(57)【要約】【課題】試料、特に低原子量元素で構成される生体試料の組成分布を精度よく算出するＸ線分析方法を提供する。【解決手段】光電変換型Ｘ線顕微鏡装置を用いて試料にＸ線を波長掃引して照射し波長ごとのＸ線吸収画像を取得し、試料上の指定部分の測定時吸収スペクトルを合成して吸収端構造から含有元素を検出し、検出した各元素の吸収端両側の波長における吸収率の差分と各元素の面密度と各波長での吸収係数の差に関する多元１次連立方程式を解いて各元素の面密度の近似値を求め、面密度近似値から求めた吸収スペクトルを測定時吸収スペクトルから引いて残余スペクトルを形成し新たな元素を検出し、検出した全元素について同様の多元１次連立方程式を立ててこれを解き、各元素の面密度近似値を算出して、新たな元素が検出できなかったときは、最終の面密度近似値をもって各元素の面密度とする。【選択図】  図１
2004294233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換型Ｘ線顕微鏡装置において、試料にＸ線を波長掃引して照射し波長ごとのＸ線吸収画像を取得して記憶し、得られたＸ線吸収画像から試料上の所定の位置において吸収スペクトルを合成し、該合成した吸収スペクトルに基づいて元素の吸収端構造の有無を検出し、検出した各元素の吸収端構造の吸収端両側の波長における吸収率の差分を左辺とし前記検出した各元素の面密度を右辺の変数、それぞれの波長における質量吸収係数の差を各右辺変数の係数とした多元連立方程式を立てて、該多元連立方程式を解くことにより前記各元素の面密度の近似値を求め、該面密度近似値を用いて各元素の吸収スペクトルの寄与分を算出し前記合成した吸収スペクトルから差し引いて残余のスペクトルを形成し、該残余のスペクトルからさらに新たな元素の吸収端構造の有無を検査し、新たな元素が検出できたときは、これまでに検出した全ての元素について上記と同様の多元連立方程式を立てて、これを解いて各元素の面密度の近似値を算出し、新たな元素が検出できなかったときは、前記面密度近似値をもって当該所定の位置における前記各元素の面密度とすることを特徴とするＸ線分光顕微分析方法。
【請求項２】
前記吸収スペクトルは演算上必要とされる波長位置におけるデータからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線分光顕微分析方法。
【請求項３】
前記試料に含有する可能性がある元素の吸収端前後の波長におけるＸ線吸収画像データを選択して記憶することを特徴とする請求項１または２記載のＸ線分光顕微分析方法。
【請求項４】
Ｘ線発生装置と光電変換面と電子イメージ拡大装置と画像検出部と演算処理装置とを備える光電変換型Ｘ線顕微鏡装置であって、試料を前記光電変換面に密着して設置し該試料の背後から前記Ｘ線発生装置で発生したＸ線を波長掃引して照射すると、透過したＸ線により前記光電変換面に電子像を形成し、前記電子イメージ拡大装置が該電子像から放出される電子を引き出し拡大して前記画像検出部に結像させ、前記演算処理装置が画像メモリを備えて該画像検出部からＸ線吸収画像の画像信号を取得して掃引波長ごとに前記画像メモリに格納して、Ｘ線画像中の所定の位置が指定されると、前記画像メモリから該画像中の位置に対応する画像信号を掃引波長中の必要な波長について取り出して、該指定された部分の測定Ｘ線吸収スペクトルとして合成し、該測定Ｘ線吸収スペクトルに基づいて元素の吸収端構造の有無を検出し、検出した各元素の吸収端構造の吸収端両側の波長における吸収率の差分を左辺とし前記検出した各元素の面密度を右辺の変数、それぞれの波長における質量吸収係数の差を各右辺変数の係数とした多元連立方程式を立てて、該多元連立方程式を解くことにより前記各元素の面密度の近似値を求め、該面密度近似値を用いて各元素の吸収スペクトルの寄与分を算出し前記測定吸収スペクトルから差し引いて残余のスペクトルを形成し、該残余のスペクトルからさらに新たな元素の吸収端構造の有無を検査し、新たな元素が検出できたときは、これまでに検出した全ての元素について上記と同様の多元連立方程式を立てて、これを解いて各元素の面密度の近似値を算出し、新たな元素が検出できなかったときは、前記面密度近似値をもって当該所定の位置における前記各元素の面密度とすることを特徴とする光電変換型Ｘ線顕微鏡装置。
