KR20000071648A - 미량시료분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기박막 상에 액체 시료를 적하, 건조시킨 잔여물을 형광 X선 분석장치로 측정할 때, 유기박막을 투과한 1차 X선이 유기박막을 그 위에 얹은 시료 스테이지로 산란되어 검출기로 입사해 백그라운드를 형성하게 되는 것을 방지하기 위해 이루어졌다. 시료 스테이지에 구멍을 만들고 내면에 중금속 피막을 붙이면, 산란 X선의 강도를 현저히 떨어뜨릴 수 있다.

Description

미량시료분석장치{SLIGHT AMOUNT SAMPLE ANALYZING APPARATUS}

본 발명은 시료에서 X선을 조사할 때에 시료로부터 이차적으로 발생하는 X선을 검출함으로써 원소분석을 하는 형광 X선 분석장치에 관한 것이다.

시료에 1차 X선을 조사하여 시료로부터 이차적으로 발생하는 X선을 검출함으로써 원소분석을 하는 형광 X선 분석장치는 널리 사용된다.

특히, 용액중의 미량원소를 측정하기 위해, 극박 유기박막 상에 마이크로피펫으로 50 마이크로리터 정도의 용액을 떨어뜨려 건조시킨 뒤, 유기박막상의 "잔여물"을 형광 X선 분석측정장치로 측정할 수 있는 방법(유기박막적하건조법이라 불림)이 제안되어 있다.(1998년 11월 10일, 제34회 X선 분석 토론회에서 발표) 상기 측정 원리를 간단히 설명한다.

도 2에 종래에 사용된 형광 X선 분석장치로 측정하는 개략도가 도시되어 있다.

1은 시료 스테이지이고 3은 유기박막을 나타낸다.

또한, 4는 잔여물이고 5는 유기박막이다.

또한, 10은 X선원이고 11은 검출기이다.

시료에 1차 X선을 조사할 때, 검출기로 취득되는 X선 스펙트럼은 (1) 시료에 함유된 원소로부터의 형광 X선과 (2) 1차 X선이 시료로 산란(회절을 포함)되어 발생한 산란 X선 중 검출기에 도달하는 성분으로 구성된다. 산란 X선은 스펙트럼 상에 넓은 에너지 범위에 걸쳐 넓은 백그라운드를 형성한다. 그러나, 분산 X선의 강도는 시료의 두께가 얇아지면 감소하기 때문에, 백그라운드가 낮은 스펙트럼을 취득할 수 있다.

검출 하한과 백그라운드 강도와의 관계는 다음과 같이 정의할 수 있다.

(검출 하한의 원소 농도로부터 취득된 X선 강도)

= 3 X

따라서, 유기박막적하건조법의 사용은 용액시료에 X선을 직접 조사하는 분석 방법에 비해 검출 하한을 크게 향상시킨다.

그런데, 시료를 적하, 건조시켜 형성된 유기박막을 측정하는 형광 X선 분석장치로서는, 유기박막상의 잔여물을 엎지르지 않도록 1차 X선을 위에서 조사하는 상면조사 시스템이 채용된다. 그러나, 형광 X선 분석장치는 잔여물 부분에만 1차 X선을 조사하도록 사용된다. 이 장치는 약 1~2 mm 정도의 미소 빔을 형성하는 콜리메이터와 잔여물을 얹는 시료 스테이지와 시료관찰기구에 사용된다.

그러나, 종래의 장치에서 시료 스테이지는 수지나 알루미늄으로 제조된다. 따라서, 1차 X선이 유기박막에 조사될 때, 유기박막을 투과한 X선은 시료 스테이지에 충돌한다. 이것은 검출기가 스테이지로부터의 산란 X선과 형광 X선을 검출하여 백그라운드를 형성하게 되는 문제를 발생시킨다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 시료 스테이지에 1차 X선의 빔 직경보다 훨씬 큰 구멍을 만들고 구멍의 저면과 내면에 중금속 피막을 부착한다. 시료 스테이지는 이동기구를 갖도록 수지나 알루미늄과 같은 경금속을 사용해 경량으로 만들어진다. 산란 X선의 강도가 대상물의 평균 원자수에 반비례하기 때문에, 수지나 경금속으로 형성된 시료 스테이지로부터의 산란 X선의 강도가 비상하게 커진다. 시료 스테이지 전체를 중금속으로 형성하는 것은 중량이 증가하기 때문에 유리하지 않다. 따라서, 시료 스테이지 그 자체는 수지나 경금속으로 형성하고, 1차 X선이 통과하는 위치에 구멍을 뚫어 1차 X선이 최종적으로 멈추는 구멍의 저면은 중금속으로 형성한다. 이 때문에, 스테이지 전체의 중량을 증가시키지 않고 산란 X선의 강도가 감소된다. 더욱이, 구멍의 내면에 중금속 피막이 형성되므로, 내면에서의 산란을 방지할 수 있다. 그런데, 중금속 피막으로부터의 산란X선은 강도가 낮은데도 불구하고, 스펙트럼 상에 방해 피크를 발생시킬 수 있다. 그러나, X선 관구의 타겟재의 원소와 같은 물질로 피막을 형성할 경우, 스펙트럼 상에 사실상 타겟재 원소의 특성 X선 피크가 존재하기 때문에 방해 피크가 증가하지 않는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 X선 분석장치의 시료 스테이지의 단면도.

