(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部がＸ線源に結合され微細な内部通路を通って先端から励起用の微細なＸ線ビームを照射するＸ線照射用ガイドと、基端部がＸ線検出器に結合され先端から入射したＸ線を内部通路を通って前記Ｘ線検出器に導くＸ線検出用ガイドを、それらの内部通路の軸線がそれぞれの延長線上で互いに交差するようにそれぞれの先端側から試料に挿入し、
前記Ｘ線照射用ガイドの先端から照射されたＸ線により試料から発生した蛍光Ｘ線が前記Ｘ線検出用ガイドの先端に届く距離まで両ガイドの先端を接近させて配置し、
前記Ｘ線照射用ガイドの先端からＸ線を照射し、その照射Ｘ線により試料内部で発生した蛍光Ｘ線を前記Ｘ線検出用ガイドにより前記Ｘ線検出器に導いて検出することを特徴とする試料内微小部位の分析方法。
【請求項２】
前記ガイドのうち少なくとも前記Ｘ線検出用ガイドは注射針であり、前記両ガイドを試料に挿入して分析を行なうときには、その注射針の先端傾斜面の方向は励起用のＸ線が直接照射されないような位置と方向に設定する請求項１に記載の分析方法。
【請求項３】
励起用Ｘ線を発生するＸ線源と、
基端部が前記Ｘ線源に結合され微細な内部通路を通って先端から微細なＸ線ビームを照射し、先端部から試料に挿入されるＸ線照射用ガイドであって、チューブからなり、先端には内部への試料の侵入を防ぐためのＸ線透過性カバーが設けられているＸ線照射用ガイドと、
Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
基端部が前記Ｘ線検出器に結合され先端から入射したＸ線を内部通路を通って前記Ｘ線検出器に導き、先端部から試料に挿入されるＸ線検出用ガイドであって、チューブからなり、先端には内部への試料の侵入を防ぐためのＸ線透過性カバーが設けられているＸ線検出用ガイドと、
を備えた蛍光Ｘ線による試料内微小部位の分析装置。
【請求項４】
前記ガイドは先端が尖端となっているニードルである請求項３に記載の分析装置。
【請求項５】
前記ガイドは注射針である請求項３に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体試料や微細構造物試料の元素分析、定性分析、定量分析、化学結合状態測定などを行なうための蛍光Ｘ線分析方法とそれに用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料表面の元素分析や定性、定量を行なう分析方法としては、固体の表面に電子線を照射し、生じた２次電子によって表面から深さ数ｎｍの領域の元素分析を行なうＦＥ−ＡＥＳ（電界放射型オージェ電子分光分析）、固体試料に高速のイオンビームを照射し、スパッタリング現象によって試料最表面の元素分析を行なうＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン質量分析）、試料に電子線を照射し、生じた特性Ｘ線によって試料表面の元素分析を行なうＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナリシス）などが行なわれており、測定対象物にＸ線を照射し、それによって対象物から生じた蛍光Ｘ線を検出して試料の構造を観察する蛍光Ｘ線分析も表面分析手法の１種である。
【０００３】
蛍光Ｘ線分析法により試料内部の元素分析を行なうには、試料の断面を切り出してその表面を測定対象とするという方法がとられている。
蛍光Ｘ線分析法により非破壊的に試料内部の微小空間に対して元素分析する方法として、励起側と検出器側に２つのＸ線集光レンズを共焦点配置で配置することにより、試料内部の３次元蛍光Ｘ線分析を行なう方法が提案されている（非特許文献１参照。）。その方法では、試料の外部からＸ線を照射し、そのＸ線により励起されて試料から大気（又は真空）側に放射された蛍光Ｘ線のみを検出している。しかし、試料によるＸ線強度の大幅な減衰のため、Ｘ線エネルギーや試料の種類にもよるが、その提案の方法においても、Ｘ線の侵入深さや蛍光Ｘ線の検出深さが数μｍ程度と浅いことが問題点として残されている。
