JP2000509832A - 分光分析法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 試料中の複数の元素の存在を連続的に検出するための分光分析器。該機器は、それらそれぞれが、複数の元素のうちの、少なくとも１個それぞれの、前以て決定された元素の存在を検出するためのものである、複数のランプ（１ａ〜１ｅ）を含む。鏡である可能性があるビームセレクター（１３）は、いずれか１個のランプ（１ａ〜１ｅ）からの光線のビーム（７）を分析区域（８）に向けるように操作できる。機器は、モノクロメーター（１５）を含み、その駆動装置（２４）はそれに結合された記憶装置（２６）をもつコントローラー（２５）の調節下にある。興味のあるそれぞれの波長に対するピークの設定値に対応する、モノクロメーターに対する前以て決められた設定値は、各々の元素分析に対するピーク到達の定常作業の実施を必要とせずに、それにより分析時間を節約しながら、これらの設定値にモノクロメーターを後になって駆動させるために、記憶装置（２６）中に貯蔵することができる。該機器のランプ及びビームセレクター集成装置は実質的に、一つのランプからもう一つのランプに変更するのに要する時間を減少させ、それにより、試料の連続的な、分光複数元素分析を容易にさせる。試料を噴霧させるためにフレームを使用する機器は、噴霧室（２３）及び次に分析区域（８）への、オキシダント（１７）及び燃料（１８）ガスの流量を調節するための弁（１９及び２０）を含み、オキシダント（１７）はネブライザー（２２）を経由して供給される。弁（１９及び２０）は好ましくは、マイクロプロセッサー（２１）の調節下にある調整可能なオンオフ時間比（onto off time ratio）をもつ高速振動弁である。振動弁（１９及び２０）は、オキシダント及び燃料ガスの流量の早急な変化を可能にさせ、それによっても分析時間を節約させる。

Description

【発明の詳細な説明】 分光分析法技術分野 本発明は、その試料中の、興味のある元素の存在を決定する目的のための、あ る試料の分光分析法に関する。本発明は具体的に、興味のある２種以上の元素の 存在を決定するための試料の分析に関する。 以下に、特に原子吸光（ＡＡ）分光分析法に関連して本発明を説明することが 好都合であるだろうが、本発明がより広い用途を有することを理解されなければ ならない。背景 元素分析法において、分析者が、各試料に対する、幾つかの元素の濃度の決定 に興味をもつことは一般的である。分析者にとっての焦点は試料であるので、最 適な集成装置は、試料が提供される時に、各試料に関係するすべての結果を測定 するシステムに対するものであろう。これにもかかわらず、最も最近の複数元素 のＡＡ機器は、第１の元素について連続的にすべての試料を分析し、次に第２の 元素について連続的にすべての試料の分析をする、等、により操作される。この 操作方法は、十分に確立されてはいるが、分析者にとり著しく不都合である。 このため、試料が提供される時に、興味のあるすべての元素を同時に分析する ことができる、同時複数元素ＡＡシステムが、長い間、機器製造業者の目標であ った。残念なことに、このようなシステムは、安価な費用で達成することは極め て困難であることが判明した。 本発明の以前には、興味のある一元素に適したものから興味のあるもう一つの 元素に適したものへ、機器の操作条件の幾つかを早急に変更す ることは実際的でなかった。なかでも、 ＊ 一つのランプからもう一つのランプに変える、 ＊ 燃料及びオキシダントガスの流量（フレーム噴霧の分光光度計において） を変える、そして ＊ ある波長からもう一つの波長に変える： ためには、かなりの時間が必要である。 前記の種類の変更の実施に伴う長い遅延は、全体的処理量の結果的減少及び、 各試料の過剰な使用のために、許容できないと考えられてきた。