(57)【要約】【課題】より高精度な定量分析が可能となるＸ線分析装置及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】Ｘ線分析装置は、各元素に起因する複数のピークの強度比を仮定した特性Ｘ線のスペクトルのピーク分離により、各元素のピークの第１強度を計算し、ピーク強度の変化を制限した上で、エネルギー範囲を限定したピーク分離を行い、得られたピークの第２強度に基づいて複数の元素の濃度を計算する。Ｘ線分析装置は、計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算し、計算した強度比を用いてピーク分離を行うことにより、各元素のピークの第３強度を計算する。ピーク強度の変動が十分小さくなるまで処理を繰り返すことにより、試料Ｓに含まれる複数の元素の夫々の濃度を従来よりも正確に計算する。【選択図】図３
2014041065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から発生した特性Ｘ線のスペクトルに基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を求めるＸ線分析装置において、
各元素に起因する複数のピークの強度比を所定の値に定める強度比特定部と、
前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、特性Ｘ線のスペクトルに含まれる各元素のピークの第１強度を計算する第１強度計算部と、
ピーク強度の第１強度からの変化を所定範囲内に制限した上で、前記スペクトルの特定のエネルギー範囲に対してピーク分離を行うことにより、各元素のピークの第２強度を計算する第２強度計算部と、
各元素のピークの第２強度に基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を計算する濃度計算部と、
該濃度計算部が計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素に起因する複数のピークの強度又は強度比を計算する強度比再特定部と、
該強度比再特定部が計算した前記強度又は前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、前記スペクトルに含まれる各元素のピークの第３強度を計算する第３強度計算部と、
第２強度及び第３強度の差異、又は第２強度及び第３強度から求められる特定種類の量の定量値の差異が所定範囲内であるか否かを判定する判定部と、
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲内である場合に、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を、前記濃度計算部が計算した濃度に決定する濃度決定部と
を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記第２強度計算部は、
ピーク強度の第１強度に比べた変倍率が非負の所定範囲の倍率に収まるように、ピーク強度の変化を制限すること
を特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第１強度として、前記第２強度計算部へ計算を戻す第１強度特定部を更に備えること
を特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第２強度として、前記濃度計算部へ計算を戻す第２強度特定部を更に備えること
を特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
第２強度及び第３強度の差異又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に前記第２強度計算部又は前記濃度計算部のいずれへ計算を戻すのかを設定しておく設定部と、
該設定部が前記第２強度計算部へ計算を戻すと設定してあり、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第１強度として、前記第２強度計算部へ計算を戻す第１強度特定部と、
前記設定部が前記濃度計算部へ計算を戻すと設定してあり、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第２強度として、前記濃度計算部へ計算を戻す第２強度特定部と
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
試料へ放射線を照射する照射部と、
試料から発生した特性Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
該Ｘ線検出部が検出した特性Ｘ線のスペクトルを生成するスペクトル生成部と
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のＸ線分析装置。
【請求項７】
試料から発生した特性Ｘ線のスペクトルに基づいて前記試料に含まれる複数の元素の濃度を求める処理を、コンピュータに実行させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、
各元素に起因する複数のピークの強度比を所定の値に定めるステップと、
前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、特性Ｘ線のスペクトルに含まれる各元素のピークの第１強度を計算するステップと、
ピーク強度の第１強度からの変化を所定範囲内に制限した上で、前記スペクトルの特定のエネルギー範囲に対してピーク分離を行うことにより、各元素のピークの第２強度を計算する第２強度計算ステップと、
各元素のピークの第２強度に基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を計算する濃度計算ステップと、
計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算するステップと、
計算した前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、前記スペクトルに含まれる各元素のピークの第３強度を計算するステップと、
