JP4854005B2 - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料に一次Ｘ線を照射して、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出し、試料の元素分析、組成分析を行う蛍光Ｘ線分析装置に関する。

近年、食品のカドミウム汚染などが問題となり、食品中のカドミウム含有量の定量などが行われている。従来、カドミウムの定量には、ＩＰＣ（誘導プラズマ発光分析）等が行われていたが、試料を溶液化する必要があるなど前処理に時間がかかる上に、オペレータによって測定結果にばらつきが生じてしまうという問題があった。このような背景から、ＩＰＣに替わる測定方法として、蛍光Ｘ線分析が注目されている。蛍光Ｘ線分析は、試料に一次Ｘ線を照射し、発生する蛍光Ｘ線を検出することによって試料に含有している元素の種類、量を特定するもので、従来、Ｃｕ合金やＦｅ合金など重元素を主成分とする試料の分析などに主に利用されてきた。蛍光Ｘ線は、元素固有のエネルギーを有するので、発生する蛍光Ｘ線のエネルギー及び強度を検出することで、試料に含有された元素及びその量を特定することが可能である。蛍光Ｘ線分析では、試料に直接一次Ｘ線を照射すれば良く、前処理せずとも測定が可能であり、分析結果もＩＰＣに比べて再現性が良いという利点がある。このような蛍光Ｘ線分析の精度を表わす検出下限は、以下の式で決定される。

ここで、バックグランド強度とは、試料に含有された着目元素から発生する蛍光Ｘ線以外の主に散乱線などにより発生するＸ線の強度をいい、蛍光Ｘ線のノイズとなる。また、感度とは、蛍光Ｘ線分析装置において、対象元素の濃度に対する取得可能なＸ線強度の大きさである。すなわち、バックグランド強度を低下させ、また感度を向上させることで、検出下限は低下し、微量の元素の定量が実現可能となる。

このような蛍光Ｘ線分析を行うことが可能な蛍光Ｘ線分析装置としては、例えば、一次Ｘ線を試料に照射するＸ線源と、一次Ｘ線を照射された試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器と、複数のフィルタ成分を有する一次フィルタとを備えたものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような蛍光Ｘ線分析装置によれば、一次フィルタによって、複数のエネルギー帯域の一次Ｘ線を吸収し、必要なエネルギー帯域の一次Ｘ線を照射することで、バックグランド強度を低下させ、検出下限を改善させることができるとされている。
特開２００４−１５０９９０号公報

しかしながら、上記のような蛍光Ｘ線装置においては、一次Ｘ線を一次フィルタに透過させることによって、一次Ｘ線自体が減衰してしまう。このため、試料から励起され発生する蛍光Ｘ線の強度も低下するので、検出器で取得できる蛍光Ｘ線の強度が低下してしまう。すなわち、上記のような蛍光Ｘ線装置においては、バックグランド強度を低下させることができる一方、感度が低下してしまう。また、試料の照射位置に対してＸ線源及び検出器を近づけることで感度を向上させることも可能ではあるが、Ｘ線源と検出器との離間距離も縮まってしまい、空間的制限から感度の向上には限界があった。このため、例えば食品中のカドミウム含有量など、軽元素中の微量な着目元素を正確に測定することが可能な検出下限を得るには至らなかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、検出下限を改善し、重元素を主成分とする試料のみならず、軽元素を主成分とした試料に含有された微量な着目元素を定量することが可能である蛍光Ｘ線分析装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、試料を支持する試料台と、前記試料に対して、所定の照射位置を中心として一次Ｘ線を照射するＸ線源と、前記照射位置に向って配置され、前記一次Ｘ線を照射された前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器とを備え、前記試料に含有している着目元素を定量する蛍光Ｘ線分析装置であって、前記一次Ｘ線の被照射面と前記蛍光Ｘ線の被検出面とを一致させた第一形状の第一の前記試料に対して検査を行う第一の検査と、前記一次Ｘ線の被照射面と前記蛍光Ｘ線の被検出面とを異ならせた第二形状の第二の前記試料に対して検査を行う第二の検査と、を選択可能とされ、前記第一の検査では、前記第一の試料の前記被照射面および前記被検出面を前記照射位置に一致させた第一の検査位置に前記第一の試料を配置し、前記第二の検査では、前記第二の試料の前記被照射面を前記照射位置よりも前記Ｘ線源に近接させるとともに、前記第二の試料の前記被検出面を前記照射位置よりも前記検出器に近接させた第二の検査位置に前記第二の試料を配置し、前記試料台に着脱自在とされ、前記第一の試料を保持して前記第一の検査位置に配置することが可能な補助具と、前記試料台に着脱自在とされ、前記第二の試料を保持して前記第二の検査位置に配置することが可能な試料保持具と、を有することを特徴としている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、試料が、例えば、重元素を主成分とするものである場合には、試料台において試料を第一の検査位置に配置する。そして、照射位置と一致する試料の被照射面にＸ線源によって一次Ｘ線を照射することで、照射位置を中心とした試料の極表面の範囲において、試料が励起され、蛍光Ｘ線が発生する。そして、発生した蛍光Ｘ線は、検出器が照射位置に向いて配置されていることで、検出器によって効率的に検出される。