発明の要約 本発明に従って、それらのそれぞれが、複数の元素の少なくとも１個のそれぞ れの、前以て決定された元素の存在を検出するための光線のビームを発生するた めのものである複数のランプ、ビームセレクター及び、ビームセレクターのため の操作手段、並びに、そこで、分析される試料が提供される可能性がある分析区 域、を含み、そこで、複数のランプが各々、分析区域に対して固定された位置を 占め、そしてそこで、ビームセレクターが、複数のランプのいずれか１個から分 析区域へ、光線のビームを向けるための操作手段により操作可能であり、そして 更に、光線の分析ビームを、異なる波長に分割するためのモノクロメーター及び 、興味のある各波長に対するピーク設定値に対応する、前以て決定された設定値 にモノクロメーターを駆動させるための、モノクロメーターのための調節可能な 駆動手段、を含む、一試料中の複数の元素の存在を連続的に検出するための分光 分析器が提供される。 本発明に従う方法は、それらのそれぞれが、興味のある複数の元素のうちの、 少なくとも１個のそれぞれの存在を検出するのに適宜で、そこ で、分析される試料が分析のために提供される区域に対して、固定された位置を 有する複数のランプの使用を伴う。該方法は、各ランプから光線のビームを発生 するように、連続的に又は同時に、各ランプに通電する段階、並びに、ビームセ レクターがビームの選択された１本を受けて、分析区域にそのビームを向けるよ うに、ビームセレクターを操作する段階、を含む。その集成装置は、もう一つの 試料が分析区域に提供される前に、その区域の試料を、興味のある２種以上の元 素の存在について連続的に分析することができるように、順次、光線の各ビーム を分析区域に向けることができるようなものである。該方法は更に、興味のある 各波長に対してモノクロメーターのピーク設定値を前以て決定すること、及び、 測定のためのピーク設定値に、モノクロメーターを早急に駆動させるために、こ れらのピーク設定値を貯蔵すること、を含む。前記の機器及び方法は、あるラン プからもう一つのランプへの変更に要する時間を実質的に減少させ、そして、数 種の試料の連続的分析を提供する、本発明の態様に対して、これらの試料の連続 的な分光学的複数の元素分析を実施するための、比較的好都合で安価な解決策を 提供する。通常のＡＡ分光分析法においては、モノクロメーターは興味のある波 長に駆動され、次にその波長でピークに達せられる。ピークに達することは、狭 い波長範囲でモノクロメーターを走査すること及び、最大の光線処理量をもたら す設定値を記録すること、を伴う。次に、測定のために、モノクロメーターを、 その設定値まで駆動させる。これは時間を浪費する操作であり、興味のあるラン プが光学ビーム中に安定して配置されるまで、開始することができない。ピーク に到達させるのに要する時間は、長いことのみならず、更に、ランプを変更する のに要する時間に付加され、 そして具体的には各測定に対して繰り返される。前記の種類の、繰り返す、ピー クに到達させる時間は、バッチ分析の開始時に各元素に対するピーク到達定常作 業を実施すること及び、各ピークに対応する正確な駆動モーターの位置を記憶装 置に貯蔵すること、により排除される。その後のモノクロメーターの移動に対し ては、それ以上のピーク到達を必要としないで、前以て決められた位置にモータ ーを駆動させることができる。例えば、モノクロメーター駆動モーターは、ステ ップモーターである可能性があり、モノクロメーターのピーク設定値に対応する モーターの位置はモーターのステップ数としてソフトウェア中に貯蔵することが できる。非常に長いバッチ工程の場合には、モノクロメーターのドリフトの可能 性があり、これはピーク設定値の定期的な再調整を必要とする可能性がある。各 移動時の再ピーク達成はバッチ工程の時間を極めて実質的に増加させるが、この ような時々の再調整は全体的なバッチ時間を実質的に増加させない。 好ましい態様においては、ビームセレクターは、各ランプに対して移動可能で 、それらがそれぞれ、鏡が、ランプのそれぞれ１個からの光線のビームを受けて 、機器の分析区域にそのビームを向けることを可能にさせる、数種の位置のいず れか一つを採用することができる鏡を含む。 前記の方法の採用により、ランプ選択時間を１秒未満に減少させることができ 、一方、通常のシステムは具体的には１０秒を越える切り替え時間を必要とする 。 