第２強度及び第３強度の差異、又は第２強度及び第３強度から求められる特定種類の量の定量値の差異が所定範囲内であるか否かを判定するステップと、
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲内にある場合に、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を、前記濃度計算ステップで計算した濃度に決定するステップと
を含む処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項８】
コンピュータに、
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、第３強度を第１強度として、前記第２強度計算ステップへ処理を戻すステップを更に含む処理を実行させること
を特徴とする請求項７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
コンピュータに、
第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、第３強度を第２強度として、前記濃度計算ステップへ処理を戻すステップを更に含む処理を実行させること
を特徴とする請求項７に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料から発生したＸ線のスペクトルを分析することにより試料組成の定性・定量計算を行うＸ線分析装置及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物質の組成を調べるためにＸ線分析が利用されている。Ｘ線分析は、Ｘ線又は電子線等の放射線を試料に照射し、試料から発生する特性Ｘ線のスペクトルから試料に含有される元素の定性分析又は定量分析を行う分析手法である。特に、照射用の放射線をＸ線にした場合は、特性Ｘ線は蛍光Ｘ線と呼ばれる。特性Ｘ線のスペクトルから元素の定量分析を行うためには、まず、複数の元素に起因するピークを重ね合わせた理論的なスペクトルと測定されたスペクトルとを比較して各元素に起因する信号の強度比を求めるピーク分離を行う。ピーク分離により得られたピークの強度に基づき、各元素の濃度を計算する。濃度を計算する方法には複数の方法があり、例えばＦＰ（ファンダメンタルパラメータ）法が用いられる。
【０００３】
一つの元素に起因して測定される特性Ｘ線の強度は、特性Ｘ線が他の元素に吸収される等の原因により、試料内の他の元素に影響される。影響の度合いは、特性Ｘ線のエネルギーによって異なるので、一つの元素に起因するエネルギーの異なる複数の特性Ｘ線の強度比も、試料内の他の元素に影響されて変化する。例えば、ある元素からのＫα１、Ｋα２及びＫβ等の複数の特性Ｘ線の強度比は元来は元素に固有の値であるものの、測定される強度比は試料組成によって変化する。ＦＰ法では、このような試料組成による信号強度の変化を考慮しながら試料中の各元素の濃度を計算する。特許文献１には、より正確な分析を行うために、濃度から得られた信号の強度比とピーク分離により得られた信号の強度比とを比較し、信号の強度比が収束していない場合に、濃度から得られた信号の強度比を利用してピーク分離を再度行う技術が開示されている。また、非特許文献１には、一旦ピーク分離を行った後、強度の大きい特定のピークに限定して、ピーク強度を変化させながら詳細なピーク分離を行うことにより、特定のピークの強度を正確に求め、各元素の濃度を計算する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６８０８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】吉良  昭道、「卓上形蛍光Ｘ線元素分析装置（ＭＥＳＡ−５００）」、Ｒｅａｄｏｕｔ、株式会社堀場製作所、１９９３年７月、Ｎｏ．7、ｐ．９５−１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＸ線分析では、試料の組成又は構造によっては、ピーク分離が難しく正確な定量分析が困難な場合、又は収束が遅く分析に長時間が必要となる場合があった。例えば、非特許文献１に記載の方法を利用して試料中の有害物質の濃度を求める場合には、ヒ素の信号と鉛の信号とのピーク分離が難しく、正確な定量分析が困難である。図８は、ヒ素及び鉛に起因する蛍光Ｘ線のスペクトルの例を示す模式的特性図である。図中の横軸はエネルギーを示し、縦軸は信号強度を示す。図８中には、ヒ素（Ａｓ）のＫα及びＫβのピークを実線で示し、鉛（Ｐｂ）のＬα及びＬβのピークを破線で示している。濃度の計算に利用されるヒ素のＫαのピークと、鉛のＬαのピークとはほとんど重なっている。ヒ素のＫαのピークと鉛のＬαのピークとに限定した詳細なピーク分離を行った場合、ヒ素と鉛との比率を変化させても、両方のピークを重ね合わせたスペクトルはほとんど変化せず、夫々のピークの強度を正確に求めることは困難である。このため、ヒ素及び鉛の夫々の正確な濃度を得ることが困難である。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より高精度な定量分析が可能となるＸ線分析装置及びコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＸ線分析装置は、試料から発生した特性Ｘ線のスペクトルに基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を求めるＸ線分析装置において、各元素に起因する複数のピークの強度比を所定の値に定める強度比特定部と、前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、特性Ｘ線のスペクトルに含まれる各元素のピークの第１強度を計算する第１強度計算部と、ピーク強度の第１強度からの変化を所定範囲内に制限した上で、前記スペクトルの特定のエネルギー範囲に対してピーク分離を行うことにより、各元素のピークの第２強度を計算する第２強度計算部と、各元素のピークの第２強度に基