(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機からの赤外線とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、赤外線の照射によって試料において生ずる反射赤外線または透過赤外線を赤外線検出器によって検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記赤外線検出器の出力をＦＴ−ＩＲ信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部およびＦＴ−ＩＲ信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果に基づいて前記試料の同定を行うように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【請求項２】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機からの赤外線とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、赤外線の照射によって試料において生ずる反射赤外線または透過赤外線を赤外線検出器によって検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記赤外線検出器の出力をＦＴ−ＩＲ信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部およびＦＴ−ＩＲ信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果および試料の測定位置情報に基づいてコンピュータ上で復像化し、同一画面上に前記試料のＸ線分析およびＦＴ−ＩＲ分析に基づくマッピング画像を同時に表示するように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【請求項３】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、レーザ光の照射によって試料において生ずる散乱光をラマン光分析部で検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記ラマン光分析部の検出出力をラマン信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部およびラマン信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果に基づいて前記試料の同定を行うように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【請求項４】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、レーザ光の照射によって試料において生ずる散乱光をラマン光分析部で検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記ラマン光分析部の検出出力をラマン信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部およびラマン信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果および試料の測定位置情報に基づいてコンピュータ上で復像化し、同一画面上に前記試料のＸ線分析およびラマン分析に基づくマッピング画像を同時に表示するように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【請求項５】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機からの赤外線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、赤外線の照射によって試料において生ずる反射赤外線または透過赤外線を赤外線検出器によって検出するとともに、レーザ光の照射によって試料において生ずる散乱光をラマン光分析部で検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記赤外線検出器の出力をＦＴ−ＩＲ信号処理部によって処理し、また、前記ラマン光分析部の検出出力をラマン信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部、ＦＴ−ＩＲ信号処理部およびラマン信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果に基づいて前記試料の同定を行うように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【請求項６】
