(57)【要約】【課題】  Ｘ線分析のためのサンプルホルダを提供する。【解決手段】  Ｘ線分析装置のためのキャピラリー４０を保持するためのサンプルホルダ２は、長手方向スリット１２の一方の、ベース部１４上の第一の熱輸送部材３６、及び他方の、ベース部１６条の第二の熱輸送部材３８を有する。熱輸送部材３６，３８は、第一の熱輸送部材及び第二の熱輸送部材の端部を一緒に付勢して、長手方向スリット１２と長手方向に整列されたキャピラリー４０を保持するように、フレーム３０とベース部１４，１６との間で横断方向に押圧される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線分析装置のための中空管を保持するためのサンプルホルダであって：
Ｘ線ビームのための開口を有するベース部；並びに
前記開口の一方の横側の、前記ベース部上の第一の熱輸送部材、及び前記開口の他方の横側の第二の熱輸送部材；
を有し、
前記第一の熱輸送部材及び前記第二の熱輸送部材は：
（ｉ）Ｘ線ビームは、当該サンプルホルダの如何なる部分とも交差することなく前記中空管を通過することができ、且つ
（ｉｉ）前記中空管の長さに沿って且つ前記中空管の外周の少なくとも一部分の周りで、前記中空管と前記熱輸送部材との間に熱接触があり、前記熱輸送部材を通して前記中空管と前記ベース部との間で熱を伝導する、
ように、前記中空管を横方向に押圧して前記中空管を保持するために、変形可能である、
サンプルホルダ。
【請求項２】
前記第一の熱輸送部材及び前記第二の熱輸送部材を一緒に付勢して前記中空管を保持するように、前記第一の熱輸送部材及び／又は前記第二の熱輸送部材を押圧するための押圧要素を更に有する、請求項１に記載のサンプルホルダ。
【請求項３】
前記押圧要素は、前記第一の熱輸送部材及び前記第二の熱輸送部材の端部を一緒に付勢して、前記開口に沿って長手方向に延びる前記中空管を保持するように、前記押圧要素と前記ベース部との間で横断方向に前記熱輸送部材を押圧するように構成されている、請求項２に記載のサンプルホルダ。
【請求項４】
前記開口は、長手方向スリットである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項５】
冷却流体又は加熱流体を収容するための前記ベース部内のチャネルを更に有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項６】
前記熱輸送部材は、前記ベース部よりも軟らかく且つ前記押圧要素よりも軟らかい、請求項２に記載のサンプルホルダ。
【請求項７】
前記熱輸送部材は、弾性である、請求項６に記載のサンプルホルダ。
【請求項８】
押圧部材及び前記ベース部を少なくとも部分的に通る複数のネジを更に有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項９】
前記ベース部と一体化されたペルチェセル又はヒートパイプを更に有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項１０】
ガラスキャピラリー又は石英キャピラリーの形の中空管を保持する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項１１】
前記熱輸送部材は、前記ベース部に固定されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項１２】
前記熱輸送部材は、グラファイト若しくはグラフェン状炭素、又はアルミニウム、ガリウム、インジウム若しくはそれらの合金製である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項１３】
前記熱輸送部材は、金属バネの形である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のサンプルホルダ。
【請求項１４】
小角度Ｘ線散乱のためのＸ線装置であり：
Ｘ線分析装置用の中空管；
前記中空管内に置かれたサンプルに、開口を通してＸ線ビームを供給するためのＸ線源；及び
前記中空管内のサンプルによって散乱されたＸ線を検出するように構成されている、Ｘ線検出器；並びに
前記中空管を保持する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のサンプルホルダであって、前記Ｘ線ビームが供給される前記開口は、前記ベース部内の開口である、サンプルホルダ、
を有する、Ｘ線装置。
【請求項１５】