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を計算する濃度計算部と、該濃度計算部が計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素に起因する複数のピークの強度又は強度比を計算する強度比再特定部と、該強度比再特定部が計算した前記強度又は前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、前記スペクトルに含まれる各元素のピークの第３強度を計算する第３強度計算部と、第２強度及び第３強度の差異、又は第２強度及び第３強度から求められる特定種類の量の定量値の差異が所定範囲内であるか否かを判定する判定部と、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲内である場合に、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を、前記濃度計算部が計算した濃度に決定する濃度決定部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るＸ線分析装置は、前記第２強度計算部は、ピーク強度の第１強度に比べた変倍率が非負の所定範囲の倍率に収まるように、ピーク強度の変化を制限することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るＸ線分析装置は、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第１強度として、前記第２強度計算部へ計算を戻す第１強度特定部を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るＸ線分析装置は、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第２強度として、前記濃度計算部へ計算を戻す第２強度特定部を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るＸ線分析装置は、第２強度及び第３強度の差異又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に前記第２強度計算部又は前記濃度計算部のいずれへ計算を戻すのかを設定しておく設定部と、該設定部が前記第２強度計算部へ計算を戻すと設定してあり、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第１強度として、前記第２強度計算部へ計算を戻す第１強度特定部と、前記設定部が前記濃度計算部へ計算を戻すと設定してあり、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、前記第３強度計算部が計算した第３強度を第２強度として、前記濃度計算部へ計算を戻す第２強度特定部とを更に備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るＸ線分析装置は、試料へ放射線を照射する照射部と、試料から発生した特性Ｘ線を検出するＸ線検出部と、該Ｘ線検出部が検出した特性Ｘ線のスペクトルを生成するスペクトル生成部とを更に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るコンピュータプログラムは、試料から発生した特性Ｘ線のスペクトルに基づいて前記試料に含まれる複数の元素の濃度を求める処理を、コンピュータに実行させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、各元素に起因する複数のピークの強度比を所定の値に定めるステップと、前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、特性Ｘ線のスペクトルに含まれる各元素のピークの第１強度を計算するステップと、ピーク強度の第１強度からの変化を所定範囲内に制限した上で、前記スペクトルの特定のエネルギー範囲に対してピーク分離を行うことにより、各元素のピークの第２強度を計算する第２強度計算ステップと、各元素のピークの第２強度に基づいて、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を計算する濃度計算ステップと、計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算するステップと、計算した前記強度比を利用してピーク分離を行うことにより、前記スペクトルに含まれる各元素のピークの第３強度を計算するステップと、第２強度及び第３強度の差異、又は第２強度及び第３強度から求められる特定種類の量の定量値の差異が所定範囲内であるか否かを判定するステップと、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲内にある場合に、前記試料に含まれる複数の元素の濃度を、前記濃度計算ステップで計算した濃度に決定するステップとを含む処理を実行させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、第３強度を第１強度として、前記第２強度計算ステップへ処理を戻すステップを更に含む処理を実行させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、第２強度及び第３強度の差異、又は前記定量値の差異が所定範囲外である場合に、第３強度を第２強度として、前記濃度計算ステップへ処理を戻すステップを更に含む処理を実行させることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、Ｘ線分析装置は、ピーク分離により各元素に起因するピークの第１強度を計算した後で、ピーク強度の変化を制限した上で狭いエネルギー範囲で詳細なピーク分離を行い、得られたピークの第２強度に基づいて各元素の濃度を計算する。特に、ピーク強度の第１強度に比べた変倍率を非負の所定範囲の倍率に制限する。また、Ｘ線分析装置は、計算した複数の元素の濃度から、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算する。この強度比は、共存元素の濃度に応じた影響を受けている。更に、Ｘ線分析装置は、計算した強度比を用いたピーク分離により、ピークの第３強度を計算し、第２強度と第３強度との差異、又は第２強度及び第３強度から得られる濃度等の量の差異を比較することにより、濃度の正確さを判定する。