【非特許文献１】Proceeding of SPIE 4144 (2000)174-182
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光Ｘ線分析法においても、試料を破壊せずに内部を測定することに対する要請はあるものの、これまで上述のＸ線集光レンズを用いる方法以外に適当な非破壊的な測定方法は提案されていない。
本発明は、試料内部の微小空間における元素分析を非破壊的に行なえるようにする方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の試料内微小部位の分析方法は、基端部がＸ線源に結合され微細な内部通路を通って先端から励起用の微細なＸ線ビームを照射するＸ線照射用ガイドと、基端部がＸ線検出器に結合され先端から入射したＸ線を内部通路を通って前記Ｘ線検出器に導くＸ線検出用ガイドを、それらの内部通路の軸線がそれぞれの延長線上で互いに交差するようにそれぞれの先端側から試料に挿入し、前記Ｘ線照射用ガイドの先端から照射されたＸ線により試料から発生した蛍光Ｘ線が前記Ｘ線検出用ガイドの先端に届く距離まで両ガイドの先端を接近させて配置し、前記Ｘ線照射用ガイドの先端からＸ線を照射し、その照射Ｘ線により試料内部で発生した蛍光Ｘ線を前記Ｘ線検出用ガイドにより前記Ｘ線検出器に導いて検出する方法である。
【０００６】
本発明の測定対象となる試料はガイドが挿入できる柔らかさをもっている必要はあるが、試料表面から測定対象部位までの深さはガイドの挿入深さにより定まるので、試料表面から数ｍｍから数ｃｍ程度、又はそれよりも深い位置にすることもできる。
また、測定対象部位の大きさは試料内に挿入された両ガイドの先端間の距離により定まるので、直径数ｍｍ、又は１ｍｍ以下の微小部位とすることもできる。
【０００７】
試料には両ガイドを挿入するので、厳密な意味では非破壊測定ではないが、試料の断面を切り出す方法に比べるとより非破壊に近い状態となり、ガイドを細くするほど、より非破壊に近い状態となる。本発明における「非破壊的」とは、ガイドを挿入するが、測定後にガイドを抜くことにより現状に近い状態に復帰することを意味する。特に試料が生きた生体試料の場合には、生体が回復することにより非破壊測定により一層近づくということができる。
【０００８】
ガイドのうち少なくともＸ線検出用ガイドには注射針を用いることができる。その場合、両ガイドを試料に挿入して分析を行なう際に、その注射針の先端傾斜面の方向は励起Ｘ線が直接照射されないような位置と方向に設定するのが好ましい。
【０００９】
本発明の試料内微小部位の分析装置は、Ｘ線源と、基端部がＸ線源に結合され微細な内部通路を通って先端から微細なＸ線ビームを照射し、先端部から試料に挿入されるＸ線照射用ガイドと、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、基端部がＸ線検出器に結合され先端から入射したＸ線を内部通路を通ってＸ線検出器に導き、先端部から試料に挿入されるＸ線検出用ガイドとを備えている。
【００１０】
ガイドは先端が尖端となっているニードルであるのが好ましい。
また、ガイドがチューブ状のものである場合には、先端には内部への試料の侵入を防ぐためのＸ線透過性カバーが設けられていることが好ましい。
【００１１】
ガイドの好ましい一例は医療分野で薬液注入や血液採取などに使用されている注射針である。市販の注射針はストレート、つまり、平行管であるが、Ｘ線の照射効率や取り込み効率の向上のために、テーパー（傾斜）のついている針を用いることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、Ｘ線照射用ガイドの先端とＸ線検出用ガイドの先端部を、内部通路の軸線が延長線上で互いに交差するように３次元的に交点を結ぶように試料内部に配置するようにしたので、試料内部の測定部位の元素分析を非破壊的に行なうことができるようになると共に、ガイドの長ささえあれば数ｃｍ又はそれ以上深い部分の測定も行なうことができて、深さ方向の制限が緩和される。
