JP2006145500A - グロー放電発光分析方法、グロー放電発光分析装置、及び電力生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スパッタリングによる影響を排除して、高精度の測定を安定して行えるようにする。
【解決手段】 グロー放電発光分析装置は、生成した高周波電力の高周波電圧に係る平均電圧値が一定となるように生成する高周波電力の電力値を変更する。グロー放電発光分析装置が有する電源部のジェネレータは、試料へ印加する高周波電圧の平均電圧値を検出し、検出電圧値とユーザにより設定された基準電圧値とを比較し、検出電圧値が基準電圧値に比べて高い場合、生成する高周波電力の値を低下させ、検出電圧値が基準電圧値に比べて低い場合、高周波電力の値を上昇させ、給電中は試料に印加される電圧値を基準電圧値と同等にしてスパッタリングの安定を図り、それに伴い発光強度の振れを抑制して安定した測定結果を得る。
【選択図】 図４

Description

本発明は試料へ印加する高周波電圧の平均電圧が一定となるよう高周波電力を生成することで、試料分析を安定して高精度で行えるようにしたグロー放電発光分析方法、グロー放電発光分析装置、及び電力生成装置に関する。

従来、高周波電圧を試料に印加することでグロー放電による発光を生じさせ、この発光を分光器で波長毎に分光して強度を測定し、測定した値をコンピュータのような分析機器に取り込んで試料成分（試料に含まれる元素）の分析を行うグロー放電発光分析装置が存在する。

従来のグロー放電発光分析装置は、分析対象の試料をグロー放電管の電極に対向配置し、試料表面に不活性ガス（例えば、アルゴンガス）を供給し、この状態でグロー放電発光分析装置に含まれるジェネレータが１３ＭＨｚ程度の高周波電圧（交流電圧）を試料へ印加してグロー放電を発生させる。グロー放電の発生により不活性ガスのイオン（例えばアルゴンイオン）が生成され、生成されたイオンが高電界で加速して試料表面に衝突することで試料に含まれる物質（元素）が表出する（スパッタリングと称される）。スパッタリングにより表出した元素は固有の波長で発光し、発光した強度を分光器で測定することで試料に含まれる元素の分析を行う。（特許文献１参照）。

なお、グロー放電の発生中は、スパッタリングに伴い試料自身のインピーダンス値が変化する。試料のインピーダンス値が変化すると、試料への安定給電が阻害されるため、グロー放電発光分析装置の電源部は、ジェネレータに加えて、試料のインピーダンス値の変化に対応して給電調整を行うマッチングボックスと云う機器を具備する。なお、電源部（ジェネレータ）は試料分析中、一定値の高周波電力を試料へ給電する。
特開２００１−４５４８号公報

従来のグロー放電発光分析装置では、試料への給電中にグロー放電管の電極と試料との間で生じるスパッタリングが不安定になると云う状態があった。即ち、スパッタリングによる負荷を受けて試料表面が損耗し、電極と試料表面間の距離が変化する現象が生じること等により試料への良好な給電が阻害される場合がある。このような場合ではグロー放電発光分析装置の電源部から試料へ流れる電流の進行が妨げられ、この状態に誘起して電源部の出力電圧が高くなると云う状況が発生する。

その結果、図１５に示すようにグロー放電管の電極と試料との間の電位差（Ｖ１≠Ｖ２≠Ｖ３：平均電位差）が給電中の時間帯により変位する。電位差が変位するとスパッタリングが不安定になり、それに伴い発光強度も変化するため、発光強度の測定を安定して高精度で行えないと云う問題が起きる。

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、スパッタリングを安定させるために試料へ印加する交流電圧の平均電圧値が一定となるように高周波電力値を変化させる制御を行うようにしたグロー放電発光分析方法、グロー放電発光分析装置、及び電力生成装置を提供することを目的とする。
また、本発明はスパッタリングによる試料の損耗の影響を低減して高精度の測定結果を安定して得られるようにしたグロー放電発光分析装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１発明に係るグロー放電発光分析方法は、グロー放電発光分析装置が有する電源部で交流電力を生成し、生成した交流電力の交流電圧を被分析材へ印加してグロー放電を発生させ、発生させたグロー放電に伴う発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析方法において、被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように前記電源部が生成する交流電力の電力値を変化させることを特徴とする。

第２発明に係るグロー放電発光分析装置は、電源部が生成した交流電力の交流電圧を被分析材へ印加して生じさせたグロー放電に伴う発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析装置において、被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように前記電源部が生成する交流電力の電力値を変化させる制御を行う電力制御手段を備えることを特徴とする。