【請求項５】
前記画像メモリが前記試料に含有する可能性がある元素の吸収端前後の波長におけるＸ線吸収画像データを選択して記憶することを特徴とする請求項４記載の光電変換型Ｘ線顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電変換型Ｘ線顕微鏡装置を用いて試料の各所における構成元素の同定と定量をすることにより組成の分布を測定するＸ線分光顕微分析方法に関するものである。特に、生体試料等を対象とした微量構成元素の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微量元素の測定方法として、例えば特許文献１に開示されたようなＸ線吸収端を利用して元素の含有率を測定する方法があり、１〜数十ｐｐｍの硫黄の含有率を測定している。しかしながら、この開示方法は、硫黄など特定した既知元素のＸ線吸収端に相当するＸ線分光角位置にＸ線検知器を配置してＸ線吸収端前後の透過率を検出して両者の比を求めて含有率を測定するもので、予め決めた元素に適用するものであり、また、試料上の元素組成分布を測定することはできなかった。
【０００３】
また、微量元素の分析方法として、蛍光Ｘ線分析法がある（例えば、特許文献２参照）。この方法はＸ線を試料に照射して、含有元素が発生する特性Ｘ線を検出することにより組成分析するものである。この方法は主に重金属元素の測定に適するものであり、生体内に存在するＣ，Ｏ，Ｎといった比較的軽い元素では蛍光Ｘ線の励起効率が低いため、測定に必要な精度を満たすことができず、原理的に不向きである。
【０００４】
また、元素の吸収端付近の吸収の差分により元素の含有率を測定する方法として、吸収端両側の波長での吸収の差分を利用する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この方法は、元素の含有率をその元素の吸収端両端での透過率の差から計算する。ある元素の吸収端について観察される短波長側の吸収率（ＴＳ）と長波長側での吸収率（ＴＬ）の比をＴＳ  ／ＴＬとすると、これには他の構成元素の寄与もあるため、以下のように求められる。
【０００５】
ＴＳ  ／ＴＬ ＝ｅｘｐ［−（μＣＳ −μＣＬ）・ρＣ・ｘ−（μＮＳ −μＮＬ）・ρＮ・ｘ−（μＯＳ −μＯＬ）・ρＯ・ｘ−…］
ここで、μＣＳ，μＣＬ，μＮＳ，μＮＬ 等はそれぞれ炭素、窒素等の短波長側、長波長側での質量吸収係数を、ρＣ，ρＮ  等はそれぞれ炭素、窒素等の密度を、また、ｘは領域の厚さを、表わす。
なお、ρ・ｘは面密度を表わし、この面密度が求める単位面積あたりの元素の含有量である。
【０００６】
しかしながら、この方法では、上式で示されるように、ある元素の吸収端部分に含まれる他の元素による吸収の寄与が無視できず、当該元素の含有量の測定において測定精度が不足するものであった。特に、微量元素の測定においては、吸収端の存在すら観察できないという問題があった。
【０００７】
さらに、従来、ある元素の吸収端部分に含まれる他の元素による吸収の寄与を取り除く試みとして、吸収端領域近傍の吸収微細構造（ＸＡＮＥＳ）における波長を利用した分子分析がある。この方法は、いくつかの波長において求めた含有元素の元素量を未知数としてＸ線吸収の連立方程式を解く方法である。
たとえば、酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃ、カルシウムＣａで構成される生体試料の元素の組成を求めるとすると、まず、各元素の吸収端の両側の波長におけるＸ線の吸収率を取得する。ある波長における入射および透過Ｘ線量をそれぞれＩ０ 、Ｉ、透過率をＴとすると、透過率Ｔおよび吸収Ａは、次のように表わすことができる。
【０００８】
Ｔ＝Ｉ／  Ｉ０ ＝ｅｘｐ［−（μＯρＯｘ＋μＮρＮｘ＋μＣρＣｘ＋μＣａρＣａｘ）
Ａ＝−ｌｎＴ＝μＯρＯｘ＋μＮρＮｘ＋μＣρＣｘ＋μＣａρＣａｘ
