業務紹介

SAGA-LS による標準試料の蛍光 X 線分析−トライアルユースでの検討−
川1

はじめに村秀久＊ にビームライン概要）。

佐賀県立九州シンクロトロン光研究センター

シンクロトロン光を利用した蛍光 X 線分析は，試（SAGA-LS）は，シンクロトロン光の産業応用を目料を非破壊で分析でき，S/N の良いデータを得るこ的に，平成 1 年  月に佐賀県鳥栖市に開所した九とができる利点がある。本研究では，トライアルユー

州初のシンクロトロン光利用施設である。SAGA-LSスを利用して  種類の標準試料の蛍光 X 線分析を行

は入射用 60MeV 電子線形加速器と 1.GeV 電子蓄

い，得られたスペクトルから元素を定性しその定量積リングから構成されている（表 1）。偏向電磁石か下限値の算出を試みた。さらに，環境分析への適用

ら放出されるシンクロトロン光の臨界エネルギーは可能性について検討を加えた。

1.keV で，赤外から 0 数 keV 程度の X 線まで利用可能である。現在までに，県有ビームライン  本

2（BL0，BL1 及び BL1）と専用ビームライン 1 本

2．1

実験試料（BL1）が整備され，X 線回折など各分析装置が導分析対象試料として，元素組成の異なる  種類の入されつつある（図 1 に実験研究棟 1 階見取図，表試料，岩石標準試料（JG-1a），海底堆積物標準試料

表1

線形加速器と蓄積リングの概要

線形加速器

蓄積リング

項
目
全長
電子加速エネルギー
主要装置
周長
電子加速エネルギー
蓄積電流
蓄積寿命

主要装置

表2詳
細0m
60MeV
電子銃，加速管，偏向・ 極電磁石及び電源，真空槽及び真空ポンプ類，各種モニター，クライストロンなど
.6m
1.GeV
10mA
 時間
高周波加速空洞，偏向電磁石， 極電磁石，6 極電磁石，セプタム電磁石，キッカー電磁石，真空槽及び真空ポンプ類，各種モニター，クライストロン，挿入光源など

ビームラインの概要
名称【BL0】材料加工・プロセス開発
ビームライン【BL1】
軟 X 線利用材料分析
ビームライン【BL1】
構造科学イメージング分析
ビームライン＊（財）九州環境管理協会

領域
白色光( 分光なし )分析手法
照射0eV 〜100eV

光電子分光
XAFS

.1KeV 〜 ｋ eV

X 線回折
XAFS
蛍光 X 線分析

調査分析部
42

利用分野
三次元微細加工など
半導体・有機材料・金属材料等の電子状態分析，局所構造解析
半導体・磁性体薄膜等組成分
析，構造解析，高分子材料等
イメージングクライトロン室

冷却水装置室リニアック室
電子銃
制御室

実験ホール

BL15（県有）

安全管理室

電源室

実験
準備室1
実験
準備室2

BL13（佐賀大学）

実験
準備室3
実験
準備室4

BL12（県有）工作室

図１

BL09（県有）実験研究棟１階見取図（JMS-1）および石炭灰標準試料（NIST-16b）を時にブランク試料も調製した。

選定した。それらの mg 〜 100mg を精秤した後，

表3

蛍光 X 線測定試料名と供試料量

蛍光 X 線測定
試料名
JG-1a-1
JG-1a-
JG-1a-
JMS-1-1
JMS-1-
JMS-1-
NIST-16b-1
NIST-16b-
NIST-16b-

ポリエチレンバッグに密封した。これをアクリル製
試 料 ホ ル ダ ー（ 内 寸 φ 0mm， 外 寸 0 × 0mm）に固定し蛍光 X 線分析試料とした（図 ）。その蛍光X 線分析試料名と供試料量を表  に示す。なお，同

2．2

試料名
岩石標準試料〃〃
海底堆積物標準試料〃〃
石炭灰標準試料〃〃

供試料量〔mg〕
.
1.
.
.
0.1
10.0.
1.610.

蛍光 X 線分析

蛍 光 X 線 分 析 に は，BL1 の 0keV の シ ン ク ロ
トロン光を利用した（図 ）。試料台に蛍光 X 線分
析試料を固定する際には，レーザーでその照射位置を確認した。大気圧で 0 分間照射（照射面積： × 10mm）し，発生する蛍光 X 線を SDD 検出器
図２

蛍光Ｘ線分析試料

（Vortex-EX，SEIKO EG&G）で検出しスペクトル43ペクトルを解読し元素を定性した。ピーク面積の算
出にはスペクトル解析用プログラム Gamma Studio蓄積リング（SEIKO EG&G）を用いた。

3結果

3．1

標準試料の分析結果

ブランク試料と亜鉛薄板試料のスペクトルを図 と図 6 に示す。ブランク試料の keV 付近のピーク

BL15は空気中 Ar（K α）に起因していると考えられる。
亜鉛薄板試料の二つのピークは K αと K βに起因している。その K α（.6keV）を前述のようにエネルギー換算に利用した。
岩石標準試料，海底堆積物標準試料および石炭灰標準試料のスペクトルを図  〜図  に示す。岩石標
準試料のスペクトル（図 ）では，K（K α：.1keV），Ca（K α：.61keV），Ti（K α：.10keV），Mn（K α：実験ハッチ

.keV），Fe（K α：6.0keV，K β：.0keV），
Rb（K α：1.keV），Sr（K α：1.16keV），Y（K α：1.keV）および Zr（K α：1.keV）と考えられるピークを確認した。これらの元素は供試料量