第３発明に係るグロー放電発光分析装置は、基準電圧値を記憶する手段と、被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値を検出する検出手段と、該検出手段が検出した平均電圧値及び基準電圧値の比較を行う比較手段と、該比較手段の比較結果を判断する判断手段とを備え、前記電力制御手段は、前記判断手段の判断結果に応じて電力値を変化させる制御を行うようにしてあることを特徴とする。

第４発明に係るグロー放電発光分析装置は、被分析材への交流電圧の印加を断続的に行う断続印加手段を備えることを特徴とする。
第５発明に係るグロー放電発光分析装置は、前記断続印加手段が行う断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を取得する測定値取得手段を備えることを特徴とする。

第６発明に係る電力生成装置は、交流電力を生成して該交流電力の交流電圧を出力するようにしてある電力生成装置において、出力する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように生成する交流電力の電力値を変化させる制御を行う電力制御手段を備えることを特徴とする。

第１発明、第２発明及び第６発明にあっては、従来のように給電する電力値を一定にするのではなく、測定中に電力値を変化させて平均電圧値を一定にするので、スパッタリングを生じさせる被分析材（試料）と電極との間の電位差が一定となり、スパッタリングの発生状況が一様に安定する。その結果、スパッタリングに伴う発光の強度の変化も抑制されて安定した測定結果を得られる。

第３発明にあっては、実際に被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値と基準電圧値とを比較した判断結果に応じて電力値を変化させるので、実際の測定状況に合致したレベルで電圧値が一定となり、適切なグロー放電の発生条件を確保して安定したスパッタリングを発生させて高精度な測定を実現できるようになる。なお、基準電圧値は、被分析材の特性、測定環境、及び過去の経験などを考慮して特定した値を適宜用いることになる。

第４発明にあっては、断続印加手段により被分析材への交流電圧の印加を断続的に行うので、スパッタリングも断続して発生するようになり、連続して交流電圧を印可する場合に比べて被分析材を損耗させる程度を低減できる。そのため、測定に対し従来に比べて高い電圧値を印加しても被分析材の損耗の影響を抑えられるため、高い電圧値の印加により発光強度が上昇し、測定精度の向上を図れる。

第５発明にあっては、交流電圧の断続印加を行う場合に、断続印加に同期させて分光器から測定値を取得するので、非印加時に生じる様々なノイズ成分を含む測定値を取得しなくなり、分析対象となる測定値からノイズ成分を排除して一段と高精度な分析を行える。

第１発明、第２発明及び第６発明にあっては、測定中に電力値を変化させて平均電圧値を一定にするので、試料と電極との間の電位差を一定値にでき、スパッタリングの変動を抑制して安定した測定結果を得ることができる。
第３発明にあっては、試料へ印加する交流電圧に係る平均電圧値及び基準電圧値の比較に基づき電力値を変化させるので、実際の測定に合致した条件の値で試料と電極との間の電位差を一定にでき、スパッタリングを安定させて高精度な測定を実現できる。

第４発明にあっては、被分析材への交流電圧の印加を断続的に行うので、試料の損耗程度を低減させて高電圧値を印加した測定を可能にし、より測定精度の向上を図れる。
第５発明にあっては、断続印加に同期させて分光器から測定値を取得するので、非印加時に生じる様々なノイズ成分を排除して高精度な分析を行える。

図１は本発明の実施形態に係るグロー放電発光分析装置１の全体構成を示している。グロー放電発光分析装置１は、試料Ｓ（被分析材）をセットしてグロー放電を発生させるグロー放電管２、グロー放電管２にセットされた試料Ｓに高周波電圧を印加する電源部３、測定に必要なガスをグロー放電管２に供給するガス供給部６、グロー放電管２から生じる光Ｌを分光して各光の強度を測定する分光器７、及び測定値を取得して試料成分の分析等を行う分析制御部８を備える。なお、電源部３は、交流電源ＡＣ（本実施形態では２２０Ｖ）に接続されて高周波電力を生成するジェネレータ（電力生成装置）４及びマッチングボックス５を有する。

グロー放電管２は、図２に示すように内部に貫通孔１０ａを形成したランプボディ１０に、絶縁材１１を介在させた電極１２及びセラミックス１３を押圧ブロック１４により取り付けた構成にしており、ガス供給部６からの不活性ガスが導かれる貫通孔１０ａの分光器７側には集光レンズ１５を配置している。またセラミックス１３には試料Ｓが試料押圧部材９により押圧された状態で取り付けられる。試料押圧部材９は電圧印加電極も兼ねており、電源部３と電源線Ｄにより接続されて高周波電圧を試料Ｓに印加する。