また、試料が、例えば、軽元素を主成分とし、着目元素（定量しようとする元素）が微量に含有されている場合であれば、試料台に試料保持具を装着し、試料を試料保持具に固定することで、試料を第二の検査位置に配置する。第二の検査位置においては、試料は、被照射面がＸ線源に近接して配置される。このため、Ｘ線源から照射される一次Ｘ線は、減衰せずに、試料に高密度で、かつ、大きな立体角を有して照射されるので、照射される一次Ｘ線の強度を向上させることができる。また、試料が軽元素を主成分とする場合には、一次Ｘ線は、上記にように照射位置を中心とした極表面の範囲のみならず、試料の内部にまで透過される。そして、一次Ｘ線が照射され、透過される試料の範囲内において、一次Ｘ線は、この範囲に含まれる着目元素を励起させ、蛍光Ｘ線を発生させる。発生した蛍光Ｘ線は、さらに試料の内部を透過し、検出器で検出される。この際、検出器は、試料の被検出面に近接して配置され、蛍光Ｘ線を発生する試料との立体角が大きく形成されているので、蛍光Ｘ線は、減衰せずに、高密度で、効率良く検出器に入射され、検出される。

また、上記の蛍光Ｘ線分析装置において、前記試料台は、上面から下面に貫通し、前記第一の検査位置として上面に載置させた前記第一の試料の前記被照射面を下方に露出させる窓部を有し、前記Ｘ線源及び前記検出器は、前記窓部から露出する前記第一の試料の前記被照射面の所定位置を前記照射位置として、前記試料台の下方に配置され、前記試料台の前記試料保持具は、前記第二の試料の前記被照射面を前記Ｘ線源と対向させるとともに、前記第二の試料の前記被検出面を前記検出器と対向させる向きに前記第二の試料を傾斜させ、前記窓部の上方から下方へ突出した状態で前記第二の試料を係止するガイド部を備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、窓部を有する試料台の上面に試料を載置することで、試料の被照射面を窓部から試料台の下方へ露出させることができる。試料台の下方には、Ｘ線源及び検出器が、窓部から露出する試料の被照射面の所定位置を照射位置として位置設定されている。このため、試料を第一の検査位置として、露出した試料の被照射面に一次Ｘ線を照射し、照射位置を中心とした範囲から発生する蛍光Ｘ線を検出器によって検出することができる。

また、試料保持具のガイド部によって、試料を傾斜させ、窓部の上方から下方へ突出した状態で試料を係止し、試料の被照射面をＸ線源と対向する向きで近接させるとともに、被検出面を検出器に対向する向きで近接させて試料を配置することができる。このため、試料を第二の検査位置とし、一次Ｘ線を試料の被照射面に照射し、透過させ、試料の内部から発生する蛍光Ｘ線を検出器によって検出することができる。

さらに、上記の蛍光Ｘ線分析装置において、前記試料台の前記試料保持具は、開口部が形成された環状の部材で、前記窓部の外周に係合可能な係合部を有して、前記窓部に着脱自在に嵌合されるとともに、前記ガイド部が、前記開口部に配置された前記第二の試料を係止可能に、前記開口部から突出して設けられていることがより好ましいとされている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、第一の検査位置として試料を配置する場合には、試料保持具を窓部から取り外して試料台に載置させる。一方、第二の検査位置として試料を配置する場合には、試料保持具の係合部を窓部の外周に係合させることで、窓部に試料保持具を嵌合させる。そして、試料保持具の開口部に試料を挿入し、ガイド部によって係止することで、試料は第二の検査位置に固定される。

