JP2006126065A

JP2006126065A - 発光分析装置

Info

Publication number: JP2006126065A
Application number: JP2004316313A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Oikawa; 誠一及川; Takao Miyama; 隆男深山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】先行試料による光源部のコンタミネーションに起因する測定精度の劣化を防止し、光源部浄化のための予行放電による時間的損失と部材の消耗を軽減する発光分析装置を提供する。
【解決手段】複数の光源部を設け、分析対象光源を第１、第２光源部Ａ１、Ａ２から選択する光源選択機構として、切替ミラー１０を入口スリット１の前部に配置する。切替ミラー１０は２点の固定位置を持っており、そのいずれかを手動あるいは電気・機械的駆動によって選択できる。切替ミラー１０が図１の実線で示された固定位置にある場合は、第２光源部Ａ２から光が切替ミラー１０によって反射されて入口スリット１に入射する。これにより第２光源部Ａ２の試料６２の分析が行われる。切替ミラー１０が図１の破線で示されたもう１点の固定位置にある場合は、第１光源部Ａ１からの光が入口スリット１に導入される。これによって第１光源室Ａ１の試料６１の分析が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、種々の物質の定性・定量分析に用いられる発光分析装置に関する。

発光分析装置は、その測定対象元素、試料の形態と組成、あるいは必要な感度と精度に応じて、いくつかの波長分散方法と励起発光方法の組み合わせが用いられている。ここでは金属などの固体試料の分析に一般的に使用される、凹面回折格子を波長分散素子とした多波長分光器と、スパーク放電による発光光源を組み合わせた発光分析装置の例を図２に示し、以下、同図に従って従来の発光分析装置の概要を説明する。

光源部Ａには、試料６およびこれに対向する電極７がそれぞれの保持機構によって着脱自在に装着されており、これら保持機構を介して、それぞれ電源８の一方の出力端子に接続されている。電源８は、測定時に試料６と電極７の間に電圧を印加し、両者間にスパーク放電を開始させ、所定の電圧・電流にて所定の時間放電を継続させる。この時、試料６表面の放電部位は、放電電流によって急激に加熱され蒸発する。気化した試料６の成分元素はさらにスパーク中で励起され、元素固有の波長の輝線スペクトルを有する光を発する。放電の発光部位と分光器Ｂの入口スリット１の中間に集光レンズ５が設けられ、放電の発光が集光レンズ５によって入口スリット１上に収斂・結像される。

図２に示すように、分光器Ｂの入口スリット１の中心と回折格子２の中心とを結ぶ直線が、放電発光点と集光レンズ５の中心とを結ぶ直線の延長線と合致するように、光源部Ａと分光器Ｂが互いに係着されている。また、分光器Ｂ内のすべての光学素子は、物理的変形を最小限に抑えられるように設計・加工された基盤９の上に固定されている。図２に示す分光器Ｂの光学系の配置は、一般にパッシェン・ルンゲ・マウンティングと呼ばれ、凹面回折格子２の反射面がひとつの仮想円（ローランド円１１）の一部分をなすように配設され、このローランド円１１の円周上に入口スリット１およびすべての出口スリット３が連設されている。

この配置においては、入口スリット１からの拡散光は、回折格子２の略全面を照射した後、波長に応じて異なった回折角で反射され、波長に応じてローランド円１１上の異なった点に入口スリット１の像を結ぶ。したがって出口スリット３は、ローランド円１１上の測定対象元素の輝線波長に対応する位置に固定され、その波長の光のみを通過させる。各出口スリット３の背後には、光電子増倍管によって代表される検出器４が配設され、各出口スリット３を通過した光強度を検出する。検出器４の出力は、発光分析装置の測光部に伝送され、定性・定量分析が行われる。（特許文献１参照）
特開平７−１５９３２４号公報

しかしながら、従来の発光分析装置には以下に述べる問題がある。
発光分析装置で金属材料などを分析するために、光源部内で金属試料を放電発光させる。この際試料表面から蒸散した金属の蒸気は、周囲の大気によって急激に冷却されて再凝集し、その一部は光源部内の構成部品の表面に付着する。また、放電の熱によって試料表面で溶融した金属が放電の衝撃で飛沫となって近傍の部材に付着する場合もある。これらの付着物のうち特に放電電極表面およびその近傍のものは、コンタミメーションとなって以後の分析における測定値の正確度を低下させる大きな原因となる。

例えば、発光分析がしばしば応用される高純度アルミニウム中の微量金属の定量においては、主成分のアルミニウムが放電によって多量に飛散し、微粉粒となって光源部内の部材に付着する。この直後に、例えば、鋳鉄中のアルミニウムの含有量の測定を同一装置によって実行すると、付着していたアルミニウムが放電によって励起発光し、この発光が試料中に含有されるアルミニウムの発光に加算されて測定されるため、測定値に大きなプラスの誤差を生ずる結果となる。一般的にこの種類のプラスの誤差は、ある金属元素の含有量を測定する直前に、同一元素を多量に含む試料を測定した場合に大きく現れる。

前記の誤差の混入を防止するために、測定の前に数回の予行放電を行い、電極表面および放電部近傍の付着物を蒸散させる手段が一般的に用いられているが、これに要する時間的損失と、試料および電極の消耗が問題となっている。

従来技術における上記問題を解決するためになされた本発明の発光分析装置は、複数個の互いに独立した光源部と、前記複数個の光源部のうち、測定時に任意に選択された一つの光源部からの光のみを前記波長分散素子に導くための光源選択機構を備えたことを特徴とする。

本発明によって、発光部の目的の応じた自由な選択が可能となり、先行分析のコンタミネーションの影響を排除でき、また、予行放電による時間のロスを軽減できる。さらに、それぞれの光源部をある共通した試料に専用化することによって、複数台の発光分析装置で行っていた分析作業を１台の装置に集約することが可能となる。