【００１３】
試料内部の分析対象となる領域の大きさはガイド先端の大きさにも依存するが、適切な針状のものを用いることにより、数百μｍから数ｍｍの大きさを有する微小空間、又はそれよりも微小な空間を測定対象とすることができる。
ガイドとして先端が尖端となっているニードルを使用すれば、試料への挿入が容易になる。
【００１４】
ガイドとして注射針を使用する場合、市販の注射針では内径０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のものが容易に入手できる。注射針としてはその先端径が０．２ｍｍ以下のものを作成することも可能であり、そのような微細な注射針をガイドとして用いるとμｍオーダーの微小空間を測定対象とすることもできる。
【００１５】
Ｘ線検出用ガイドに注射針を使用するときは、その先端傾斜面の方向が励起用のＸ線が直接照射されないような位置と方向に設定するようにすれば、励起用のＸ線が注射針に当たるのを防ぐことができるので、注射針の金属からの蛍光Ｘ線の発生を抑えることができて、目的元素からの蛍光Ｘ線検出のＳ／Ｎ（信号対ノイズ）比を向上させることができる。
ガイドとして注射針のようなチューブ体を使用する場合、その先端に内部への試料の侵入を防ぐためのＸ線透過性カバーが設けられているときは、ガイド内部へ浸入した試料によるＸ線の減衰を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に蛍光Ｘ線分析装置からなる本発明の試料内微小部位分析装置の一実施例を説明する。
図１は同実施例の概略構成図である。Ｘ線照射部は、励起用Ｘ線を発生するＸ線源１と、基端部がＸ線源１に結合され微細な内部通路を通って先端から微細なＸ線ビームを照射し、先端部から試料に挿入されるＸ線照射用ガイド３とを備えている。Ｘ線源１としては市販のＸ線管を用い、Ｘ線源１のＸ線出射窓にはベリリウム、窒化ホウ素、グラファイトなどのＸ線透過材料が設けられている。Ｘ線源１のＸ線出射窓から出射したＸ線のうち、ガイド３の基端部から内部に入射したＸ線が内部通路を通って先端から放射される。
【００１７】
Ｘ線源１のＸ線出射窓とガイド３の基端部との間には、管球由来のＸ線が蛍光Ｘ線測定に影響を与えるのを防ぐために、ジルコニウム、アルミニウム、真鍮など、測定対象元素に応じて適当なフィルタが設けられることがある。
【００１８】
蛍光Ｘ線受光部は、Ｘ線を検出するＸ線検出器５と、基端部がＸ線検出器５に結合され先端から入射したＸ線を内部通路を通ってＸ線検出器５に導き、先端部から試料に挿入されるＸ線検出用ガイド７と、そのガイド７の位置調整を行なうためのＸ線検出器位置調整用ステージ９とを備えている。Ｘ線検出器５としてはエネルギー分散型Ｘ線検出器を用いる。ガイド７の先端から入射したＸ線が内部通路を通ってＸ線検出器５に導かれて検出される。
【００１９】
ガイド３，７として、ここでは注射針を使用する。その注射針として、ステンレス製で、内径が０．９４ｍｍ、外径が１．２ｍｍの市販品を用いる。その注射針の内部がＸ線の通路となり、先端の傾斜面には先端開口から内部通路に試料が侵入するのを防ぐためのＸ線透過性カバー１３，１５がそれぞれ設けられている。Ｘ線透過性カバー１３，１５としてはポリイミドフィルムやカプトン膜などの高分子フィルムを用いることができ、ガイド３，７の先端傾斜面に接着剤などにより取りつけることができる。
【００２０】
ガイド３，７の先端部が挿入される試料４は、試料位置調整用ステージ１１上に載置される。ステージ９及びステージ１１は、それぞれＸＹＺ方向（Ｘ，Ｙ方向は面内方向、Ｚ方向はそれらに直交する高さ方向である。）に移動して試料４とガイド７の位置を調整することにより、試料４内部の測定対象領域を調整することができる。
【００２１】
この実施例において、ガイドと３，７を、それらの内部通路の軸線がそれぞれの延長線上で互いに交差するようにそれぞれの先端側から試料４に挿入し、ガイド３の先端から照射されたＸ線により試料４の内部で発生した蛍光Ｘ線がガイド７の先端に届く距離まで両ガイド３，７の先端を接近させて配置し、ガイド３の先端からＸ線を照射し、その照射Ｘ線により試料内部で発生した蛍光Ｘ線をガイド７によりＸ線検出器５に導いて検出する。