試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機から赤外線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、赤外線の照射によって試料において生ずる反射赤外線または透過赤外線を赤外線検出器によって検出するとともに、レーザ光の照射によって試料において生ずる散乱光をラマン光分析部で検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記赤外線検出器の出力をＦＴ−ＩＲ信号処理部によって処理し、また、前記ラマン光分析部の検出出力をラマン信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部、ＦＴ−ＩＲ信号処理部およびラマン信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果および試料の測定位置情報に基づいてコンピュータ上で復像化し、同一画面上に前記試料のＸ線分析、ＦＴ−ＩＲ分析およびラマン分析に基づくマッピング画像を同時に表示するように構成したことを特徴とする物質同定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、未知物質等の同定に用いられる新規で有用な物質同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、未知の物質を同定する場合、その未知物質が無機物であれば螢光Ｘ線分析装置が用いられ、有機物であればＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光計）が用いられる。そして、前記未知物質が無機物であるか有機物であるかが予め分かっていない場合には、図４に示すように、螢光Ｘ線分析装置およびＦＴ−ＩＲの両方を用いて測定を行い、それらの測定結果を互いに比較することにより、判断を行い、未知物質の同定を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図４に示した手法によれば、同じ試料を螢光Ｘ線分析装置およびＦＴ−ＩＲでそれぞれ個別に測定するところから、時間がかかるとともに、試料の取付け・取り外しなどをそれぞれの装置において行う必要があり、面倒な作業を行う必要がある。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、未知試料の同定を迅速かつ簡便に行うことができる物質同定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の物質同定装置は、試料ステージ上の試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機からの赤外線とを同時に照射し、電子線またはＸ線の照射によって試料において生ずる二次Ｘ線をＸ線検出器によって検出する一方、赤外線の照射によって試料において生ずる反射赤外線または透過赤外線を赤外線検出器によって検出し、前記Ｘ線検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部によって処理するとともに前記赤外線検出器の出力をＦＴ−ＩＲ信号処理部によって処理し、これら二次Ｘ線信号処理部およびＦＴ−ＩＲ信号処理部による試料の同一測定位置の信号処理結果に基づいて前記試料の同定を行うように構成したことを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
上記構成の物質同定装置においては、例えば光学顕微鏡のような光学モニター手段で試料の測定位置（測定部位）を探し、その探した同一測定位置に電子線またはＸ線と赤外線とを同時に照射する。これは、Ｘ線または電子線と赤外線とが互いに干渉する等相互に悪影響を及ぼすことがないからである。そして、前記Ｘ線と赤外線を試料の同一測定位置に対して同時に照射したとき、試料において発生する二次Ｘ線および反射赤外線（または透過赤外線）をそれぞれＸ線検出器および赤外線検出器によって検出し、これらの検出器の出力を二次Ｘ線信号処理部およびＦＴ−ＩＲ信号処理部によってそれぞれ処理し、Ｘ線分析およびＦＴ−ＩＲ分析を行い、これらの試料の同一測定位置の信号処理部の出力をコンピュータにおいて解析するのである。これにより、未知物質の同定を短時間に行うことができるとともに、試料の取付けや取り外しに要する面倒な作業手間を大幅に低減することができる。
【０００７】
そして、この発明の物質同定装置において、試料の同一測定位置に対して、電子線またはＸ線と、赤外線とを同時に照射するのに代えて、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射して、Ｘ線分析およびラマン分析を行うようにしてもよい（請求項３）。これは、電子線またはＸ線とレーザ光とが互いに干渉する等相互に悪影響を及ぼすことがないからである。
【０００８】
また、この発明の物質同定装置において、試料の同一測定位置に対して、電子銃からの電子線またはＸ線発生機からのＸ線と、赤外線発生機からの赤外線と、レーザ発振器からのレーザ光とを同時に照射するようにしてもよい（請求項５）。これは、電子線またはＸ線と赤外線とレーザ光とが互いに干渉するなど相互に悪影響を及ぼすことがないからである。
【０００９】
さらに、上記物質同定装置において、前記試料の同一測定位置の信号処理結果および試料の測定位置情報に基づいてコンピュータ上で復像化し、同一画面上に前記試料のＸ線分析およびＦＴ−ＩＲ分析に基づくマッピング画像を同時に表示したり（請求項２）、Ｘ線分析およびラマン分析に基づくマッピング画像を同時に表示したり（請求項４）、Ｘ線分析、ＦＴ−ＩＲ分析およびラマン分析に基づくマッピング画像を同時に表示するようにしてもよい（請求項６）。このようにした場合、元素の分布状況を明確に把握することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、この発明の一つの実施の形態を説明するための図で、図１はこの発明の物質同定装置の全体構成を概略的に示す図、図２はその動作説明図である。