도 2는 종래의 X선 분석장치의 개략도.

도 3은 본 발명의 X선 분석장치에서 취득된 X선 스펙트럼과 종래 장치에서 취득된 X선 스펙트럼의 비교를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 X선 분석장치의 제2의 실시예를 보여주는 시료 스테이지의 단면도.

도 5는 본 발명의 X선 분석장치의 제3의 실시예를 보여주는 시료 스테이지의 단면도.

도 6은 본 발명의 X선 분석장치의 제4의 실시예를 보여주는 시료 스테이지의 단면도.

도 7은 본 발명의 X선 분석장치의 제5의 실시예를 보여주는 시료 스테이지의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 도면의 설명>

1 : 시료 스테이지 2 : 중금속 피막

3 : 유기박막지지체 4 : 잔여물

5 : 유기박막 6 : 구멍

7 : 덮개 8 : 중금속판

9 : 위치결정용 핀 10 : X선원

11 : 검출기

이제 본 발명의 실시예를 도면을 참조해 설명할 것이다.

도 1에 본 발명에 사용된 X선 분석장치의 시료 스테이지의 단면도가 도시되어 있다. 유기박막(5)은 수백 나노미터 정도의 두께를 갖는다. 이 유기박막은 두께가 1 ~ 2 mm 정도인 수지제의 유기박막지지체(3)에 형성된 직경 5 ~ 6 mm 정도의 개구부에 형성 ·지지된다. 잔여물(4)은 용액 시료를 적하, 건조시켜 직경 1 ~ 2 mm로 형성된다.

유기박막지지체(3)가 놓인 이동 가능한 시료 스테이지(1)는 경량화를 위해 수지나 경금속으로 형성된다. 상기 시료 스테이지에서, 잔여물의 직경보다 더 큰 직경의 원주상이나 이 원주에 외접하는 각주상의 구멍(6)이 형성된다. 구멍(6)의 저면과 내면은 중금속 피막(2)으로 형성된다. 중금속은 납이나 텅스텐 등을 사용한다. 혹은, 취득된 스펙트럼 상에 불필요한 방해 피크를 증가시키지 않기 위한 목적으로 X선 관구의 타겟재의 원소와 동일한 물질을 사용한다. 피막의 형성 방법으로는 금속박의 접착 ·증착 등을 사용한다. 피막의 두께는 1차 X선이 완전히 감쇠되어 시료 스테이지의 바닥에 도달하지 못할 정도의 두께가 되어야 한다. 게다가, 1차 X선에 의해 구멍 저면에 형성된 X선 조사 부위가 검출기로 검출될 수 없는 깊이로 구멍을 형성하는 것이 백그라운드를 감소시키는데 더욱 효과적이다.

측정자는 잔여물(4)이 구멍(6)의 중앙에 위치하도록 유기박막지지체(3)를 시료 스테이지(1)에 놓는다. 잔여물(4)에 1차 X선을 조사할 수 있도록 시료 스테이지(1)를 이동하며 측정한다.

도 3에 본 발명에 따라 수용액중의 미량금속을 측정할 때의 X선 스펙트럼이 도시되어 있는데, 여기서 (a)는 본 발명의 형광 X선 분석장치에서 얻은 스펙트럼이고, (b)는 종래의 수지 스테이지 상에 유기박막지지체를 얹음으로써 얻어진 스펙트럼이다. 본 발명에서 백그라운드에서의 스펙트럼이 더 낮다는 것을 분명히 알 수 있다.

도 4는 본 발명에서 사용된 X선 분석장치의 시료 스테이지의 제2의 실시예를 보여준다. 제2의 실시예에서 스테이지(1)에 형성된 구멍(6)은 잔여물의 직경보다 더 큰 직경의 원을 밑면으로 하는 원추상, 또는 그것에 외접하는 각추상이다.

