(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の後方に配置される基底標準板の回折Ｘ線強度の変化に基づいて補正を加えて、その試料に含まれる特定物質の重量を求めるＸ線回折定量装置において、
前記試料を保持する試料保持体と、
その試料保持体よりも面積の小さい基底標準板と、
前記試料保持体を支持するための試料板とを有し、
前記基底標準板は前記試料板に埋設され、
前記試料板は前記基底標準板と異なるＸ線回折特性を有する
ことを特徴とするＸ線回折定量装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線回折定量装置において、前記試料板をアルミニウムで形成し、前記基底標準板を亜鉛で形成したことを特徴とするＸ線回折定量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の後方に配置される基底標準板の回折Ｘ線強度の変化に基づいて補正を加えて、その試料に含まれる特定物質の重量を求めるＸ線回折定量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定物質及びそれ以外の不特定物質を含む試料に関して、その試料全体に対するその特定物質の重量や含有率を知りたい場合がある。例えば、多種類の粉塵が存在する作業現場において、それらの粉塵の中に有害物質が含まれる場合には、その有害物質の含有量を知ってそれを一定量以下に抑えなければならない。
【０００３】
特定物質に関して回折Ｘ線強度を測定することにより、その特定物質の重量を検知できることは、従来より知られている。よって、原則的には、試料中に特定物質が含まれているとき、その試料の全体にＸ線を照射して、その特定物質からの回折Ｘ線の強度を測定すれば、その試料中に含まれる特定物質の重量を知ることができると考えられる。
【０００４】
しかしながら、実際には、試料は特定物質以外に不特定物質を含み、そして特定物質の含有量が変化すればそれに対応して不特定物質が含まれる量も変化するので、試料の全体にＸ線を照射してその内部の特定物質からの回折Ｘ線の強度を測定するとき、測定される回折Ｘ線強度は試料のＸ線吸収率の影響を受けて特定物質の重量を正確には反映しない。従って、このままでは、試料中に含まれる特定物質の定量を正確に行うことはできない。
【０００５】
そのような問題点に鑑み、試料によるＸ線の吸収の影響を補正して、特定物質の含有量の多少にかかわらず、Ｘ線回折測定に基づいて特定物質の含有量を正確に測定できるＸ線回折定量法として、基底標準吸収補正法を用いたＸ線回折定量法が従来より知られている。この基底標準吸収補正法は、簡単に説明すれば、入射Ｘ線の進行方向に関して試料の後ろ側に配置した基底標準板の回折Ｘ線強度の変化量、すなわち、試料の吸収係数の変化量に基づいて、試料中の特定物質からの回折Ｘ線強度を補正して、その補正後の回折Ｘ線強度に基づいて特定物質の重量を判定するというものである。
【０００６】
この基底標準吸収補正法に基づくＸ線回折定量法では、試料によるＸ線吸収率を実測する必要があり、その実測にあたっては、試料が付着していないフィルタを基底標準板に接着した状態での基底標準板の回折Ｘ線強度と、試料が付着したフィルタを基底標準板に接着した状態での基底標準板の回折Ｘ線強度との両方を測定する必要がある。従来、これらの測定を行う場合には、例えば図７に示すように、試料が付着したフィルタ５１又は試料が付着していないフィルタ５２を透明テープ５３等によって基底標準板５４に貼着する。そして、試料付きフィルタ５１及び試料なしフィルタ５２のそれぞれについてＸ線Ｒ１を照射して、そのときに発生する回折Ｘ線Ｒ２をＸ線カウンタ５６によって検出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のＸ線回折定量法では、基底標準板５４の全体が基底標準物質、例えばＺｎ（亜鉛）によって形成されていた。そのため、入射Ｘ線の照射領域が符号Ａで示すように、フィルタ５１，５２の試料捕集部よりも広く設定されると、正しいＸ線吸収率を測定できないという問題があった。その理由は、本来であればフィルタ５１，５２上の試料が存在する領域だけからの回折Ｘ線情報が欲しいにもかかわらず、Ｘ線カウンタ５６がそのフィルタ５１，５２から外れた部分の回折Ｘ線情報をも取り込んでしまうからである。
【０００８】
本発明は、従来のＸ線回折定量法における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線回折定量法において入射Ｘ線の照射領域に関して厳しい規制を加えなくても信頼性の高い正確な測定を行うことができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線回折定量装置は、試料の後方に配置される基底標準板の回折Ｘ線強度の変化に基づいて補正を加えて、その試料に含まれる特定物質の重量を求めるＸ線回折定量装置において、前記試料を保持する試料保持体と、その試料保持体よりも面積の小さい基底標準板と、前記試料保持体を支持するための試料板とを有し、前記基底標準板は前記試料板に埋設され、前記試料板は前記基底標準板と異なるＸ線回折特性を有することを特徴とする。
