(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン加速器からのイオンビームを測定対象の試料に照射し、この試料から発生するＸ線をＸ線検出器により検出して、Ｘ線スペクトルから成分元素を定量解析する元素分析方法であって、
前記X線スペクトルのデータを、これを採取した地方の分析センターからネットワークを通じて中央解析技術センターに送り、
前記中央解析技術センターにおいて、当該分析センターでのチェック用試料に関するデータと既知のデータとを比較して当該Ｘ線検出器固有の特性を見出し、この特性を測定対象の試料に関するデータの解析に反映させて元素を定量解析することを特徴とする元素分析方法。
【請求項２】
前記中央解析技術センターは、前記データを解析して、ネットワークを通じて当該分析センターへ解析結果を送ることを特徴とする請求項１に記載の元素分析方法。
【請求項３】
前記チェック用試料に関する既知のデータとの誤差から当該Ｘ線検出器固有の特性要素を見出し、この特性要素を前記Ｘ線スペクトルのデータから成分元素を定量解析するコンピュータのＸ線スペクトル解析プログラムに組み込むことにより分析データを誤差なく解析させることを特徴とする請求項１に記載の元素分析方法に用いるコンピュータの特性解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速器から発射されたイオンビームを試料に照射し、試料から発生するＸ線を検出し、そのスペクトルにより試料の定量元素分析を行う方法及びこれに用いるコンピュータのプログラムに関し、特に地方に設置された装置及び設置環境固有の特性に基づくデータを中央の装置で解析したり、人為的な分析作業上の問題を分析データをチェックして、そのノウハウを指導、管理して、元素分析の信頼性を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粒子線励起Ｘ線法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｘ−ｒａｙ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と称される元素分析法を用いた分析装置が知られている。この装置は、陽子、アルファ粒子、重イオン等の高エネルギのイオンビームを分析対象の試料に照射することによって、試料に含まれる元素に固有のエネルギを持つＸ線（特性Ｘ線）を発生させ、この特性Ｘ線をＸ線検出器で測定し、そのＸ線スペクトルから試料中の元素を分析する。
この分析装置により元素分析を行う場合に、装置にセットする試料は、Ｘ線の自己吸収を防止して高精度で定量分析するために、極薄い膜状であることが好ましく、分析対象物を微粉末化したり、溶剤により希釈化したり、化学的に粘性を弱化するなどの前処理が行われる。そして、定量化の算出基準とするために試料中に含まれていない所定量の特定の元素を内部標準元素として混ぜたり、また分析部分の試料が極微量（イオンの照射されている範囲は数十μグラム）なので成分が平均になっていない場合に試料をよく攪拌したり、生態試料の場合に硝酸灰化等の分解処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の分析装置により分析を行う場合に、試料調整のための加工が緻密な作業となるので、技術的な熟練を要し、この調整の仕方にばらつきがあると、分析結果にばらつきが生じ、分析結果の信頼性が損なわれる。
例えば、試料はバッキングフィルム上に載せて固定、乾燥させた後の厚みが全体にわたって平均に数μｍ程度であることが望ましく、これがばらつくとＸ線が試料に吸収されて定量値が狂ってしまう。特に、試料の厚みが１０μｍ以上になった場合にこの現象が顕著に現れる。島々斑点状にばらついても分析結果に影響が出る。また、測定対象物を酸で処理して試料を調整をする場合に、溶液のＰｈによって揮発し易い元素を含んでいたり、溶媒に使用した薬品との親和性が好ましくなく、凝集して分析に使う試料が極微量なので元素分布が変動するなど、測定対象に対する調整方法の選択を誤ると正確な分析ができない。さらに、作業環境などにより試料を乾燥するなどの加工を施したり、内部標準元素を添加したりする際にコンタミネーションすると、本来含有してない元素が混入して、元素の検出結果や含有値が異なってしまう。このように、試料の調整を行う作業者は特殊な熟練技術や知識を身につけていなければならないし、その前提となる化学、特に分析化学の専門知識も必要とする。
また、ＰＩＸＥ分析では試料の状態と含まれる元素に応じて、試料面からＸ線検出器の距離、イオンビームの強度、Ｘ線吸収体の選定など適切な設定要素を選択しなければならない。これによって、検出感度を高めたり、測定時間を短くすることができるし、逆にγ線の発生により分析感度に悪影響を与えたり、微量元素のスペクトルが主要元素のスペクトルに隠れて検出できないことなどがある。しかも、試料面からＸ線検出器の距離やイオンビームの強度は厳密に一定に維持することが必要で、これらが変れば定量分析結果も変動する。Ｘ線吸収体（Ｘ線フィルター）は、組成や厚みによって検出するＸ線量を調整するので、検出器の前に置くことによって、Ｘ線の検出感度に影響を与え、適切な選択をしないと、特定の元素が検出されない場合や、微量成分が検出されないなどの不具合が発生する。
