(57)【要約】【課題】多数の試料の微量元素測定を可能にし、かつ時間短縮して精度よく測定できるようにしたＰＩＸＥによる微量元素測定方法及び微量元素測定装置を提供するものである。【解決手段】ヘリウムガスが導入された気密容器３２内に、被測定試料と標準試料を含む複数の試料を２次元に配列した試料群３３を２次元面内で可動可能に配置し、試料を順次測定位置に移動させて荷電粒子照射部３９から同一条件の荷電粒子３４を照射し、試料から放射される特性Ｘ線を検出器３５により検知し、標準試料の元素濃度と比較して被測定試料に含まれる微量元素の濃度を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムガスが導入された気密容器内に、被測定試料と標準試料を含む複数の試料を２次元に配列した試料群を２次元面内で移動可能に配置し、
前記試料を順次測定位置に移動させて同一条件の荷電粒子を照射し、前記試料から放射される特性Ｘ線を検知し、
前記標準試料の元素濃度と比較して前記被測定試料に含まれる微量元素の濃度を測定する
ことを特徴とする微量元素測定方法。
【請求項２】
前記荷電粒子を前記試料に対して４５°程度の角度で照射し、
前記荷電粒子の照射方向と９０°程度の角度をなす方向に配置した検出器により、前記試料からの特性Ｘ線を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の微量元素測定方法。
【請求項３】
前記試料群の各試料の測定順序の制御を、前記試料群を移動させる駆動手段のコントローラとＬＡＮケーブルを介して接続したパーソナルコンピュータで行う
ことを特徴とする請求項１記載の微量元素測定方法。
【請求項４】
ヘリウムガスが導入された気密容器と、
前記気密容器内に配置された試料群、荷電粒子の照射部及び試料から放射される特性Ｘ線を検知する検出器とを備え、
前記試料群は、被測定試料と標準試料を含む複数の試料が２次元に配列され、２次元面内で移動可能に配置されている
ことを特徴とする微量元素測定装置。
【請求項５】
前記試料群は前記試料の面が前記荷電粒子の照射方向に対して４５°程度に傾斜するように配置され、
前記検出器は前記試料の面に対向し、かつ前記荷電粒子の照射方向に対して直角方向に配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の微量元素測定装置。
【請求項６】
前記試料群を２次元面内で可動させる駆動手段が前記気密容器内に配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の微量元素測定装置。
【請求項７】
前記駆動手段のコントローラと、前記試料群の各試料の測定順序を制御するパーソナルコンピュータとが備えられ、
前記コントローラと前記パーソナルコンピュータとの間がＬＡＮケーブルで接続されている
ことを特徴とする請求項６記載の微量元素測定装置。
【請求項８】
前記試料群は、一方向に複数の試料を配列した試料ホルダーを複数個前記一方向と直交する方向に配列して構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の微量元素測定装置。
【請求項９】
試料ホルダーに毛髪試料を取り付ける毛髪試料作成治具であって、
中央の一方向に延びる溝を挟んで両側に長尺の板状の試料ホルダーを載置する載置面を有した受け台と、
前記受け台の前記両載置面の縁辺上に一体に形成され、前記試料ホルダーの載置位置を規制する突出部と、
前記受け台の溝を挟む両外側面に設けられ、毛髪試料を引っかけるフック部とを備え、
前記突出部には、前記試料ホルダーの毛髪試料を配置する各透孔に対応して、複数の毛髪が入り込む複数の細溝が設けられ、
前記フックは、前記複数の細溝に対応して複数設けられている
ことを特徴とする毛髪試料作成治具。
【請求項１０】
前記突出部と載置された試料ホルダーとの間には、毛髪をカットするカッターナイフが挿入し得る隙間が形成され、
前記細溝の底面が前記試料ホルダーの毛髪試料が配置される表面より下方に位置している
ことを特徴とする請求項９記載の毛髪試料作成治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛髪内に含まれる微量元素の測定、土壌、海底堆積物等の環境試料に含まれる微量元素の測定などに適用される微量元素濃度測定方法及び微量元素測定装置に関する。
また、本発明は、毛髪試料作成に適用される毛髪試料作成治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に高エネルギーの荷電粒子を照射すると特性Ｘ線が発生する現象をＰＩＸＥ（Particle Induced X-ray Emission）という。ＰＩＸＥは、微量元素（主として重金属）含有量の測定に用いられる。多くの場合、荷電粒子としてプロトンビームが用いられ、真空中で行われることが多い。このＰＩＸＥによる微量元素測定方法の原理を説明する。原理は、図１４に示すように、加速されたプロトンビーム１を試料２に照射させ、プロトンが試料中の原子に衝突して内殻電子を弾き飛ばし、それによって生じる空孔に外殻電子が遷移した際に放出される特性Ｘ線４を検出器３にて検出する。特性Ｘ線の検出信号から特性Ｘ線のエネルギースペクトルを得、スペクトルに表れる特性Ｘ線エネルギーのピーク値より元素を同定し、ピークカウント数から各元素の存在量、いわゆる濃度を同定する。
