 분산의 효과는 무시할 수 있을 정도이다. 따라서 어떤 효과도 아래의 설명에서는 크게 손실되지 않는다.

도2a는 시준기를 삽입하지 않은 경우의 모식도이다. 시료(2)에 1차 X-선이 조사되는 영역은 사선으로 표시되고, 2차 X-선은 이 부분으로부터 발생한다. 이 도면에서, X-선원, 제1시료상의 1차 X-선의 조사중심 및 제1검출기의 검출영역의 중심점의 3점에 의해서 형성되는 각이 가장 커지는 것은, 시료상의 2차 X-선이 발생하는 영역의 안에서 검출기로부터 가장 먼 점 A와, 검출기의 검출영역의 안에서 시료로부터 가장 먼 점 D를 맺는 선분 AD에 따라 취한 2차 X-선이고, 이 경우에, φ는 φ1 로서 취한 것으로 가정한다. 반대로, 이 각도가 가장 작아지는 것은, 시료상의 2차 X-선이 발생하고 있는 영역의 안에서 검출기로부터 가장 가까운 점 B와, 검출기의 검출영역의 안에서 시료로부터 가장 가까운 점 C를 맺는 선분 BC에 따라 취한 2차 X-선이고, 이 경우에, φ는 φ2 로서 취한 것으로 가정한다. 따라서, 시준기가 삽입되어 있지 않은 경우, X-선원, 제1시료상의 1차 X-선의 조사중심 및 제1검출기의 검출영역의 중심점의 3점이 형성하는 각의 1/2은 φ1＜φ＜ φ2의 범위를 취한다.

도2b는 시준기를 삽입한 경우의 모식도이다. 여기서는, 시료상의 1차 X-선의 조사중심과 검출기의 검출영역의 중심점을 맺는 선을 포함하는 하나의 중공관상에 관한 범위(φ)를 검토한다. 실제의 장치에 있어서는, 그러나, 동일한 길이를 갖는 이 공중관(5)주위에 평행하게 존재하는 것으로 고려되고, 각각의 공중관은 동일한 각도 범위를 분명하게 취한다. 이 그림에서, X-선원, 제1시료상의 1차 X-선의 조사중심 및 제1검출기의 검출영역의 중심점의 3점에 의해서 형성되는 각이 가장 커지는 것은, 공중관의 점 E와 점 G를 맺는 선분 EG의 연장선을 따라 취한 2차 X-선이고, 이 경우에, φ는 φ3 로서 취한 것으로 가정한다. 반대로, 이 각도가 가장 작아지는 것은, 공중관의 점 F와 점H를 맺는 선분 FH의 연장선을 따라 취한 2차 X-선이고, 이 경우에, φ는 φ4 로서 취한 것으로 가정한다. 따라서, 시준기가 삽입되어 있을 때의 X-선원, 제1시료상의 1차 X-선의 조사중심 및 제1검출기의 검출영역의 중심점의 3점에 의해서 형성되는 각의 1/2은 φ4＜φ＜ φ3 범위를 취한다. 한편, 야기되는 회절 X-선 피크를 발생시키는 것으로 고려되는 시료중의 결정구조의 격자정수를 D라고 하면, 시준기를 삽입하지 않는 경우에는 파장λ1= 2 D(cosθ 1)/n에서 파장λ2= 2 D(cosθ2)/n의 범위의 1차 X-선이 브래그 조건을 만족시키고, 이것은 회절하고 검출기에 도달하여, 스펙트럼상에서 시스템의 파장분해능을 포함하는 브로드(broad) 회절 피크로서 확인되었다. 한편, 시준기를 삽입한 경우에는, 브래그 조건을 만족하는 파장범위는 λ3= 2 D(cosθ3)/n에서 파장λ4= 2 D(cosθ4)/n에 놓인다. 시준기를 삽입하지 않은 경우와 비교해서 분명히 파장범위가 좁다. 도3a는 시준기를 삽입하지 않은 경우에 취득한 스페트럼의 예를 보여주고 있다. 여기서 피크 A, B 및 C가 관찰되었다. 다음에, 도3b는 시준기를 삽입하여 같은 시료를 측정하였을 때의 스펙트럼을 보여주고 있다. 관찰된 피크 A, B 및 C중에서 피크 폭이 작아진 A 피크는 회절 X-선에 의한 것이고, 폭이 변화하지 않은 피크 B 및 C는 형광 X-선에 의한 것과 구별될 수 있다. 이러한 경우는, 형광 X-선 피크 B에 회절 X-선 피크 A가 간섭하고 있는 스펙트럼(도3a)를 사용하는 대신에, 시준기를 삽입하여 취득한 스펙트럼(도3b)를 사용하는 분석을 수행함으로써, 회절 X-선에 의한 방해 없이도 정성 및 정량 분석이 가능해진다.