図３BL15（上図）と実験ハッチ（下図）に依らずいずれの試料でも確認された。ピーク面積を試料間で比較すると，供試料量とピーク面積とのを得た（図 ）。なお，蛍光 X 線分析試料とともに，間に比例関係があるわけではなく，K や Ca のようブランク試料と亜鉛薄板試料も分析に供した。に供試料量の増加に伴いカウント数が減少する元素

亜鉛薄板試料の測定で得た亜鉛のピーク（K α）も確認された。これは蛍光 X 線分析試料の形状が必のチャンネル値を .6keV とし，これを利用するこずしも均一でないことや自己吸収効果に起因していとにより各スペクトルのチャンネル値をエネルギーると考えられる。L 線を利用して La や Eu など希土値へ換算した。大野ら（11）の手順に準じてス

800

Counts700600500400300200100

光源

005101520

X-ray energy / keVCounts

図５

蛍光 X 線分析試料
SDD 検出20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
00

ブランク試料のスペクトル51015

X-ray energy / keV

図４

蛍光Ｘ線分析試料と SDD 検出器

図６44

亜鉛薄板試料のスペクトル

20Counts

800
700600500
4003002001000.keV），Fe（K α：6.0keV，K β：.0keV），Zn（K α：.6keV），Rb（K α：1.keV），Sr（K α：1.16keV），Y（K α：1.keV）および Zr（K α：0510151.keV）と考えられるピークを確認できた。V20X-ray energy / keVCounts（K α：.keV），Cu(K α：.0keV) および As
800700600
500
400300200
1000（K α：10.keV）のピークははっきりしていない。石炭灰標準試料のスペクトル（図 ）では，K（K α：.1keV），Ca（K α：.61keV），Ti（K α：051015.10keV），Fe（K α：6.0keV，K β：.0keV），

20

X-ray energy / keVCountsZn（K α：.6keV），Rb（K α：1.keV），Sr（K α：800700600
50040030020010001.16keV），Y（K α：1.keV）および Zr（K α：1.keV）と考えられるピークを確認できた。V（K α：.keV），Cr（K α：.1keV），Ni（K α：051015.keV）および Cu（K α：.0keV）のピーク

20

X-ray energy / keV

図７ははっきりしていない。

岩石標準試料のスペクトル700（上図：JG-1a-1，中図：JG-1a-2，下図：JG-1a-3）
Counts600

類元素の定性を試みた。しかし，それらのピークは500400300200100

はっきりとはせず，また強い K 線の妨害のために，005

その定性は困難であった。海底堆積物標準試料のス
ペ ク ト ル（ 図 ） で は，K（K α：.1keV），Ca700（K α：.61keV），Ti（K α：.10keV），Mn（K α：500152015201520Counts

600
400
300
200

500

100400Counts10
X-ray energy / keV

0300

0510
X-ray energy / keV

2001000700

05101560020Counts

X-ray energy / keV

400300
200500100400Counts

500

0300

05200

図９100010
X-ray energy / keV

051015石炭灰試料のスペクトル（上図：1633b-1，中図：1633b-2，下図：1633b-3）

20

X-ray energy / keV

3．2500Counts400

本分析条件下での検出下限値（MDL）を Nakai

300200ら（001）に準じて次のように試算した。

1000

定量下限値の試算

051015

MDL ＝ C ×  × √ Ib /（Ip-Ib)

20

X-ray energy / keV

図８

C：既知濃度Ib：ブランクのカウント数

海底堆積物試料のスペクトル

Ip：標準試料のカウント数（上図：JMS-1-1，中図：JMS-1-2，下図：JMS-1-3）45表4

定量下限値の試算

元素KCaTi
MnFeRbSrYZr

推奨値[ μ g/g]1000
100
100
0100011
.111Ib[counts]
1161JG-1a-1Ip
MDL[counts][ μ g/g]1
00
160
.
101.
.
.
61
.

JG-1a-Ip
MDL[counts][ μ g/g]
00
11

0
.

1.
1060
.
0.0.
1
0.
60.

JG-1a-Ip
MDL[counts][ μ g/g]
0
110
6
111
11.
0
.1
6
.6
1
0.
1
0.
010.1
11
0.

岩石標準試料の測定結果から，確認された元素に究員，隅谷和嗣研究員，石地耕太朗研究員，岡島敏

ついて見積もられた検出下限値を表  に示す。本分浩グループ長には，測定に際しご指導をいただきま析条件の場合，約  〜 0mg 程度の供試料量で元素した。また，江頭正邦主査には，利用申請手続き等によっては数 ppm 程度までの濃度を検出できそうでについてお世話になりました。ここにあらためて深ある。

甚な謝意を表します。

4まとめ

参考資料

今回，トライアルユースという限定された設備と・佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターホー時間（利用時間 10 時間）内で，シンクロトロン光にムページ，http://www.saga-ls.jp/

よる標準試料の蛍光 X 線分析を行い，検出される元・伊藤榮彦 “シンクロトロンとはなにか” 佐賀高輝

素の定性と定量下限値の算出を試みた。本分析条件

度光利用技術研究会（1）下では， 〜 0mg 程度の供試料量で主要元素を定・大野勝美，川瀬晃，中村利廣 “日本分析化学会編性できることが分かった。極微小な環境試料の主成機器分析実技シリーズ

X 線分析法” 共立出版

分分析や，非破壊分析が不可能な文化財資料の解析（11）（例えば，顔料の組成判別，土器や銅鏡・銅矛の産地

・ Nakai, I., Terada, Y., Itou, M. and Sakurai, M.

推定など）への利用が今後期待される。

"Use of highly energetic (116keV) synchrotron
radiation for X-ray fluorescence analysis of5

謝辞

trace rare-earth and heavy elements" Journal of

九州シンクロトロン光研究センターの大谷亮太研

Synchrotron Radiation, , 10-101(001)

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