【００１０】
このＸ線回折定量装置によれば、基底標準板は入射Ｘ線に対して常に試料保持体の下に隠れることになるので、入射Ｘ線の照射幅の如何にかかわらず常に正確なＸ線吸収率を測定でき、従って、試料に含まれる特定物質に関して信頼性の高い重量測定を行うことができる。
【００１１】
通常のＸ線回折装置では、試料をゴニオメータに装着し、そのゴニオメータの測角機能に基づいて試料に対する入射Ｘ線の入射角度を測角する。このＸ線回折装置では、ゴニオメータに備え付けの試料板によって試料保持体を支持することによって試料をゴニオメータに装着するのが一般的である。このような試料板を用いる場合には、その試料板を基底標準板と異なるＸ線回折特性を有する材料によって形成すると共に、基底標準板をその試料板に埋設することができる。なお、基底標準板を、例えば、Ｚｎによって形成するならば、それを取り囲む試料板は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）によって形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸ線回折定量装置の一実施形態を示している。このＸ線回折定量装置は、例えば、大気中に含まれる粉塵中に存在する特定の有害物質の含有量を測定するために用いられるものとする。このＸ線回折定量装置は、Ｘ線を発生するＸ線焦点Ｆと、ゴニオメータ１と、そしてＸ線カウンタ２とを有する。Ｘ線焦点Ｆは、例えば、電子を放出するフィラメントと、放出した電子が衝突したときにＸ線を発生するターゲットとを含んで構成される。また、Ｘ線焦点Ｆの近傍には、Ｘ線の発散角度を規制する発散規制スリット３が配設される。また、Ｘ線カウンタ２は、例えば、シンチレーションカウンタ（ＳＣ：Scintillation Counter）を用いて構成できる。
【００１３】
ゴニオメータ１はθ回転台４及びそれと同軸な２θ回転台６を有し、その２θ回転台６から延びる検出器アーム７に上記Ｘ線カウンタ２が固定される。ゴニオメータ１の内部には、θ回転台４を試料軸線Ｘs を中心として回転、いわゆるθ回転させるθ回転駆動機構（図示せず）及び２θ回転台６を試料軸線Ｘs を中心として回転、いわゆる２θ回転させる２θ回転駆動機構（図示せず）が配設される。２θ回転はθ回転に比べて、回転方向が同じで角速度が２倍に設定される。
【００１４】
θ回転台４には板バネ８、あるいは、その他の保持機構が設けられる。本実施形態の場合は、長方形状の試料板９が板バネ８に挿入され、そしてその板バネ８のバネ力によってその試料板９が所定位置に固定保持される。試料板９のうちＸ線焦点ＦからのＸ線が照射される部分には、基底標準板１１が円形状に埋設される。この基底標準板１１及び試料板９に関しては、図３に示すように、それらの表面が一様な平面になるように設定される。本実施形態の場合、基底標準板１１はＺｎによって形成され、試料板９はその基底標準板１１と異なる固有のＸ線回折角度を有する材料、例えば、Ａｌによって形成される。
【００１５】
試料板９に埋設された基底標準板１１の上には、図２に示すように、測定対象である大気中の粉塵を保持させた試料保持用フィルタ１２、すなわち試料保持体、が貼着されて透明テープその他の固定手段によって固定される。この試料保持用フィルタ１２は、例えば、ガラスファイバによって形成される。本実施形態では、試料保持用フィルタ１２が円形状に形成され、そして基底標準板１１の面積が試料保持用フィルタ１２の粉塵捕集部１３の面積よりも小さくなるように設定されている。つまり、フィルタ１２上の粉塵は基底標準板１１を完全に覆った状態でその基底標準板１１の上に装着される。
【００１６】
以下、本実施形態の装置を用いて行われるＸ線回折定量測定について、図４に示す工程図を用いて説明する。まず、試料保持用フィルタ１２の単体の重量Ｗf を測定する（ステップＳ１）。次いで、この試料保持用フィルタ１２を基底標準板１１に装着し、その状態で基底標準板１１の回折Ｘ線強度Ｉzn0 を測定する（ステップＳ２）。このとき、基底標準板１１に対するＸ線の入射角度θznは、図１のゴニオメータ１によって、その基底標準板１１の材料であるＺｎに固有のＸ線回折角度（２θ）の半分の値に測角される。
【００１７】
次に、一旦、試料保持用フィルタ１２を基底標準板１１から取り外し、測定の対象となる大気をそのフィルタ１２へ向けて吸引等することにより、そのフィルタ１２に粉塵Ｇを付着させる（ステップＳ３）。その後、粉塵Ｇが付着したフィルタ１２の重量Ｗm を測定する（ステップＳ４）。さらにその後、粉塵Ｇが付着したフィルタ１２を再度、基底標準板１１に装着し、この状態で、粉塵Ｇの中に含まれる特定物質の回折Ｘ線強度Ｉm を測定する（ステップＳ５）。このときも、図１において、その特定物質に固有のＸ線入射角度をゴニオメータ１によって正確に測角する。