ここで、μは質量吸収係数を表わし、ρは密度を表わす。下付文字Ｏ，Ｎ，Ｃ，Ｃａはそれぞれ酸素、窒素、炭素、カルシウムを示す。ｘは領域の厚さを表わし、ρｘは面密度を表わす。すると、ρｘは単位面積あたりの元素含有量となるので、この面密度が求める単位面積あたりの元素の含有量である。
次に、各元素の吸収端両端の吸収の差分Ａ（ｄｉｆ）を、下のように表す。
【０００９】
Ｏ吸収端：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ１Ｏ  −μ２Ｏ）  ρＯｘ＋（μ１Ｎ  −μ２Ｎ）  ρＮｘ＋（μ１Ｃ  −μ２Ｃ）  ρＣｘ＋（μ１Ｃａ  −μ２Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｎ吸収端：
ＡＮ（ｄｉｆ）＝（μ３Ｏ  −μ４Ｏ）  ρＯｘ＋（μ３Ｎ  −μ４Ｎ）  ρＮｘ＋（μ３Ｃ  −μ４Ｃ）  ρＣｘ＋μ３Ｃａ  −μ４Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｃ吸収端：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ５Ｏ  −μ６Ｏ）  ρＯｘ＋（μ５Ｎ  −μ６Ｎ）  ρＮｘ＋（μ５Ｃ  −μ６Ｃ）  ρＣｘ＋（μ５Ｃａ  −μ６Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｃａ吸収端：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ７Ｏ  −μ８Ｏ）  ρＯｘ＋（μ７Ｎ  −μ８Ｎ）  ρＮｘ＋（μ７Ｃ  −μ８Ｃ）  ρＣｘ＋（μ７Ｃａ  −μ８Ｃａ）  ρＣａｘ
ここで、μｉ  は含有元素の吸収端前後の波長λｉ  における質量吸収係数を示す。たとえば下付文字３がついたものは窒素の吸収端の短波長側波長、下付文字４がついたものはその長波長側波長における吸収係数である。上付文字Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｃａはそれぞれ酸素、窒素、炭素、カルシウムを示す。
【００１０】
上の４元連立方程式から、ρＯｘ、ρＮｘ、ρＣｘ、ρＣａｘ を求める。この方法では、分析の対象が既知の場合、すなわち、分子分析の場合は吸収微細構造に含まれる化学結合種が既知の場合、元素分析の場合は含有元素種が既知である場合などは、試料中の元素の含有量を精度よく求めることができる。たとえば、生物試料の場合、炭素、窒素、酸素、などの主要元素については定量が可能である。しかしながら、特に元素分析の場合は、そもそも未知の含有元素を求めることが目的となるのであるが、未知の微量元素についても分析するために予め予想される元素の全てを対象とした分析をするとすれば、常時、極めて多元の連立方程式を解かなければならなくなり、演算負荷が極めて大きくなって実用的でない。
【００１１】
生体中の構成元素の測定方法としてゾーンプレートを用いた走査型Ｘ線顕微鏡装置を利用する場合は、生体内の主要元素すべての組成を測定するために波長掃引を２次元の範囲で行う必要がある。しかし、ゾ−ンプレート型Ｘ線顕微鏡装置では波長ごとに焦点距離が異なるため、２次元の範囲で測定することは、ゾーンプレートの位置調整および２次元の範囲の走査を行うために長時間を要し困難であった。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２１４１６２号公報
【特許文献２】
特開平８−１２２２８１号公報
【非特許文献１】
伊藤、篠原ら「電子ズーム管を用いた軟Ｘ線吸収スペクトルの測定とほ乳動物細胞の局部域における元素分析（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｏｆｔ  Ｘ−ｒａｙ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒａ  ａｎｄ  ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  ｌｏｃａｌ  ｒｅｇｉｏｎｓ  ｏｆ  ｍａｍｍａｌｉａｎ  ｃｅｌｌｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｚｏｏｍｉｎｇ  ｔｕｂｅ  ）」、顕微鏡学会誌（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ），  Ｖｏｌ．．１８１，  Ｐｔ  １，  Ｊａｎｕａｒｙ  １９６６，  ｐｐ．５４−６０
