JP2001305059A - 誘導結合プラズマ発光分光分析装置と方法 - Google Patents

誘導結合プラズマ発光分光分析装置と方法

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JP2001305059A
JP2001305059A JP2000125880A JP2000125880A JP2001305059A JP 2001305059 A JP2001305059 A JP 2001305059A JP 2000125880 A JP2000125880 A JP 2000125880A JP 2000125880 A JP2000125880 A JP 2000125880A JP 2001305059 A JP2001305059 A JP 2001305059A
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plasma
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fiber cable
spectroscope
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Isao Yagi
勇夫 八木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導結合プラズマ発光分光分析装置におい
て、軸方向観察は、横方向観察と比較して目的元素に起
因する光を多く取り込めるため、分析性能が向上する
が、プラズマから発生する熱の影響を除去するため、コ
ーンや冷却水などの手段が必要となり、装置が複雑にな
るなどの問題点があった。本発明は、軸方向観察と同程
度の分析性能を得るとともに、軸方向観察に伴う上記の
問題点を解決することを課題とする。 【解決手段】 通常の軸方向観察はプラズマを、プラズ
マの上方から観察するが、本発明は、トーチ内に光ファ
ーバーケーブルを組み付け、ガスの供給側すなわちトー
チ内側の中心から(プラズマ下方から)観測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】無機分析装置に関し、特に、
誘導結合プラズマ発光分光分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3,図4に従来の誘導結合プラズマ発
光分光分析装置を示す。 1.プラズマの形成 図3において、トーチ2の一端からガスを供給し、トー
チ2のもう一端にプラズマを形成させる。一般にトーチ
2は三重同軸管を使用する場合が多いが、この中心軸に
対し、ガスの供給方向とは逆の方向ををプラズマの向き
と呼称する。例えば、「トーチの軸を鉛直方向になるよ
う配置し、下方からガスを導入し、上方に向かってプラ
ズマを形成する」場合、「プラズマは上向き」と呼称さ
れる。
【0003】次のようなことから、プラズマは上向きに
形成するのが望ましい。 プラズマは熱を持ち、この熱は上昇傾向を持つため、
排気・排熱に有利である。 溶液試料の導入に際して、プラズマを水平方向に形成
すると、導入途中で、霧化された試料が管壁につくこと
があるのに対し問題が少ない。 2.プラズマ発光の観測 プラズマでの発光を観測する方法として、次の2つの方
法が挙げられる。一つは、形成されたプラズマをトーチ
2の軸と直行する方向から観測する方法(図3参照)
で、一般に横方向観察と呼称される。もう一つは形成さ
れたプラズマをトーチ2の軸の延長線方向で、ガスの供
給方向とは逆の方向(この方向をプラズマの上方と呼称
する)から観測する方法(図4参照)で、一般に軸方向
観察と呼称される。 3.装置全体の構成 横方向観察を行う装置の場合、分光器3は上向きのプラ
ズマ1に対し水平方向に放出される光が観測できる位置
に置かれる。
【0004】一方、軸方向観察を行う装置の場合、分光
器3はプラズマ1から軸方向に放出される光が観測でき
る位置に置かれる。一般にはプラズマ1の上方にコーン
4を配置し、このコーン4を冷却水などを用いて冷却す
ることで、プラズマ1の熱が分光器3などに影響を及ぼ
さないようにしている。このコーン4の中心には貫通し
た穴が開いており、ここからプラズマ1の光が分光器に
入射するよう配置される。装置全体のバランスを考慮し
て、コーン4上方に折り返しミラー5を配置し、分光器
3に光を導くケースもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】プラズマの中心付近に
は、試料中の分析元素に起因する光が多く分布してい
る。中心から外れた部分には、分析の妨害となるバック
グラウンド成分の光が多く分布している。軸方向観察は
中心の光を観測するため、横方向観察と比較して目的元
素に起因する光を多く取り込める。このため、分析性能