【００１８】
また、本発明においては、Ｘ線分析装置は、第２強度と第３強度との差異、又は第２強度及び第３強度から得られる量の差異が大きい場合に、狭いエネルギー範囲での詳細なピーク分離へ処理を戻す。Ｘ線分析装置は、第２強度と第３強度との差異、又は第２強度及び第３強度から得られる量の差異が小さくなるまで、処理を繰り返し、正確な各元素の濃度が計算される。
【００１９】
また、本発明においては、Ｘ線分析装置は、第２強度と第３強度との差異、又は第２強度及び第３強度から得られる量の差異が大きい場合に、狭いエネルギー範囲での詳細なピーク分離を省略して、ピークの第３強度を第２強度として各元素の濃度を計算する。処理を繰り返す際の２回目以降の処理において詳細なピーク分離の処理が省略され、処理時間の短縮が図られる。
【００２０】
また、本発明においては、Ｘ線分析装置は、狭いエネルギー範囲での詳細なピーク分離を含めて処理を繰り返すか、又は２回目以降に詳細なピーク分離を省略して処理を繰り返すかを設定で変更することが可能である。これにより、分析対象に応じた適切な処理が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にあっては、Ｘ線分析装置は、正確なピーク分離を行って、試料に含まれる元素の定量分析を従来よりも高精度で行うことができる等、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態に係るＸ線分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】情報処理装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＰＵの機能構成を示すブロック図である。
【図４】Ｘ線分析装置が実行するＸ線分析の処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】Ｘ線分析装置が実行するＸ線分析の処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】複数のピークの強度比を説明するための模式的特性図である。
【図７】ピーク分離の例を示す模式的特性図である。
【図８】ヒ素及び鉛に起因する蛍光Ｘ線のスペクトルの例を示す模式的特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本実施の形態に係るＸ線分析装置の構成を示すブロック図である。Ｘ線分析装置は、試料ＳにＸ線を照射するＸ線源１１と、試料Ｓが載置される試料台１３と、Ｘ線を検出するＸ線検出部１２とを備えている。図１中には、試料台１３及び試料Ｓの断面を示している。Ｘ線源１１、試料台１３及びＸ線検出部１２は、Ｘ線を遮断するための図示しない筐体内に配置されている。Ｘ線源１１は例えばＸ線管であり、本発明における照射部に対応する。Ｘ線検出部１２は、Ｓｉ素子等のＸ線検出素子を用いて構成されている。Ｘ線源１１から試料ＳへＸ線が照射され、試料Ｓでは蛍光Ｘ線が発生し、Ｘ線検出部１２は試料Ｓから発生した蛍光Ｘ線を検出する。図１中には、Ｘ線源１１から試料Ｓへ照射されるＸ線、及び試料Ｓで発生してＸ線検出部１２に検出される蛍光Ｘ線を矢印で示している。Ｘ線検出部１２は、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した信号を出力する。
【００２４】
Ｘ線検出部１２には、出力した信号を処理するスペクトル生成部２１が接続されている。スペクトル生成部２１は、Ｘ線検出部１２が出力した信号を受け付け、各値の信号をカウントし、Ｘ線検出器１２が検出した蛍光Ｘ線のエネルギーとカウント数との関係、即ち蛍光Ｘ線のスペクトルを生成する処理を行う。また、Ｘ線分析装置は、Ｘ線源１１及びスペクトル生成部２１の動作を制御する制御部２２を備えている。制御部２２は、Ｘ線源１１及びスペクトル生成部２１に接続されている。更に、Ｘ線分析装置は、蛍光Ｘ線のスペクトルから試料Ｓに含まれる元素の濃度を求める処理を実行する情報処理装置３を備えている。情報処理装置３は、スペクトル生成部２１及び制御部２２に接続されている。
【００２５】
図２は、情報処理装置３の内部構成を示すブロック図である。情報処理装置３は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成されている。情報処理装置３は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit ）３１と、演算に伴って発生する一時的なデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３２と、光ディスク等の記録媒体４から情報を読み取るドライブ部３３と、ハードディスク等の不揮発性の記憶部３４とを備えている。また情報処理装置３は、使用者の操作を受け付けるキーボード又はマウス等の操作部３５と、液晶ディスプレイ等の表示部３６と、インタフェース部３７とを備えている。インタフェース部３７は、Ｘ線源１１及びスペクトル生成部２１に接続されている。ＣＰＵ３１は、記録媒体４に記録されたコンピュータプログラム４１をドライブ部３３に読み取らせ、読み取ったコンピュータプログラム４１を記憶部３４に記憶させる。コンピュータプログラム４１は必要に応じて記憶部３４からＲＡＭ３２へロードされ、ＣＰＵ３１は、ロードされたコンピュータプログラム４１に従って、Ｘ線分析装置に必要な処理を実行する。なお、コンピュータプログラム４１は、情報処理装置３の外部からダウンロードされてもよい。
【００２６】