また、上記の蛍光Ｘ線分析装置において、前記試料台の前記試料保持具は、前記第二の検査位置に配置された前記第二の試料の前記被照射面と対向する面に当接する位置には、前記試料の前記着目元素から発生する前記蛍光Ｘ線のエネルギーよりも高エネルギーの二次励起蛍光Ｘ線を発生する元素で形成された二次励起用壁が設けられていることがより好ましいとされている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、第二の検査位置に配置された試料の被照射面に照射された一次Ｘ線は、試料の内部に透過し、試料に含有する着目元素を励起し、蛍光Ｘ線を発生させるとともに、試料の被照射面と対向する面に当接する二次励起用壁に照射される。二次励起用壁は、一次Ｘ線が照射されることで、試料に含有している着目元素が発生する蛍光Ｘ線のエネルギーよりも高エネルギーの二次励起蛍光Ｘ線を発生する。二次励起用壁から発生する二次励起蛍光Ｘ線は試料に照射され、試料の着目元素は二次励起蛍光Ｘ線によっても励起され、蛍光Ｘ線を発生する。このため、試料の着目元素から発生する蛍光Ｘ線の強度、すなわち検出器で取得できる蛍光Ｘ線の強度をさらに向上させることができる。

また、上記の蛍光Ｘ線分析装置において、前記一次Ｘ線及び前記蛍光Ｘ線を透過可能な材質で前記第二形状に形成され、前記試料が流動性を有する固体あるいは液体である場合に、前記試料を内部に封入して、前記試料の前記被照射面及び前記被検出面を形成する試料封入容器を備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、試料が、流動性を有する固体あるいは液体である場合においても、試料封入容器に封入することで、試料が定形を有し、試料の被照射面及び被検出面を形成させることができる。このため、一定の定形を有する固体の試料と同様に、第一の検査位置または第二の検査位置に配置し、試料に一次Ｘ線を照射し、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出することができる。また、試料が定形を有する固体であった場合でも、試料を粒状、粉状あるいは溶解して液体として、試料封入容器に封入することで、容易に測定に適した形状にすることができる。なお、試料封入容器は、一次Ｘ線及び蛍光Ｘ線を透過可能な材質で形成されているので、一次Ｘ線及び蛍光Ｘ線が減衰し、検出器で取得できる蛍光Ｘ線の強度が低下してしまうことがない。

さらに、上記の蛍光Ｘ線分析装置において前記試料封入容器は、前記第二の試料の前記被検出面を形成する上面と、前記第二の試料の前記被照射面を形成する側面とを有する断面台形状に形成されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る蛍光Ｘ線分析装置によれば、試料封入容器が断面台形状に形成されていることで、試料封入容器に封入され、第二の検査位置に固定された試料は、検出器に対して、放射状に配置される。このため、試料封入容器の断面形状である台形の上辺から下辺に開口する角度を検出器の検出可能な立体角と等しい角度に設定すれば、封入された試料全体から発生する蛍光Ｘ線を効率良く検出することができる。
さらに、上記の蛍光Ｘ線分析装置において、前記補助具は、前記第一の試料を露出させる開口部が形成された環状の部材で、前記試料台の前記窓部の外周に係合可能な係合部を有して、前記窓部に着脱自在に嵌合されることがより好ましいとされている。

本発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、所定の照射位置を中心として一次Ｘ線を照射するＸ線源と照射位置に向って配置された検出器とを備えることにより、試料が重元素を主成分とする場合には、試料を第一の検査位置に配置させ、照射位置を中心とする範囲から発生する蛍光Ｘ線を検出することができる。また、試料台に試料保持具を装着することにより、試料を第二の検査位置として、Ｘ線源及び検出器に試料を近接させて配置させることができる。このため、検出器で取得できる蛍光Ｘ線の強度、すなわち感度を向上させ、検出下限を改善することができ、重元素を主成分とする試料のみならず、軽元素を主成分とする試料に含有された微量な着目元素の正確な定量をも実現することができる。

