2016 Fiscal Year Research-status Report

サブppmレベル微量元素の化学結合状態を明らかにするXAFS解析手法の開発

Research Project

Project/Area Number	16K05834
Research Institution	SAGA Light Source, Kyushu Synchrotron Light Research Center
Principal Investigator	岡島敏浩公益財団法人佐賀県地域産業支援センター九州シンクロトロン光研究センター, ビームライングループ, 主任研究員 (20450950)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	河本正秀公益財団法人佐賀県地域産業支援センター九州シンクロトロン光研究センター, ビームライングループ, 副主任研究員 (00300864) 瀬戸山寛之公益財団法人佐賀県地域産業支援センター九州シンクロトロン光研究センター, ビームライングループ, 副主任研究員 (30450951)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	XAFS / ケミカルシフト / 弾性散乱 / 非弾性散乱
Outline of Annual Research Achievements	XAFSスペクトルはその詳細な解析により元素の化学結合状態を明らかにすることができることなどから，微量元素への適用が期待されている．しかし，以下に示す種々の理由によりサブppmレベルの微量元素への適用は限定的である．蛍光X線によるXAFS測定での微量元素の検出下限を下げることのできない要因として，①空気散乱などによるバックグラウンドの増加，②近接する蛍光X線，③弾性散乱X線，④非弾性散乱X線の寄与などがあげられる．これまでに，弾性散乱や非弾性散乱の寄与を正確に見積もるために必要なMCAの全チャンネルの蛍光X線スペクトルを測定するための測定ソフトウェアの開発を行った．また，蛍光X線スペクトルに寄与する弾性散乱や非弾性散乱のエネルギー分布を理論的に計算し，除去するための方法の検討を行い，その結果，弾性散乱や非弾性散乱が重なるKβ線を用いて吸収端近傍でのXAFSスペクトルを得ることができ，化学結合状態によるXAFSスペクトルにおけるケミカルシフトの観察に成功した．一方，得られたスペクトルがより理論値と一致させるために，測定試料を起源とする蛍光X線や散乱以外の，空気や試料周りの機器から回り込んでくる余分な散乱線が検出器に入らないようにするための，低X線散乱実験システムの設計と製作を行った．このシステムは具体的には，検出器に入射するX線の方向を制限するためのポリキャピラリーを用いた入射系と空気散乱を低減させるためのHeガス雰囲気下，または真空下での測定が可能な測定チャンバーからなる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は，① 目的とする蛍光X線以外の散乱を抑えたスペクトルの計測システムの構築と，② Kβ線を用いたX線吸収スペクトルによるケミカルシフトの観察を目標に研究を進めてきた．①について，試料以外から検出器に入り込む弾性散乱と，非弾性散乱の検出角度を制限するためのポリキャピラリを用いたX線コリメーティングシステムと，空気等の散乱を防ぐためにHeまたは真空雰囲気下で測定が可能な，低エネルギー散乱実験用チャンバーの設計と製作を行った．②について，研究成果の概要でも示したように，弾性散乱や非弾性散乱が重なるKβ線を用いて，理論的にこれらの散乱を除去することで，化学結合状態によるXAFSスペクトルにおけるケミカルシフトの観察に成功した．
Strategy for Future Research Activity	今後は，昨年度製作したX線コリメーティングシステムと，空気等の散乱を防ぐためにHeまたは真空雰囲気下で測定が可能な，低エネルギー散乱実験用チャンバーを用いた低X線散乱環境下で，サブppmレベルに存在する元素の化学結合状態を明らかにするための実験に着手する．また，Kβ線を用いたXAFS測定手法の高度化を行い，簡便なエネルギー分散法を用いて酸化状態やスピン状態の解析を行うための検討を行う．
Causes of Carryover	低X線散乱実験システムで使用されるX線コリメーティングシステムを作製するにあたって，適切な条件のシステムを製作するために，本年度はまずはいくつかの条件で試作を行った．また，研究成果が年度後半に出たため，本年度での学会参加等の旅費の使用がなかったため．
Expenditure Plan for Carryover Budget	試作したX線コリメーティングシステムを用いた実験結果に基づいて，本システムの改良費等として使用する．また，昨年度末に出た成果の発表を国内外の学会等で積極的に行う．