記憶部３４は、特定の元素に起因する蛍光Ｘ線の特徴を示す元素データを記憶している。元素データには、特定の元素に起因して蛍光Ｘ線のスペクトルに含まれる複数のピークのエネルギーを示す情報が含まれている。また、元素データには、特定の元素に起因する複数のピークの強度比の初期値を示す情報が含まれている。強度比の初期値は、特定の元素に起因する蛍光Ｘ線の強度が変化しない理想的な条件で得られる複数のピークの強度比である。ここで、強度比は、同一元素に起因する複数のピークの内、ある特定のピークの強度を基準としたときの別のピークの強度の割合である。Ｋ線のピークとＬ線のピークとでは、基準を変えてもよい。例えば、Ｋ線の複数のピークに含まれる一つのピークの強度を基準とした他のＫ線のピークの強度比を定め、Ｌ線の複数のピークに含まれる一つのピークの強度を基準とした他のＬ線のピークの強度比を定めてある。元素データは、複数の元素の夫々について記憶されている。また、記憶部３４は、蛍光Ｘ線の検出強度に影響する測定環境を示す環境データを記憶している。環境データには、例えば、Ｘ線管であるＸ線源１１への印加電圧、Ｘ線源１１からのＸ線の試料Ｓへの照射角度、試料台１３からＸ線検出部１２までの距離、試料ＳからＸ線検出部１２へ入射するＸ線の角度、雰囲気の種類、及びＸ線検出部１２の検出効率等の情報が含まれている。
【００２７】
図３は、ＣＰＵ３１の機能構成を示すブロック図である。ＣＰＵ３１は、機能部として、処理の流れを設定する設定部３０１を含む。ＣＰＵ３１は、試料Ｓに含まれる各元素に起因する複数のピークの強度比を特定する強度比特定部３０２を含み、設定部３０１から強度比特定部３０２へ処理が渡される。ＣＰＵ３１は、強度比特定部３０２が特定した強度比を用いたピーク分離により各元素のピークの第１強度を計算する第１強度計算部３０３を含む。ＣＰＵ３１は、第１強度計算部３０３が計算した第１強度を元にしたより詳細なピーク分離により各元素のピークの第２強度を計算する第２強度計算部３０４を含む。ＣＰＵ３１は、第２強度計算部３０４が計算した第２強度から各元素の濃度を計算する濃度計算部３０５を含む。ＣＰＵ３１は、濃度計算部３０５が計算した複数の元素の濃度から、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算する強度比再特定部３０６を含む。ＣＰＵ３１は、強度比再特定部３０６が計算した強度比を用いたピーク分離により各元素のピークの第３強度を計算する第３強度計算部３０７を含む。ＣＰＵ３１は、第２強度計算部３０４が計算した第２強度と第３強度計算部３０７が計算した第３強度との差異が所定範囲か否かを判定する判定部３０８を含む。ＣＰＵ３１は、判定部３０８により第２強度と第３強度との差異が所定範囲内であると判定された場合に濃度を決定する濃度決定部３０９を含む。ＣＰＵ３１は、判定部３０８により、第２強度と第３強度との差異が所定範囲外であると判定され、設定部３０１で処理を濃度計算部３０５へ戻すと設定されている場合に、第３強度を第２強度として、処理を濃度計算部３０５へ戻す第２強度特定部３１０を含む。また、ＣＰＵ３１は、判定部３０８により、第２強度と第３強度との差異が所定範囲外であると判定され、設定部３０１で処理を第２強度計算部３０４へ戻すと設定されている場合に、第３強度を第１強度として、処理を第２強度計算部３０４へ戻す第１強度特定部３１１を含む。図３に示した各機能部は、ＣＰＵ３１がコンピュータプログラム４１に従った情報処理を実行することにより、実現される。
【００２８】
図４及び図５は、Ｘ線分析装置が実行するＸ線分析の処理の手順を示すフローチャートである。情報処理装置３のＣＰＵ３１は、コンピュータプログラム４１に従って以下の処理を実行する。使用者は、試料Ｓを試料台１３に載置し、操作部３５を操作して、Ｘ線分析を開始するための指示を入力する。ＣＰＵ３１は、Ｘ線分析に必要な情報を受け付けるためのメニューを表示部３６に表示させ、使用者が操作部３５を操作することにより必要な情報を受け付ける（Ｓ１）。例えば、試料の種類を選択するためのメニューが表示され、使用者の操作によって試料の種類が選択され、ＣＰＵ３１は、試料の種類の指定を受け付ける。また例えば、濃度を計算すべき元素を選択するためのメニューが表示され、使用者の操作によって元素が選択され、ＣＰＵ３１は、濃度を計算すべき元素の指定を受け付ける。また、後述のステップＳ１５で処理をステップＳ８へ戻すか又はステップＳ９へ戻すのかを選択するためのメニューが表示され、使用者の操作によって選択される。なお、ＣＰＵ３１は、試料の種類又は濃度を計算すべき元素の選択に応じて、処理を戻す先のステップを決定する処理を行ってもよい。また、ＣＰＵ３１は、Ｘ線源１１が照射するＸ線のエネルギー等の測定条件を受け付けるための処理を行ってもよい。
【００２９】
ＣＰＵ３１は、受け付けた情報をＲＡＭ３２又は記憶部３４に記憶して、ステップＳ１５の際に処理を戻す先のステップを設定する（Ｓ２）。ＣＰＵ３１は、次に、Ｘ線照射の指示をインタフェース部３７から制御部２２へ出力し、制御部２２は、Ｘ線源１１にＸ線を試料Ｓへ照射させる（Ｓ３）。Ｘ線を照射された試料Ｓからは蛍光Ｘ線が発生し、Ｘ線検出部１２は、蛍光Ｘ線を検出し、検出した蛍光Ｘ線に応じた信号をスペクトル生成部２１へ出力し、スペクトル生成部２１は、蛍光Ｘ線のスペクトルを生成する（Ｓ４）。スペクトル生成部２１は、生成した蛍光Ｘ線のスペクトルを情報処理装置３へ出力する。蛍光Ｘ線のスペクトルはインタフェース部３７に入力され、ＣＰＵ３１は、スペクトルのデータをＲＡＭ３２又は記憶部３４に記憶する。ＣＰＵ３１は、次に、蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて濃度を計算すべき複数の元素を指定する処理を行う（Ｓ５）。ステップＳ５では、例えば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１で選択された元素を指定する処理を行う。また例えば、ＣＰＵ３１は、スペクトルに含まれる複数のピークを検出し、各ピークとエネルギーが近い蛍光Ｘ線を発する元素を指定する処理を行ってもよい。また、ＣＰＵ３１は、濃度の計算が可能な全ての元素を指定する処理を行ってもよい。また、ＣＰＵ３１は、この段階で濃度を計算すべき元素の指定を使用者から受け付ける処理を行ってもよい。
【００３０】