図１から図４は、この発明に係る実施形態を示している。図１に示すように、蛍光Ｘ線分析装置１は、外筐２と、試料Ｓを支持する試料台３と、試料Ｓに一次Ｘ線Ｐを照射するＸ線源４と、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線Ｑを検出する検出器５とを備える。試料台３は、外筐２の内部に設けられており、外筐２の内部を試料台３の上方の試料室２ａと、Ｘ線源４及び検出器５が配置された計測室２ｂとを仕切っている。試料室２ａの上方には、開口部２ｃが形成され、試料室上蓋２ｄが開閉可能に設けられている。図２に示すように、試料台３は、上面３ａから下面３ｂに貫通する窓部６を有する。そして、試料台３は、第一の検査位置Ａとして、試料Ｓの被照射面Ｓ１が窓部６から下方に露出した状態で試料Ｓを上面３ａに載置させることができる。なお、本実施形態では、窓部６の外周に段部６ａが形成され、段部６ａに係合可能な係合部７ａが形成された補助具７が着脱自在に嵌合されている。図２及び図３に示すように、補助具７には開口部７ｂが形成されている。また、窓部６に嵌合した際に、補助具７の上面７ｃが試料台３の上面３ａと一致するように設定されている。このため、試料Ｓが小さい場合でも、窓部６に補助具７を嵌合させることで、第一の検査位置Ａに試料Ｓを配置することが可能である。なお、試料Ｓが窓部６よりも十分大きい場合は、補助具７を嵌合させずに直接試料台３に載置させても良い。

図１に示すように、Ｘ線源４は、例えば、Ｘ線管球であり、Ｘ線管球のターゲットの特性Ｘ線と連続Ｘ線とで構成された一次Ｘ線Ｐを照射するものである。Ｘ線源４は、試料Ｓが第一の検査位置Ａとして試料台３に配置された場合に、窓部６から下方に露出する試料Ｓの被照射面Ｓ１と一致する照射位置Ｐ１を中心として照射するように、試料台３の下方に配置されている。検出器５は、試料台３の下方において、照射位置Ｐ１に向って配置されており、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線のエネルギー及び強度を検出することが可能である。また、検出器５は、Ｘ線源４の照射範囲４ａの範囲外に配置されており、一次Ｘ線Ｐが直接照射されないように設定されている。

また、Ｘ線源４及び検出器５の前方には、それぞれ一次フィルタ８、二次フィルタ９が設けられている。一次フィルタ８は、Ｘ線源４から照射される一次Ｘ線Ｐの内、特定のエネルギーのＸ線のみを吸収するものである。そして、試料Ｓに含有された着目元素から発生する蛍光Ｘ線と同エネルギー範囲のＸ線を吸収することで、散乱線などが検出器で検出され、バックグランド強度が増大して検出下限が上昇してしまうのを防ぐことができる。例えば、着目元素をＣｄとすれば、一次フィルタ８をＭｏやＺｒなどで形成することによって、Ｃｄの蛍光Ｘ線と同エネルギー範囲の一次Ｘ線を吸収し、バックグランド強度を低下させ、検出下限を改善することができる。なお、本実施形態では、図示しない移動機構によって、着目元素と対応して様々な種類の一次フィルタと切り替え可能となっている。

また、二次フィルタ９も同様に、検出されるＸ線の内、特定のエネルギーのＸ線のみを吸収するものである。そして、試料Ｓに含有された着目元素から発生する蛍光Ｘ線と異なるエネルギー範囲のＸ線を吸収することで、検出器５が特定のエネルギーの蛍光Ｘ線を検出可能であるとともに、全体のＸ線強度を抑え、検出効率を向上させることができる。例えば、着目元素をＣｄとすれば、二次フィルタ９をＡｇなどで形成することにより、Ｃｄの蛍光Ｘ線よりも高いエネルギーのＸ線を吸収し、全体のＸ線強度を抑えることができる。なお、本実施形態では、図示しない移動機構によって、着目元素と対応して様々な二次フィルタと切り替え可能となっている。

なお、本実施形態の蛍光Ｘ線分析装置１では、図示しないが、さらに、制御部、計算機部、増幅器、波形成形器、モニターなどを備えている。制御部は、Ｘ線源４から照射される一次Ｘ線Ｐの制御を行い、また、一次フィルタ８、二次フィルタ９の選択を行う。また、検出器５で検出された検出結果は、増幅器で増幅され、波形成形器で電気信号に変換される。さらに、電気信号に変換された検出結果は、計算機部でエネルギー毎の強度スペクトルに変換され、モニターに表示される構成となっている。