一つの態様に従うと、ランプは円周又は円弧上に放射状に配置されており、そ してビームセレクターは円の中心に配置され、そして、複数の操作位置のいずれ か一つを採用するように、円の軸の周囲を移動可能で ある。各操作位置において、ビームセレクターは、ランプの１個各々から光線の ビームを受けて、そのビームを分析区域に向けるように操作可能である。その他 の集成装置が明らかに可能である。例えば、ランプは、各々がその他に対して、 そして分析区域に対して固定された位置をもっように、円弧又は直線上に配置す ることができ、そしてビームセレクターは、前記のように、複数の操作可能な位 置のいずれか一つを採用するように、ランプの列に対して移動可能である。もち ろん、ランプが分析区域への等しい長さの光の経路を持たないようなランプの配 列に対しては、ランプの光源が分析区域において正確に像を結ぶことを確実にす るためには、通常存在する集束手段に付加する集束手段が必要であろうことは理 解されるであろう。 試料を噴霧するためのフレームを使用する機器の形態においては、機器は、そ こで、燃料及びオキシダントガスの流量が、高速制御弁、好ましくは振動（osci llating）計量弁により調節されている分析区域に、燃料ガスを供給するための 手段、及びオキシダントガスを供給するための手段、を含むことができる。この 形態の機器においては、各弁のオンオフ時間比を、興味のある２種以上の元素の 各々に適するように、所望のように調節することができる。このような態様は、 弁の適宜な調整が１回の往復周期で達成されることを可能にさせる。例えば、約 ３３ヘルツの往復数の採用は、ガスの流量を約３０ミリ秒で変化させることがで きる。実際的には、より高い又は低い往復数を使用できることが理解されるであ ろう。各弁の調整後、分析を開始する前に安定化期間が必要である可能性があり 、その期間の長さは、大部分、そのシステムのガスの供給能（capacitiy）に依 存するであろうが、１秒未満の期間が典型的 である。このように、この形態の機器は、燃料及びオキシダントガスの流量を変 化させるのに要する時間を減少させる。 以下に、本発明の具体的態様の略図による表示である、付記の図に関して、本 発明を更に詳細に説明することは好都合であろう。付記の図及び関連の説明の特 異性は、本発明の、前記の広い説明の一般性を廃する物と理解すべきではない。図の簡単な説明 図１は、本発明に従う分光分析器に使用のためのランプ及びビームセレクター 集成装置の一態様の略図である。 図２及び３は、ビームセレクターの操作を示すための、図１の集成装置の略図 平面図である。 図４は、本発明に従う、分光分析器に使用のためのランプ及びビームセレクタ ー集成装置のもう一つの態様の略図である。 図５及び６は、ビームセレクターの操作を示す図４の集成装置の略図平面図で ある。 図７は、本発明の更なる特徴を示す、ＡＡ分光測定システムの略図である。態様の詳細な説明 図１は、その中に、中空の陰極ランプ又はその他の適宜なスペクトルランプの 光源の可能性がある、幾つかのランプ１ａから１ｆが、円２の円弧上に配列され 、そして鏡３の形態のビームセレクターがその円の中心に配置されている、１個 のランプ及びビームセレクターの集成装置の略図である。ビームセレクターは、 鏡３を回転させるためのモーターの可能性がある操作手段３ａにより操作可能で ある。ランプの数は示され た物より多くても少なくても良く、ランプは円２の全周にわたる必要はない。 鏡３は、ランプ１のいずれか１個からの光線のビームを受けるように配置可能 なように、円２の中心と一致する軸４の周囲を回転するように設置されている。 図２は、ランプ１ａからの光線５のビームを受けるように配置された鏡３を示す 略図平面図であり、図３は、ランプ１ｂからの光線６のビームを受けるように配 置された鏡３を示している。各ランプ１は、光線のビームを連続的に発生するよ うに通電する（この場合は、通電は、通電されたランプからの光線が分析区域に 確実に向けられるようにするために、ビームセレクターの操作と同調されている ）ことができるか、又はすべてのランプ１に同時に通電させることができる。