本発明を実施するための形態の最も基本的なものとして、光源部を２個備えた発光分析装置を図１に示し、以下本図に従って説明する。

本実施例における分光器Ｂは、図１に示すように従来の発光分析装置に使用されているものと共通の構成を持っており、波長分散素子である凹面回折格子２の反射面がローランド円１１の一部分をなすように配設され、このローランド円１１の円周上に入口スリット１およびすべての出口スリット３が連設されている。出口スリット３は、ローランド円１１上の測定対象元素の輝線波長に対応する位置に固定され、その波長の光のみを通過させる。各出口スリット３の背後には、光電子増倍管によって代表される検出器４が配設され、各出口スリットを通過した光強度を検出する。

分光器Ｂには互いに独立した第１光源部Ａ１および第２光源部Ａ２が配設されている。それぞれの第１、第２光源部Ａ１、Ａ２には、試料６１、６２が図１には省略されている発光スタンド上に保持されており、この発光スタンドを介して電源８１、８２の出力端子に接続されている。一方、電極７１、７２は、通常はカーボンあるいはタングステンなど高融点材料を用いて先端が円錐状の棒の形態に加工されたもので、その円錐部の先端が試料６１、６２の放電面に対向するように、図１には省略された保持部材に嵌着されており、この保持部材を介して電源８１、８２の他方の出力端子に接続されている。電源８１、８２は、試料６１、６２と電極７１、７２の間にスパーク放電を発生させるために、１０⁵〜１０⁸アンペア/cm²の範囲で一定の放電電流を供給する。第１、第２光源部Ａ１、Ａ２の内部は、放電時における試料６１、６２および電極７１、７２の酸化を防止するために、アルゴンなどの不活性ガスによってパージできる構造となっている。放電によって発する光を分光器Ｂに導入するために、それぞれの第１、第２光源部Ａ１、Ａ２の発光点と分光器Ｂの入口スリット１の中間に集光レンズ５１、５２が設けられている。

分析対象光源を第１光源部Ａ１と第２光源部Ａ２から選択する光源選択機構を装置に付与するために、図１に示すように、切替ミラー１０が入口スリット１の前部に配置されている。切替ミラー１０は２点の固定位置を持っており、そのいずれかを手動あるいは電気・機械的駆動によって選択できる構造となっている。２点の固定位置の一点は、図１において実線によって示されている。切替ミラー１０が実線の位置に固定されている場合は、第２光源部Ａ２から光が集光レンズ５２を通過した後、切替ミラー１０によって反射されて入口スリット１に入射する。これにより第２光源部Ａ２の試料６２の分析が行われる。

切替ミラー１０のもう１点の固定位置は、図１において破線によって示されている。この位置では切替ミラー１０は入口スリット１と第１光源部Ａ１を結ぶ直線上から退避し、第１光源部Ａ１からの光が集光レンズ５１によって入口スリット１に導入される。これによって第１光源部Ａ１の試料６１の分析が行われる。切替ミラー１０の２点の固定位置の一方から他方への移動は、図１に示すように、切替ミラー１０を図１の平面に垂直なある回転軸を中心に、手動あるいは電気・機械的駆動で回転させることで容易に行うことができる。

上記のように構成された発光分析装置において、第１光源部Ａ１を用いてある金属元素を多量に含む試料を測定した後に、同一元素の他の試料中の含有量を測定する場合には、この新しい試料は第２光源部Ａ２を用いて測定することにより、先行試料のコンタミネーションによるプラスの測定誤差を防止でき、予行放電による時間的損失と電極などの消耗を低減できる。また、例えば、第１光源部Ａ１を高純度アルミニウム試料中の微量金属分析に専用化し、第２光源部Ａ２を鋳鉄の組成分析に専用化することによって、前述したコンタミネーションによる測定値の正確度低下を最小限に抑えることができるとともに、一台の装置を２種類の分析の専用機として使用することが可能となる。

本発明にかかる発光分析装置における特徴は、上述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を含む。たとえば、光源選択方法は、図１および上記の説明に記載した例に限定されるものではない。図１における切替ミラー１０をその反射面を含む平面内でスライドさせて光源部を選択する方法や、切替光学系として、レンズ・ミラー系によらず、光ファイバーを利用する光学系も含まれる。また、３個以上の光源部を備え、これらを選択する機能を有する光学系を備えた発光分析装置も、本発明の実施例の一つに含まれる。さらに、光源部の励起発光方法もスパーク放電に限定されず、アーク放電、グロー放電、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）等も含まれる。

本発明は、各種試料の定性定量分析を行う発光分析装置に関する。

本発明の発光分析装置の概念図である。従来の発光分析装置の概念図である。

符号の説明

Ａ…光源部
Ａ１…第１光源部
Ａ２…第２光源部
Ｂ…分光器
１…入口スリット
２…回折格子
３…出口スリット
４…検出器
５、５１、５２…集光レンズ
６、６１、６２…試料
７、７１、７２…電極
８、８１、８２…電源
９…基盤
１０…切替ミラー
１１…ローランド円

Claims

試料を励起・発光させる光源部からの光を波長分散素子に導き、前記波長分散素子によって分解された波長成分の内から、単一あるいは複数の波長成分を抽出し、その光強度を検出器によって測定することにより、試料の定性・定量分析を行う発光分析装置において、前記光源部を互いに独立した複数個の光源部として構成すると共に、前記複数個の光源部のうち、測定時に任意に選択した一つの光源部からの光のみを前記波長分散素子に導くための光源選択機構を備えたことを特徴とする発光分析装置。