また、図４及び図５に示すように、試料台３は、補助具７に代えて試料保持具１０を窓部６に嵌合可能である。試料保持具１０は、開口部１０ａが形成された環状の部材で、窓部６の段部６ａに係合可能な係合部１０ｂを有し、着脱自在に嵌合可能である。また、ガイド部１１は、開口部１０ａの中心部に向って下方へ傾斜した状態で、開口部１０ａに突出して設けられている。そして、開口部１０ａに挿入した試料Ｓを窓部６の上方から下方へ突出した状態で係止し、ガイド部１１で係止された試料Ｓの被照射面Ｓ２をＸ線源４に対向する向きで近接させるとともに、被検出面Ｓ３を検出器５と対向する向きで近接させる第二の検査位置Ｂに固定させる。また、試料Ｓの被検出面Ｓ３がＸ線源４の一次Ｘ線Ｐの照射範囲４ａの境界線と、また、被照射面Ｓ２が検出器５の検出範囲５ａの境界線と、それぞれ略等しい位置に配置されるように、ガイド部１１の位置及び形状、及び試料Ｓの形状が設定されている。なお、窓部６の外周に段部６ａが形成されないものとし、試料保持具１０は直接窓部６の外周に係合される構成としても良い。

さらに、試料保持具１０の上面１０ｃにおいて、第二の検査位置Ｂに配置された試料Ｓの被照射面Ｓ２と対向する面Ｓ４に当接する位置には、二次励起用壁１２が設けられている。二次励起用壁１２は、試料Ｓの着目元素から発生する蛍光Ｘ線Ｑのエネルギーよりも高エネルギーの二次蛍光Ｘ線Ｑ１を発生させる材質で形成されており、例えば、後述のように、着目元素がＣｄの場合には、Ｔｅなどで形成されている。なお、二次励起用壁１２は、ねじ固定などによって試料保持具１０から取り外し可能な構成として、着目元素に対応して様々な材質のものに交換可能としても良いし、試料保持具１０以外の例えば試料台３に固定されるものとしても良い。

また、図６及び図７に示すように、蛍光Ｘ線分析装置１は、試料Ｓが流動性を有する固定あるいは液体である場合に、試料Ｓを内部２０ａに封入する試料封入容器２０を備える。試料封入容器２０は、一次Ｘ線Ｐ及び蛍光Ｘ線Ｑを含むＸ線を透過可能な材質で形成され、例えば、プラスチック、Ａｌ、ＳｉまたはＭｇなどで形成されている。また、試料Ｓとしては、例えば流動性を有する固体としては、米、豆、または土などの粒状のもの、あるいは、小麦粉などの粉状のものなどがあり、一定の定形を有する固形物でも、加工により粒状、粉状となるものも含む。また、液体としては固体である試料を溶解したものも含む。本実施形態では、流動性を有する試料Ｓ５として、米を例に挙げている。試料封入容器２０は、開閉可能な蓋２０ｂが設けられており、試料Ｓ５を内部２０ａに封入可能としている。また、試料封入容器２０は、第二の検査位置Ｂにおいて、Ｘ線源４と近接する試料Ｓの被照射面Ｓ２を形成させる側面２０ｃと、二次励起用壁１２と当接する側面２０ｄと、検出器５と近接する試料Ｓの被検出面Ｓ３を形成させる上面２０ｅとを有する断面台形状に形成されている。そして、断面形状である台形の上辺（上面２０ｅ）から下辺（下面２０ｆ）に開口する角度φは、検出器５の検出範囲５ａを表わす立体角θと略等しく設定されている。

次に、この蛍光Ｘ線分析装置１の作用について説明する。まず、試料Ｓが重元素を主成分とする、例えば、Ｃｕ合金やＦｅ合金などである場合の測定について説明する。図２に示すように、重元素を主成分とする試料Ｓを測定する場合には、試料台３に補助具７を嵌合させ、第一の検査位置Ａを選択して試料を配置する。そして、Ｘ線源４から一次Ｘ線Ｐを照射すれば、一次フィルタ８を通過し、試料Ｓの被照射面Ｓ１と一致する照射位置Ｐ１を中心として、一次Ｘ線Ｐが試料Ｓに照射される。試料Ｓは重元素を主成分とするので、一次Ｘ線Ｐは試料Ｓの内部にまで透過されずに、試料Ｓの被照射面Ｓ１の照射位置Ｐ１を中心とした極表面の範囲おいて、試料Ｓは励起され、蛍光Ｘ線Ｑを発生する。発生した蛍光Ｘ線Ｑは、二次フィルタ９を通過して、検出器５で検出される。この際、検出器５は照射位置Ｐ１に向って配置されているので、効率良く発生した蛍光Ｘ線Ｑを検出することができる。