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、含有元素に未知元素が含まれる場合でも試料、特に低原子量元素で構成される生体試料の組成分布を効率よくかつ精度よく算出する簡易なＸ線分光顕微分析方法および光電変換型Ｘ線顕微鏡装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のＸ線分光顕微分析方法は、光電変換型Ｘ線顕微鏡装置において試料にＸ線を波長掃引して照射し波長ごとのＸ線吸収画像を取得して記憶し、得られたＸ線吸収画像から試料上の所定の位置において吸収スペクトルを合成し、この吸収スペクトルに基づいて元素の吸収端構造の有無を検出し、検出した各元素の吸収端構造の吸収端両側の波長における吸収率の差分を左辺とし前記検出した各元素の面密度を右辺の独立変数、それぞれの波長における質量吸収係数の差を各独立変数の係数とした多元１次連立方程式を立てて、この多元１次連立方程式を解くことにより前記各元素の面密度の近似値を求め、この面密度近似値を用いて各元素の吸収スペクトルの寄与分を算出し初めに求めた吸収スペクトルから差し引いて残余のスペクトルを形成し、この残余のスペクトルから、さらに新たな元素の吸収端構造の有無を検出し、新たな元素が検出できたときは、これまでに検出した全ての元素について上記と同様の多元１次連立方程式を立てて、これを解いて各元素の面密度の近似値を算出し、新たな元素が検出できなかったときは、先に求めた面密度近似値をもって試料上の所定位置における各元素の面密度とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明のＸ線分光顕微分析方法では光電変換型Ｘ線顕微鏡を使用する。光電変換型Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線吸収像を電子線に変換して大きな倍率で拡大してＣＣＤ検出素子などで検出して画像化する。本発明の分析方法では、Ｘ線を波長掃引して試料に照射して形成したＸ線画像を記憶しておき、これらを用いて所定の部分を指定して各波長における吸収データを読み出して吸収スペクトルを生成する。したがって、本発明の分析方法によれば、大きく拡大した画像に基づいて試料上の特定の部分を正確に指定して分析することができる。位置の指定は簡単であるので、試料上の組成分布を求めることも容易である。
【００１６】
本発明のＸ線分光顕微分析方法によれば、試料中の指定した部分における吸収スペクトルの形状から元素固有の吸収端を見つけ出して、その部分に含有される元素を同定し、同定された各元素の面密度を独立変数とし、それぞれの元素の吸収端両側の波長における吸収係数を係数として、検出された元素の数だけ独立変数を持った多元１次連立方程式を立て、これを解いて同定された各元素を定量する。
各元素の定量値を用いて、各元素ごとの吸収スペクトルを算出して、初めの吸収スペクトルから差し引いた残余の吸収スペクトルを算出すると、この残余の吸収スペクトルは、まだ同定されていない残りの元素の吸収スペクトルを表し、スケールを拡大すれば微少含有元素の吸収スペクトルの構造が見えるようになる。
【００１７】
そこで、この残余の吸収スペクトルを観察して吸収端構造の有無を調べ、吸収端が存在すれば、その吸収端に対応する元素を新たに同定する。こうして同定された全ての元素を対象にして初めの吸収スペクトルのデータを用いた多元連立方程式を立てて解くことにより、各元素の同定をし直す。