ＣＰＵ３１は、次に、指定した元素に起因する複数のピークの強度比を、元素データに記録された初期値に定めることにより、強度比を特定する（Ｓ６）。図６は、複数のピークの強度比を説明するための模式的特性図である。図中の横軸はエネルギーを示し、縦軸は信号強度を示す。図６には、一つの元素に起因する蛍光Ｘ線のスペクトルを模式的に示している。一つの元素からは、Ｌα１、Ｌα２及びＬβ１等の複数のピークが得られる。他の元素の共存等のピーク強度を変化させる影響が無い状態では、複数のピークの強度比は固有の値であり、この固有の値が初期値として元素データに記録されている。ステップＳ６では、強度比が仮に初期値に定められる。
【００３１】
ＣＰＵ３１は、次に、蛍光Ｘ線のスペクトルに対してピーク分離を行うことにより、濃度を計算すべき複数の元素の夫々に起因するピークの第１強度を計算する（Ｓ７）。図７は、ピーク分離の例を示す模式的特性図である。図中の横軸はエネルギーを示し、縦軸は信号強度を示す。図７には、測定された蛍光Ｘ線のスペクトルを実線で示す。ＣＰＵ３１は、特定された強度比を用いて、特定の元素に起因する複数のピークからなる理論的なスペクトルを生成する。同様にして、ＣＰＵ３１は、濃度を計算すべき複数の元素の夫々について理論的なスペクトルを生成する。図７には、一つの元素Ａについての理論的なスペクトルを破線で示し、他の元素Ｂについての理論的なスペクトルを一点鎖線で示す。ＣＰＵ３１は、複数の元素に対応する複数の理論的なスペクトルを足し合わせ、更にバックグラウンドを足した合成スペクトルを生成し、生成した合成スペクトルと測定された蛍光Ｘ線のスペクトルとを比較する。なお、ＣＰＵ３１は、複数の理論的なスペクトルを足し合わせた合成スペクトルと測定された蛍光Ｘ線のスペクトルからバックグラウンドを減算したスペクトルとを比較してもよい。ＣＰＵ３１は、合成スペクトルが測定された蛍光Ｘ線のスペクトルの最も良い近似になるように、最小二乗法により、各元素に起因するピークの強度を計算する。計算したピークの強度を第１強度とする。なお、ＣＰＵ３１は、ステップＳ６で、一部の元素に起因するピークの強度を初期値に定めることにより、一部のピーク強度を特定する処理を行い、ステップＳ７で、特定されたピーク強度を用いてピーク分離を行ってもよい。ピーク強度の初期値は、例えば理論的に求められる値である。
【００３２】
ＣＰＵ３１は、次に、各元素に起因するピークの強度の変化を制限した上でエネルギー範囲を制限したスペクトルに対してピーク分離を行うことにより、各元素に起因するピークの第２強度を計算する（Ｓ８）。ステップＳ８のピーク分離では、各元素に起因するピーク強度の第１強度に比べた変倍率が非負の所定範囲の倍率に制限される。例えば、倍率はゼロ倍〜２倍である。即ち、ピーク分離の計算において各元素のピークの強度が取り得る値は、ゼロ以上で、第１強度の２倍以下である。
【００３３】
図７中には、ステップＳ８のピーク分離で利用するスペクトルのエネルギー範囲を示している。ピーク分離で利用するエネルギー範囲は、測定された蛍光Ｘ線のスペクトルに含まれる一部のエネルギー範囲である。ステップＳ８のピーク分離で利用するエネルギー範囲は、各元素に起因する複数のピークの内で濃度の計算に主に利用されるピークが含まれる範囲であり、通常、他の範囲よりもピークの強度が高くなる範囲である。また、このエネルギー範囲は、バックグラウンドの強度が低い範囲であることが望ましい。ステップＳ８のピーク分離で利用するエネルギー範囲は、コンピュータプログラム４１によって予め定められている。
【００３４】
なお、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１で受け付けた情報に従ってエネルギー範囲を定めてもよい。例えば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１でエネルギー範囲を選択するためのメニューを表示部３６に表示して、エネルギー範囲の選択を受け付ける。また例えば、試料の種類又は濃度を計算すべき元素の組み合わせに対応した適切なエネルギー範囲を示す情報を記憶部３４に記憶しておき、ＣＰＵ３１は、試料の種類又は元素の組み合わせに応じて、ステップＳ８のピーク分離で利用するエネルギー範囲を決定する処理を行ってもよい。また、ＣＰＵ３１は、元素別にエネルギー範囲を定めてもよい。例えば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１で元素別のエネルギー範囲の選択を受け付けてもよく、記憶部３４に予め記憶された情報に基づいて元素別のエネルギー範囲を定めてもよい。この場合は、元素別に定められたエネルギー範囲の夫々においてピーク分離が行われる。また、この場合は、ピーク分離で利用するエネルギー範囲には、不連続な複数のエネルギー範囲が含まれることもある。
【００３５】
ステップＳ８では、ＣＰＵ３１は、複数の元素に起因するピークの内で制限されたエネルギー範囲内に含まれる複数のピークを足し合わせ、更にバックグラウンドを足した合成スペクトルを生成し、生成した合成スペクトルと測定されたスペクトルの制限されたエネルギー範囲内に含まれる部分とを比較する。ＣＰＵ３１は、各ピークの強度の変化を、第１強度に比べた変倍率が非負の所定範囲の倍率に収まるように制限しながら、合成スペクトルが測定された蛍光Ｘ線のスペクトルの最も良い近似になるように、最小二乗法により、各元素に起因するピークの強度を計算する。
【００３６】
ピーク強度の変化を制限するには、例えば、各ピークの強度を任意の変数のアークタンジェントを含む関数で表し、変数の変化に応じてピーク強度の第１強度に比べた変倍率を所定範囲内で変化させるようにする。ピーク強度の第１強度に比べた変倍率をＫとし、ｘを−∞＜ｘ＜∞の変数として、Ｋ＝１＋（２／π）・ａｒｃｔａｎ（ｘ）と表す。ｘの変化に応じて、Ｋは０〜２の範囲で変化する。二つのピークが重なったスペクトルをｆ、一方のピークの第１強度をＩ0 、変倍率をＫ0 、他方のピークの第１強度をＩ1 、変倍率をＫ1 とすると、ｆ＝Ｋ0 Ｉ0 ＋Ｋ1 Ｉ1 と表される。−∞＜ｘ＜∞の範囲でｆを計算して最小二乗法を行うことにより、ピーク強度の第１強度に比べた変倍率をゼロ倍〜２倍に制限したピーク分離を行うことができる。Ｃを正の値として、Ｋ＝Ｃ／２＋（Ｃ／π）・ａｒｃｔａｎ（ｘ）と表せば、変倍率をゼロ倍〜Ｃ倍の範囲に制限することができる。また、変倍率の最小値をゼロよりも大きい値としてもよい。変倍率を制限する方法は、その他の方法であってもよい。ステップＳ８で利用するエネルギー範囲に一つの元素に起因するピークが複数含まれる場合は、各ピークの強度を個別に計算する。ステップＳ８で計算したピークの強度を第２強度とする。
