XRF - 蛍光X線分析とは?蛍光X線分析の原理について

蛍光X線分析（XRF）とは、測定サンプルにX線を照射して発生する固有の蛍光X線（波長：λやエネルギー：KeV）を測定することで構成されている元素を同定（組成分析）し、その構成される元素の含有量を分析（定量分析）可能な分析技術です。

分析可能なサンプル形態は、固体、粉末、液体、スラリー、フィルムなどほぼ全ての形態を前処理なし（非破壊）に測定可能で、測定元素範囲もベリリウム（Be）からアメリシウム（Am）と広範囲で、定量分析（含有量分析）もppmレベルから100％です。

蛍光X線分析(XRF)装置の動作原理

蛍光X線分析装置の基本的な構成要素は励起源、サンプル、および検出器です。励起源は、試料サンプルにX線を照射し、検出器からのX線を測定します。

励起源には一般的にX線管球が使用されます。装置は、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDXRF)と波長分散型蛍光X線分析装置(WDXRF)の2 種類に分けられます。2 つのシステムの違いは､検出方法の違いにあります｡

エネルギー分散型蛍光X線分析装置-EDXRF(左)および波長分散型蛍光X線分析装置-WDXRF(右)装置の基本構成

蛍光X線分析（XRF）の特長として、サンプルの前処理が不要なこと以外に、人為的な誤差がなく、装置も長期に安定していることから、あらゆる業界（石油、石油化学、鉱業、地質学、セメント、ガラス、食品や医薬品など）のお客様の工程管理や品質管理に使用されています。

また、蛍光X線分析（XRF）は長い歴史を持った分析手法ですので、国際的な試験法（ASTM、ISO、EPA、JIS、ICH-Q3D、UPSなど）に準拠しています。最近では蛍光X線（XRF）分析装置の測定迅速性から、スクリーニングツールとして、研究開発やRoHS/RoHSⅡ/ELV指令対応のための受け入れや出荷検査などにも応用されています。

蛍光X線分析（XRF)分析で得られるスペクトル例

エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDXRF) Epsilon4（イプシロン4） で測定したニッケル鉱石のスペクトル

マルバーン・パナリティカルのXRF（蛍光X線）分析装置による測定事例をご紹介します。リンクをクリックして、資料をダウンロードしてご覧ください。

• マリンディーゼル排気ガス第3次規制（EPA* TIER3）に準拠した超低硫黄ディーゼル油の硫黄管理分析
  • 概要：環境規制は、自動車燃料中の許容硫黄濃度を10g / kgに設定しています。このアプリケーションノートでは、EDXRF Epsilon 4を用いて2017年に施行された環境保護庁（EPA）のTiler 3規制に準拠した測定を行った事例を紹介します。
  • 製品：Epsilon 4（イプシロン4）
  • 業界：環境
• 石油化学製品および自動車燃料に含まれる低濃度のケイ素（Si）硫黄（S）及び塩素（Cl）の正確な元素分析
  • 概要： 石油化学製品および自動車燃料に含まれるSi、SおよびClの分析は、厳しさが増している環境規制に準拠するためには欠かせません。このデータシートでは、ヘリウム置換を使用せず石油化学製品および自動車燃料に含まれる低濃度のSi、SおよびClを分析した例を紹介します。
  • 製品：Epsilon1（イプシロン1）
  • 業界：石油
• SumXcoreテクノロジーを使用したスチールのin situ元素分析
  • 概要：スチールは、日常生活で幅広く用いられており、建設や自動車製造、家庭用品で使用される基本素材です。その特性を長期にわたって維持するためには高品質であることが大切です。このデータシートでは、XRF技術を使ったバルク分析と微小領域分析による品質管理、元素分布マッピングの事例を示します。
  • 製品：Zetium（ゼティウム）
  • 業界：建材、鉄鋼
• SumXcoreテクノロジーを使用したセラミック包含物の分析
  • 概要：セラミックの品質管理はメーカーにとって重要な課題です。サンプルにわずかでも汚染や不純物があると、セラミックの化学特性や物理特性が大きく変化し、ユーザーに悪影響を及ぼす可能性があります。このデータシートでは、Zetiumを用いたセラミックに含まれる包含物の微小領域分析と元素分布マッピングを紹介します。
  • 製品：Zetium（ゼティウム）
  • 業界：建材、セラミック
• 石炭灰のルーチン分析
  • 概要：ポルトランドセメントコンクリートを品質管理が行き届いた一貫性のある製品にするには、石炭灰の化学組成を詳細に監視する必要があります。このデータシートでは、Axios mAXによる、石炭灰の多元素分析例を紹介します。
  • 製品：Axios mAX（アクシオス・マックス）*
  • 業界：石油、環境
• 自動車触媒に含まれるPt,Pd,Rhの微量分析
  • 概要： 触媒中の貴金属（Pt、Pd、Rhなど）の正確な分析は、自動車触媒の開発および生産に加え、最終製品をリサイクルして貴金属を再生する上で非常に重要視されています。このデータシートでは、Axios mAXによる自動車触媒に含まれる貴金属の分析例を紹介します。
  • 製品：Axios mAX（アクシオス・マックス）*
  • 業界：化学、触媒、自動車