【０００３】
従来、例えば毛髪に含まれる微量元素をＰＩＸＥを用いて測定することが知られている。毛髪中の重金属元素は、食生活や健康状態と密接な関係があることが期待される。毛髪の微量元素測定は、健康調査の項目に取り入れることにより、アトピーを含む、多くの健康上の問題を解明するための手段となり得る。
【０００４】
図１５に、従来のＰＩＸＥによる毛髪試料の微量元素測定装置の概略構成を示す。この微量元素測定装置１１は、真空槽１２内に測定すべき毛髪試料１３を複数保持した試料ホルダー１４と、加速されたプロトンビーム１５を導いて照射するためのプロトンビーム照射部、すなわちプロトンビーム入射筒１６と、プロトンビーム１５が毛髪試料１３に照射され、毛髪試料１３より放射された特性Ｘ線１７を検知する検出器１８とを備える。さらに、試料ホルダー１３と検出器１８との間に例えばグラファイト製の筒状体からなる遮蔽物１９が配置される。この遮蔽物１９は、試料ホルダー１４を取り囲むようにして配置される。遮蔽物１９は、プロトンビーム１５が試料１３に当たって放出された電子が検出器１８に当り制動放射線を放出するのを防止するために、電子が検出器１８側へ放射されるのを阻止するためのものである。遮蔽物１９である筒状体には、試料から放射された特性Ｘ線が透過する透孔１９ａ及びプロトンビーム１５が透過する透孔１９ｂ，１９ｃが設けられている。制動放射線をも検知すると測定精度が低下する。２６はコリメータであり、プロトンビーム１５の試料１３への照射位置の安定、及びビームスポット内での強度の均一化を行うものである。２７はファラデーカップ、２８は特性Ｘ線のうちエネルギーの低いＸ線を吸収するための吸収膜を有する保持板、２９は検出器１８の保護用キャップである。また、３０はビデオカメラ（例えばＣＣＤカメラ）であり、このビデオカメラ３０で試料１３の位置を確認している。
【０００５】
試料ホルダー１４は、プロトンビーム１５が試料面に垂直に照射されるように配置され、検出器１８は、試料面に対向するとともに、プロトンビーム１５の照射方向に対して３０°程度の方向に配置される。
【０００６】
試料ホルダー１４は、図１６に示すように、毛髪試料１３を中空保持するための透孔２１が縦方向に複数、通常数個乃至１０個設けた長尺のアクリル板から成り、各透孔２１を跨いで複数本ずつの毛髪試料１３が架張されて構成される。この試料ホルダー１４は、真空槽１２の下から挿入された操作棒２２に取付けられる。操作棒２２は真空槽１２の外に配置された駆動モータ２３に取付けられる。試料ホルダー１４は、駆動モータ２３を介して操作棒２２を縦方向に駆動させることにより、測定すべき毛髪試料１３をプロトンビーム１５が当たる位置まで移動させられる。
【０００７】
この微量元素測定装置１１では、試料ホルダー１４が駆動モータ２３及び操作棒２２を介して縦方向に移動して所要の毛髪試料１３をプロトンビームの照射位置に移動させる。そして、プロトンビーム入射筒１６から加速されたプロトンビーム１５が出射され、所要の毛髪試料１３に照射される。プロトンビーム１５の照射により、毛髪試料１３から放射された特性Ｘ線１７が検出器１８にて検知され、特性Ｘ線エネルギースペクトが得られる。この特性Ｘ線エネルギースペクトルから、毛髪に含まれる重金属元素の量、いわゆる濃度が測定される。
【０００８】
非特許文献１には、原医研３ＭＶイオンビーム加速器を用いたＰＩＸＥ分析法の開発のため、当該装置に対して元素ごとの感度曲線を得、水試料の分析に適用した例が報告されている。
【非特許文献１】花房龍男  平成１２年度広島大学大学院工学研究科修士論文「原医研３ＭＶイオンビーム加速器によるＰＩＸＥ分析法の開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＩＸＥによる微量元素測定装置では、多くの場合、前述したように真空槽中に数個乃至１０個の試料を配列した試料ホルダーを設置して、真空槽外から手動あるいは遠隔操作で試料の移動が行われている。数個乃至１０個の試料の測定が終わると、真空を破り、試料交換が行われる。交換には時間を要する。その理由は以下の通りである。
（ａ）真空槽内の真空を破り、試料を交換した後に再び真空に引き直すのに時間がかかる。
（ｂ）プロトンビームの照射室は、プロトンビームが出射している際には放射線量が高い。照射室から離れたところにある制御室でプロトンビームを止めてから安全確認の上、照射室に入室しなければならない。
【００１０】