【００１８】
その後、Ｘ線入射角度を基底標準板１１に固有の回折角度に変更して測定を行い、粉塵Ｇを付着した状態の基底標準板１１の回折Ｘ線強度Ｉznを測定する（ステップＳ６）。その後、ステップＳ７において、上記各種の実測値に基づいて以下のような演算を行う。すなわち、
Ｉt＝Ｋ・Ｉm
の式に基づいて、吸収補正後の特定物質の回折Ｘ線強度Ｉt を求める。
なお、
Ｉm ：実測された特定物質の回折Ｘ線強度
Ｋ  ：補正係数
である。
【００１９】
また、補正係数Ｋは次式
Ｋ＝−Ｒ・ｌｎ（ΔＲi）／｛１−（ΔＲi）R｝
によって求められる。
但し、
Ｒ＝ｓｉｎθzn／ｓｉｎθm
θzn：基底標準板１１のＸ線回折角度
θm ：特定物質のＸ線回折角度
ΔＲi（試料である粉塵によるＸ線透過率の実測値）＝Ｉzn／Ｉzn0
である。
【００２０】
以上により吸収補正後の特定対象物の回折Ｘ線強度Ｉt が求まると、例えば図５に示すような検量線Ｌを用いて、その特定物質の含有量ｍが求まる。なお、この検量線Ｌは、予め、複数の異なる既知量の特定物質を準備して、それらに図４に示した処理を繰り返して実行することによって得られたデータに基づいて作成したものである。
【００２１】
以上により、特定物質の含有量ｍが求まると、その特定物質の含有率Ｑ（％）を次式
Ｑ＝（ｍ／Ｗ）×１００
によって求める。但し、
Ｗ（採取粉塵量）＝Ｗm −Ｗｆ
である。
【００２２】
本実施形態では、図６に示すように、基底標準板１１の面積を試料保持用フィルタ１２の粉塵捕集部１３の面積よりも小さくしたので、基底標準板１１は完全に粉塵の下に隠れる。従って、Ｘ線の照射領域Ａが広くてフィルタ１２の外側に張り出す場合でも、その張出し部分には基底標準板１１は存在せず、よって、不要な回折Ｘ線が発生することを防止できる。その結果、粉塵のＸ線透過率ΔＲi をＸ線の照射幅の如何にかかわらず、常に、正確に測定でき、よって、信頼性の高い定量結果を得ることができる。
【００２３】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、本発明のＸ線回折定量装置を用いて定量できるのは、粉塵中の特定有害物質に限定されるものではなく、あらゆる種類の物質の定量作業に適用できる。また、粉塵等といった試料を保持するための試料保持体は、図２に示したフィルタ１２のような形状及び材質に限定されず、測定現場に対応した任意の形状及び材質とすることができる。また、基底標準板及びそれを取り囲む試料板は、回折角が異なりさえすれば、それぞれ、任意の材料を用いて形成できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線回折定量装置によれば、基底標準板は入射Ｘ線に対して常に試料保持体の下に隠れることになるので、入射Ｘ線の照射幅の如何にかかわらず常に正確なＸ線吸収を測定でき、従って、試料に含まれる特定物質に関して信頼性の高い重量測定を行うことができる。
【００２５】
また、本発明に係るＸ線回折定量装置によれば、通常広く使用されている試料板に対して本発明を適用できる。
【００２６】
本発明に係るＸ線回折定量装置において、試料板をアルミニウムで形成し、基底標準板を亜鉛で形成すれば、基底標準板及び試料板として特殊な材料を用いることなく、良好な定量結果を得ることができる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線回折定量装置の一実施形態の要部を示す斜視図である。
【図２】試料保持体、基底標準板及び試料板のそれぞれの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す構造の断面図である。
【図４】図１に示す装置を用いて行われるＸ線回折定量測定の工程手順を示す工程図である。
【図５】図４の測定において使用する検量線の一例を示すグラフである。
【図６】試料保持体、基底標準板及びＸ線照射領域の相対的な位置関係を示す平面図である。
【図７】従来のＸ線回折定量装置の一例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１      ゴニオメータ
２      Ｘ線カウンタ
３      発散規制スリット
４      θ回転台
６      ２θ回転台
７      検出器アーム
８      板バネ
９      試料板
１１      基底標準板
１２      試料保持用フィルタ（試料保持体）
１３      フィルタの粉塵捕集部
Ａ      Ｘ線照射領域
Ｆ      Ｘ線焦点
Ｇ      粉塵（試料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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