さらに、分析装置で分析作業を実行するためのコンピュータプログラムには、検出器の検出結果をＸ線スペクトルに表すスペクトル作成プログラムと、Ｘ線スペクトル解析プログラムとを備えているので、コンピュータプログラムや解析法の知識の他に、Ｘ線、γ線などの発生や吸収に関する物理学的知識、測定装置のメカニズムなどの専門知識が必要となる。
このようにＰＩＸＥ分析には、熟練技術や知識を備えた分析作業者を必要とするが、装置を設置する分析センター毎に作業者を配属することは非効率的で、分析装置の活用範囲を狭めてしまう。
そこで、本発明は、分析する装置固有の特性や測定対象物の試料調整に基づく分析誤差を無くして高い精度で元素分析を行うと共に、分析作業を分業化して簡単化し、分析に必要な人的資源の有効利用を図ることで、分析装置の活用の拡大を図る経済的な元素分析方法及びこれに用いるコンピュータのプログラムを提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明においては、イオン加速器６からのイオンビームＢを試料Ｓに照射し、試料Ｓから発生するＸ線Ｒを検出して、そのＸ線スペクトルにより元素分析を行う元素分析方法において、Ｘ線スペクトルのデータを地方の分析センター２からネットワーク３を通じて中央解析技術センター１に送り、中央解析技術センター１でそのデータから成分元素の定量解析を行うこととした。
第２の発明においては、イオン加速器６からのイオンビームＢを試料Ｓに照射し、試料Ｓから発生するＸ線ＲをＸ線検出器９により検出して、そのＸ線スペクトルから成分元素を定量解析する元素分析方法であって、Ｘ線スペクトルの分析データを、これを採取した地方の分析センター２からネットワーク３を通じて中央解析技術センター１に送り、中央解析技術センター１において、分析センター２でのチェック用試料に関するデータと既知のデータとを比較して当該Ｘ線検出器９固有の特性を見出し、この特性を測定対象の試料に関するデータの解析に反映させて成分元素を定量解析することとした。
第３の発明においては、中央解析技術センター１は、データを解析してから、ネットワーク３を通じて当該分析センター２へ解析結果を送ることとした。
第４の発明においては、チェック用試料に関する既知のデータとの誤差から当該Ｘ線検出器９固有の特性要素を見出し、この特性要素をＸ線スペクトルのデータから成分元素を定量解析するコンピュータのＸ線スペクトル解析プログラムに組み込み、分析データを誤差なく解析させるコンピュータの特性解析プログラムを構成した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１はネットワークの概略的構成図、図２は分析装置の概略的構成図である。
【０００６】
図１において、単一の中央解析技術センター１及びこれから離れた複数の場所に設けられた分析センター２には分析装置４を夫々備え、両者はネットワーク３を介して接続され、相互にデータ等の情報のやりとりを行うことができる。ネットワーク３は、インターネットを利用しても良いし、独自に構築した専用の通信回線網であっても良い。
【０００７】
図２に示すように、分析装置４には、内部にイオン発生器５を備えたイオン加速器６を備えている。イオン加速器６にはイオンビームＢを導入するビーム導入管７が連通している。ビーム導入管７の端部には、内部の試料Ｓを覆う真空チャンバー８が設けられている。真空チャンバー８内の試料Ｓには、イオンビームＢを照射することによって試料Ｓに含まれる元素に固有のエネルギを持つＸ線（特性Ｘ線）Ｒを発生させ、この特性Ｘ線Ｒを検出するＸ線検出器９が臨んでいる。Ｘ線検出器９にはこれから出力された微弱な電気的検出信号を増幅する増幅器を含むＸ線分離装置１０が接続されている。Ｘ線分離装置１０は特性Ｘ線Ｒを元素毎に夫々分離するものである。Ｘ線分離装置１０に接続されたコンピュータ１１は、Ｘ線スペクトル作成プログラム１１ａを備えており、Ｘ線分離装置１０により元素毎に分離した特性Ｘ線ＲをＸ線スペクトルによるデータに作り、画面表示し、記録し、必要に応じて印刷出力すると共にネットワーク３を介してこの種のデータを送受信する。
【０００８】