測定時間がかかると、多数の測定が困難であるだけでなく、照射ビーム強度や検出システムの増幅器の増幅度の変動などにより、測定精度が落ちる。特に、プロトンビームの条件が変動し易い。ＰＩＸＥによる測定では、被測定試料から発生する特性Ｘ線に対応するすべての元素に関する標準試料を同じ条件で測定する必要があるため、被測定試料の多い少ないにかかわらず、多数の試料の測定が必要となる。
【００１１】
試料ホルダーに対して遠隔操作を行う場合でも、操作自体は手動であるため、時間がかかり、位置決めに正確さが乏しい。すなわち、試料ホルダーの位置制御は制御室からモニタを見ながら目視で行い、駆動モータのスイッチを手動でオン、オフ制御している。
【００１２】
真空中では、プロトンビームが試料に当たって発生する熱が逃げにくく、温度が上がることによって容易に試料、例えば毛髪が変質してしまう。
【００１３】
真空中では、電子が放出されると止まらずに検出側に飛来し、検出器にぶつかって強烈に制動放射線を発生するため、試料と検出器との間に電子の飛来を阻止する遮蔽物を置いている。この遮蔽物により検出器を試料に近づける距離に限界があり、検出器に入射する特性Ｘ線量が１／（距離）２に比例することから、検知に必要な特性Ｘ線量を受光するために時間がかかる。
【００１４】
また、試料ホルダーは、試料を縦方向に１列に配列した構成であるので、試料数としては１０個程度が限界で、それ以上の多数を配置すると真空槽を大きくしなければならず、装置が大がかりになり、実用的でなくなる。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑み、多数の試料の微量元素測定を可能にし、かつ時間短縮して精度よく測定できるようにしたＰＩＸＥによる微量元素測定方法及び微量元素測定装置を提供するものである。
また、本発明は、毛髪の微量元素測定における毛髪試料作成を容易にする毛髪試料作成治具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る微量元素測定方法は、ヘリウムガスが導入された気密容器内に、被測定試料と標準試料を含む複数の試料を２次元状に配列した試料群を２次元面内で移動可能に配置し、試料を順次測定位置に移動させて同一条件の荷電粒子を照射し、試料から放射される特性Ｘ線を検知し、標準試料の元素濃度と比較して被測定試料に含まれる微量元素の濃度を測定することを特徴とする。
【００１７】
本発明の微量元素測定方法では、気密容器内に被測定試料と標準試料を含む複数の試料を２次元状に配列した試料群を２次元面内で移動させて測定するので、試料の交換をせずに標準試料及び被測定試料を連続して測定することができる。これらの試料は同一条件の荷電粒子を用いて測定することができる。また、気密容器内にヘリウムガスが導入されているので、電子が放射されても、直ぐに止まる。このため、遮蔽物を省略し、検出器を試料により近接した状態で試料から放射された特性Ｘ線を検知することができる。
【００１８】
本発明に係る微量元素測定装置は、ヘリウムガスが導入された気密容器と、気密容器内に配置された試料群、荷電粒子の照射部及び試料から放射される特性Ｘ線を検知する検出器とを備え、試料群は、被測定試料と標準試料を含む複数の試料が２次元状に配列され、２次元面内で移動可能に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の微量元素測定装置では、気密容器内に被測定試料と標準試料を含む複数の試料が２次元に配列された試料群を有し、この試料群を２次元面内で移動可能に配置されるので、試料の交換をせずに標準試料及び被測定試料の連続測定ができる。これら多数の試料は同一条件の荷電粒子を用いて測定することができる。また、気密容器内にヘリウムガスが導入されているので、遮蔽物を省略し、検出器を試料により近接した状態で配置することができる。
【００２０】
本発明に係る毛髪試料作成治具は、試料ホルダーに毛髪試料を取り付ける毛髪試料作成治具であって、中央の一方向に延びる溝を挟んで両側に長尺の板状の試料ホルダーを載置する載置面を有した受け台と、受け台の両載置面の縁辺上に一体に形成され、試料ホルダーの載置位置を規制する突出部と、受け台の溝を挟む両外側面に設けられ、毛髪試料を引っかけるフック部とを備える。突出部には、試料ホルダーの毛髪試料を配置する各透孔に対応して、複数の毛髪が入り込む複数の細溝が設けられ、フックは複数の細溝に対応して複数設けられている。
【００２１】
本発明の毛髪試料作成治具では、試料ホルダーを受け台の載置面に載置し、毛髪を突出部の溝を通して両側のフックに引っ掛けた後、試料ホルダーに接着させ、カッターナイフで試料ホルダーと突出部との隙間に沿って毛髪を切断して、毛髪試料を作成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る微量元素測定方法及び微量元素測定装置によれば、標準試料及び被測定試料を含む多数の試料を連続して同一条件の荷電粒子で測定できるので、測定時間の短縮が測れると共に、高精度の測定を行うことができる。また、気密容器内にヘリウムガスが導入され、検出器をより試料に近接して配置できるので、さらに短時間の測定が可能になる。