図３は電源部３を構成するジェネレータ４の内部構成を示している。本実施形態のジェネレータ４は高周波電力生成部４ａ、制御部４ｂ、及び検出部４ｃを有する。高周波電力生成部４ａは交流電源ＡＣと接続されて高周波電力（本実施形態では１３．５６ＭＨｚ）を生成する。また、高周波電力生成部４ａは第１内部接続線４ｄにより制御部４ｂと接続されており、制御部４ｂの制御に基づき高周波電力の生成開始及び終了を行うと共に生成する高周波電力の値を変化する。

ジェネレータ４の検出部４ｃは、第２内部接続線４ｅで制御部４ｂと接続されると共に第３内部接続線４ｆで高周波電力生成部４ａと接続されており、高周波電力生成部４ａで生成された高周波電力に応じてジェネレータ４から試料Ｓへ向けて出力される高周波電圧（交流電圧）に係る平均電圧値及び電流値を検出している。検出部４が検出する電圧値を平均電圧値にしているのは、高周波（交流）は正負が交互に入れ替わるためであり、本実施形態では振幅中心の値と０Ｖとの差を平均電圧値としている。なお、正弦波交流の平均電圧値は「波高値×（２／π）」で求められる。また、検出部４ｃは試料Ｓから反射して戻ってくる反射波の反射電圧値も検出しており、検出した平均電圧値及び反射電圧値を制御部４ｂへ伝送している。

ジェネレータ４の制御部４ｂはＩＣ（集積回路）で構成されており、ジェネレータ４での高周波電力生成に係る制御処理を行っている。制御部４ｂには、第１接続コードＷ１を通じて分析制御部８から基準電圧値が測定前に伝送されており、また、第２内部接続線４ｅを通じて検出部４ｃから平均電圧値が随時伝送されており、制御部４ｂは伝送された平均電圧値を記憶して随時伝送されてくる基準電圧値と比較し、比較結果に応じて電力値を変化させるような制御指示を高周波電力生成部４ａへ出力している。このような制御部４ｂの制御に基づき、ジェネレータ４から出力される交流電圧に係る平均電圧値は一定にされる。

さらに、制御部４ｂは、比較した結果で平均電圧値が基準電圧値より高いと判断した場合、生成する電力値を現在の値より低下するように高周波電力生成部４ａを制御する。また、平均電圧値が基準電圧値より低いと判断した場合、制御部４ｂは現在の電力値より上昇するように高周波電力生成部４ａを制御し、さらに平均電圧値が基準電圧値と同等と判断した場合、現在の電力値を維持するように高周波電力生成部４ａを制御する。

このような制御部４ｂの高周波電力生成部４ａに対する制御は、試料Ｓへの給電中、継続して行われるため、測定中の状況によって試料Ｓへの給電が妨げられるような状態になっても、図５に示すように試料Ｓとグロー放電管２の電極との電位差Ｖｄｃは給電開始直後を除いて一定に維持され、スパッタリングの発生も一様になる。

なお、制御部４ｂにより高周波電力生成部４ａが生成する電力値を変化させる割合は、予め初期値が設定されているが、ユーザの操作により変化させる割合（０．０１％〜３０％）又は変化させる数値を設定できるようになっている。このようにユーザが変化に係る割合数値を設定した場合、分析制御部８から第１接続コードＷ１を通じて設定された内容が制御部４ｂへ伝送される。また、制御部４ｂへ分析制御部８から伝送される内容には、印加開始信号及び印加停止信号があり、制御部４ｂは印加開始信号を受けると高周波電力生成部４ａで高周波電力の生成を開始させると共に、印加停止信号を受けると高周波電力生成部４ａで高周波電力の生成を停止させる制御を行う。

図５は、電源部３を構成するマッチングボックス５の内部構成を示している。マッチングボックス５は、可変コンデンサ５ａ、モータ５ｂ、及びコンデンサ制御部５ｃを備え、モータ５ｂは可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する。

可変コンデンサ５ａはモータ５ｂの駆動に応じて自身の電気容量を変化してジェネレータ４から出力される高周波電圧のモジュール及びフェーズを調節する。コンデンサ制御部５ｃは第２接続コードＷ２により分析制御部８と接続されており、分析制御部８からマッチングボックス５へ伝送される制御信号に基づきモータ５ｂの駆動を制御しており、具体的には、試料Ｓからの反射電圧値が最小となるようにモータ５ｂの駆動を制御して可変コンデンサ５ａの電気容量を変更している。