が向上する。しかしながら、プラズマの上方に分光器を
配置する必要があり、これに起因して、以下のような問
題点があった。 プラズマから発生する熱の影響を除去するため、コー
ンや冷却水などの手段が必要となり、装置が複雑にな
る。 冷却水を使用する場合は、ランニングコストが増え
る。 コーンがプラズマの熱で消耗する場合、交換などのメ
ンテナンスの手間が増える。 コーンやトーチを交換する場合、軸の調整を行う手間
が増える。 本発明は、軸方向観察と同程度の分析性能を得るととも
に、軸方向観察に伴う上記の問題点を解決することを課
題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】プラズマを、プラズマ上
方からではなく、ガスの供給側すなわちトーチ内側の中
心から(プラズマ下方から)観測する。
【0007】トーチは三重同軸構造になっており、内側
からインナーチューブ、ミドルチューブ、アウターチュ
ーブと呼称される。インナーチューブはキャリヤーガス
と霧化した溶液試料をプラズマ内に導くもので、その軸
方向の中心は空洞となっている。この空洞内にプラズマ
の光を分光器に導くための光ファイバーケーブルを設け
る。すなわち、光ファイバーケーブルの一端をインナー
チューブ内にプラズマに向けて固定し、もう一端を分光
器に接続して、トーチ内に放出されるプラズマの光を分
光器に導く。分光器に導かれた光は従来と同様に分光さ
れ、分析される。
【0008】上向きにプラズマを形成する場合、プラズ
マの熱は上方に向かう。また、プラズマを形成している
間、トーチ内にはガスが流れ続ける。これらの効果によ
り、トーチ内の温度はほとんど上昇せず、ほぼ常温を保
つため、新たに冷却手段を設けなくても、光ファイバー
はプラズマの熱の影響を受けずに、軸方向観察を行える
位置に配置できる。
【0009】また、光ファイバーケーブルの先端がトー
チに固定されるため、トーチの取付向きや位置によら
ず、常に軸方向観察が行えるため、煩雑な軸合わせ作業
が不要となる点も利点となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、実施例に基づき詳細に説明
する。
【0011】図1は、本発明の実施例である。トーチ2
の中心軸に沿って光ファイバーケーブル5が設置されて
いる。光ファイバーケーブル5の光ファイバー端面はト
ーチ2の開口部下近傍に配置される。光ファイバーケー
ブル5は、穴付きゴム栓4の中心穴を貫通しており、穴
付きゴム栓4をチャンバー3に固定することで、支えら
れ、固定される。チャンバー3の側面に穴を設け、この
穴付きゴム栓4をはめ込み、この穴付きゴム栓4に光フ
ァイバーケーブル5を固定する構成としたので、固定が
簡便である。光ファイバーケーブル5のもう一端は分光
器6に接続される。プラズマ1からトーチ2内に放出さ
れる光は、光ファイバーケーブル5を経由して分光器6
に導かれ、観測され、分析される。
【0012】トーチ2は、プラズマガス、補助ガス、キ
ャリヤーガスを混合し、ガスの供給口とは反対の開口近
傍に高周波電力を加えることで、ガスをプラズマ化さ
せ、プラズマ1を形成する。一般にプラズマガスはトー
チ2を冷却するために、補助ガスはプラズマを構成する
主成分となり、キャリヤーガスは霧状の試料をプラズマ
に導入するために必要と言われている。キャリヤーガス
と共にチャンバー3に導入された霧状の試料は、チャン
バー3内を通ってトーチ2の最も内側の管からプラズマ
に導入される。このとき、チャンバー3は、霧状の試料
の粒径を選別する機能を持ち、所定の粒径以下の霧のみ
が、トーチ2内へ送り出されていく。
【0013】図2(a)は、本発明のトーチの実施例で
ある。インナーチューブ3の中心に光ファイバーケーブ
ル4が配置されている。光ファイバーケーブル4とイン
ナーチューブ3は、光ファイバーおさえ5と共に一体で
形成される。例えば、インナーチューブ3と光ファイバ
ーケーブル4をインナーチューブと同じ材質の石英ガラ
スで溶着し、固定する。このように構成することで、光
ファイバーケーブル4をトーチの中心に確実に固定でき
る。このときは、図1で示した穴付きゴム栓4による支
持・固定が無くても良い。
【0014】光ファイバーおさえ5を、インナーチュー
ブ3の内壁に形成する方法もある。例えば、インナーチ
ューブ3の内壁に突起を、キャリヤーガスの流速の妨げ
とならない程度の大きさで、複数個形成する。この突起
の内接円直径が光ファイバーケーブル4の外形とほぼ同
じに形成すれば、光ファイバーケーブル4をトーチの中
心に固定できる。このとき、光ファイバーケーブル4
は、インナーチューブ3の中心に固定されるが、軸方向
には比較的自由に動いてしまう。光ファイバーケーブル
4の軸方向の位置を固定するのは、図1の穴付きゴム栓
4となる。穴付きゴム栓4が必要になるが、トーチが消