この方法を用いて、たとえば炭素、酸素、窒素など必ず含まれる少数の元素から始めて、１個ずつ他の元素を検出しては連立方程式を立てて解くので、初めから存在の可能性がある全ての元素の数だけ独立変数を持った多元連立方程式を対象にする必要がなく、検出できた元素の数だけしか独立変数を持たない比較的少ない元数の多元１次連立方程式を解けば十分であるため、演算負荷は実用上に妥当な程度に小さい。
【００１８】
なお、含有される可能性がある元素を選択して、それら元素の吸収端の両側の波長を指定し、それら指定波長におけるＸ線吸収データを選択して記憶し、その間欠的なデータにより吸収スペクトルを代表して分析計算を行うようにしてもよい。
分析に使用するＸ線吸収データは、含有される元素の吸収端両側のＸ線吸収だけである。したがって、記憶しておく吸収データが試料に含有される元素の吸収端両側の波長におけるＸ線吸収を含んでいれば分析に不都合はない。そこで、試料に含有されている可能性がある元素を選択して、それらの元素の吸収端前後の波長におけるデータだけを記録するようにすれば、記憶容量も小さくて済み、また分析に必要な演算量も格段に節減が可能である。
【００１９】
また、上記課題を解決するため、本発明の光電変換型Ｘ線顕微鏡装置は分光分析用の演算処理装置を備えるもので、光電変換面に密着して設置した試料の背後から波長掃引したＸ線を照射して形成した電子像を電子イメージ拡大装置で拡大して画像検出部に結像させ、演算処理装置が画像検出部からＸ線吸収画像を掃引波長ごとに画像メモリに格納して、Ｘ線画像中の任意の位置が指定されると、指定された位置に対応する画像信号を必要な波長について取り出して、指定部分の測定Ｘ線吸収スペクトルとして合成する。
【００２０】
演算処理装置は、さらに、測定Ｘ線吸収スペクトルに基づいて元素の吸収端構造の有無を検出し、検出された各元素の吸収端構造の吸収端両側の波長における吸収率の差分を左辺とし検出した各元素の面密度を右辺の変数とし両側波長における質量吸収係数の差を各右辺変数の係数とした多元連立方程式を立てて解くことにより各元素の面密度の近似値を求め、求めた面密度近似値を用いて各元素の吸収スペクトルの寄与分を算出し測定吸収スペクトルから差し引いて残余のスペクトルを形成し、残余スペクトルの形状からさらに新たな元素の吸収端構造の有無を検査する。
新たな元素が検出できたときは、これまでに検出した全ての元素について上記と同様の多元連立方程式を立てて解いて各元素の面密度の新しい近似値を算出し、新たな元素が検出できなかったときは、最後の面密度近似値をもって指定位置における各元素の面密度とすることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光電変換型Ｘ線顕微鏡装置を用いることにより、大きく拡大した画像に基づいて試料上の特定の部分を正確に指定して分析することができる。位置の指定は簡単であるので、試料上の組成分布を求めることも容易である。また、演算負荷も大きくなく、演算処理装置はパソコンを利用することもできる。さらに、低原子量元素から構成される生体試料について、元素の同定と定量が容易にできるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のＸ線分光顕微分析方法を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本実施例の方法は、試料を測定して得た吸収スペクトルに現れる吸収端構造に基づいて元素の含有を検出し、測定吸収スペクトルに基づいて、検出した元素に関する多元１次連立方程式を解いて元素の含有量を推定し、その含有量推定値を持った物質の吸収スペクトルを算定し測定吸収スペクトルから差し引いて残余スペクトルを求め、この残余スペクトルに現れる吸収端構造によって含有されるさらに別の元素を見いだす。
【００２３】
さらに、測定吸収スペクトルに基づいて、それまでに検出した元素に関する多元連立方程式を立ててこれを解くことにより、含有する元素の含有量を推定し、上と同じ方法で残余スペクトルを生成してさらに別の元素の吸収端構造を探す。
この手順を繰り返して、新しい元素が見いだせなくなったときに最終的な推定値を物質に含まれた元素の含有量とする。