【００２２】
以下にこの実施例の試料内微小部位分析装置の動作を説明する。
Ｘ線源１として、モリブデンをターゲットとし、ベリリウムＸ線出射窓をもつＸ線管を使用し、Ｘ線源１のＸ線出射窓とガイド３の基端部との間にジルコニウムフィルタを配置して励起用Ｘ線を照射した。
【００２３】
検量線データを取得するための標準試料としてゼリー状のものを用意した。その標準試料は、（１）Ｚｎ（ＮＯ3）2６Ｈ2Ｏを蒸留水に溶かして温度を調整し、（２）それにゼラチンを混ぜ、一度温めることによってゼラチンを完全に溶かした後、（３）冷蔵庫で冷やして固めることによって作成した。そのようにして、亜鉛濃度が０のものを含めて亜鉛濃度の異なる６種類の標準試料を用意した。
測定試料として、生体試料である缶詰の牡蠣を使用した。
【００２４】
測定では、ステージ１１の試料４の位置に標準試料又は測定試料を載置する。ガイド３を試料に挿入してＸ線源１からのＸ線をガイド３によって試料の内部に導けるようにし、ガイド７も試料に挿入して試料内部で発生した蛍光Ｘ線をガイド７によりＸ線検出器５に導くことができるようにする。このとき、ガイド３，７の先端開口は高分子ポリマーで被われているため、ガイド３，７の内部通路に試料が侵入することはない。
【００２５】
ガイド３，７の先端は約１２度に鋭角となっており、その先端傾斜面の方向は、図１のように互いの開口のある面が斜めに対向する向きに設定し、ガイド３から出射した励起Ｘ線の一部がガイド７の先端に照射される距離まで接近するように配置した。このようなガイド３，７の先端部の配置は、蛍光Ｘ線の受光感度が高まる利点をもつとともに、ガイド７の金属からの蛍光Ｘ線も同時に発生する欠点ももつ。ガイド３とガイド７のなす角度はおよそ９０度になるように配置したが、試料や測定の状況に応じて変化させることもできる。
【００２６】
ガイド７とＸ線検出器５は一体化されており、ガイド７の先端部の位置はステージ９によって調整することができる。試料内部の測定される微小空間の大きさはステージ９の調整により制御される。
【００２７】
具体的な手順としては、初めにＸ線検出用ガイド７を試料４から遠ざけておき、ステージ１１によりガイド３が試料４に挿入されるように、試料４をガイド３の方向に移動させる。次に、ステージ９によりガイド７を試料４に挿入して、試料４中でガイド３の先端とガイド７の先端の位置を調整する。その後、Ｘ線源１から励起Ｘ線を発生させてガイド３の先端から試料４内に照射し、発生した蛍光Ｘ線をガイド７で受けて検出器５で検出する。Ｘ線源１は電圧４０ＫＶ、電流３０ｍＡでＸ線を発生させ、検出器５で検出された信号を増幅器や多重波高分析器を通じてエネルギー分析し、３００秒間にわたって積分して蛍光Ｘ線スペクトルを得た。
試料４中でガイド３の先端とガイド７の先端との相対的な位置関係は、全ての標準試料と測定試料で同じになるように、ステージ９を調整した。
【００２８】
図２はＺｎ濃度を５００ｐｐｍに調製した標準試料を測定したときのＸ線スペクトルであり、横軸はエネルギー、縦軸は強度である。下側のスペクトルはＸ線エネルギー１〜１９ＫｅＶの範囲の全スペクトルを示しており、右端の１６〜１８ＫｅＶの大きなスペクトルは励起Ｘ線のスペクトル、左側の４〜１０ＫｅＶの枠で囲まれたスペクトルは蛍光スペクトルである。蛍光スペクトルは拡大して上側に示している。８．５〜９ｋｅＶ付近に標準試料中のＺｎによる蛍光Ｘ線ピークが見られる。６．５ｋｅＶ付近にあるＦｅによる蛍光Ｘ線ピークはガイド７の注射針から発生した蛍光Ｘ線である。
Ｚｎ濃度を異ならせた他の標準試料についても同じ条件で蛍光Ｘ線スペクトルを測定した。
【００２９】
図３は亜鉛の濃度を０〜１０００ｐｐｍの範囲で種々に変化させて調製した標準試料についてのＺｎ濃度（ｐｐｍ）とＺｎの蛍光Ｘ線スペクトルピークの強度との関係を示したものである。相関係数Ｒが０．９９６８４となって、良好な直線性を示しており、このデータが未知試料の亜鉛濃度を測定する際の検量線となりうることを示している。