次に、試料Ｓが軽元素を主成分とし、着目元素（定量しようとする元素）が微量に含有している場合の測定について説明する。まず、試料Ｓが一定の定形を有する場合について説明する。なお、軽元素の意味するところは、一次Ｘ線Ｐを透過可能な元素であり、原子番号が小さい元素ほどＸ線の透過率は高くなり、Ｃ、Ｈ、Ｏ、またはＡｌ、Ｍｇなどであり、有機材料なども含むものである。また、着目元素としては、少なくとも主成分とする元素よりも大きなエネルギーの蛍光Ｘ線を発生させる元素であれば良く、上記の軽元素から重元素まで様々なものが該当する。なお、本実施形態においては、着目元素としてＣｄを定量する場合について説明する。

まず、図４に示すように、試料台３の窓部６に試料保持具１０を嵌合させる。次に、試料Ｓを試料保持具１０の開口部１０ａに上方から挿入し、ガイド部１１によって第二の検査位置Ｂに試料Ｓを固定する。第二の検査位置Ｂにおいては、試料Ｓは、ガイド部１１によって傾斜し、開口部１０ａの上方から下方に突出した状態で係止され、試料Ｓの被照射面Ｓ２がＸ線源４と対向し近接した状態となる。また、試料Ｓの被検出面Ｓ３が照射範囲４ａの境界線と略等しい位置に設定されている。このため、Ｘ線源４から照射された一次Ｘ線Ｐは、一次フィルタ８を通過して、減衰されず、また、高密度で、かつ、大きな立体角を有して、試料Ｓの全体に照射される。さらに、試料Ｓは、被検出面Ｓ３が一次Ｘ線Ｐの照射範囲４ａの境界線と略等しい位置となるように配置されることで、一次Ｘ線Ｐはさらに効率良く試料Ｓの全体に照射される。試料Ｓに照射された一次Ｘ線Ｐは、試料Ｓが軽元素を主成分とすることで、試料Ｓの内部にまで透過され、試料Ｓの内部全体に含有している着目元素を励起させ、蛍光Ｘ線を発生させる。

さらに、一次Ｘ線Ｐは、試料Ｓを透過し、試料Ｓの被照射面Ｓ２と対向する面Ｓ４と当接する二次励起用壁１２に照射される。二次励起用壁１２は、照射されることで、励起され、試料Ｓに含有している着目元素から発生する蛍光Ｘ線Ｑのエネルギーよりも高エネルギーの二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１を発生する。発生した二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１は試料Ｓに照射され、着目元素から発生する蛍光Ｘ線Ｑのエネルギーよりも高エネルギーであることから、試料Ｓの内部全体に含有している着目元素を再び励起させ、蛍光Ｘ線Ｑを発生させる。すなわち、二次励起用壁１２を有することで、試料Ｓは、一次Ｘ線Ｐのみならず二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１によっても励起され、発生する蛍光Ｘ線Ｑの強度が向上する。そして、一次Ｘ線Ｐ及び二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１によって発生した蛍光Ｘ線Ｑは、試料Ｓの内部を透過し、二次フィルタ９を通過して検出器５で検出される。第二の検査位置Ｂにおいて、試料Ｓの被検出面Ｓ３は、検出器５に近接して配置され、試料との立体角が大きく形成されている。このため、蛍光Ｘ線Ｑは、減衰されず、また、高密度で、効率よく検出器５に入射され、検出される。

次に、試料Ｓが流動性の固定あるいは液体である場合について説明する。この実施例では、流動性を有する粒状の試料Ｓ５である米に含有しているＣｄを着目元素として定量する場合について説明する。まず、図６に示すように、試料封入容器２０に試料Ｓを封入する。次に、側面２０ｃをＸ線源４に近接させ、上面２０ｅを検出器５に近接させて、第二の検査位置Ｂに固定する。この状態で、Ｘ線源４から一次Ｘ線Ｐを照射すれば、一次Ｘ線Ｐは、一次フィルタ８を通過し、試料封入容器２０を透過して、封入された試料Ｓに照射され、含有している着目元素Ｃｄを励起し、蛍光Ｘ線Ｑを発生させる。この際、さらに、一次Ｘ線Ｐは、試料Ｓを透過し、二次励起用壁１２に照射され、二次励起用壁１２から二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１を発生させる。二次励起蛍光Ｘ線Ｑ１は、試料Ｓに照射され、着目元素Ｃｄを再び励起し、蛍光Ｘ線Ｑを発生させるので、蛍光Ｘ線Ｑの強度を向上させる。