図 １から明白なように、鏡３は、分析区域８（認められるように、機器は、分析区 域で光線の焦点を結ぶための焦点集束光学機器（図示されていない）を含んでい る）に向けられている反射ビーム７をもたらすように操作可能であり、そしてＡ Ａ分光分析法の場合には、その分析区域はフレーム又は黒鉛炉を含む可能性があ る。 図４から６は、ランプ１が、図１から３に示された放射状でなく、円２の軸方 向にそれらのそれぞれのビームを向けるようになっているもう一つの集成装置を 示している。この集成装置においては、ビームセレクターは、操作手段９ａによ り、軸４の周囲を回転可能な鏡アセンブリー９又はその他の適宜な手段を含む。 図示のように、具体的なアセンブリー９は、選択されたランプ１からの光線のビ ームを受ける第１の鏡１０、及び、軸４に配置されている第２の鏡１１を含む。 鏡１０及び１１の両者はハウジング１２内に設置され、軸４の周囲をそのハウジ ングととも に回転する。 図５及び６に示されるように、ハウジング１２の回転位置は、どのランプ１が 、ある具体的な時間に分析目的のために操作可能であろうかを決定する。図４及 び５に示されている位置においては、アセンブリー９はランプ１ａからのビーム ５を受けるようになっており、鏡１０がそのビームを鏡１１に反射し、それが、 順次、分析区域８に向けられる反射ビーム７をもたらす。図６は、アセンブリー ９がランプ１ｂからの光線のビームを受けて、そのビームを分析区域８に反射す る、異なる位置に回転されたアセンブリー９を示している。 図７は、一連のランプ１ａから１ｅ及び、前記のような鏡もしくは複数の鏡を もつものを含むあらゆる適宜な形態の可能性があるビームセレクター１３を取り 込んでいる、ＡＡシステムの略図である。ビームセレクター１３は、ランプ１の うちの選択された１個から発射される光線７のビームを、それらそれぞれが既知 の方法で作動する、フレーム噴霧集成装置又は黒鉛炉を含む可能性がある分析区 域８に移行させるための、操作手段１３ａにより操作できる。ビーム７は具体的 には、集束手段（図示されていない）により区域８に集束される。次に残留ビー ム（residuum beam）１４が、モノクロメーター１５を通って、それらそれぞれ が既知の方法で操作される感知器１６に通過する。 フレーム噴霧集成装置に対しては、オキシダントガス及び燃料ガスを、図示さ れているようなそれぞれの流路１７及び１８に沿って分析区域８に配達すること ができる。各ガスの流量は、２個の高速弁１９及び２０のそれぞれ１個により制 御させることが好ましく、各弁１９及び２０が、調整可能なオンオフ時間比をも つ振動計量弁であることが更に好ましい。 一つのこのような弁は、米国特許第５，３５５，２１４号の主題であり、その特 許又はオーストラリアの同様な特許第６５１３６７号の明細の説明は、クロスレ フェランスにより本明細書中に取り込まれていると理解することができる。弁１ ９及び２０はそれぞれ、一般的な操作環境又は、図７に示されたシステムの状況 に適した、必要に応じたオンオフ時間比の変動を可能するためにマイクロプロセ ッサー２１又はその他の適宜な調節手段により調節することができる。図７に示 されている具体的な集成装置においては、弁１９は、それらそれぞれが既知の方 法で作動する、ネブライザー２２及び噴霧室２３を経由して、分析区域８にオキ シダントを配達するように操作される。弁２０もまた、噴霧室２３を経由して、 分析区域８に燃料ガスを配達する。ネブライザー２２は、１９９７年３月に出願 され、「分光分析噴霧アセンブリー」と題する、オーストラリア暫定特許出願番 号ＰＯ５５１３の明細書に従って構成されることが好ましい。 図７のシステムは、モノクロメーター１５が、興味のあるそれぞれの具体的な 波長に対するピークの設定値に早急に駆動されることができるような方法で、コ ントローラー２５により調節されるモノクロメーター１５のための駆動手段２４ を含む。具体的なピーク設定値が興味のある各々の波長について決定される時、 各々のこのような設定値を決定するパラメーターを、マイクロプロセッサー２６ のような適当な手段により記憶装置に貯蔵することができる。次に、貯蔵された 情報を、必要に応じて、具体的な分析サイクルに対して選択されたように、各々 の波長について、モノクロメーター１５を早急に設定するために使用することが できる。