なお、図３中の“ＮＥＴ”は「生強度」という意味で、全強度からバックブランド強度を差し引いた正味の強度を意味している。
【００３０】
図４は標準試料と同じ条件で測定試料としての牡蠣を測定したときのＸ線スペクトルを図２と同様に示したものである。８．５〜９ｋｅＶ付近にＺｎによる蛍光Ｘ線のピークが見られる。そのピーク強度を図３の検量線データに当てはめると、牡蠣中の亜鉛濃度を定量することができる。
【００３１】
図５は他の実施例における試料中でのガイド３，７の先端部の配置を示したものである。ガイド３，７の先端部で開口がある傾斜面は、互いに反対側を向くように配置されている。ガイド３とガイド７のなす角度はおよそ９０度になるように配置したが、試料や測定の状況に応じて変化させることもできる。
【００３２】
ガイド３，７のこの配置により、ガイド３の先端から放射された励起Ｘ線がガイド７の先端部に照射されることがなくなり、ガイド７の金属から発生する蛍光Ｘ線の発生を抑えることができる。その反面、測定対象部位とガイド３，７の先端開口との距離が長くなり、励起Ｘ線、蛍光Ｘ線ともに試料による減衰が大きくなって感度が低下する。
【００３３】
図６はガイド３，７の配置を図５のようにした場合の標準試料の測定結果を示したものである。ガイド３，７の配置が異なる点を除いて、標準試料のＺｎ濃度も、Ｘ線源１のＸ線発生条件も、図２のＸ線スペクトルを得たときの条件と同じにした。
図２の結果と比べると、全体の検出感度は低下しているものの、注射針自体から発生するＦｅによる蛍光Ｘ線のピークは見られない。
【００３４】
本発明は、ガイド先端の形状や試料への挿入方向など、上記の実施例に限定されるものではなく、その他の形状や配置にすることも可能である。例えば、ガイドとしては注射針を用いたが、他の形状のものを使用することもできる。材質もＸ線を導けるものであれば特に制約はなく、石英ガラス製キャピラリなどでもよい。
また、ガイドは内部が中空でなければならないこともなく、Ｘ線を透過させる材質であれば中実のものであってもよく、中実のガイドであれば内部に試料が侵入することがないので、ガイド先端に試料の侵入を防ぐカバーを設ける必要がなくなる。
【００３５】
測定試料が生きた生体であれば、測定後に開放し、所定時間経過後に再び測定して特定元素の経時変化を測定するというような方法も可能になる。
ガイドの長さを長くするだけでいくらでも深い部分を測定することができることから、１固体の生体試料（人体を除く）について、複数個所の測定を行なうこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、生体試料や微細構造物試料の内部状態を測定したり元素分析をしたりするための試料内微小部位の測定に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施例を示す概略構成図である。
【図２】同実施例において標準試料を測定したときのＸ線スペクトルを示す波形図である。
【図３】同実施例において亜鉛の濃度を異ならせた標準試料を測定して得たＺｎの検量線を示すグラフである。
【図４】同実施例において測定試料を測定したときのＸ線スペクトルを示す波形図である。
【図５】実施例におけるガイド先端部を示す概略構成図である。
【図６】同実施例において標準試料を測定したときのＸ線スペクトルを示す波形図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      Ｘ線源
３      Ｘ線照射用ガイド
５      Ｘ線検出器
７        Ｘ線検出用ガイド
９      Ｘ線検出器位置調整用ステージ
１１      試料位置調整用ステージ
１３，１５      Ｘ線透過性カバー
【図１】
0004651473.tif 000002
【図２】
0004651473.tif 000003
【図３】
0004651473.tif 000004
【図４】
0004651473.tif 000005
【図５】
0004651473.tif 000006
【図６】
0004651473.tif 000007