また、図１に示すガス供給部６は、アルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベ（図示せず）、及び第３接続線Ｗ３と接続されて分析制御部８の第２基板１７の制御により開閉されてボンベから不活性ガスの供給を行う電磁弁（図示せず）を備えている。なお、グロー放電発光分析装置１は図１で示していないが、ガス供給部６からのガス供給前に、グロー放電管２の内部の空気を吸引して真空にする真空引き装置も備えている。

グロー放電管２から放出されるスパッタリングに伴う光Ｌを測定する分光器７は、図１に示すように光Ｌを透過させる第１スリット７ａ、第１スリット７ａを透過した光Ｌを分光する回折格子７ｂ、測定対象成分に相当する波長に分光された光を透過させる第２スリット７ｃ、及び第２スリット７ｃを透過した光の強度を連続して測定する複数の光電子増倍管（フォトマルチプレクサ）７ｄを備えている。なお、各光電子増倍管７ｄは、複数のコードを束ねた接続線束Ｗ４により分析制御部８に接続されており、本発明では分析制御部８が光の強度の測定値を接続線束Ｗ４を通じて所要のタイミングで取得している。

一方、図１に示す分析制御部８にはコンピュータを適用している。分析制御部８は、光電子増倍管７ｄから延在する接続線束Ｗ４と接続されて分光器７での測定値を取得する第１基板１６を装着すると共に、ジェネレータ４から延在する第１接続コードＷ１、マッチングボックス５から延在する第２接続コードＷ２及びガス供給部６から延在する第３接続コードＷ３との接続用に第２基板１７を装着している。各基板１６、１７は内部バス８ａを介してＣＰＵ８ｂ、ハードディスク装置８ｃ、並びに処理に伴うファイル及びデータ等を一次的に記憶するメモリ８ｄと接続されている。なお、内部バス８ａは外部接続線Ｗ５を介してモニタ装置８ｅを接続し、また、第２基板１７には図示していない真空引き装置が接続されている。

第２基板１７は処理回路部を有しており、分析制御部８でユーザにより設定された内容の中から、電力生成に関連する内容をジェネレータ４へ伝送する処理を行うと共に、ジェネレータ４の検出部４ｃで検出された反射電圧値を受け付けて反射電圧値を通知する信号を生成してマッチングボックス５へ伝送する処理を行う。なお、第２基板１７はガス供給部６及び真空引き装置に対する制御に係る指示を出力する処理等も行う。また、第１基板１６は測定値取得手段に相当し、測定処理回路部を有して所定の時間間隔で分析器７から測定値を取得する処理を行う。

分析制御部８のＣＰＵ８ｂは、ハードディスク装置８ｃに記憶されたプログラムに基づいて各種処理を行い、例えば、測定に係る設定項目の受付処理、第１基板１６及び第２基板１７の各回路部の作動制御、並びに第１基板１６で取得した測定値に基づいた試料Ｓに含まれる元素成分の濃度等に対する分析処理を行う。なお、測定に係る設定項目内容（パラメータ）は、分析制御部８に接続された図示しない入力操作部（マウス、キーボード等）によりユーザから入力されており、ＣＰＵ８ｂの制御に基づきモニタ装置８ｅに設定項目入力用のメニューを表示してユーザが入力できるようにしている。

また、設定項目としては高周波電圧のピーク値、基準電圧値（通常、数百ボルトを設定）、電力値の変化に係る割合（又は数値）、ガス供給部６のガス供給圧、測定時間等がある。ＣＰＵ８ｂは上述した項目が入力されると、その内容を設定すると共に設定項目に応じた制御を行う。また、ユーザからの測定の開始指示を受け付けると、真空引き、ガス供給の順序で制御を行うと共に、ガス供給が完了すると印加開始信号を第２基板１７からジェネレータ４へ送ると共に、測定時間に応じて印加停止信号をジェネレータ４へ送る制御等を行う。

次に上述した構成のグロー放電発光分析装置１による分析に対する全体的な処理の流れを図６の第１フローチャートに基づいて説明する。
先ず、準備段階においてグロー放電発光分析装置１には、ユーザの入力に基づき各種パラメータが設定され（Ｓ１）、試料Ｓが図１、２に示すようにグロー放電発光分析装置１のグロー放電管２にセットされる（Ｓ２）。

その後、グロー放電管２の内部の真空引きを真空引き装置で行ってから、ガス供給部６より測定に必要な不活性ガス（アルゴンガス）を供給する（Ｓ３）。不活性ガスの供給が完了すると分析制御部８からジェネレータ４へ印加開始信号が送られて試料Ｓへ高周波電圧が印加され、発光強度の測定に基づき試料Ｓに対する分析が行われる（Ｓ４）。