도 5에 본 발명에 사용된 X선 분석장치의 시료 스테이지의 제3의 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 구멍(6)과 같은 크기의 구멍(6)을 갖는 덮개(7)를 유기박막지지체(3) 위에 얹을 수 있는 구조를 갖고 있는데, 덮개의 상면에는 제1의 실시예에서 구멍(6)의 저면과 내면에 형성된 것과 같은 피막이 형성된다. 이 때문에, 1차 X선이 구멍(6)의 저면으로 조사되고 산란되어 X선을 발생시킨다. 또한 X선은 장치내부의 콜리메이터나 셔터와 같은 구조물 의해 산란된다. 이것은 보통 수지 등으로 형성된 유기박막지지체(3)에 의해 산란되고 검출기에 입사하여, 백그라운드를 형성하는 것을 방지하는 효과를 준다.

도 6에 본 발명에 사용된 X선 분석장치의 시료 스테이지의 제4의 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서는 제1의 실시예의 구멍(6)의 내면에 형성된 중금속 피막을 대신해서 격자형으로 조합된 종횡 2매의 중금속판(8)을 사용한다. 구멍(6)의 저면에서 피막 대신 1매의 중금속판이 사용된다.

도 7에는 본 발명에 사용된 X선 분석장치의 시료 스테이지의 제5의 실시예가 도시되어 있다. 시료 스테이지(1)는 유기박막지지체(3)가 잘 맞을 수 있도록 단계적으로 형성된다. 상기 시료 스테이지는 복수의 유기박막(5)으로 구성된 유기박막지지체(3)의 개구부와 각각 중심을 맞춘 복수개의 원주상의 구멍(6)으로 형성된다. 각 구멍(6)의 내면과 저면은 중금속 피막으로 형성된다. 또한, 덮개(7)는 상면에 동일한 중금속 피막이 형성되고, 시료 스테이지(1)에 세운 위치결정핀(9)으로 잘 맞춰 덮개(7)에 적당한 구멍을 낸다. 덮개는 위에서 내려다 볼 때 잘 맞도록 시료 스테이지의 구멍(6)과 같은 위치에 구멍을 만든다. 이 때문에, 측정자는 시료 스테이지(1)와 유기박막지지체(3)와 덮개(7) 사이의 위치 조정을 하는 수고와 시간이 필요없이 단지 시료 스테이지(1)를 이동함으로써 복수의 시료들을 분석할 수 있다.

위에 설명한 것처럼, 시료에 X선을 조사할 때 시료로부터 2차적으로 발생한 X선을 검출하여 원소분석을 하는 형광 X선 분석장치에서, 특히 액체시료를 극박유기박막 상에 적하, 건조시켜 형성된 잔여물을 분석하는 형광 X선 분석장치에서, 시료 스테이지에 구멍을 만들고 구멍의 내면과 저면에 중금속 피막이 부착된다. 따라서, 유기박막을 통과한 1차 X선이 시료 스테이지에 의해 산란되는 생기는 산란 X선의 강도를 감소시킬 수 있으므로, 검출기에 산란 X선이 입사하여 형성되는 백그라운드를 감소시킬 수 있다.

또한, 만일 중금속 피막으로 X선 관부의 타겟재와 같은 원소를 사용한다면, 시료로부터의 형광 X선 피크와의 혼동 가능성을 증대시켜 쓸데없는 형광 X선 피크가 발생시키지 않는 효과가 있다.

또한, 덮개는 시료 스테이지 내면과 저면에 있는 것과 동일한 중금속 피막을 상면에 부착하고 있고, 위에서 내려다보았을 때 시료 스테이지와 같은 위치에 구멍을 뚫고 시료 스테이지에 위에 놓인 극박유기박막의 지지체 상에 놓일 수 있다. 이것은 유기박막을 통과한 1차 X선이 시료 스테이지에 의해 산란되어 발생되는 산란 X선이 장치내부의 구조물로 산란되어, 또한 유기박막의 지지체로 산란하여 검출기로 입사해 백그라운드를 형성하는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 미량의 시료를 분석하는 장치에 있어서,

   1차 X선을 발생시키는 X선원과,

   이 X선을 조사하는 시료를 고정하는 이동 가능한 시료 스테이지와,

   상기 시료로부터 발생된 형광 X선을 검출하는 검출기로 구성되며,

   상기 시료 스테이지에는, 1차 X선의 조사 빔의 축을 중심축으로 하여, 직경 2 ~ 10 mm정도의 원주형이나 혹은 이 원주에 외접하는 각추형의 관통한 구멍이 한 개 또는 병행하여 복수 개가 형성되어 있고, 각각 구멍의 내면에 중금속 피막을 부착하는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
2. 미량의 시료를 분석하는 장치에 있어서,