【００２３】
本発明に係る毛髪試料作成治具によれば、比較的簡単に毛髪試料を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１に、本発明に係る微量元素測定装置の一実施の形態を示す。図１は装置の気密容器を横断面にした状態の概略断面図である。本実施の形態に係る微量元素測定装置３１は、荷電粒子、本例ではプロトンビームを加速するプロトン加速器（図示せず）と、ヘリウムガス（Ｈｅ）を導入した気密容器３２と、この気密容器３２内に配置した試料群３３、加速器に連結したプロトンビームの照射部、いわゆるプロトンビーム入射筒３４及び検出器３５とを備えて成る。気密容器３２は、例えば透明のアクリル製で構成される。試料群３３は、被測定試料と標準試料を含む複数の試料を２次元に配列して構成される。プロトンビーム入射筒３４は、試料群３３の各試料にプロトンビームを照射する、プロトンビーム照射源に相当し、先端部分は試料群３３に近接するように配置される。検出器３５は、プロトンビームの照射により試料から放射される特性Ｘ線を検知するもので、試料群３３に近接して配置される。
【００２６】
気密容器３２は、図２及び図３の斜視図で示すように、横断面形状が矩形４１の一辺に頂角が９０°の三角形部４２が形成されるような輪郭形状を有し、上面に三角形状部４２と矩形４１の一部を包含するように円筒状の開口部４３が形成されて成る。円筒状の開口部４３には着脱自在の蓋体４４（図３参照）が気密的に嵌着される。気密容器３２の三角形部４２の一側壁にプロトンビーム入射筒３４が気密的に挿入される開口４５が形成される。三角形部４２の一側壁と９０°をなす他側壁には、検出器３５が気密的に挿入される開口４６と、後述する複数のフィルタが配置された回転可能な円盤の回転軸が気密的に挿入される開口４７が形成される（図２参照）。三角形部４２とは反対側の壁面には、プロトンビーム入射筒３４が挿入される開口４５に対応してプロトンビームの延長線上に位置してファラデーカップが挿入される筒状開口４８と、試料群３３を２次元的に移動させるためのリニアスライダの駆動源、例えばパルス駆動するサーボモータの配線を導出するための開口４９が形成される（図３参照）。蓋体４４は円形外周が波形をなして、手動による蓋体４４の着脱を容易にしている。また、蓋体４４とこれに嵌合される円筒状の開口部４３とは、Ｏリング５０を介してして気密的に嵌合される。
【００２７】
そして、図１に示すように、気密容器３２内に開口４５を通して加速器に連結されたプロトンビーム入射筒３９が配置され、このプロトンビーム入射筒３９の先端に対向して試料群３３が配置される。この試料群３３は、その試料面がプロトンビーム３４の照射方向（すなわち、プロトンビーム３４のビーム軸）に対して４５°程度、好ましくは４５°をなすように配置される。また、気密容器３２内に開口４６を通して検出器３５が配置される。検出器３５は、試料群３３の試料面に対して４５°程度、好ましくは４５°をなすように、したがってプロトンビーム３４の照射方向（すなわちプロトンビーム３４のビーム軸）に対して９０°程度、好ましくは９０°をなすように配置される。さらに、気密容器３２内に開口４７を通して回転軸３７が挿入されるように、後述する複数の吸収膜が円周上に配列された回転円盤３６が配置される。
【００２８】
試料群３３は、図４に示すように、横一列に複数、例えば１０個の透孔５３を等間隔に形成した例えばアクリルからなる板状体５４を設け、この各透孔５３を差し渡るように試料５２を配置した試料ホルダー５５を形成し、この試料ホルダー５５を図５に示すように、複数個、本例では１０個、縦に平行配列して構成される。すなわち、試料群３３は、図５に示すように、枠体５７に対して各試料ホルダー５５を、その長手方向を横にして、例えば１０個縦に配列して構成される。
【００２９】
試料５２としては、本例では毛髪を用いている。図示の例では、試料５２は１０×１０＝１００個が等間隔で配列される。そのうちの、例えば２０の元素を必要とするならば、２０個の試料５２ａが標準試料となり、残りの８０個の試料５２ｂが被測定試料となる。試料５２を配置した試料ホルダー３３は、枠体５７に対して例えば取り付けビスにより取付けることができる。その他の手段で取り付けることも可能である。
【００３０】
一方、この試料群３３は、２次元面内、すなわちＸ軸方向とこれに直交するＹ軸方向に駆動手段を介して移動可能となるように構成される。すなわち、試料群３３は、Ｘ軸方向に駆動するリニアスライダ（例えばサーボモータを駆動源とする）６１と、Ｙ軸方向に駆動するリニアスライダ（例えばサーボモータを駆動源とする）６２に取付けられる。すなわち、試料群３３の一側部がＹ軸方向に駆動するリニアスライダ６２の可動体に固定され、このリニアスライダ６２がＸ軸方向に駆動するリニアスライダ６１の可動部に固定される。試料群３３は、このリニアスライダ６２によりＹ軸方向に１試料毎に移動され、リニアスライダ６１によりＸ軸方向に１試料毎に移動される。
【００３１】
