Development of a new scanning ion microbeam analysis and imaging technique; Ion-Luminescence Microscopic Imaging and Spectroscopy (ILUMIS)

新しい走査イオンマイクロビーム分析とイメージング技術; イオン誘起顕微発光分光分析法(ILUMIS)の開発

加田 渉; 佐藤 隆博; 横山 彰人; 江夏 昌志; 神谷 富裕

Kada, Wataru; Sato, Takahiro; Yokoyama, Akihito; Koka, Masashi; Kamiya, Tomihiro

自然界に存在するエアロゾルのような微視的試料は、移動履歴を反映してその表面に複雑な元素・化学形態分布を持つため、環境分野で関心を集めている。マイクロメートルサイズの試料の元素分布を画像化する手段としては、イオンマイクロビームを用いたマイクロPIXE (Particle Induced X-ray Emission)分析が、一般的なSEM/EDSよりも高感度でS/N比が良い手法として開発されている。しかしながら、マイクロPIXEでは、環境中での相互作用に関与する化学形態の分布情報までは取得することができなかった。そこで、本研究では、マイクロPIXE分析と同時に、イオンビーム誘起発光(Ion Luminescence: IL)を検出・分光することで、化学形態分布も同時に取得する新規のマイクロイメージング技術を開発した。国立環境研究所が提供する大気中エアロゾル標準試料について、波長分散型顕微分光装置を用いた光子計数感度の測定では、粒径数十マイクロメートルの試料内部について、その化学形態分布を空間分解能1mで画像化できた。

Microscopic imaging and analysis techniques are increasing its importance and being interested from the environmental research fields especially for the target with a complex elemental or chemical structures. Electron or synchrotron-radiation microbeam probes are quite poplar scanning analytical probing techniques for the imaging of such microscopic targets. On the other hand, microbeam techniques using MeV ions have also utilized for such analysis purpose with advantages in the aspect of sensitivity and S/N ratios. However, these Ion Beam Analysis (IBA) techniques like PIXE (Particle Induced X-ray Emission) do not have enough sensitivity in the chemical-state analysis. This limits the application area of IBA techniques compared to the other beam probes. In this study, an new ion microbeam technique with Microscopic by spectroscopic analysis of IL was developed and combined with micro-PIXE system for the simultaneous analysis and imaging of chemical-state distribution in microscopic targets. Spectroscopy of IL from the National Institute of Environmental Science (NIES) aerosol standards was first achieved to visualize chemical state distribution in such microscopic analytical targets with spatial resolution of 1m.