한편, 시준기를 삽입함에도 불구하고 회절 X-선 피크가 다른 형광 X-선 피크와 간섭하는 경우라도, 회절 X-선 피크만을 추출 및 제거하는 간단한 피크 분리기술을 사용함으로써 회절 X-선으로 인한 방해가 없는 정성 및 정량 분석이 가능해진다.

도4에 도시된 바와 같이, 시준기는 금속의 박막을 일정간격으로 평행하게 배열한 하나의 병행판을 사용 할 수가 있다. 또한, 도5에 도시된 바와 같이, 이것을 2개 사용하여 2차 X-선의 통로에 연속하여 또한 서로 수직하게 되도록 배열하면, 회절 X-선의 피크폭의 변화가 보다 커져 회절 X-선 피크의 검출이 보다 용이하게 된다. 더욱이, 도6에 도시된바와 같이, 금속 또는 글래스의 중공관과 함께 묶은 다중-모세관을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이, X-선을 조사함에 따라서 시료로부터 2차적으로 발생하는 X-선을 검출하여 원소분석을 하는 형광 X-선 분석장치에 있어서, 시료와 X-선 검출기 사이의 X-선 통로중에 X-선 광속중 평행성분만을 검출할 수 있는 이동가능한 시준기 기구가 구비된다. 동일시료에 대하여 시준기 기구를 삽입한 경우와 삽입하지않은 경우의 스펙트럼을 각각 측정하였기 때문에 시료가 미소한 결정의 혼합물로 구성되어 있는 경우라도 회절 X-선을 제거할 수가 있으므로 방해선이 없는 정성 및 정량 분석이 가능해졌다.

Claims (4)

1차 X-선을 발생시키는 X-선원과, 그 X-선을 조사하는 측정시료를 고정시키기 위한 시료대와, 시료로부터 발생하는 2차 X-선을 검출하는 검출기를 포함하는 형광 X-선 분석장치에 있어서,

X-선원에서 조사되는 X-선 광속의 중심선이 시료 테이블면과 교차하는 교점과, 검출기의 검출영역의 중심점 사이를 접속하는 라인과 평행한 2차 X-선만을 추출하는 시준기 기구가 구비되고, 상기 시준기 기구는 측정시료와 검출기의 사이의 X-선 통로중에 삽입 및 제거가 가능한 것을 특징으로 하는 형광 X-선 분석장치.

제1항에 있어서,

시준기 기구가 금속의 얇은 판을 작은 간격으로 평행하게 배치한 병행판인 것을 특징으로 하는 형광 X-선 분석장치.

제1항에 있어서,

시준기 기구가 금속 또는 글래스의 중공관을 묶은 다중 모세관으로 제조된 것을 특징으로 하는 형광 X-선 분석장치.

제1항에 있어서,

시준기 기구가 금속의 얇은 판자를 작은 간격으로 평행하게 배치한 병행판 2개이고, 2차 X-선의 통로에 연속하고 또한 서로 수직되게 배열하는 것을 특징으로 하는 형광 X-선 분석장치.