耗した場合、光ファイバーケーブルがトーチと一体で形
成されていないため、トーチのみを交換するれば、光フ
ァイバーの再利用が可能となるという利点がある。
【0015】また、光ファイバーおさえ5を、光ファイ
バーケーブル4に取り付ける方法もある。例えば、光フ
ァイバーおさえ5を、円筒形に形成し、その内径を光フ
ァイバーケーブル4の外形と同じとし、光ファイバーケ
ーブル4に固定できるようにする。円筒の外周上には、
外向きに複数個の突起を形成し、その突起の外接円直径
がインナーチューブ3の内径とほぼ同じとすれば、光フ
ァイバーケーブル4をトーチの中心に固定できる。この
とき、光ファイバーケーブル4は、インナーチューブ3
の中心に固定されるが、軸方向には比較的自由に動いて
しまう。光ファイバーケーブル4の軸方向の位置を固定
するのは、図1の穴付きゴム栓4となる。穴付きゴム栓
4が必要になるが、トーチが消耗した場合、光ファイバ
ーケーブルがトーチと一体で形成されていないため、ト
ーチのみを交換するれば、光ファイバーの再利用が可能
となるという利点がある。また、光ファイバーケーブル
を固定する手段をトーチが持たないため、従来から使用
してきたトーチがそのまま使用できるという利点もあ
る。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発光を、プラ
ズマを形成するトーチ側から観測するようにしたので、
プラズマから発生する熱の影響を回避しながら、分析性
能の高い軸方向観察が比較的容易かつ安価に実現できる
効果がある。
【0017】また、光ファイバーケーブルを着脱可能に
する手段を設けたことにより、消耗品であるトーチを交
換する場合、光ファイバーケーブルをトーチと共に交換
しなくて済むため、ランニングコストを抑えられるとい
う効果がある。
【0018】さらに、光ファイバーケーブルに光ファイ
バーおさえを形成することにより、従来から使用してい
るトーチが使用でき、消耗品であるトーチの種類を増や
す必要が無くなるため、複数種類のトーチを維持管理す
るという煩雑な手間が無くなるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である。
【図2】(a)は本発明のトーチの断面図であり、
(b)は(a)のA−A’沿ったトーチの断面図であ
る。
【図3】従来の実施例である。
【図4】従来の別の実施例である。
【符号の説明】
1 プラズマ 2 トーチ 3 チャンバー 4 穴付きゴム栓 5 光ファイバーケーブル 6 分光器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 霧状にされた試料を、プラズマを形成す
    るためのガスと共に導入し、前記試料を該ガスと共にプ
    ラズマを形成するトーチと、 前記形成されたプラズマの光を分光する分光器とからな
    り、 前記分光器にて検出した光の波長と強度から前記試料の
    成分の同定あるいは定量を行う誘導結合プラズマ発光分
    光分析装置において、 前記トーチのプラズマが形成される開口部下近傍中心
    に、光ファイバーの端面が固定されるように光ファイバ
    ーケーブルを前記トーチの軸方向に沿って設置し、前記
    トーチ側に放出されるプラズマ光を、前記光ファイバー
    ケーブルを通して分光器に導くことを特徴とする誘導結
    合プラズマ発光分光分析装置。
  2. 【請求項2】前記トーチにおいて光ファイバーケーブル
    を着脱可能にするため、前記トーチ内部に光ファイバー
    おさえを備え、光ファイバーを前記トーチの軸方向に沿
    って固定できるようにしたことを特徴とする請求項1に
    記載の誘導結合プラズマ発光分光分析装置。
  3. 【請求項3】前記トーチにおいて光ファイバーケーブル
    を着脱可能にするため、前記光ファイバーケーブルの周
    囲に光ファイバーおさえを備え、光ファイバーを前記ト
    ーチの軸方向に沿って固定できるようにしたことを特徴
    とする請求項1に記載の誘導結合プラズマ発光分光分析
    装置。
  4. 【請求項4】霧状にされた試料をトーチにてプラズマ発
    光させ、該プラズマの光を分光分析することにより、試
    料成分の同定あるいは定量を行うプラズマ発光分光分析
    方法において、 前記トーチのプラズマの放出される開口部下近傍中心に
    光ファイバ端面が固定されるように光ファイバーケーブ
    ルを前記トーチの軸方向に沿って設置し、前記トーチ側
    に放出されるプラズマ光を、前記光ファイバを通して分
    光器に導くことを特徴とするプラズマ発光分光分析方
    法。
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