【００３７】
なお、ＣＰＵ３１は、ピーク強度の変倍率の範囲を元素別に定める処理を行ってもよい。元素別の変倍率は、予め定められてあってもよい。ＣＰＵ３１は、ステップＳ１で元素別の変倍率の範囲を受け付けてもよい。また、ＣＰＵ３１は、ステップＳ８で、表示部３６に蛍光Ｘ線のスペクトルを表示させ、使用者が操作部３５を操作することにより元素別の変倍率の範囲を受け付ける処理を行ってもよい。
【００３８】
ＣＰＵ３１は、次に、計算した各元素のピークの第２強度に基づいて、試料Ｓに含まれる各元素の濃度を計算する（Ｓ９）。ステップＳ９では、ＣＰＵ３１は、例えばＦＰ法により濃度の計算を行う。ＣＰＵ３１は、環境データに記録した測定環境に基づいて、各元素のピークの第２強度を、試料Ｓの表面での強度に換算し、換算した各元素のピークの第２強度から濃度の初期値を計算する。また、ＣＰＵ３１は、計算した複数の元素の濃度に基づいて、各元素のピークの理論的な強度を計算する。このとき、ＣＰＵ３１は、各元素のピーク強度が他の元素の濃度に応じて変化する共存元素の影響を含めてピークの理論的な強度を計算する。ＣＰＵ３１は、計算した各元素のピークの理論的な強度と第２強度とを比較して各元素の濃度を再計算する。ＣＰＵ３１は、濃度の差異が所定範囲内であるか否かを判定し、濃度の差異が所定範囲外である場合は、各元素のピークの理論的な強度の計算へ処理を戻し、濃度の差異が所定範囲内である場合は、濃度の計算を終了する。計算に用いられるピークは、ステップＳ８のピーク分離で利用するエネルギー範囲内に含まれるピークである。なお、ＣＰＵ３１は、ＦＰ法以外の手法を利用して濃度の計算を行ってもよい。
【００３９】
ＣＰＵ３１は、次に、計算した各元素の濃度に基づいて、各元素の複数のピーク強度を計算し、各元素に起因する複数のピークの強度比を計算する（Ｓ１０）。ステップＳ１０では、ＣＰＵ３１は、一つの元素のピーク強度が他の元素の濃度に応じて変化する共存元素による影響を反映するように、各元素の複数のピーク強度の夫々を共存元素の濃度に応じて変化させた強度を計算し、各元素の複数のピークの強度比を計算する。例えば、ＣＰＵ３１は、ＦＰ法を利用して、一つの元素のピーク強度を計算する際に、他の元素による吸収効果及び二次励起効果をも計算して、各元素の複数のピーク強度を個別に計算する。ＣＰＵ３１は、ステップＳ８のピーク分離で利用するエネルギー範囲よりも広いエネルギー範囲に亘って強度比を計算する。この処理によって、各元素に起因する複数のピークの強度比が再度特定される。ＣＰＵ３１は、次に、ステップＳ１０で計算した強度比を用いて、測定された蛍光Ｘ線のスペクトルに対してピーク分離を行うことにより、各元素に起因するピークの第３強度を計算する（Ｓ１１）。ステップＳ１１での計算方法は、ステップＳ７と同様であるものの、強度比の値が変化している。なお、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０では各元素の複数のピーク強度を計算するにとどめ、ステップＳ１１で、各元素の複数のピーク強度を用いてピーク分離を行ってもよい。この処理でも実質的に各元素に起因する複数のピークの強度比が再度特定される。
【００４０】
ＣＰＵ３１は、次に、複数の元素のピークの第２強度と第３強度との差異が所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、例えば、第２強度と第３強度との差の絶対値が第２強度の１％以下であるか否かを判定する。また例えば、第２強度と第３強度との比が０．９９〜１．０１の範囲内であるか否かを判定する。なお、ステップＳ１２では、試料Ｓの表面での強度に換算した第２強度と第３強度とを比較してもよい。
【００４１】
ステップＳ１２で第２強度と第３強度との差異が所定範囲内である場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、試料Ｓに含まれる複数の元素の濃度をステップＳ９の計算結果に決定する（Ｓ１３）。ＣＰＵ３１は、次に、決定した各元素の濃度を記憶部３４に記憶し、表示部３６に表示させ（Ｓ１４）、処理を終了する。なお、ＣＰＵ３１は、図示しないプリンタに各元素の濃度を出力する処理を行ってもよい。
【００４２】
ステップＳ１２で第２強度と第３強度との差異が所定範囲外である場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をステップＳ８へ戻す設定になっているか否かを判定する（Ｓ１５）。処理をステップＳ８へ戻す設定になっている場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、計算した第３強度を第１強度とし（Ｓ１６）、処理をステップＳ８へ戻す。処理をステップＳ９へ戻す設定になっている場合は（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、計算した第３強度を第２強度とし（Ｓ１７）、処理をステップＳ９へ戻す。処理をステップＳ８へ戻すようにして行う処理は、各元素に起因する複数のピークの強度比を濃度に応じて計算しながらピーク分離と濃度計算とを繰り返す処理となる。また、処理をステップＳ９へ戻すようにして行う処理は、ステップＳ８のピーク強度の変化を制限したピーク分離の処理を２回目以降は省略してピーク分離と濃度計算とを繰り返す処理となる。
【００４３】
なお、ステップＳ１２では、ＣＰＵ３１は、第２強度及び第３強度から特定種類の量の定量値を計算し、第２強度から得られる定量値と第３強度から得られる定量値との差異が所定範囲内であるか否かを判定する処理を行ってもよい。例えば、ＣＰＵ３１は、第２強度及び第３強度から特定の元素の濃度を計算し、第２強度から計算した濃度と第３強度から計算した濃度との差異が所定範囲内であるか否かを判定する処理を行ってもよい。また、例えば、ＣＰＵ３１は、特定の元素に起因する複数のピークの第２強度の強度比と第３強度の強度比とを計算し、計算した強度比を比較してもよい。また、例えば、ＣＰＵ３１は、試料Ｓが一又は複数の膜を含んでいる場合に、第２強度及び第３強度から特定の膜の膜厚を計算し、第２強度から計算した膜厚と第３強度から計算した膜厚との差異が所定範囲内であるか否かを判定する処理を行ってもよい。