【００１１】
まず、図１において、１は試料２を載置する試料ステージである。この試料ステージ２は、ステージ駆動機構（図示していない）によって、紙面に垂直なＸ方向、紙面の左右方向と同じＹ方向およびこれらＸ，Ｙ方向と直交するＺ方向（高さ方向）にそれぞれ直線的に移動できるとともに、その試料載置面を水平面に対して適宜傾けることができるように構成されている。なお、前記ステージ駆動機構は、後述するコンピュータ１４からの信号を受けたコントローラ（図示していない）によって制御されるとともに、後述する検出器１０，１１への光路を妨げないように構成されている。
【００１２】
前記試料ステージ１の上方には、次のような部材が設けられている。まず、３は試料ステージ１上の試料２に対してＸ線ａを照射するＸ線発生機である。このＸ線発生機３内には、Ｘ線管などが収容されている。そして、４は試料２に対して赤外線ｂを照射する赤外線発生機で、この赤外線発生機４内には、赤外光源および例えばマイケルソン型干渉計などの二光束干渉計が設けられている。
【００１３】
５は試料ステージ１上の試料２にＸ線ａを照射したときに試料２において生ずる螢光Ｘ線（二次Ｘ線の一種）ｃを検出するための例えば半導体検出器よりなる螢光Ｘ線検出器で、冷却用媒体を収容したタンク６に連なるハウジング７の先端に設けられている。そして、８は試料２に赤外線ｂを照射したときに試料２によって反射される赤外線ｄを検出する赤外線検出器である。また、９は試料ステージ１上の試料２をモニターする手段としての例えば光学顕微鏡で、この光学顕微鏡９による画像は、後述するコンピュータ１４に送られる。
【００１４】
そして、前記試料ステージ１の下方には、次のような部材が設けられている。まず、１０は試料２にＸ線ａを照射したときに試料２を透過した透過Ｘ線（二次Ｘ線の一種）ｅを検出する透過Ｘ線検出器である。また、１１は試料２に赤外線ｂを照射したときに試料２を透過した透過赤外線ｆを検出する透過赤外線検出器である。なお、試料２にある一定以上の厚みがあるとき、前記透過赤外線ｆはほとんど生じない。
【００１５】
さらに、図１において、１２は前記螢光Ｘ線検出器５および透過Ｘ線検出器１０のそれぞれの出力信号の処理などを行う二次Ｘ線信号処理部で、試料中に含まれる元素とその強度を判別する。１３は反射赤外線検出器８および透過赤外線検出器１１のそれぞれの出力信号（インターフェログラム）を処理するＦＴ−ＩＲ信号処理部で、試料中に含まれる有機物とその強度を判別する。
【００１６】
そして、１４は装置全体を統括制御し、画像処理機能を有するコンピュータで、例えばパソコンよりなり、二次Ｘ線信号処理部１２およびＦＴ−ＩＲ信号処理部１３と信号の授受を行い、二次Ｘ線信号処理部１２およびＦＴ−ＩＲ信号処理部１３からの分析結果を解析し、物質の同定を行うことができるとともに、前記分析結果を同時マッピングすることができ、光学顕微鏡９からの画像信号が入力されるように構成されている。このコンピュータ１４には、出力装置としてのカラーディスプレイ１５、プリンタ１６が接続されている。
【００１７】
次に、上記構成の物質同定装置の動作について、図２をも参照しながら説明する。まず、試料２を試料ステージ１上に載置する。光学顕微鏡９によって試料２における測定位置を探す。このとき、試料２の画像がカラーディスプレイ１５の画面上に表示されるので、マウス（図示していない）を用いて測定個所を指定すると、前記測定個所が最適の照射位置に位置するように、試料ステージ１が適宜Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動する。
【００１８】
そして、測定開始のクリックを行うと、Ｘ線発生機３からＸ線ａが試料２の測定位置に向けて発せられるとともに、赤外線発生機４から赤外線ｂが前記と同一の測定位置に向けて発せられる。前記Ｘ線照射および赤外線照射によって、試料２からは二次Ｘ線ｃ，ｅが生じるとともに、反射赤外線ｄおよび透過赤外線ｆが生じ、これらは、Ｘ線検出器５，１０および赤外線検出器８，１１によってそれぞれ検出される。そして、前記Ｘ線検出器５，１０の出力は、二次Ｘ線信号処理部１２において処理され、試料２中に含まれる元素とその強度が判別される。また、前記赤外線検出器８，１１の出力は、ＦＴ−ＩＲ信号処理部１３において処理され、試料２中に含まれる有機物とその強度が判別される。そして、二次Ｘ線信号処理部１２およびＦＴ−ＩＲ信号処理部１３の分析結果は、コンピュータ１４に入力され、ここで解析が行われて、物質が同定される。
【００１９】
そして、Ｘ線ａおよび赤外線ｂを絞って試料２を走査し、走査位置に同期しながらデータを取り込み、コンピュータ１４上で復像化することにより、Ｘ線分析とＦＴ−ＩＲ分析の同時マッピングを行うことができる。図２は、このことを説明するための図で、今、試料２が例えばＺｎとＦｅＳと油分とからなるものであるとき、光学顕微鏡９によって符号２ａで示す光学画像が得られ、Ｘ線分析によって符号２ｂ〜２ｄで示す画像が得られ、ＦＴ−ＩＲ分析によって符号２ｅで示す画像が得られる。すなわち、画像２ａは試料２の全体を示す光学画像であり、２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、それぞれ、試料２におけるＺｎ、Ｆｅ、Ｓ、油分の分布状況を示す画像である。これらの画像２ａ〜２ｅをコンピュータ１４において、スーパーインポーズすることにより、符号２ｆで示すような画像が得られる。
