JPH03245043A - レーザ生成プラズマ発光分光分析方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体、液体及び固体のレーザ生成プラズマ発
光分光分析に係り、特に上記物質に対するレーザ生成プ
ラズマ発光分光分析方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のレーザ生成プラズマ発光分光分析方法においては
、単純に単一のパルスレーザにより物質をブレイクダウ
ンさせてプラズマ化し、その発光スペクトル（原子蛍光
）を観測することにより成分分析を行なっていた。なお
、分析は主に気中の分子、原子あるいは液中のイオンを
対象としていた。この方法を超微粒子の成分分析に適用
する場合、粒子１個ごとに成分分析を行なおうとすると
得られる発光強度が弱く、十分なＳ／Ｎ比が得られない
。発光強度を増幅させる方法としては、例えばデイ、エ
イ、フレマス　エト　オール、アプライド　スペクトロ
スコピイ　第３８巻、第７２１−７２９項、１９８４年
（Ｄ、Ａ、Ｃｒｅｍｅｒｓ　ｅｔ　ａｌ。

Ａｐｐｌｉｅｄ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　３８．ｐ
ｐ７２１−７２９．１９８４）に、第一のレーザ光によ
って物質がブレイクダウンして生成したプラズマに、さ
らに第二の同一波長のレーザ光を照射してより完全なプ
ラズマを作ることにより発光強度の増加ができるという
報告がある。しかし、この方法では測定試料構成元素の
すへての発光線増強が起こるため、多元素からなる物質
の分析を行なおうとすると、発光線の重なり或いは近接
が生じスペクトルによる定量的成分分析は困難であった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のレーザ生成プラズマ発光分光分析方法にあっては
、多元素からなる試料を分析するための配慮がなされて
おらず、発光強度の増加により発光スペクトルのＳ／Ｎ
比向上向上なえるが、元素の定量分析への適用は困難で
あった。

本発明の目的は、超微粒子の↓粒子ごとの成分分析のよ
うに発光スペクトルの積算が行なえない場合や、試料が
多元素からなり各元素からの発光線が多数ありスペクト
ルが複雑になる場合でも容易、かつ定量的に成分分析で
きるレーザ生成プラズマ発光分光分析方法及び装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明に係るレーザ生成プ
ラズマ発光分光分析方法は、励起光を照射し物質をブレ
イクダウンさせてプラズマ化し、プラズマより放射され
る原子蛍光を計測して物質の成分分析を行うレーザ生成
プラズマ発光分光分析方法において、プラズマに、特定
元素を再励起させる波長を有する再励起光を照射し、特
定元素を再励起させて特定元素の原子蛍光の蛍光強度を
増加させるように構成されている。

そして再励起光を、プラズマのピークにほぼ一致させか
つ所定時間遅らせて照射し、プラズマ白色光と原子蛍光
とを分離して原子蛍光の蛍光強度を測定する構成でも良
い。

また再励起光を照射し、原子蛍光とともに発生する音響
波を検出して気中又は液中に存在する物質の成分、大き
さ及び濃度を蛍光強度と同時に測定する構成でも良い。

さらにレーザ生成プラズマ発光分光分析装置においては
、励起光を照射する第１の光源と、励起光を集光させて
物質をブレイクダウンしかつプラズマ化させるセルと、
プラズマから照射される原子蛍光を計測する手段とを備
えたレーザ生成プラズマ発光分光分析装置において、プ
ラズマに、特定元素を再励起させる波長を有する再励起
光を照射して原子蛍光の蛍光強度を増加させる第２の光
源を設けた構成である。

そして第２の光源に、再励起光の照射をプラズマのピー
クにほぼ一致させかつ所定時間遅らせる光源制限装置を
接続し、光源制限装置と原子蛍光をプラズマ白色光から
分離させる時間分解分光装置とを接続した構成でも良い
。

またセルに、原子蛍光とともに発生する音響波を検出し
て気中又は液中に存在する物質の成分、大きさ及び濃度
を蛍光強度と同時に測定する検出手段を付設した構成で
も良い。

〔作用〕

本発明のレーザ生成プラズマ発光分光分析方性によれば
、励起光によりブレイクダウンしてプラズマ化した物質
の原子は、電離状態にあるが一定時間後にプラズマ再結
合によって励起準位まで落ち、さらに固有の波長を有す
る原子蛍光を発しながら基底状態に戻る。ここで再励起
光を照射すると原子は再励起し、原子蛍光を発しながら
基底状態に戻る。そこで特定元素にこのサイクルを繰返
すことにより原子蛍光の蛍光強度のみ゛が増大し、特定
元素が選別される。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明する。