   1차 X선을 발생시키는 X선원과,

   이 X선을 조사하는 시료를 고정하는 이동 가능한 시료 스테이지와,

   상기 시료로부터 발생된 형광 X선을 검출하는 검출기로 구성되며,

   상기 시료 스테이지는, 1차 X선의 조사 빔의 축을 중심축으로 하여, 직경 2 ~ 10 mm정도의 원주형이나 또는 이 원주에 외접하는 각추형의 구멍을 한 개 또는 병렬로 복수 개를 가지며, 각각의 구멍의 깊이는 상기 1차 X선 빔이 상기 구멍의 저면에 만든 조사 부위가 검출기로부터 보이지 않은 깊이이고, 각 구멍의 저면과 내면에 중금속 피막이 부착된 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
3. 미량의 시료를 분석하는 장치에 있어서,

   1차 X선을 발생시키는 X선원과,

   이 X선을 조사하는 시료를 고정하는 이동 가능한 시료 스테이지와,

   상기 시료로부터 발생된 형광 X선을 검출하는 검출기로 구성되며,

   상기 시료 시테이지에는 1차 X선의 조사 빔의 축을 중심축으로 하여, 개구부가 직경 2 ~ 10 mm정도의 원이고, 1차 X선의 조사방향을 향해서 점차적으로 괴가 작아지는 역원추형이나 이 원추에 외접하는 각추형의 구멍이 한 개 또는 병렬로 복수개가 형성되며, 각 구멍의 내면에 중금속 피막이 부착되는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
4. 미량의 시료를 분석하는 장치에 있어서,

   1차 X선을 발생시키는 X선원과,

   이 X선을 조사하는 시료를 고정하는 이동 가능한 시료 스테이지와,

   상기 시료로부터 발생된 형광 X선을 검출하는 검출기로 구성되며,

   상기 시료 스테이지는, 2 ~ 10 mm 간격으로 1차 X선의 조사 빔의 축과 평행한 2장 이상의 중금속판과 상기 중금속판에 수직인 2 ~ 10 mm 간격으로 평행한 2장 이상의 중금속판이 격자형으로 구성되며,

   상기 중금속판을 지지하는 저면은 동일한 원소의 중금속판으로 구성되며,

   상기 중금속판으로 둘러싸인 부분을 구멍이라고 보면, 상기 1차 X선 빔이 구멍의 저면으로 조사하는 조사 부위가 검출기로 볼 수 없을 정도의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,

   시료 스테이지 상에 놓인 측정시료 상에 설치 가능하며 상기 시료 스테이지의 구멍 내면과 동일한 중금속 피막을 상면에 얹은 덮개를 가지며, 상기 덮개에는, 덮개를 시료스테이지에 포개었을 때에 시료 스테이지에 형성된 구멍과 동일한 중심을 갖는 직경 2 ~ 10 mm의 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
6. 제4항에 있어서,

   시료 스테이지 상에 놓인 측정시료 상에 설치 가능하며 격자형의 시료 스테이지와 동일한 중금속 피막을 상면에 얹은 덮개를 가지며, 상기 덮개에는, 덮개를 시료스테이지에 포개었을 때에 시료 스테이지 형성된 구멍과 동일한 중심을 갖는 직경 2 ~ 10 mm의 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구멍의 내면이나 저면에 형성된 피막, 또는 격자상이나 덮개의 상면에 놓인 피막이 X선원의 타겟 원소와 동일한 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.
8. 제5항에 있어서,

   시료 스테이지에 형성된 각 구멍의 중심과 그 위에 얹은 덮개의 각 구멍의 중심을 일치시키도록 도계 또는 위치결정핀 등의 위치결정기구를 구비하고 있는 미량시료분석장치.
9. 제6항에 있어서,

   중금속판으로 둘러싸인 부분을 구멍이라고 볼 때, 각 구멍의 중심과 그 위에 놓인 상기 덮개의 각 구멍의 중심을 일치시키도록 도계 또는 위치결정핀 등의 위치결정기구를 구비한 미량시료분석장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    유기박막적하건조법에 사용할 수 있는 시판되는 극박 유기박막지지체를 잘 맞출 수 있는 단을 시료 스테이지에 형성하는 것을 특징으로 하는 미량시료분석장치.