前記Ｘ線検出器は、８°よりも小さな小角度で前記サンプルによって散乱されたＸ線を検出するように構成されている、請求項１４に記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析のためのサンプルホルダ及びサンプルホルダを使用してＸ線測定を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析又はＸ線蛍光（ＸＲＦ）分析のようなＸ線分析を実行するときに、Ｘ線ビーム内の適切な位置にサンプルを保持する必要がある。いくつかの種類のサンプルについて、既存のサンプルホルダは良好な働きをする。
【０００３】
一つの種類のサンプルホルダは、中空のサンプルホルダ内にサンプルを保持し、そのサンプルホルダはキャピラリーであってもよい。その後中空のサンプルホルダは、Ｘ線分析装置の中への導入のために、いくつかの形の装着法で装着されることができる。キャピラリーを使用するやり方は、キャピラリーは比較的低コストとすることができ、そのため新たなサンプル毎に新しいキャピラリーが使用されることができ、サンプルホルダを完全に洗浄する必要性を回避するという利点を与えることができる。したがって、そのようなやり方は、例えば先のサンプルからの汚染が測定に影響を与えるかも知れない場合に有用であり得る。
【０００４】
そのようなサンプルホルダは、具体的には、米国特許第７，５４２，５４７号明細書において提案されるもののような小角度Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）測定において有用であり得る。
【０００５】
しかしながら、いくつかの場合において、分析のために予め定められた温度にサンプルを保つことが必要である。したがって、温度制御されるサンプルホルダの必要性が存在する。
【０００６】
サンプルホルダとしてキャピラリーを使用し、使用中にサンプルを加熱するためのヒーターを有するＸＲＤ分析装置のためのサンプルホルダは、米国特許第８，５９７，５９８号明細書によって教示される。
【０００７】
しかしながら、その構成は複雑であり、既存の設備の内部に装着することを許さない。
【０００８】
このように、製造及び使用するために複雑でなく、好ましくは既存の設備の内部に装着されることができ、要求される温度にサンプルを保つために熱的に制御されることができるサンプルホルダのための必要性が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，５４２，５４７号明細書
【特許文献２】米国特許第８，５９７，５９８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの態様によれば、Ｘ線分析装置のための中空管を保持するためのサンプルホルダであって：
Ｘ線ビームのための開口を有するベース部（base  portion）；並びに
開口の一方の横側の、ベース部上の第一の熱輸送部材（thermal  transport  member）、及び開口の他方の横側の第二の熱輸送部材；
を有し、
第一の熱輸送部材及び二の熱輸送部材は：
（ｉ）Ｘ線ビームは、サンプルホルダの如何なる部分とも交差すること（intersecting）なく中空管を通過することができ、且つ
（ｉｉ）中空管の長さに沿って且つ中空管の外周の少なくとも一部分の周りで、中空管と熱輸送部材との間に熱接触（thermal  contact）があり、熱輸送部材を通して中空管とベース部との間で熱を伝導する、
ように、中空管を横方向に押圧して（compress）中空管を保持するために、変形可能である、
サンプルホルダ、が提供される。
【００１１】
特にＳＡＸＳ測定における使用のために適したサンプルホルダのような、管ベースのサンプルホルダを提供するために有効な設計を得ることにおける一つの具体的な課題は、サンプルを保持するための中空管への有効な熱結合を得ることであることを、発明者は発見した。これに関する一つの理由は、高品質ＳＡＸＳ測定のためには、Ｘ線ビームは、サンプルホルダのそれらの他の部分からの信号を回避するために、中空管以外のサンプルホルダの部分を通るべきでない、ということである。これは、有効な熱接触に到達することを困難にする。
【００１２】
熱輸送部材の材料として変形可能な材料を使用することによって、管は解放可能に保持されてもよい、すなわち、管は、接着剤、ネジ又は同様のものを要求することなく熱輸送部材のみによって支持されてもよい。熱輸送部材は、比較的軟らかい材料及び／又は弾性材料で形成されてもよい。押圧部材によるか又は管自体の熱輸送部材との相互作用によるかのいずれかでサンプルホルダの導入の際に熱輸送部材を押圧することにより、熱輸送部材と管との間に横方向の力を生じさせることによって、管は、取り外し及び交換されることができる‐管は、接着剤又は他の永久的な装着法を用いて固定されないが、代わりに変形可能な熱輸送部材の間に保持される。この取り外し可能性は、キャピラリーの長さに沿って良好な熱接触を尚も提供したまま、且つまたキャピラリーの外周の十分な部分の周りで接触を尚も提供したまま、達成される。