本発明を最も良く説明する一実施例を第１図に示す。こ
の一実施例は、試料構成元素の分析を↓元素ずつ行なう
ものである。試料（物質）゛をブレイクダウンさせるた
め照射する励起光の第１の光源である光源１としてパル
スＹＡＧレーザを使用する。パルスＹＡＧレーザとして
は例えば波長は５３２ｎｍ、出力は↓ＯｍＪ／パルス程
度のものを用いる。光源１から出た光は（励起光）は、
レンズ１４によりフロー式のセル１５内の中心部に集光
させ試料をブレイクダウンさせる。セルの材質は石英で
あり、測定試料は第６図に示すように、入射レーザ光に
対して近い方のセルの端部下方がらセル内に入り、入射
レーザ光に対して遠い方のセルの端部上方から出ていく
ようになっている。

試料の流量は１００ｍＱ／ｍｉｎ程度である。

方、原子（特定元素）を再励起させて原子蛍光の蛍光強
度を増加させるための少くとも一つの第２光源である光
源２としては、例えばＮａの分析を行なう場合、連続発
振レーザ（再励起光）である色素レーザ（ローダミン１
１０）の５８９．００ｎｍの光を使用する。波長５８９
．ＯＯｎｍはＮａ元素固有の蛍光波長である。なお、色
素レーザの波長精度が十分でない場合は、色素レーザか
らでた光は一度分光器を通してから使用するか、エタロ
ンを使用することが有効である。光源２としては、キャ
ノンランプの光を分光して使うこともてきる。光源２か
ら出た光（再励起光）はエタロン１９（波長弁別器）を
通りハーフミラ−↓３によって光源１と同し光軸上に導
入され、光源上から出た光と同じくレンズ１４を通りセ
ル１５内に入る。

なお他の単一元素測定例としてＣａの分析は、連続発振
色素レーザのクマリン１２０（７−アミノ−４−メチル
クマリン）を使用し、波長は４２２．６７ｎｍである。

またＣｕの分析は、パルス発振色素レーザのブリリアン
トスルフォフラビンを使用し、波長は５２１．８２ｎｍ
である。

光源２が連続光源の場合の光ｇ１と光ｇ２の出力とプラ
ズマ発光強度の時間変化を第２図に示した。光源２にパ
ルス光源を用いる時は、光源上と光源２の時間タイミン
グをそろえる必要があり、光源２は、光源１に接続して
いる光源制御装置５と接続し、第３図に示すように、照
射開始を所定時間遅らせてタイミングＴを設定し、プラ
ズマのピークにほぼ一致させて照射する。プラズマはセ
ルの中心部で発生し、そこからの発光は集光光学系８に
より集光し、分光器９及び時間分解分光装置↓０により
時間分解分光する。時間分解分光装置１０を用いるのは
、プラズマ白色光から元素の輝線を分離し、Ｓ／Ｎ比を
向上させるためである。

時間分解分光装置１０は測定系制御装置６により光源に
対して時間制御される。分光された光は光検出器２０に
より検出しデータ処理装置１１でデータ処理され、記録
装置１２に記録される。

試料構成元素の分析を２元素同時測定するための一実施
例を第４図に示す。

基本構成は前記実施例とほぼ同様であり、２元素同時測
定を行なうため光源３（第２の光源）を新たに用いる。

光源３は光源２と同様パルス光源でも連続光源でもよい
。ただしパルス光源を使用する時は、光源制御装置５に
よりその照射のタイミングＴを制御しなければならない
。光ｇ３から出た光は光源２と同様、エタロン１９ある
いは分光器９で特定波長に分光し、ミラー↓８及びハフ
ミラー１３によって光源■と同し光軸上に導入する。

次に気中あるいは液中に存在する物質の成分分析と同時
に、物質の大きさ、単位体積あたりの個数を計測できる
装置構成の例を第５図に示す。装置の基本構成は前記実
施例とほぼ同様であるが、物質の大きさ及び個数をブレ
イクダウンによって原子蛍光と同時に生しる音響波によ
り計測するため、音響波を検出するための検出手段例え
ば圧電素子１６（圧力変化を電気変換する素子）を第６
図に示したようにセル側面の一方に取りつける。

この圧電素子１６により検出した音響波は音響信号処理
袋Ｗ７及びデータ処理装置１１により処理する。

なお多元素同時測定例として、Ｎａの分析に対して連続
発振色素レーザのローダミン１↓０、波長５８９．ＯＯ
ｎｍと、Ｚｎの分析に対してパルス発振色素レーザのｐ
−テルフェニル、波長３３０．２６　ｎ　ｍとを使用す
る。またＧｏの分析に対してパルス発振色素レーザのｐ
−テルフェニル、波長３４５．３５ｎｍと、Ｚｎの分析
に対してパルス発振色素レーザのｐ−テルフェニル、波
長３３０．２６ｎｍとを使用する。