発生した蛍光Ｘ線Ｑは、試料Ｓの内部及び試料封入容器２０を透過し、上面２０ｅから二次フィルタ９を通過して、検出器５に検出される。この際、上記同様に、第二の検査位置Ｂにおいて、試料Ｓの被検出面Ｓ３は、検出器５に近接して配置され、試料との立体角が大きく形成されている。このため、蛍光Ｘ線Ｑは、減衰されず、また、高密度で、効率よく検出器５に入射され、検出される。また、試料封入容器２０の角度φが検出器５の検出可能な立体角θと略等しく設定されているので、最小限の試料で、検出可能な範囲全体で効率良く検出することができる。

以上のように、この実施形態の蛍光Ｘ線分析装置１においては、所定の照射位置Ｐ１を中心として一次Ｘ線Ｐを照射するＸ線源４と、照射位置Ｐ１に向って配置された検出器５を備えている。このため、試料Ｓが重元素を主成分とする場合には、第一の検査位置Ａを選択して試料Ｓを配置し、照射位置Ｐ１を中心とした範囲から発生する蛍光Ｘ線Ｑを効率良く検出することができる。また、試料台３に試料保持具１０を嵌合させることにより、第二の検査位置Ｂを選択して、Ｘ線源４及び検出器５に試料Ｓを近接させて配置することができる。このため、検出器５で取得できる蛍光Ｘ線Ｑの強度、すなわち感度を向上させ、検出下限を改善することができ、上記のような重元素を主成分とする試料のみならず、軽元素を主成分とする試料に含有された微量の着目元素の正確な定量をも実現することができる。さらに、試料封入容器２０を備えることで、試料Ｓが流動性を有する固体あるいは液体で形成されている場合においても、微量の着目元素の正確な定量を実現することができる。このため、近年注目されている食品のカドミウム汚染などにおいて、食品中の微量なカドミウム含有量などを定量することが可能であり、また、試料となる食品の形態に関係無く測定することが可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、本実施形態において、試料保持具１０は、環状の部材で、窓部６に嵌合されるものとしたが、これに限ることは無い。少なくとも、試料Ｓを第二の検査位置Ｂとして固定可能なものであれば良く、例えば、ガイド部１１のみが試料台３に直接固定されている構成としても良い。また、第二の検査位置Ｂにおいて、試料Ｓの被照射面Ｓ２がＸ線源４に近接して配置されるが、少なくとも照射位置Ｐ１よりも近接した位置に被照射面Ｓ２が配置されていれば良く、Ｘ線源４または一次フィルタ８と干渉しない範囲で近接させることでより大きな効果を期待することができる。同様に、試料Ｓの被検出面Ｓ３は、少なくとも照射位置Ｐ１よりも検出器５に近接して配置されていれば良く、検出器５または二次フィルタ９と干渉しない範囲で近接させることでより大きな効果を期待することができる。

また、蛍光Ｘ線分析装置１は、基本的には、試料台３は窓部６を有しており、上方に位置し、窓部６から露出する試料Ｓを、下方に位置したＸ線源４及び検出器５で測定する構成としているが、これに限ることは無い。例えば、試料台３の所定位置を第一の検査位置Ａとして試料台３に配置した試料Ｓに対して、Ｘ線源４及び検出器５を側方に配置して、試料Ｓの側面を上記の被照射面Ｓ１として測定する構成としても良い。この場合には、試料保持具１０は、試料台３上に設けられ、試料Ｓの被照射面Ｓ２をＸ線源４に近接させるとともに、被検出面Ｓ３を検出器５に近接させた位置（第二の検査位置Ｂ）に試料Ｓを位置決めさせるものであれば良い。また、一次フィルタ８、二次フィルタ９及び二次例起用壁１２については、適宜設けるものであり、設けなくても、上記構成によって検出器で検出される感度を向上し、検出下限を改善させることが可能である。

この発明の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の概略を示す断面図である。 この発明の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の拡大断面図である。 この発明の実施形態の補助具の斜視図である。 この発明の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の拡大断面図である。 この発明の実施形態の試料保持具の斜視図である。 この発明の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の拡大断面図である。 この発明の実施形態の試料封入容器の斜視図である。