【００２０】
上述したように、この発明の物質同定装置によれば、試料２の同定を行う際、試料２の同一測定位置のＸ線分析とＦＴ−ＩＲ分析とを同時に行うようにしているので、Ｘ線分析によって元素の同定が行われ、ＦＴ−ＩＲ分析によって有機物の同定が行われる。したがって、試料２が無機物であっても有機物であっても、１度の測定だけで、未知物質の同定を行うことができ、従来の手法に比べて、同定を短時間に行うことができる。そして、前記物質同定装置においては、試料２の取付けや取り外しの作業手間を大幅に低減することができ、測定のための操作がより簡単になる。
【００２１】
上述の実施の形態においては、試料２に対してその同一測定位置にＸ線ａと赤外線ｂを同時に照射するようにしていた。これは、Ｘ線ａと赤外線ｂとが互いに干渉する等相互に悪影響を及ぼすことがないからである。このように、Ｘ線ａに対して相互に悪影響を及ぼさないものとしてレーザ光がある。そして、このレーザ光は、赤外線ｂに対して相互に悪影響を及ぼさない。
【００２２】
そこで、この発明の他の実施の形態として、Ｘ線、赤外線およびレーザ光を同時に試料２の同一測定位置に照射するように構成した物質同定装置を説明する。すなわち、図３において、１７はラマン光分析部で、その内部には、レーザ発振器（図示していない）からのレーザ光ｇを９０°曲げて反射するミラー１８、ビームスプリッタ１９、レーザ光以外の光を通過させるノッチフィルタ２０が設けられている。そして、２１はノッチフィルタ２０を経た光が入射するモノクロメータ、２２はＣＣＤである。また、２３はラマン信号処理部で、ラマン分析を行い、その出力はコンピュータ１４に送られる。
【００２３】
前記ラマン分析は、次のようにして行われる。すなわち、レーザ発振器からのレーザ光ｇを、反射ミラー１８およびビームスプリッタ１９を経てラマン光分析部１７から試料２に照射すると、入射光と異なったエネルギーを有する光ｈが試料２から散乱する。そして、この散乱光ｈはラマン光分析部１７によって検出され、ノッチフィルタ２０を経てモノクロメータ２１に送られ、さらに、ＣＣＤ２２を経てラマン信号処理部に送られ、ラマンスペクトルに基づいて未知物質の同定などが行われる。
【００２４】
この図３に示した物質同定装置の動作は、図１に示した物質同定装置のそれと同様であるのでその詳細な説明は省略する。そして、この実施の形態においては、Ｘ線分析による無機物の同定およびＦＴ−ＩＲ分析による有機物の同定に加えて、ラマン分析により、未知物質の同定を行うことができるとともに、物質のミクロな構造や歪みや欠陥などがわかる。
【００２５】
なお、上記図３に示した実施の形態においては、Ｘ線、赤外線およびレーザ光を同時に同一測定位置に照射し、３種類（Ｘ線分析、ＦＴ−ＩＲ分析、ラマン分析）の測定を同時に行えるようにしているが、これに代えて、Ｘ線およびレーザ光を同時に照射するようにして、Ｘ線分析とラマン分析とを同時に行うようにしてもよい。このようにした場合、元素と分子の同時分析を行うことができる。
【００２６】
上記いずれの物質同定装置による分析において、試料２に対して温度や圧力などの物理的変化を与え、試料２の挙動を計測するようにしてもよい。すなわち、Ｘ線分析においては、試料２に対して温度や圧力を変化させても、異なる測定結果は得られないが、ＦＴ−ＩＲ分析やラマン分析においては、温度や圧力を変化させることにより、物質の結合状態の変化を測定することができ、これにより、試料２に物理的変化を与えたときの試料２の挙動を測定することができる。
【００２７】
なお、上述の各実施の形態においては、Ｘ線分析を行うに際し、試料２に対してＸ線発生機からのＸ線ａを照射するようにしているが、試料２に対して電子銃（図示していない）からの電子線を照射するようにしてもよい。また、試料２の光学画像を得る手段として、光学顕微鏡９に代えて、ＣＣＤカメラを用いてもよく、さらに、光学顕微鏡とＣＣＤカメラとを併用してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の物質同定装置においては、試料の同一測定位置に対する複数の分析を同時に行うことができ、未知試料の同定を迅速かつ簡便に行うことができる。また、請求項２，４および６に記載の物質同定装置においては、前記効果に加えて、複数の分析によるマッピング像を同一画面に表示することができ、元素の分布状況を明確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の物質同定装置の一例を概略的に示す図である。
【図２】  前記装置の動作説明図である。
【図３】  この発明の物質同定装置の他の例を概略的に示す図である。
【図４】  従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…試料ステージ、２…試料、３…Ｘ線発生機、４…赤外線発生機、１０…Ｘ線検出器、８，１１…赤外線検出器、１２…二次Ｘ線信号処理部、１３…ＦＴ−ＩＲ信号処理部、１７…ラマン光分析部、２３…ラマン信号処理部、ａ…Ｘ線、ｂ…赤外線、ｃ…螢光Ｘ線、ｄ…反射赤外線、ｅ…透過Ｘ線、ｆ…透過赤外線、ｇ…レーザ光、ｈ…散乱光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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