【００１３】
そのような構成は、管が容易に取り外し及び交換されることを尚も可能にしたまま、輻射ヒーターを使用する米国特許第８，５９７，５９８号明細書のような構成と比較して、良好な熱接触及び温度の良好な制御を提供する。
【００１４】
開口は長手方向スリットであってもよく、中空のサンプルホルダは、管がベースと係合することを要求することも、押圧部材の部分若しくはベース部分が長手方向スリットを通過するＸ線ビームと交差することを要求することもなく、長手方向スリットと正確に整列されてもよい。
【００１５】
第一の熱輸送部材及び第二の熱輸送部材を一緒に付勢（urge）して中空管を保持するように、第一の熱輸送部材及び／又は第二の熱輸送部材を押圧するための押圧要素（compression  element）を更に有してもよい。
【００１６】
押圧要素は、第一の熱輸送部材及び第二の熱輸送部材の端部を一緒に付勢して、開口において長手方向に中空管を保持するように、押圧要素とベース部との間で横断方向（transverse  direction）に熱輸送部材を押圧するように構成されていてもよい。
【００１７】
サンプルホルダは、液体又は気体のような冷却流体又は加熱流体を、ベース部に通すためのベース部内のチャネルを更に有してもよい。
【００１８】
押圧部材は、便利には、フレーム及びベース部を少なくとも部分的に通る複数のネジを含んでもよい。
【００１９】
ペルチェセル（Peltier  cell）は、良好に制御された温度調節を提供するように、ベース部と一体化されてもよい。
【００２０】
押圧部材は、第一の長手方向スリットと整列された第二の長手方向スリットを有してもよい。
【００２１】
サンプルホルダは、熱輸送部材の間に保持される中空管を更に有してもよい。中空管は、ガラスキャピラリー又は石英（quartz）キャピラリーであってもよい。
【００２２】
熱輸送部材は、ベース部に永久的に固定されていてもよい。
【００２３】
熱輸送部材は、弾性であってもよく、例えば、熱伝導性プラスチック又は熱伝導性ゴムであってもよい。代替的に、熱輸送部材は、炭素製（グラファイト、熱分解性高配向グラファイト、グラフェン状炭素若しくは同様のもの）、又は（純粋な）アルミニウム、ガリウム若しくはインジウムのような、軟らかい延性金属製であってもよい。代替的に、熱輸送部材は、金属バネの形であってもよい。
【００２４】
本発明の他の態様は、小角度X線散乱のためのＸ線装置であって：
上記されたようなサンプルホルダ；
中空管内に置かれた（mounted）サンプルに、開口を通してＸ線ビームを供給するためのＸ線源；及び
中空管内のサンプルによって散乱されたＸ線を検出するように構成されている、Ｘ線検出器、
を有する、Ｘ線装置、に関する。
【００２５】
そのＸ線は、小角度Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）を実行するために、１０°よりも小さな、好ましくは８°若しくは５°よりも小さな角度のような、小角度で散乱されてもよい。代替的に、サンプルは、広角度Ｘ線散乱（ＷＡＸＳ）のために、より大きな量だけＸ線を散乱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
ここから、本発明の実施形態が、添付の図面を参照して記述されるであろう。
【図１】サンプルホルダの上面図である。
【図２】Ａ‐Ａに沿って図１のサンプルホルダを通る断面図である。
【図３】一つの代替的なサンプルホルダを通る断面図である。
【図４】更なる代替的なサンプルホルダを通る断面図である。
【図５】更なる代替的なサンプルホルダを通る断面図である。
【図６】そのうえ更に代替的なサンプルホルダを通る断面図である。
【図７】図６のサンプルホルダの透視図である。  図面は概略図であり、一定の縮尺ではない。より一層の明快さのために、図２乃至図６から断面線が省略されていることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１（上面図）及び図２（断面図）を参照すると、サンプルホルダ２は、装着端部４及び動作端部（operation  end）６を有する。装着端部４は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（図示せず）に固定的に装着されるように構成され、ＸＲＤ装置内の装着部（mount）に適合させられた装着穴８を含む。当業者は、異なる種類のＸＲＤ装置は異なる装着部を有すること、及びサンプルホルダはそれに応じて適合させられてもよいことを、明確に理解するであろう。
【００２８】