符号の説明

１ 蛍光Ｘ線分析装置
３ 試料台
３ａ 上面
３ｂ 下面
４ Ｘ線源
５ 検出器
６ 窓部
１０ 試料保持具
１０ａ 開口部
１０ｂ 係合部
１１ ガイド部
１２ 二次励起用壁
２０ 試料封入容器
２０ｃ 側面
２０ｅ 上面
Ａ 第一の検査位置
Ｂ 第二の検査位置
Ｐ 一次Ｘ線
Ｐ１ 照射位置
Ｑ 蛍光Ｘ線
Ｑ１ 二次励起蛍光Ｘ線
Ｓ 試料
Ｓ１ 被照射面
Ｓ２ 被照射面
Ｓ３ 被検出面

Claims (7)

1. 試料を支持する試料台と、前記試料に対して、所定の照射位置を中心として一次Ｘ線を照射するＸ線源と、前記照射位置に向って配置され、前記一次Ｘ線を照射された前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器とを備え、前記試料に含有している着目元素を定量する蛍光Ｘ線分析装置であって、
   前記一次Ｘ線の被照射面と前記蛍光Ｘ線の被検出面とを一致させた第一形状の第一の前記試料に対して検査を行う第一の検査と、前記一次Ｘ線の被照射面と前記蛍光Ｘ線の被検出面とを異ならせた第二形状の第二の前記試料に対して検査を行う第二の検査と、を選択可能とされ、
   前記第一の検査では、前記第一の試料の前記被照射面および前記被検出面を前記照射位置に一致させた第一の検査位置に前記第一の試料を配置し、
   前記第二の検査では、前記第二の試料の前記被照射面を前記照射位置よりも前記Ｘ線源に近接させるとともに、前記第二の試料の前記被検出面を前記照射位置よりも前記検出器に近接させた第二の検査位置に前記第二の試料を配置し、
   前記試料台に着脱自在とされ、前記第一の試料を保持して前記第一の検査位置に配置することが可能な補助具と、前記試料台に着脱自在とされ、前記第二の試料を保持して前記第二の検査位置に配置することが可能な試料保持具と、を有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
2. 請求項１に記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記試料台は、上面から下面に貫通し、前記第一の検査位置として上面に載置させた前記第一の試料の前記被照射面を下方に露出させる窓部を有し、
   前記Ｘ線源及び前記検出器は、前記窓部から露出する前記第一の試料の前記被照射面の所定位置を前記照射位置として、前記試料台の下方に配置され、
   前記試料台の前記試料保持具は、前記第二の試料の前記被照射面を前記Ｘ線源と対向させるとともに、前記第二の試料の前記被検出面を前記検出器と対向させる向きに前記第二の試料を傾斜させ、前記窓部の上方から下方へ突出した状態で前記第二の試料を係止するガイド部を備えることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
3. 請求項２に記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記試料台の前記試料保持具は、開口部が形成された環状の部材で、前記窓部の外周に係合可能な係合部を有して、前記窓部に着脱自在に嵌合されるとともに、前記ガイド部が、前記開口部に配置された前記第二の試料を係止可能に、前記開口部から突出して設けられていることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記試料台の前記試料保持具は、前記第二の検査位置に配置された前記第二の試料の前記被照射面と対向する面に当接する位置には、前記試料の前記着目元素から発生する前記蛍光Ｘ線のエネルギーよりも高エネルギーの二次励起蛍光Ｘ線を発生する元素で形成された二次励起用壁が設けられていることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記一次Ｘ線及び前記蛍光Ｘ線を透過可能な材質で前記第二形状に形成され、前記試料が流動性を有する固体あるいは液体である場合に、前記試料を内部に封入して、前記試料の前記被照射面及び前記被検出面を形成する試料封入容器を備えることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
6. 請求項５に記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記試料封入容器は、前記第二の試料の前記被検出面を形成する上面と、前記第二の試料の前記被照射面を形成する側面とを有する断面台形状に形成されていることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
7. 請求項２に記載の蛍光Ｘ線分析装置において、
   前記補助具は、前記第一の試料を露出させる開口部が形成された環状の部材で、前記試料台の前記窓部の外周に係合可能な係合部を有して、前記窓部に着脱自在に嵌合されることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。

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