【００４４】
以上詳述した如く、本実施の形態においては、Ｘ線分析装置は、ピーク分離により各元素に起因するピークの第１強度を計算した後、ピーク強度の変化を制限した上で狭いエネルギー範囲で再度ピーク分離を行う。エネルギー範囲を限定したことで、各元素に起因する複数のピークの内で濃度の計算に利用される強度の高いピークに絞ってより詳細なピーク分離の処理が可能である。また、通常のピーク分離で得られた第１強度は、厳密に正確では無いにしても、正確なピーク強度に近い値であることが期待される。そこで、ピーク強度が第１強度に近い値を取るように変化を制限しながら詳細なピーク分離の処理を行うことにより、正確なピーク分離が可能となる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、Ｘ線分析装置は、詳細なピーク分離により得られたピークの第２強度から、各元素の濃度を計算し、計算した濃度に基づいて各元素に起因する複数のピークの強度比を計算し、計算した強度比を利用してピーク分離を行うことにより、ピークの第３強度を計算する。ここで計算された強度比は、一つの元素に起因する複数のピーク強度の夫々が共存元素の濃度に応じて変化する共存元素による影響が反映されている。元素濃度から計算された各元素に起因する複数のピークの強度比を用いたピーク分離では、仮定された強度比を用いたピーク分離に比べて、より確からしいピーク強度が第３強度として得られることが期待される。また、一つの元素に起因する複数のピークが含まれる広いエネルギー範囲でピーク分離を行うので、濃度計算に利用される限定されたエネルギー範囲内ではピークが重なっている二つの元素についても、重なっていない他のピークに基づいたピーク分離が可能になり、確からしいピーク強度が第３強度として得られることが期待される。更に、確からしいピーク強度が得られたところで、処理を戻し、ピーク強度の変化を制限した上でエネルギー範囲を限定した詳細なピーク分離を繰り返すことで、より確からしい第２強度が計算されることが期待される。ピーク強度又は濃度等の変動が十分小さくなるまで処理を繰り返すことにより、試料Ｓに含まれる複数の元素の夫々の濃度を従来よりも正確に計算することができる。従って、ヒ素及び鉛が含まれる試料のような、従来では特定のエネルギー範囲でピークが重なるために個別に正確な濃度を求めることが困難であった組み合わせの複数の元素が含まれる試料についても、従来よりも正確な元素の定量分析が可能となる。例えば、試料Ｓに含まれる有害物質の定量分析を行う際に、ヒ素と鉛とを区別して高精度で定量分析を行うことが可能となる。また、試料Ｓが多層膜である場合等、試料Ｓが複雑な構造を持っている場合でも、各元素を区別して高精度で定量分析を行うことが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、Ｘ線分析装置は、処理を繰り返す場合に、ピーク強度の変化を制限した上でエネルギー範囲を限定した詳細なピーク分離を省略して処理を繰り返すこともできる。限定されたエネルギー範囲内で複数の元素のピークが完全に重なっている等の理由により、エネルギー範囲を限定した詳細なピーク分離ではピーク強度をより確からしく計算することがあまり見込めない試料を分析する際には、詳細なピーク分離の処理を省略することにより処理時間の短縮を図ることができる。また、Ｘ線分析装置では、詳細なピーク分離の処理を省略するか否かを設定することができるので、分析対象の試料又は元素に応じた適切な分析が可能となる。
【００４７】
なお、Ｘ線分析装置は、処理をループさせる場合に処理を常時ステップＳ８へ戻す処理を行う形態であってもよく、処理を常時ステップＳ９へ戻す処理を行う形態であってもよい。また、Ｘ線分析装置は、ステップＳ８で、エネルギー範囲を制限することなく、ステップＳ７と同等のエネルギー範囲内で各元素に起因するピークの強度の変化を制限した上ピーク分離をＣＰＵ３１が実行する形態であってもよい。また、Ｘ線分析装置は、ステップＳ８で、ピークの強度の変化を制限することなく、エネルギー範囲を制限したスペクトルに対してＣＰＵ３１がピーク分離を実行する形態であってもよい。試料Ｓの組成によっては、これらの形態でも定性・定量分析が可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、蛍光Ｘ線のスペクトルの測定と情報処理とを連続して行う形態を示したが、Ｘ線分析装置は、測定したスペクトルのデータを一旦記憶しておき、後で情報処理を行う形態であってもよい。この形態では、Ｘ線分析装置は、情報処理に必要な設定を情報処理の際に受け付ける処理を行ってもよい。また、本実施の形態においては、Ｘ線分析装置が蛍光Ｘ線のスペクトルを測定する機能を備える形態を示したが、Ｘ線分析装置は、蛍光Ｘ線のスペクトルを測定する機能を備えていない形態であってもよい。例えば、Ｘ線分析装置は、図１に示す情報処理装置３のみからなる形態であってもよい。この形態では、Ｘ線分析装置は、他の装置で測定された蛍光Ｘ線のスペクトルのデータを入力され、入力されたスペクトルに対してＸ線分析を実行する。また、本実施の形態においては、特性Ｘ線が蛍光Ｘ線である形態を示したが、Ｘ線分析装置は、電子線等のＸ線以外の放射線を照射された試料から発生した特性Ｘ線のスペクトルに対してＸ線分析を行う形態であってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１１  Ｘ線源（照射部）
１２  Ｘ線検出部
２１  スペクトル生成部
２２  制御部
３  情報処理装置
３１  ＣＰＵ
３２  ＲＡＭ
３４  記憶部
３５  操作部
３６  表示部
４  記録媒体
４１  コンピュータプログラム
Ｓ  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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【図８】
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