駆動手段２４はステップモーター（stepper motor）を含むこ とができる。 以上の説明から、本発明は、数種の試料の、連続的な分光分析法による複数元 素分析を実施するための、好都合で比較的安価なシステムを提供することは明白 であろう。 本発明はまた、それらそれぞれが、分析される試料中に存在する可能性がある 、興味のある２種以上の元素それぞれに適宜な、２種以上の設定条件の間を好都 合に移行することができる分光分析器を提供する。本発明はまた、２種以上の試 料の分光分析を連続的に実施するための、そしてもう１つの試料が分析に提供さ れる前に、各々の試料を、興味のある２種以上の元素の存在について分析させる ことを可能にする方法及び機器を提供する。 具体的な分析のための本発明に従う機器の使用においては、分析者は、測定さ れるべき元素及び、各元素に対する最も適当な発光線の波長（複数も）及び帯の 幅、を選択せねばならない。次に、測定される元素に対する十分なスペクトル光 源ランプ（その他のスペクトル光源を使用することはできるが、具体的には中空 の陰極ランプ）を機器に装着させる。一つの態様に従うと、光源ランプは、ラン プが発するであろう具体的な元素（複数も）のスペクトルを確認するための電気 コード化手段を含み、機器のその電子機器が、どのランプの位置に、具体的な元 素に対する光源が位置してぃるかを検出する。その他の態様においては、この情 報は分析者により手で入力しなければならない。 分析の速度を改善するためには、適宜な光源のランプを選択する間に、必要な 波長及び帯の幅（例えばスリット設定）にモノクロメーターを設定する最も早い 手段を決定することが必要である。モノクロメーターは 概括的に、ビームセレクターよりも移動が遅いので、最も早い分析は、波長の順 序で分析を実施し、そして、各新規の波長に達する時に、ビームセレクターを適 宜なランプの光源に向けることにより、達成される。しかし、モノクロメーター 、ビームセレクター及びその他の構成装置の反応速度に応じて、最小の分析時間 を達成するのに、異なる分析順序が必要であるかもしれない。 本明細書に記載された本発明に、これらの具体的に記載されたもの以外の変更 、修飾及び／又は追加をすることができ、そして、本発明は、以下の請求の範囲 内に入るこれらすべての変更、修飾及び／又は追加事項を含むことを理解しなけ ればならない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 り、試料の連続的な、分光複数元素分析を容易にさせ る。試料を噴霧させるためにフレームを使用する機器 は、噴霧室（２３）及び次に分析区域（８）への、オキ シダント（１７）及び燃料（１８）ガスの流量を調節す るための弁（１９及び２０）を含み、オキシダント（１ ７）はネブライザー（２２）を経由して供給される。弁 （１９及び２０）は好ましくは、マイクロプロセッサー （２１）の調節下にある調整可能なオンオフ時間比（on to off time ratio）をもつ高速振動弁である。振動弁 （１９及び２０）は、オキシダント及び燃料ガスの流量 の早急な変化を可能にさせ、それによっても分析時間を 節約させる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． それらおのおのが、複数の元素のうちの、少なくとも１個それぞれの、前 以て決められた元素の存在を検出するための、光線のビームを発生するためのも のである複数のランプ、ビームセレクター及び、ビームセレクターのための操作 手段、及び分析される試料を提供可能な分析区域を含み、複数のランプおのおの が分析区域に対して固定された位置を占め、ビームセレクターが、複数のランプ のいずれか１個から分析区域に光線のビームを向けるように、操作手段により操 作可能であり、更に、光線の分析ビームを異なる波長に分割するためのモノクロ メーター及び興味のある各波長のピーク設定値に対応する、前以て決定された設 定値にモノクロメーターを駆動させるための、モノクロメーターに対する調節可 能な駆動手段を含む、試料中の複数の元素の存在を連続的に検出するための分光 分析器。 ２． ランプが、軸上に中心をもつ円又は円弧上に存在するように、軸に対して 放射状に配置されており、そしてビームセレクターが、前記の軸の周囲を移動可 能で、複数の位置のいずれか一つに配置可能であり、そこで各々の位置において 、ビームセレクターが、ランプの１個各々から光線のビームを受けて、そのビー ムを分析区域に向ける、第１項に記載の分光分析器。 ３． ランプが前記の中心にそれらのビームを放射状に向けるようになっており 、そしてビームセレクターが、それが各ランプから受ける放射状ビームを、前記 の軸に沿って向ける、第２項に記載の分光分析器。 ４． ビームセレクターが鏡である第３項に記載の分光分析器。 ５． ランプが、前記の軸に平行な軸に沿って、それらのビームを方向 付けるようになっており、そしてビームセレクターが、各ランプから受ける軸方 向のビームを前記の軸に沿って方向付ける、第２項に記載の分光分析器。 ６． ビームセレクターが少なくとも２枚の鏡を含む第５項に記載の分光分析器 。 ７． 調節可能な駆動手段が、各波長に対するピーク設定値に対応するモノクロ メーターに対する設定値を決定するための情報を貯蔵するための記憶貯蔵装置を 含む、第１項から第６項のうちのいずれか１項に記載の分光分析器。 ８． 調節可能な駆動手段が、記憶貯蔵装置により調節可能な駆動モーターを含 む、第７項に記載の分光分析器。 ９． 駆動モーターがステップモーターである、第８項に記載の分光分析器。 １０． 分析区域で試料を噴霧するためのフレーム噴霧集成装置並びに、前記の 集成装置に燃料ガスを供給するための手段及びオキシダントガスを供給するため の手段を含み、そこで、高速の制御弁が前記の各供給手段に含まれている、第１ 項から第９項のいずれか１項に記載の分光分析器。 １１． 制御弁が、調整可能なオンオフ時間比をもつ振動計量弁である、第１０ 項に記載の分光分析器。 １２． 弁のオンオフ時間比を変更するための制御弁のための調節手段を含む第 １１項に記載の分光分析器。 １３． 分析区域に連続的に試料を提供するための手段を含む、第１項から第１ ２項のいずれか１項に記載の分光分析器。 １４． ｉ） 各ランプに連続的に通電すること、 ii） ビームセレクターが順次、各ランプからビームを受けて、分析区域で試料 中の２種以上の元素の存在を連続的に分析するために、そのビームを分析区域に 向けるように、ランプの通電と同期に、ビームセレクターを操作すること、 を含む、第１項から第１３項のいずれか１項に記載の機器の操作法。 １５． ｉ） 各ランプを同期通電すること、 ii） ビームセレクターが順次、各ランプからのビームを受けて、分析区域にお いて試料中の２種以上の元素の存在の連続的な分析のためにそのビームを分析区 域へ向けるように、ビームセレクターを操作すること、を含む、第１項から第１ ３項のいずれか１項に記載の機器の操作法。 １６． 複数の元素の存在について分析区域において第１の試料を連続的に分析 すること及び、次に分析区域に第２の試料を提供すること及び、複数の元素の存 在について第２の試料を連続的に分析すること、を含む第１４項又は第１５項に 記載の方法。 １７． 分析区域中の第１の試料に関して、 ｉ） 興味のある元素の各波長に対するモノクロメーターのピーク設定値を発見 すること、そこで、各ピーク設定値が、興味のあるそれぞれの元素に対して選択 された波長に対して、最高の光線処理量を提供する、 ii） 各ピーク設定値を表す情報を貯蔵すること、 iii） 分析区域に第２の試料を提供すること並びに、その分析時に、貯蔵され た情報により決定されたように、各々の、前以て決定されたピーク設定値にモノ クロメーターを駆動させて、それにより第２の試料に対する段階（ｉ）を除くこ と、並びに iv） それに続く試料に関して段階（iii）を繰り返すこと、 を含む、第１４項から第１６項のいずれか１項に記載の方法。 １８． １種の流量からもう１種の流量に早急に調整するために、制御弁を操作 すること、を含む第１０項から第１２項のいずれか１項に記載の機器に関与する 、第１４項から第１７項のいずれか１項に記載の方法。 １９． 制御弁を操作して、約３０ミリ秒で、一種の流量からもう一種の流量に 調整させる、第１８項に記載の方法。