サンプルホルダの動作端部６は、長手方向スリット１２の形の開口を有するベース部１０を有し、長手方向スリット１２は、長手方向スリット１２によって横方向に間隔をあけられた２つの長手方向に延びるベース部部分（base  portion  parts）１４，１６にベース部１０を分割する。これは、矢印によって概略的に図示されるように長手方向スリット１２を横断方向に通るＸ線経路１８を提供する。ベース部１０は、例えば、真鍮などの金属で作られてもよい。図１に見られるように、長手方向スリットは、動作端部の全長にわたっては延びず、中央領域にのみ延びる。
【００２９】
ベース部部分１４，１６のそれぞれは、熱流体を運ぶための、同様に長手方向に延びるダクト２０を有してもよい。熱流体は、熱気体によって置き換えられてもよい。ダクト２０は、熱調節システム２４への接続のために装着端部４上の流体ポート２２と連通する。このように、ダクト２０は循環システムの一部を形成する。その循環システムによって、熱流体は、流体ポート２２のうちの一つから、ベース部部分のうちの一つ１４の中のダクト２０を通って、動作端部６に向かって循環し、次に、ベース部部分のうちの他方１６の中のダクトを通って、他方の流体ポート２２に、そして熱調節システム２４に戻る。
【００３０】
フレーム３０の形の押圧要素が設けられており、その押圧要素は、ベース部１０内のねじ穴３４に係合するネジ３２によってベース部１０に固定されている。パッドの形の二つの熱輸送部材３６，３８は、フレーム３０によって適切な場所に保持される。第一の熱輸送部材３６はベース部部分１４に設けられ、第二の熱輸送部材３８は他方のベース部部分１６上に設けられている。ネジ３２は、フレーム３０を横断方向（図２の垂直方向）に付勢し、熱輸送部材を横断方向に押圧する働きをする。
【００３１】
使用中、キャピラリー４０の形の中空管が提供されてもよい。キャピラリー４０は、サンプルホルダのベース部の上に、熱輸送部材３６，３８の間に装着されている。次に、フレーム３０が上部に装着され、フレーム３０を用いて熱輸送部材３６，３８を横断方向に押圧するように、ネジ３２が締められる。熱輸送部材は体積弾性率（bulk  modulus）を有するので、これは、キャピラリー４０の周りの熱輸送部材３６，３８の側縁部が一緒に横方向に付勢されることを生じさせる。これは、熱輸送部材の材料が、長手方向スリットの長さにわたって且つキャピラリーのかなりの部分にわたってキャピラリーと接触して、キャピラリーの側面を横方向に押圧することを生じさせる。換言すれば、（一対としての）熱輸送部材は、キャピラリーの外周の周りの一つ又は二つの単一の点と単純に接触しているのではなく、外周のかなりの割合（fraction）、例えば少なくとも１０％であるが好ましくはそれ以上、例えば２０％、３０％又は更に多く好ましくは５０％を、一緒に覆う。
【００３２】
サンプル４２は、キャピラリー４０内に収容される。キャピラリーは、サンプルホルダ２内にキャピラリーが装着される前に、キャピラリー４０の内側に少量のサンプル４２が置かれる、単一のショットキャピラリーであってもよい。
【００３３】
温度は、ベース部１０の温度を制御する流体ポート２２及びダクト２０を通して、水又は他の熱伝導性液体のような熱流体を推進する、熱調節システム２４に設定される。熱輸送部材３６，３８は、ベース部１０と及びキャピラリー４０と良好な熱接触をしており、そのためサンプル４２は所望の温度に維持される。流体の温度は、熱調節システム４０によって制御されて、サンプル４２の所望の温度を達成する。この目的のために、温度計はベース部１０の中に一体化されてもよく、フィードバックループが維持される。
【００３４】
矢印によって概略的に示されるように、Ｘ線のビームは、スリット１２を通ってキャピラリー４０内のサンプル４２に向けられ、小さな角度で回折される。小さな回折角が測定される。
【００３５】
記述される実施形態において、Ｘ線は小角度散乱のために使用される。Ｘ線は、Ｘ線経路１８に沿って横断方向に進行するＸ線のラインビームの形で提供され、ラインビームは、長手方向スリット１２の形の開口と一致するように長手方向に延びる。サンプルホルダが、異なるフォーマットのＸ線ビーム、例えば円形又は四角形の断面の形のＸ線ビームを伴ってサンプルを保持するためのものである場合、開口の形状は、意図されるビームの形状と一致するように適合させられてもよい。
【００３６】
如何なる適切な材料であっても、熱輸送部材３６のために採用され得る。記述される特定の実施形態において、使用される材料は、商業的に利用可能であり、高い熱伝導性を有する、熱分解性高配向グラファイトシートである。複数の代替的な材料が利用可能である‐熱伝導性ゴム又はプラスチックを使用されてもよく、同様に伝導性材料が充填された（loaded  with）ポリマーであってもよい。代替的に、グラファイト又はガリウムが使用されてもよい。本実施形態において使用される材料は、フレーム３０及びベース１０のために使用される材料よりも軟らかく、同時に良好な熱伝導特性を有する。