プロトンビーム入射筒３９の試料５２に近接するビーム取出し口となる先端部は、試料面に対向するように４５°の傾斜面を有して形成される。プロトンビーム入射筒３９は、これと一体のフランジ部を介して気密容器３２に気密的に取付けられる。図６の拡大図に示すように、プロトンビーム入射筒３９の先端部分には例えばポリエステル膜などによる薄い膜６８が設けられ、この膜６８にてプロトンビーム入射筒３９内の高真空が保たれる。すなわち、プロトンビーム３４は、試料に当たる直前まで高真空で導入し、膜６８を介して大気圧のヘリウムガス中に取り出される。プロトンビーム入射筒３９は、加速器に対して着脱可能とされることが好ましい。
【００３２】
検出器３５は、ｐｎ接合を有するＸ線測定用半導体素子で形成され、必要に応じて液体窒素容器等の冷却装置を有して構成される。この検出器３５は、これと一体のフランジ部を介して気密容器３２に気密的に取付けられる。
【００３３】
この検出器３５と試料５２との間に回転円盤３６が配置される。回転円盤３６は、図７Ａ，Ｂに示すように、円周上に等角間隔を置いて複数の円形の開口６４が設けられ、各開口６４にＸ線エネルギーを吸収する吸収膜６５が張られて構成される。この吸収膜６５は、プロトンビームの照射で試料５２から放射される特性Ｘ線および制動Ｘ線のうち、エネルギーの低いＸ線を吸収し、エネルギーの高いＸ線は透過する膜である。吸収膜６５は例えばポリカーボネート膜で形成することができる。但し、エネルギー低いＸ線を所要量だけ検出器３５で検知させる必要があるので、吸収膜６５の中央に小さい透孔６５ａが設けられている。この回転円盤３６は、手動で回転するように成されるが、自動的に回転するように構成することもできる。回転円盤３６上に張られた複数の吸収膜６５は、それぞれ膜厚又は／及び、中央の小さな透孔６５ａの径を異ならした膜で形成される。測定に先立ち、この複数の吸収膜６５から最も精度よく測定できる吸収膜６５が選択される。測定ではこの選択された吸収膜６５を測定位置に固定して用いるようになされる。
【００３４】
ここで、プロトンビーム入射筒３９は、その先端が試料群３３の測定しようとする試料５２に対して近接して配置される。また、検出器３５は、その検出素子である半導体素子の検出面が試料群３３の測定しようとする試料５２に対して近接して配置される。因みに、測定しようとする試料と検出器３５の検出面との距離Ｄ（図１参照）は、３０ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。因みに、真空中での測定で遮蔽物を設けた場合には、試料と検出器の検出面との距離は５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度となる。
【００３５】
また、気密容器３２の筒状開口４８内には、例えば銅などの金属製のファラデーカップ３８が挿入配置される。このファラデーカップ３８は、試料ホルダー５５の透孔５３を突き抜けてきたプロトンビームを止めるためのもので、例えば一方の口を開けた円筒形箱で構成される。気密容器３２内にはヘリウムガスが導入されているので、試料ホルダー５５の透孔５３を突き抜けたプロトンビームはヘリウムガスで止まると考えられるが、より安全のためにファラデーカップ３８が配置される。
【００３６】
気密容器３２内への電気配線は、ヘリウムガスの漏洩を防ぐために、気密容器３２の側壁に設けた開口４９を塞ぐようにアクリル板４０が気密的に取り付けられる。このアクリル板４０には所要の径の導体棒６０、例えば直径４ｍｍの銅棒が貫通封止される（図１参照）。この導体棒６０である銅棒は気密容器３２内の電気配線に接続される。一方、気密容器３２外では、外部に臨む導体棒６０である銅棒に対して４ｍｍのギボシ端子（メス）を介して配線を接続するようになす。
【００３７】
加速器を含めた微量元素測定装置３１は測定室に設置される。微量元素測定装置３１の駆動制御は、測定室と離れた別室の制御室において、例えばパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）を介して行われる。測定室に配置されている試料群駆動手段のコントローラ、すなわち試料群３３の各試料を測定の順番に移動させるリニアスライダの駆動源である例えばサーボモータをコントロールするモータコントローラと、制御室のパソコンとの間はＬＡＮケーブルで接続される。また、微量元素測定装置３１における検出器３５は、増幅器を介して制御室の上記パソコンに同軸ケーブルで接続される。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る微量元素測定装置３１を用いて被測定試料に含まれる微量元素を測定する方法を説明する。
【００３９】
気密容器３２内に標準試料及び被測定試料など複数の試料を配置した試料群３３を上面の筒状開口より挿入配置する。このとき、試料群３３は、その試料面がプロトンビーム３４のビーム軸に対して４５°程度、好ましくは４５°となるように配置される。プロトンビーム入射筒３９と検出器３５とは、９０°程度、好ましくは９０°をなす関係で配置される。