したがって、多元連立方程式の項数はそれまでに発見された元素の種類と同じ数になるので、項数は繰り返し演算に伴って徐々に増加するが、必要最小限に抑えられ、演算負荷は無駄に大きくなることがない。
【００２４】
図１は本実施例に使用するＸ線顕微鏡装置を示す概念構成図である。図１のＸ線顕微鏡装置は、Ｘ線発生装置１と光電変換面２と電子イメージ拡大装置３と画像検出部４と演算処理装置５を備える。
Ｘ線発生装置１は、グレーティングや全反射ミラーなどにより適当な範囲内で波長掃引しながらＸ線を放射する。シンクロトロン放射光を利用してもよい。Ｘ線発生装置１から放射されるＸ線は、光電変換面２に照射する。
光電変換面２は支持膜の後ろに、たとえば、金薄膜とヨウ化セシウムやアンチモンセシウムの膜の２層構造体薄膜などの光電変換機能を有する光電変換膜が配置されている。支持膜の表面には測定対象の試料が密着貼付されていて、光電変換面２の上には試料が遮断した部分が陰となったＸ線像が形成される。光電変換面２は、Ｘ線が入射した位置で入射Ｘ線の強度に対応した量の光電子を表面に放出し、Ｘ線画像に対応した電子像を形成する。
【００２５】
電子イメージ拡大装置３は、光電変換面２表面に発生する電子像からアノードで光電子を引き出して、対物レンズと投射レンズで像拡大して、所定の距離にある面状の画像検出部４に拡大電子像として投射する。
画像検出部４は、電子像を可視像化する機能素子で、たとえば、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）とその後方に設けられた蛍光面で構成して人が観察できる可視像にしたり、さらに、蛍光面の後方に設けられたリレーレンズを内蔵する光学系とＣＣＤカメラにより電気信号化することができる。
【００２６】
画像検出部４で電気信号化された画像信号は適当な画像処理を施すことにより測定の目的に適った画像としてモニター上に表示すると共に、演算処理装置５に送られ、ここで分析処理が行われる。
演算処理装置５は、画像検出部４で形成されるＸ線吸収像の画素に対応した画像メモリを多数備えていて、各波長ごとにＸ線吸収画像を濃淡像として記憶することができる。
【００２７】
画像メモリに記憶させるＸ線吸収像は、波長刻みが小さいほど情報量が大きく後の演算における自由度が大きくなるが、メモリ容量が大量に必要となる。本発明の分析方法による含有元素の同定および定量には、含有される元素の吸収端前後の波長におけるデータを利用し、それ以外は使わない。
したがって、試料に含有される可能性がある元素が決まっている場合は、それら元素の吸収端前後の予め決められた波長における吸収像を記憶させておけば十分である。そこで、実際の分析装置では、検出可能性がある元素に係る波長におけるＸ線吸収像のみを記憶させることにより装置の簡素化と演算の簡略化を図ることができる。
【００２８】
図２は、生体を構成する主な元素について、その吸収端の波長と、吸収端の両側で分析に用いる波長の例をリストした表である。たとえば窒素は３．０９９ｎｍの位置に吸収端があり、分析のため吸収端前後の３．０ｎｍと３．１５ｎｍにおける吸収率の差を利用することができる。また、炭素は４．３６８ｎｍに吸収端があり、たとえば４．２５ｎｍと４．４５ｎｍにおける吸収率を分析に利用すればよい。
【００２９】
図３は、演算処理装置５による分析手順を示すフロー図である。
Ｘ線分光顕微分析を行うときは、まずループ演算回数を表すパラメータｉをリセットする（Ｓ１）。次に、オペレータがモニタを介して分析対象とする部分を指定すると、指定した部分に対応する画像メモリ上のピクセル位置のデータを読み出し、波長を独立変数とする第０次の吸収スペクトルを生成する（Ｓ２）。第０次スペクトルは、試料について観測された元のＸ線吸収スペクトルである。
吸収スペクトルは、波長を適当に密な間隔で取って生成してもよいが、上で述べたように、分析に使用する波長にのみ注目して他の波長を無視したスペクトルであってもよい。
【００３０】