ここで本発明の原理について説明する。本発明の原理図
を第７図に示す。レーザ照射によりブレイクダウンしプ
ラズマ化した物質の各構成原子は、ブレイクダウン直後
に電離状態にあるが、ある−定時間後はプラズマ再結合
によって励起準位まで落ち、熱輻射等の過程を経て各元
素に固有の波長を有する原子蛍光を発しながら基底状態
に戻る。

この原子に再び励起が起こるようなエネルギーを与える
と、原子は再励起を起こし、再び原子蛍光を発しながら
基底状態まで戻る。前記サイクルを繰り返すことにより
原子蛍光を増大させることができ、分光分析において発
光スペクトルの積算回数を減少させることができる。原
子を再励起するためのエネルギーは、観測したい元素の
み選択励起できるようなものとする。このことにより、
第８図に示したように特定元素の原子蛍光の蛍光強度の
みを増大できるため、測定物質が多元素からなる場合に
分析したい元素の選別測定が容易となり、また前記した
ように蛍光強度も増加するため測定物質構成元素の高感
度な定量分析が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ生成プラズマ発光分光分析方法によれば
、再励起光を物質に照射することにより、特定元素のみ
の蛍光強度を増大できるため、物質の特定元素の選別測
定が可能となる。そして第２の光源を設けることにより
、レーザ生成プラズマ発光分光分析装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置の構成図、第２図
及び第３図は再励起光の発光のタイミングを説明する図
、第４図は本発明の他の一実施例を示す装置の構成図、
第５図はさらに他の一実施例を示す装置の構成図、第６
図はセルの一例を示す図、第７図及び第８図は本発明の
詳細な説明する図である。 ■・光源１．２・・光源２．３・光源３．４・・パルス
発生器、５・・・光源制御装置、６・・・測定系制御装
置、７・・・音響信号処理装置、８・・・集光光学系、
９・・分光器、１０　・時間分解分光装置、１１　　・
ブタ処理装置、１２　・記録装置、１３・・・ハーフミ
ラ−１１４・・レンズ、↓５・セル、↓６・圧電素子、
１７・・光ストッパ、１８・・ミラー、↓９・エタロン
、２０　光検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励起光を照射し物質をブレイクダウンさせてプラズ
   マ化し、プラズマより放射される原子蛍光を計測して前
   記物質の成分分析を行うレーザ生成プラズマ発光分光分
   析方法において、前記プラズマに、特定元素を再励起さ
   せる波長を有する少くとも一つの再励起光を照射し、前
   記特定元素を再励起させて該特定元素の前記原子蛍光の
   蛍光強度を増加させることを特徴とするレーザ生成プラ
   ズマ発光分光分析方法。 ２、再励起光を、プラズマのピークにほぼ一致させかつ
   所定時間遅らせて照射し、プラズマ白色光と原子蛍光と
   を分離して該原子蛍光の蛍光強度を測定することを特徴
   とする請求項１記載のレーザ生成プラズマ発光分光分析
   方法。 ３、再励起光を照射し、原子蛍光とともに発生する音響
   波を検出して気中又は液中に存在する物質の成分、大き
   さ及び濃度を蛍光強度と同時に測定することを特徴とす
   る請求項１又は２記載のレーザ生成プラズマ発光分光分
   析方法。 ４、励起光を照射する第１の光源と、該励起光を集光さ
   せて物質をブレイクダウンしかつプラズマ化させるセル
   と、プラズマから照射される原子蛍光を計測する手段と
   を備えたレーザ生成プラズマ発光分光分析装置において
   、前記プラズマに、特定元素を再励起させる波長を有す
   る再励起光を照射して前記原子蛍光の蛍光強度を増加さ
   せる少くとも一つの第２の光源を設けたことを特徴とす
   るレーザ生成プラズマ発光分光分析装置。 ５、第２の光源に、再励起光の照射をプラズマのピーク
   にほぼ一致させかつ所定時間遅らせる光源制限装置を接
   続し、該光源制限装置と原子蛍光をプラズマ白色光から
   分離させる時間分解分光装置とを接続したことを特徴と
   する請求項４記載のレーザ生成プラズマ発光分光分析装
   置。 ６、セルに、原子蛍光とともに発生する音響波を検出し
   て気中又は液中に存在する物質の成分、大きさ及び濃度
   を蛍光強度と同時に測定する検出手段を付設したことを
   特徴とするレーザ生成プラズマ発光分光分析装置。