【００４０】
試料群３３を配置した後、筒状開口４３を蓋体４４により気密的に蓋する。気密容器３２内に試料群３３、試料群３３を２次元面内で移動させるリニアスライダ６１、６２、プロトンビーム入射筒３９、検出器３５、吸収膜６５を配列した回転円盤３６などが配置された状態で気密容器３２内にヘリウム（Ｈｅ）ガスを導入する。
【００４１】
ヘリウムガスの導入、あるいは交換は、気密容器３２上部の筒状開口９１からヘリウムガスを供給し、徐々に気密容器３２下部の筒状開口９２からオイルバブラーを介して外部に排気させながら行われる。これら筒状開口９１，９２は、例えばシリコーンゴムのパイプ９３などに接続され、このパイプ９３を通じてヘリウムガスの導入、排出がなされる。オイルバブラーを通すことにより、空気の逆流を防ぐとともに、甚だし漏れがないかを確認できる。測定中は、気密容器３２の上部の筒状開口４３が蓋体４４で気密的に蓋され、導入されたヘリウムガスがオイルバブラーを介して少しずつ排出される。つまり、ヘリウムガスを流しながら測定することになる。
【００４２】
制御室において、測定の開始、終了、データの保存などと合わせて試料群３３の移動がパソコンにより全自動で制御される。試料群３３における試料５２に対して、測定の順番は制御プログラムで任意に設定することができる。例えば、図８に示すように、パソコン画面に表示された１０×１０＝１００個の試料配列表１０１（図８Ａ参照）で、測定順番を「２Ｅ」「２Ｆ」「４Ｇ」・・と順次クリックすると、パソコン画面に表示されている順番表１０２（図８Ｂ参照）に１番目から順に「２Ｅ」「２Ｆ」「４Ｇ」・・と表示される。
【００４３】
制御プログラムは、プロトンビームが照射される試料５２の照射位置調整、測定中の照射位置の微調整も可能にしている。また制御プログラムは、Ｘ線スペクトル測定用のプログラムをコントロールして、決められたプロトンビーム量、決められたエネルギー領域のＸ線カウント値あるいは照射時間で、データを蓄積、保存して測定する試料を移動交代するようになされる。
【００４４】
試料５２の照射位置調整を行い、試料５２の測定順番を設定した後、測定を開始する。加速器（図示せず）で加速されたプロトンビーム３４が、プロトンビーム入射筒３９から試料群３３の最初の試料５２に照射される。プロトンビーム３４により試料５２から放射された特性Ｘ線は回転円盤３６の吸収膜６５を通して検出器３５で検知される。試料ホルダー５５の透孔５３及び試料５２を突き抜けたプロトンビームは背後に配置されたファラデーカップ３８により確実に止められ、外部に漏れない。一方、試料５２にプロトンビームが当たり放出された電子は、気密容器３２内に充満しているヘリウムガスにより阻止されて検出器３５まで飛来されないので、検出器３５において制動放射線の発生がなく、精度よく特性Ｘ線の検知ができる。
【００４５】
初めに、試料群３３に設けた各元素の標準試料５２ａ（例えば２０個分の標準試料）について、プロトンビームを照射して標準となる各元素データを得て置く。
【００４６】
そして、１番目の被測定試料５２ｂを上記のようにして測定する。この検出されたＸ線の信号は同軸ケーブルを通じてパソコンに送られ、波高分析されて特性Ｘ線スペクトルが得られる。このスペクトルを予め同一条件のプロトンビームで測定された各元素の標準試料５２ａのスペクトルと比較、さらに、標準試料５２ａの元素濃度を基準として被測定試料５２ｂに含まれる微量元素の濃度が測定される。
【００４７】
次に、１番目の被測定試料の測定が終了した後、制御プログラムに基づき、リニアスライダ６１、６２が駆動し、試料群３３をＸ方向及びＹ方向に移動させて２番目の被測定試料５２ｂがプロトンビーム照射位置に持ち来す。この２番目の被測定試料５２ｂを同様に測定する。以後、同様にして順次全ての被測定試料５２ｂを測定する。
【００４８】
上述の本実施の形態によれば、気密容器３２内に測定すべき試料５２を多数、例えば１００個まで設置することが可能になるため、標準試料５２ａ及び被測定試料５２ｂを同一条件下でプロトンビーム照射による測定ができ、精度よくＰＩＸＥによる微量元素測定を行うことができる。
【００４９】
また、試料５２を多数の例えば１００個まで設置可能なため、１日の測定中、試料５２の出し入れが不要になる。これにより試料交換時間が無い分、検出時間の短縮が図れる。一方、気密容器３２内にはヘリウムガスが導入されているので、測定時に試料５２から特性Ｘ線と共に電子が放射されても、電子はヘリウムガスで検出器３５側への飛来が阻止される。このため、従来の遮蔽物の配置が不要になり、試料５２に対して検出器３５をより近接して配置することが可能になる。検出器３５が試料５２に近接して配置されることにより、検出器３５で受ける特性Ｘ線の量が多くなり、その分、測定時間が短縮される。したがって、全体として測定の時間短縮が図れる。因みに、本実施の形態では、１つの試料の測定時間は５分程度である。従来の真空中で測定する場合は、１つの試料で１５分程度かかり、かつ１回に１０個しか測定できないので、多数の測定では試料の交換時間を入れると、１日の処理試料は大幅に減る。