【００３７】
熱輸送部材３６，３８は、単一の閉ループで形成されてもよく、すなわち、両方が単一の物体の一部であってもよい。
【００３８】
上記の実施例において、押圧要素３０は単一のフレームである。図３に示される一つの代替的な実施例において、二つの別個のフレーム要素、第一のフレーム要素５０及び第二のフレーム要素５２は、同じ機能を有する。中空管を保持するため及び中空管への良好な熱経路を提供するための両方のために、熱輸送部材３６，３８をフレーム要素の間で横断方向に押圧し、それ故に熱輸送部材３６，３８を中空管４０に対して付勢するように、各々が、ねじ３２によって横断方向に独立に付勢されてもよい。
【００３９】
本実施例において、熱輸送部材３６，３８が押圧されていないとき、中空管４０の直径は、熱輸送部材３６，３８の間の隙間よりも小さいことに留意されたい。それに応じて、中空管は、ネジ３２が締められた後に保持されるだけなので、容易に挿入され、取り外されることができる。
【００４０】
図４に示される、単一のフレーム３０を備え、中空管４０が装着されていない状態で示される、一つの代替的な実施形態において、ネジ３２が締められておらず、横断方向の圧力が熱輸送部材３６，３８に加えられていなくても、中空管の直径ｄは、第一の熱輸送部材及び第二の熱輸送部材３６，３８の間の隙間ｇよりも大きい。この場合において、管４０は、ネジ３２を締めることなく、熱輸送部材３６，３８の間に装着され、保持されることができる。ネジ３２は、フレーム３０とベース１０との間に熱輸送部材３６，３８を保持するためにのみ働き、例えば清掃のためにサンプルホルダが分解されることを可能にする。
【００４１】
サンプルホルダを装着又は装着解除（dismounting）するときに、ネジが締められること及び緩められることを要求しないことによって、図４の構成は、サンプル変更をスピードアップすることができる。
【００４２】
熱輸送部材３６，３８は、本実施例においては弾性材料、すなわち中空管４０が取り外されたときに、それらの間の隙間ｇを備えたそれらの元の形状にバネ力で戻るために十分な弾力（resilience）を有する材料で作られている。
【００４３】
図５に示される一つの更なる実施形態において、フレーム３０が省略されており、熱輸送部材３６，３８はベース部部分１４，１６に接着されており、この場合もまた、熱輸送部材３６，３８の間の隙間ｇは中空管４０の直径よりも小さい。
【００４４】
これは、簡潔な構成を提供する。
【００４５】
熱輸送部材３６，３８をベース部部分１４，１６に装着するための接着剤の使用は、上記の複数の実施形態において使用されてもよいことに留意されたい。
【００４６】
図６及び図７に示されるそのうえ更なる実施形態において、熱輸送部材は、ネジ３２によってベース部部分１４，１６に保持され、ベース部部分１４，１６への良好な熱接触を確かにするバネ要素６０，６２に成形される。成形されたバネ要素６０，６２は、バネ要素６０，６２内のノッチ６６によって分離された、それらの端部上の弾性フィンガー６４を有する。バネ要素の成形は、意図される中空管の成形と一致する‐すなわち、弾性フィンガー６４は、ただ単に点にではなく延長された領域にわたって管への良好な熱接触を達成するために、曲線状であることに留意されたい。
【００４７】
中空管又はキャピラリーの大きさは、サンプルに依存して様々であってもよい。実際に、使用されるやり方は、特定の正確な大きさのキャピラリーを要求しないことが留意されるであろう。異なる大きさのフレーム３０及び熱輸送部材３６は、広範囲の中空管の大きさを許容し得る。
【００４８】
中空管は、石英若しくはガラス、又はＸ線測定において過剰に干渉することなくサンプルを保持することができる如何なる他の材料であってもよい。
【００４９】
熱調節システム２４は、必要に応じて加熱又は冷却をするために使用されてもよい。
【００５０】
上述されたようなダクト２０を用いた冷却構成の代わりに、ベース部１０は、ベース部から又はベース部に熱を輸送するために、ペルチェセル、ヒートパイプ又は同様のものを含んでもよい。
【００５１】
当業者は、上記の複数の実施形態は単なる例示であり、一つの実施形態を参照して説明された特徴は他の実施形態にも適用され得ることを認識するであろう。
【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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【外国語明細書】
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