EDXRF分光計を用いた定性・定量元素分析に関する研究

要約：

EDXRFスペクトロメータ （エネルギー分散型蛍光X線分光計）は、試料に高エネルギーX線を照射すると特性X線が放出されるという物理現象に基づいています。異なる元素の特性X線の波長の違いに基づいて試料に含まれる元素を識別し、異なる元素のスペクトル線強度を比較することで試料中の元素含有量を決定します。 LISUN EDX-2A 本論文では、EDXRF分光計を研究対象とし、その動作原理、システム構成、定量分析方法、およびRoHS指令に基づく検査、元素分析、膜厚測定における代表的な応用例について述べる。また、一般的な元素の特性スペクトルエネルギー、RoHS指令の制限値、および主要な装置パラメータを一覧表にまとめ、電気・電子製品の有害物質スクリーニングおよび材料組成検出のための技術参考資料を提供する。

1はじめに

電気・電子製品に対するRoHS指令などの環境規制の厳格化と、材料組成の精密な検出に対する需要の高まりに伴い、迅速、非破壊、かつ同時多元素分析法が広く注目を集めている。電子情報製品中の有害物質の試験方法（SJ/T 11365-2006）に規定されている迅速スクリーニング法である蛍光X線分析法（XRF）は、鉛（Pb）、水銀（Hg）、カドミウム（Cd）、クロム（Cr）、臭素（Br）などの元素含有量を数分以内に測定できる。EDXRF分光計は、分散結晶を用いずにエネルギーに基づく検出器でスペクトル線を直接識別する。コンパクトな構造と高速測定が特長であり、RoHSスクリーニングや合金分析の一般的な装置となっている。 LISUN EDX-2A EDXRF分光計は、RoHS指令検査、元素分析、コーティング厚さ測定という3つの機能を統合した典型的な装置です。

2動作原理

EDXRF分光計の基本的な動作原理は、2つの側面から要約できます。第一に、定性的な同定：試料にX線管から発生する一次X線を照射すると、試料中の原子の内殻電子が励起され、遷移します。外殻電子は空孔を埋め、2つのエネルギー準位間のエネルギー差に等しいエネルギーを持つ特性X線を放出します。様々な元素の原子構造が異なるため、放出される特性X線の波長（エネルギー）も異なります。したがって、試料に含まれる元素は、特性スペクトル線の波長（エネルギー）に基づいて同定できます。第二に、定量的な決定：同一の励起および測定条件下では、特定の元素のスペクトル線強度は試料中のその元素の含有量に比例します。したがって、異なる元素のスペクトル線強度を比較することで、試料中の元素含有量を決定できます。 EDX-2A 高解像度検出器とマルチチャンネル分析システムを搭載しています。エネルギー分布に基づいて特性X線光子を計測してエネルギースペクトルを作成し、ソフトウェアがスペクトルピークを認識してピーク面積を積分することで、定性分析と定量分析を完了します。

表1は、RoHS指令で一般的に試験される元素の特性X線スペクトル線のエネルギーと波長を示しています。

EDX-2A_RoHS試験装置

3. 計測システムと主なパラメータ

その EDX-2A EDXRF分光計は、X線励起源、試料室、高分解能検出器、マルチチャンネルアナライザー、およびデータ処理ソフトウェアで構成されています。また、試料の測定位置をリアルタイムで観察するための高精細カメラと試料室照明も内蔵されています。装置の主な技術パラメータを表2に示します。

4. 定量分析法

定量測定では、「標準試料による校正－スペクトル強度比較」という手法を採用しています。まず、含有量が既知の標準試料を用いて作業曲線を作成します。この作業曲線は、元素含有量と特性スペクトル線の正味強度との間の関数関係を表します。未知の試料を試験する場合、測定されたスペクトル線強度に基づいて作業曲線を参照することで、装置は元素含有量を算出します。RoHSスクリーニングでは、SJ/T 11365-2006に準拠して、対応する標準試料を用いてPb、Hg、Cd、Cr、Brを正確に試験することができます。 EDX-2A 本製品には、ユーザーによる校正および自己検査用の純銀サンプルとEU標準サンプル（EU校正証明書付き）が付属しています。RoHS指令（2011/65/EU、RoHS 2.0）に基づく均質材料中の有害物質の制限要件は、表3に記載されています。

5の代表的なアプリケーション

その EDX-2A 1 つの機器で 3 つの典型的なアプリケーションをサポートします。1 つ目は RoHS テスト (モデル EDX-2A, EDX-2AB, EDX-2AC, EDX-2ABC、EDX-2T）は、電気電子製品、部品、プラスチック、プラスチック部品のRoHS 1.0検出に適しています。2番目に、合金分析（EDX-2AB, EDX-2ABC、EDX-2T）。鉄、銅、ステンレス鋼、金、プラチナなどの金属を検査できます。非真空条件下ではSからUまでの元素を、真空条件下ではNaからUまでの元素を分析し、絶対元素含有量を出力します。3つ目は、コーティング厚さ測定（EDX-2AC, EDX-2ABC、EDX-2T）。コーティング元素の特性スペクトル強度を測定することで絶対コーティング厚さを算出し、電気めっき層やコーティングの品質管理に用いられます。このシリーズは、高解像度、欧米からの輸入コア部品、過電流・短絡保護機能、自動テスト制御、そして長年の産業応用で培われた充実したアフターサービス技術サポートを特長としています。

6まとめ

EDXRFスペクトロメータ 特性X線波長によって元素を識別し、スペクトル線強度によって元素含有量を定量化することで、非破壊的、高速かつ同時的な多元素検出を実現します。 LISUN EDX-2A ソフトウェア設定により、RoHS指令テスター、金属元素分析装置、膜厚計に切り替えることができます。検出範囲は2ppm～99.99%で、電気・電子製品の有害物質スクリーニング、合金組成の特定、膜厚測定など、多様なニーズに対応します。研究室や生産ラインにおける品質管理のための信頼できるツールとして活用できます。