_{* Axios mAX（アクシオス・マックス）は販売終了しました。WDXRFをお探しのお客様は、Zetium（ゼティウム）をご覧ください。}

XRFは、材料の研究開発において極めて重要な役割を果たしています。

• 材料科学: 研究者は、元素組成を正確かつ精密に分析することで、材料の特性を研究し、新しい化合物(触媒やコーティング材料など)を作成します。
• 半導体業界: XRFは、チップ製造に使用材料の純度と組成を保証することで、最先端の半導体開発に貢献します。
• 芸術と考古学: XRFは、修復家や考古学者が顔料、陶器、アーティファクトを分析し、その起源と真正性を明らかにするお手伝いをします。

医薬品および医療分野でも、XRFはさまざまな用途に使用できます。

• 医薬品分析: 医薬品の品質と安全性を検証し、ICH-Q3Dに準拠した厳格な品質基準を満たしていることを確認します。XRFは、より労働集約的なICPおよびAAS法でサンプルを分析する前のクイックスクリーニングツールとしても使用されます。 
• 生物医学研究: XRFは、生体サンプル中の微量元素の研究を支援し、病気や治療に関する洞察を提供します。

XRF分析は高い精度と正確性を簡単で迅速なサンプル調製と組み合わせた堅牢な技術です。高スループットの業界環境で使用するために容易に自動化することができ、さらにXRFではサンプルの定性的および定量的情報が提供されます。 

サンプルの蛍光X線スペクトルの分離(分散)、特定および散乱強度測定に使用される技術は、波長分散型(WDXRF)システムとエネルギー分散型(EDXRF)システムの2つのタイプの分光装置に分かれます。

これらの分光計の種類とその背後にある技術の詳細については、こちらをご覧ください。

• 波長分散型(WDXRF)
• エネルギー分散型(EDXRF)  

X線生成

XRF装置には、X線を生成するX線管があります。X線管内では、電子が加速されてターゲット物質(通常はRhやAgなどの金属)と衝突して、高エネルギーのX線が生成されます。

サンプル照射

生成されたX線は、分析対象のサンプルに向けられます。X線がサンプルに当たると、サンプル中の原子と相互作用し、各元素に固有の特性X線を放出します。

検出

この装置には、サンプルから放出される特性X線のエネルギーを識別して測定することができる検出器があります。これらのX線の強度は、サンプル内の対応する元素の濃度に比例します。

解析項目

検出されたX線エネルギースペクトルは、装置のソフトウェアによって分析されます。ソフトウェアは、特性X線のエネルギーと、さまざまな元素のX線エネルギーを、既知のデータベースと比較します。この比較に基づいて、ソフトウェアはサンプル中の元素組成と濃度を決定します。ユーザーソフトウェアは、すべての元素と濃度を読みやすい表に表示し、必要に応じてさらなる分析やバックアップのために、外部コンピュータまたはローカルサーバーに送信します。

ルバーン・パナリティカルが提供するXRF（蛍光X線）分析装置は以下の通りです。

WDXRF：波長分散型		Zetium（ゼティウム）  2.4KW, 3KW, 4KW オールインワン設計・波長分散型XRF 高感度・高分解能モデル 波長分散機能以外にEDXRFやXRD、マッピング機能選択可能 AIを使用した分析条件作成サポート
		Zetium（ゼティウム）  1KW 外部冷却水装置不要・波長分散型XRF 1KW・RhターゲットX線管球付属 2.4KW,3KWへバージョンアップ可能 AIを使用した分析条件作成サポート
EDXRF：エネルギー分散型		Epsilon4（イプシロン4） 高感度エネルギー分散型XRF 高感度SDD搭載 C-AmとF-Amの2機種から選択 真空雰囲気下に向かないサンプルも測定可能
		Epsilon1（イプシロン1） コンパトエネルギー分散型XRF PC内蔵でオールインワン設計 1サンプルあたり100円未満の分析コスト 現場に持ち込むなど高いモバイル性
		Epsilon1（イプシロン1） スモールスポット RoHS/RoHSⅡ/ELV分析用エネルギー分散型XRF 1mmφの空間分解能で微小分析可能 CCDカメラ搭載、測定サンプル観察可能 ファンダメンタルパラメータ法標準搭載
サンプルプレパレーション		試料調製各種（Claisse他） ガラスビード作製機 ICP用アルカリ分解溶融装置 プレスマシン（半自動プレス/手動プレス） 試料粉砕機

当社の幅広いXRFソフトウェアパッケージは、XRF装置から最大の価値を引き出すことをサポートします。当社の卓越性に対する取り組みは、当社のソフトウェアが継続的に進化していることを意味します。当社は、お客様に最新の進歩と機能に確実にアクセスしていただくために、XRF分析技術の最前線にとどまれるよう、研究開発に投資しています。