【００５０】
検出器３５を試料５２に近接して配置できるため、特性Ｘ線を多量に検知できる。その分プロトンビーム量を減らすことが可能になるので、プロトンビーム照射による熱の発生を抑制することができ、熱による試料５２の変質、例えば試料５２が毛髪の場合、毛髪の変質を回避することができる。
【００５１】
気密容器３２内にヘリウムガスを導入したことにより、試料５２を２次元状に配列した試料群３３をＸ方向及びＹ方向に移動させるリニアスライダ６１、６２（例えばサーボモータを駆動源とする）を気密容器３２内に配置することが可能となる。つまり、真空中にモータを配置した場合には、温度上昇でモータが破損してしまう。これに対して、ヘリウムガス中にモータを配置した場合、モータが発熱してもヘリウムガスの対流で熱が逃げ、モータを破損することがない。
【００５２】
パソコンで制御するため、測定の開始、終了、データの集積、保存などと併せて試料５２の可動が全自動で行うことが可能になる。リニアスライダ６１、６２として、例えばパルス制御で駆動するサーボモータを用いるときは、試料５２の位置決めが正確になる。制御プログラムは、測定中の試料位置の微調整も可能にしている。したがって、さらなる高精度の測定ができる。
【００５３】
制御に用いるパソコンと試料群３３の駆動手段、例えばリニアスライダ６１、６２のモータコントローラとの間は、ＬＡＮケーブルで接続するので、わざわざ専用の制御ケーブルを敷設する必要がない。特に、測定室と制御室とは離れているので、専用のケーブルを敷設することが困難である。ＬＡＮケーブルを用いることにより、設備の簡便化が図れる。
【００５４】
制御プログラムにより、既存の特性Ｘ線スペクトル測定用のプログラムをコントロールして、決められたプロトンビーム量、決められたエネルギー領域のＸ線カウント値あるいは時間で、データを集積、保存して、次の試料５２に移行させることができる。試料５２の測定順序は任意に行え、試料位置の上下左右の微調整が予め行え、あるいは測定中でも行えるので、測定作業の高能率化を図ることができる。
【００５５】
本発明の微量元素測定方法で測定される試料としては、毛髪以外に土壌、海底堆積物等の環境物質にも適用できる。土壌、海底堆積物に含まれる微量元素の測定には、例えば、薬品で溶解した試料をシートに含浸乾燥させたものや、微粉末に粉砕しプレスした板状試料を試料ホルダー５５に取り付けて行うことが可能である。
【００５６】
次に、被測定試料として毛髪を用いた場合の毛髪試料作成方法と共に、作成に用いる毛髪試料作成治具の実施の形態を説明する。
【００５７】
図９〜図１３に、本発明に係る毛髪試料作成治具の実施の形態を示す。本実施の形態に係る毛髪試料治具７１は、図１０及び図１１に示すように、中央に設けた一方向に伸びる溝７２を挟んで、両側の上面を長尺の板状体５４からなる試料ホルダー５５の載置面７４〔７４Ａ，７４Ｂ〕とした受け台７３を有する。この受け台７３の両載置面７４Ａ，７４Ｂの縁辺上に試料ホルダー５５の幅方向を規制する突出部７５〔７５Ａ，７５Ｂ〕が受け台７３と一体に形成される。突出部７５〔７５Ａ，７５Ｂ〕には、上面から所定の深さを有する細溝７６が形成される。すなわち、突出部７５Ａ，７５Ｂにおいて、試料ホルダー５５の毛髪（試料５２）が配置される各透孔５３に対応する位置に、各複数、本例では４つの平行する細溝７６が形成される。この細溝７６は試料ホルダー５５に毛髪試料５２を配置する際の毛髪試料５２が入り込む溝である。
【００５８】
また、図１０及び図１１に示すように、突出部７５Ａ，７５Ｂの外側壁に、各複数の細溝７６に対応して複数、本例では３本のフック部７７が設けられる。さらに受け台７３の載置面７４Ａ，７４Ｂの一端側に試料ホルダー５５の端部に設けられた取付け用のビス孔７８（図９参照）が緩く挿入される位置決めピン７９が植立されている。両突出部７５Ａ及び７５Ｂ間の間隔ｄ１は、試料ホルダー５５の板状体５４の幅ｄ２より僅かに広く設定される。
【００５９】
ここで、図１１に示すように、受け台７３の載置面７４Ａ，７４Ｂ上に試料ホルダー５５を載置した状態では、突出部７５Ａ，７５Ｂに形成した細溝７６の底面の高さｈ１は、試料ホルダー５５の上面の高さｈ２より低く設定される。また、突出部７５Ａ，７５Ｂと試料ホルダー５５との間に少許の間隔、すなわち、カッターナイフ８５が挿入され得る間隔ｔ１の隙間８４が形成される。この間隔ｔ１は、試料ホルダー５５を片側に寄せたときに形成され、また逆の片側に寄せたときに形成されるようにしてもよい。
【００６０】
なお、必要に応じて受け台７３の側面は、両面接着テープあるいは片面接着テープが貼着され易くかつ剥離され易い材料で形成することができる。扱い難い毛髪の取り回しには、両手が必要となる。上記構成とすることにより、毛髪の端を受け台７３の側面に接着テープを介して仮止めしておくことにより、作業がしやすくなる。扱いにくさの程度の低いものについては、接着テープの代わりに磁石で固定することもできる。この場合は、受け台７３の側面は磁石の付きやすい材料で形成する。