図４は、簡単化したモデル物質について作成した第０次吸収スペクトル図である。図４の吸収スペクトルは、試料に炭素、酸素、窒素、カルシウム、および鉄しか含まれず、炭素、酸素、窒素の面密度が共に１×１０−６ｇ／ｃｍ２、カルシウムが１×１０−７ｇ／ｃｍ２、鉄が１×１０−８ｇ／ｃｍ２であるときを示す。吸収スペクトルは、それぞれの元素の吸収端両側の波長における吸収率のみを示している。矢印はそれぞれの吸収端の波長位置、グラフ中の黒点は分析計算に用いる波長における吸収を示す。
【００３１】
このような第０次吸収スペクトルを観察することにより、吸収端構造の有無を判定する（Ｓ３）。図４では、酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃしか明らかな吸収端構造を表していない。そこで、ループ演算回数ｉを歩進して１とし（Ｓ４）、新しく同定した元素種（初めはＯ，Ｎ，Ｃ）を追加し、これまでに同定された元素数をＮｉ（ここでは３）とする（Ｓ５）。
【００３２】
そして、第０次吸収スペクトルのデータを用いて、同定した各元素の吸収端両側の波長における試料全体によるＸ線吸収の差分Ａａ（ｄｉｆ）（ａは同定した元素を表す。）を算出して左辺に置き、右辺にはそれぞれの元素ｊが吸収端両側の波長ｋにおいて示す質量吸収係数μｋｊの吸収端両側同士の差分を係数とし面密度ρｊｘを変数としたＮｉ元の１次方程式をＮｉ個生成してＮｉ元連立方程式とし、この連立方程式を解いて各元素の面密度を求める（Ｓ６）。
【００３３】
図４の例ではＯ，Ｎ，Ｃの３個の元素が同定されているから、下の３元１次連立方程式となる。
Ｏ吸収端両側：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ１Ｏ  −μ２Ｏ）  ρＯｘ＋（μ１Ｎ  −μ２Ｎ）  ρＮｘ＋（μ１Ｃ  −μ２Ｃ）  ρＣｘ
Ｎ吸収端両側：
ＡＮ（ｄｉｆ）＝（μ３Ｏ  −μ４Ｏ）  ρＯｘ＋（μ３Ｎ  −μ４Ｎ）  ρＮｘ＋（μ３Ｃ  −μ４Ｃ）  ρＣｘ
Ｃ吸収端両側：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ５Ｏ  −μ６Ｏ）  ρＯｘ＋（μ５Ｎ  −μ６Ｎ）  ρＮｘ＋（μ５Ｃ  −μ６Ｃ）  ρＣｘ
３元連立方程式は比較的簡単に解けて、各元素の面密度が第１近似値として求まる。
【００３４】
次に、これら同定された元素が第ｉ次近似値として求めた面密度を有するとしたときに呈するはずのＸ線吸収スペクトルを算出して、第ｉ次吸収スペクトルとする（Ｓ７）。
実験で得られた第０次吸収スペクトルから第ｉ次吸収スペクトルを差し引いて、差分スペクトルを生成する（Ｓ８）。
図５は、図４の例において第０次吸収スペクトルから第１次吸収スペクトルを差し引いて生成された差分スペクトルを示すものである。縦軸のスケールは１０倍に拡大されている。
【００３５】
差分スペクトルのパターンから吸収端構造の存比を判定する（Ｓ３）。吸収端の形状は顕著であるので、パターン認識により機械的に決定することができる。なお、差分スペクトルをモニタに表示して、オペレータがこれを観察して判断するようにしてもよい。
図５には、カルシウムの吸収端構造が明確に浮かび出ていて、容易に同定することができる。
【００３６】
新たに同定できる元素があったときは、さらに新しく同定された元素の吸収端両側波長について各元素のデータを取得して、先と同様にＳ４からＳ８まで歩進し、これまでに同定された全ての元素数Ｎｉ個のＮｉ元方程式からなる連立方程式を立ててこれを解き、各元素の面密度の第ｉ近似値を求めて、最後にＳ３に戻る。
【００３７】
図４の例では、図５の差分スペクトルからカルシウムの存在が明確になったので、第０次吸収スペクトルに基づいて、下の４元１次連立方程式が立てられる。Ｏ吸収端両側：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ１Ｏ  −μ２Ｏ）  ρＯｘ＋（μ１Ｎ  −μ２Ｎ）  ρＮｘ＋（μ１Ｃ  −μ２Ｃ）  ρＣｘ＋（μ１Ｃａ  −μ２Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｎ吸収端両側：