また、中央解析技術センター１のコンピュータ１２にはＸ線スペクトル解析プログラム１３を備えている。Ｘ線スペクトル解析プログラム１３は、Ｘ線スペクトルのデータに基づきそのスペクトル上のピークの位置から元素を特定し、各元素の特性Ｘ線Ｒをスペクトル上に現れた他のＸ線などのノイズ（バックグラウンド）から分離し、その含有量を求める処理をコンピュータ１２に実行させるものである。また、コンピュータ１２は、データをネットワーク３を介して送受信可能である。コンピュータ１２は、Ｘ線スペクトル解析プログラム１３の他に特性解析プログラム１４及び試料調整チェックプログラム１５を備えている。特性解析プログラム１４は、Ｘ線検出器９でチェック用試料に対して分析を行ない、そのＸ線スペクトルのデータから当該Ｘ線検出器９及びそれに付随するＸ線分離装置１０を含めた回路系の特性を見出す。特性解析プログラム１４は、同型で同じ仕様の検出器９，９同士であっても互いに特性が異なるため、それぞれの特性を解析する。さらに、特性解析プログラム１４は、解析した特性から検出器９ごとの特性の物理モデルを作成し、Ｘ線スペクトル解析プログラム１３に組み込み、以降のＸ線スペクトル解析が適正に行われるように反映させる。同じエネルギーのＸ線により特性Ｘ線を同じ設定で測定した場合、ほぼ同一の位置にピークが現れるが、測定した時々のＸ線検出器９及びそれに付随する回路系の状態によって、調整が及ばない程度の特性の微妙な違いを、以降のスペクトル解析作業において修正するため、測定したＸ線スペクトル自身を用いて、Ｘ線スペクトルの厳密なエネルギー校正を行い、それに対して先に作成した物理モデルを適用し、Ｘ線スペクトル解析プログラム１３に組み込むことによって付随回路を含むＸ線検出器９の特性を適正な状態として反映させる。
【０００９】
試料調整チェックプログラム１５は、チェック用試料を中央解析センター１及び地方の分析センター２のそれぞれで試料調整及び分析を行い、それらのＸ線スペクトルと定量分析結果の比較及び統計処理を行うことによって地方の分析センターでの分析阻害要因が無いかを調べ、それを特定するプログラムである。分析阻害要因として例えば、検出器の経年劣化、静電加速器での放電を防ぐためのエネルギーの加減、作業員による検出回路の誤設定、種々の原因によるノイズ（バックグランド）混入等の装置自体を原因とするものや、測定前の不適切な試料調整を原因とするものが含まれる。
【００１０】
各地方の分析センター２では、顧客からの依頼を受けた分析対象物から試料を調整して分析装置４により上記のように元素分析を行う。即ち、試料Ｓから発生した特性Ｘ線ＲをＸ線検出器９で捕らえ、電気信号に変換し、Ｘ線分離装置１０において増幅し信号整形を行って特性Ｘ線Ｒを元素毎に分離し、Ｘ線スペクトルのデータを作成し記録する。このデータは、ネットワーク３を通じて中央解析技術センター１に送られる。これと共に中央解析技術センター１には当該分析センター２の分析装置４によって成分元素が既知のチェック用試料に関するデータが送られる。中央解析技術センター１では、チェック用試料に関するＸ線スペクトルのデータから当該分析装置４の検出器９等の特性を解析し、その特性の物理モデルを中央解析技術センター１におけるＸ線スペクトル解析プログラム１３に組み込み、成分元素の定量解析を行う。この解析結果を分析センター２にネットワーク３を通じて送り、分析センター２は顧客に結果報告を行う。
【００１１】
中央解析技術センター１は上記のデータの解析作業を行うほか、分析センター２に対して、例えば試料の前処理、テーブルへのセッティングの仕方、微量元素への特別な対処などの試料の調整を含んだ試料の取り扱い方や装置の操作上のノウハウなどを指導して技術的なサポートを行う。従って、分析センター２は、最低限分析装置の操作及び試料調整を習得すれば、元素分析を行えるので、分析装置を利用し易くなる。さらに、中央解析技術センター１は分析装置について解析プログラムや関連プログラムを含めたソフト的あるいはハード的な改良、開発を行う。
【００１２】
なお、本実施形態では、チャンバーを設けて内部を真空にして行ういわゆる真空中ＰＩＸＥ装置を用いたが、本発明はこれに限定されることはなく、チャンバーを設けずに試料を特定のガス雰囲気又は大気下におくいわゆる大気中ＰＩＸＥ装置を用いても良い。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、装置にセットする試料の調整の良し悪しをチェックして正し、微量元素であっても、分析データを高い精度で画一的に解析することができ、元素分析に対する信頼性を向上させることができる。また、解析に必要な特別な熟練技術、ノウハウ、知識は中央解析技術センターに集中させればよく、地方での分析センターでの分析作業を簡略化することができ、元素分析に要する人的、知的資源を有効に活用することができ、分析装置の活用の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る元素分析方法に用いるネットワークの概略的構成図である。
【図２】分析装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
１    中央解析技術センター
２    分析センター
３    ネットワーク
４    分析装置
５    イオン発生器
６    イオン加速器
８    チャンバー
９    Ｘ線検出器
１０    Ｘ線分離装置
１１    コンピュータ
１１ａ  Ｘ線スペクトル作成プログラム
１２    コンピュータ
１３    Ｘ線スペクトル解析プログラム
１４    特性解析プログラム
１５    試料調整チェックプログラム
Ｓ    試料
【図１】
0003609034.tif 000002
【図２】
0003609034.tif 000003