また、受け台７３の載置面上に試料ホルダー５５を配置した際、試料ホルダー５５がぐらつき、作業に支障をきたすときには、載置面７４Ａ，７４Ｂに対して、接着テープで試料ホルダー５５を軽く固定するようにしても良い。この場合、載置面７４Ａ，７４Ｂは、接着テープの貼着・剥離可能な材料で形成する。
【００６１】
この毛髪試料作成治具７１を用いて、毛髪試料、すなわち毛髪を架張した試料ホルダー５５を作成する方法を説明する。まず、図１２Ａに示すように、例えばアクリル板からなる試料ホルダー５５をその一端側のビス孔７８を受け台７３の位置決めピン７９に挿入するように、両載置面７４Ａ，７４Ｂに載置する。
【００６２】
次に、図１２Ｂに示すように、試料ホルダー５５の透孔５３を挟む両側に一列に両面接着テープ８１を貼着する。そして、両面接着テープ８１上を含んで試料ホルダー５５上に透孔５３を差し渡って試料５２となる毛髪を架張する。このとき、試料５２の毛髪は、受け台７３の両突出部７５Ａ，７５Ｂに設けた細溝７６に沿わせ、且つフック部７７に絡げるようにして往復して架張される。試料５２の毛髪は、各透孔５３上に４本平行に架張される。
【００６３】
次いで、図１２Ｃに示すように、架張後に、試料５２の毛髪上に片面接着テープ８２を貼着して、試料５２の毛髪を両面接着テープ８１及び片面接着テープ８２で挟持的に固定する。
【００６４】
次に、図１３Ｄに示すように、試料ホルダー５５と突出部７５との間に形成される隙間８４にカッターナイフ８５を挿入して試料５２の毛髪を切断する。毛髪切断後、受け台７３から試料ホルダー５５を取り外す。
【００６５】
これによって、図１３Ｅに示すように、各透孔５３上を差し渡すように複数本の試料５２となる毛髪が架張された毛髪試料、いわゆる目的の試料ホルダー５５が作成される。
【００６６】
通常、試料ホルダーにおいて、１つの試料として同じ毛髪を所要間隔を置いて複数本、架張して取り付けることは困難であった。
【００６７】
本実施の形態に係る毛髪試料作成治具７１を用いることにより、試料ホルダー５５に対して試料５２となる毛髪を簡単かつ精度よく取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る微量元素測定装置の一実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係る微量元素測定装置の気密容器の概略を示す正面側から見た斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る微量元素測定装置の気密容器の概略を示す背面側から見た斜視図である。
【図４】試料を配置した試料ホルダーの一例を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係る試料群を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態に係るプロトンビーム入射筒の先端部分の断面図である。
【図７】本実施の形態に係る吸収膜を有する回転円盤を示す斜視図である。
【図８】Ａ，Ｂ  本実施の形態に係るパソコン画面に表示された試料配列表及び順番表である。
【図９】本発明に係る毛髪試料作成治具の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】本実施の形態に係る毛髪試料作成治具の要部の拡大図である。
【図１１】図９のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】Ａ〜Ｃ  本発明に係る毛髪試料作成方法の実施の形態を示す作成工程図（その１）である。
【図１３】Ｄ〜Ｅ  本発明に係る毛髪試料作成方法の実施の形態を示す作成工程図（その２）である。
【図１４】ＰＩＸＥによる微量元素測定方法の原理を説明する説明図である。
【図１５】従来の微量元素測装置の例を示す概略構成図である。
【図１６】従来の試料を配置した試料ホルダーの例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
３１・・微量元素測定装置、３２・・気密容器、３３・・試料群、３４・・プロトンビーム、３５・・検出器、３６・・回転円盤、３７・・回転軸、３８・・ファラデーカップ、６８・・膜、３９・・プロトンビーム入射筒、５２・・試料、５２ａ・・標準試料、５２ｂ・・被測定試料、５３・・透孔、５４・・板状体、５５・・試料ホルダー、５７・枠体、６１、６２・・リニアスライダ、７１・・毛髪試料作成治具、７２・・溝、７３・・受け台、７４〔７４Ａ，７４Ｂ〕・・載置面、７５〔７５Ａ，７５Ｂ〕・・突出部、７６・・細溝、７７・・フック部、８４・・隙間、８５・・カッターナイフ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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