ＡＮ（ｄｉｆ）＝（μ３Ｏ  −μ４Ｏ）  ρＯｘ＋（μ３Ｎ  −μ４Ｎ）  ρＮｘ＋（μ３Ｃ  −μ４Ｃ）  ρＣｘ＋（μ３Ｃａ  −μ４Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｃ吸収端両側：
Ａｏ（ｄｉｆ）＝（μ５Ｏ  −μ６Ｏ）  ρＯｘ＋（μ５Ｎ  −μ６Ｎ）  ρＮｘ＋（μ５Ｃ  −μ６Ｃ）  ρＣｘ＋（μ５Ｃａ  −μ６Ｃａ）  ρＣａｘ
Ｃａ吸収端両側：
ＡＣａ（ｄｉｆ）＝（μ７Ｏ  −μ８Ｏ）  ρＯｘ＋（μ７Ｎ  −μ８Ｎ）  ρＮｘ＋（μ７Ｃ  −μ８Ｃ）  ρＣｘ＋（μ７Ｃａ  −μ８Ｃａ）  ρＣａｘ
この４元連立方程式を解くことによって、４個の元素について面密度の第２近似値が得られる。
【００３８】
さらに、第２近似値を用いて求めた第２次吸収スペクトルを第０次吸収スペクトルから差し引いて求めた差分スペクトルから最後の鉄の吸収端構造が見いだされるので、第０次吸収スペクトルに基づいて５個の元素について５元１次連立方程式を生成して解いて、５個の元素について面密度の第３近似値を算定する。
この手続を差分スペクトルにおいて吸収端が観察されなくなるまで繰り返す。
【００３９】
差分スペクトルに吸収端構造が観察できなかったときには、既に同定された元素以外には顕著な元素が含まれないとして、最後に求めた第ｉ次近似値をもってそれぞれの面密度の測定値とする（Ｓ９）。
本方法によって求めた面密度は元素量に対応するので、各元素の相対的な重量比を知ることができる。また、試料の厚さを別の手法で求めることができれば、面密度を厚さで割ることにより密度を求めることが可能である。
本実施例の方法を用いることにより、未知試料に含まれる元素を最小限の項数を持った多元連立方程式を解くことにより、正確に検出し面密度として元素量を求めることができる。したがって、試料に含まれる各元素の相対的な重量比を知ることができる。
【００４０】
この方法は、拡大倍率の高いＸ線吸収画像を生成する光電変換型Ｘ線顕微鏡装置を用いるので、試料の部分を正確に指定して成分分析することができる。また、Ｘ線吸収画像中に任意の位置を選択して分析することにより未知試料に含まれる元素の２次元分布を明らかにすることができる。
光電変換型Ｘ線顕微鏡は生体試料を取り扱うこともできるので、特に生体試料について対象部分を特定して比較的軽い元素を定量することができる。微量な軽元素の検出には他に適当な手法がないので、本発明の手法は特に有用である。
【００４１】
さらに、本実施例の方法によれば、一旦Ｘ線画像を生成した後は、分析する部分は何度でも任意に指定し直して結果を得ることができる。
なお、上記説明では、技術上の概念を分かり易く説明するために、画像メモリから読み出したデータに基づいて吸収スペクトルを合成するとしたが、実際の構成では各演算に必要なデータのみを抽出すれば足りて、連続したスペクトルとして扱う必要がないことはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線分光顕微分析方法および光電変換型Ｘ線顕微鏡装置によって、含有元素に未知元素が含まれる場合でも試料、特に低原子量元素で構成される生体試料の組成分布を効率よくかつ精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に使用するＸ線顕微鏡装置を示す概念構成図である。
【図２】生体を構成する主な元素について吸収端と分析に用いる波長をリストした表である。
【図３】本実施例における分析の演算処理を示すフロー図である。
【図４】簡単化したモデル物質の吸収スペクトル図である。
【図５】本実施例で使用する差分スペクトルの例を示す図面である。
【符号の説明】
１  Ｘ線発生装置
２  光電変換面
３  電子イメージ拡大装置
４  画像検出部
５  演算処理装置
【図１】
2004294233.tif 000003
【図２】
2004294233.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004294233.tif 000006
【図５】
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