分析段階（Ｓ４）では、グロー放電管２に供給したアルゴンガスから生じたアルゴンイオンが試料Ｓの表面に衝突することでスパッタリングが起こり、試料Ｓの表面からイオンを含む粒子が飛び出し、この粒子がプラズマ中で励起されて基底状態に戻る際に元素固有の光Ｌを発する。この光Ｌを分光器７で分光し、各光の強度を測定してから分析制御部８が測定値を分光器７より取得し、取得した測定値に基づき試料Ｓに含まれる元素等を分析する。その後、分析制御部８は分析結果をモニタ装置８ｅ等に出力する（Ｓ５）。

図７の第２フローチャートは、分析段階（Ｓ４）における本発明の電力値制御に係るグロー放電発光分析方法の処理手順を示したものであり、具体的には、試料Ｓの分析中（測定中）、試料Ｓへ印加する高周波電圧に係る平均電圧値が一定となるように電力値の変化を制御する一連の内容を示し、以下、この第２フローチャートに沿って説明を行う。
先ず、ジェネレータ４（図３参照）の検出部４ｃは、高周波電力生成部４ａが生成した高周波電力の高周波電圧に係る平均電圧値を検出し（Ｓ１０）、次に、制御部４ｂが検出された平均電圧値とユーザにより設定された基準電圧値とを比較する（Ｓ１１）。

比較により平均電圧値が基準電圧値に比べて低いと制御部４ｂが判断した場合（Ｓ１１：低い）、平均電圧値が基準電圧値と同等となるように、初期値又はユーザにより設定された所定の割合（又は所定の数値分）で電力値を上昇させる制御指示を高周波電力生成部４ａに行う（Ｓ１２）。また、比較により平均電圧値が基準電圧値に比べて高いと制御部４ｂが判断した場合（Ｓ１１：高い）、平均電圧値が基準電圧値と同等となるように、初期値又はユーザにより設定された所定の割合（又は所定の数値分）で電力値を低下させる制御指示を高周波電力生成部４ａに行う（Ｓ１３）。さらに、比較により平均電圧値が基準電圧値と同等と制御部４ｂが判断した場合（Ｓ１１：同等）、特に高周波電力生成部４ａに対して制御指示を行わない。

続いて、高周波電力生成部４ａは、制御指示を受けた場合、制御指示に従って電力値を変化させて高周波電力を生成し、制御指示を受けない場合は、現在の電力値で高周波電力を生成する（Ｓ１４）。最後に制御部４ｂは分析制御部８からの印加停止信号を受け付けたか否かを判断し（Ｓ１５）、印加停止信号を受け付けていない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、最初の平均電圧値を検出の段階（Ｓ１０）へ戻り、印加停止信号を受け付けた場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、高周波電圧印加の処理を終了する。

このように本実施形態のグロー放電発光分析装置１は、平均電圧値が一定となるように高周波電力を生成して試料Ｓへ電圧印加を行うので、図２に示す試料Ｓと電極１２との間の電位差Ｖｄｃは一定となり（図４参照）、試料表面に係る負荷を一様にしてスパッタリングの発生を安定化する。また、安定したスパッタリングにより発光強度の振れも抑制され、それに伴い、グロー放電発光分析装置１は従来に比べて高精度な測定分析を実現している。

次に、本発明のグロー放電発光分析装置１の分析結果を従来の装置（電力値一定）と比較するために、本発明に係る装置及び従来の装置に対して同一の試験片を用いてそれぞれ分析を行った。分析に用いた１番目の試料（試料１）は炭素（Carbon：Ｃ）を０．３３７％含むものであり、２番目の試料（試料２）は炭素（Carbon：Ｃ）を０．２０３％含んでおり、グロー放電発光分析装置１及び従来のグロー放電発光分析装置で各試料毎にそれぞれ５回分析を行った。

図８（ａ）の図表は、電力値を変化させる本発明のグロー放電発光分析装置１の分析結果を示しており、試料１を５回分析し、分析結果に対する平均値は「０．３４００（％）」、標準偏差は「０．０００３」、変動係数（標準偏差／平均値）は「０．０９」となり、また、試料２を５回分析した結果に対する平均値は「０．２０４３（％）」、標準偏差は「０．０００５」、変動係数は「０．２６」となった。なお、各数値は適宜四捨五入した値である（以下、同様）。

一方、図８（ｂ）の図表は、一定値の高周波電力を試料へ給電する従来のグロー放電発光分析装置の分析結果を示し、試料１を５回分析した結果に対する平均値は「０．３４１５（％）」、標準偏差は「０．０００９」、変動係数は「０．２７」となり、また、試料２を５回分析した結果に対する平均値は「０．２０５５（％）」、標準偏差は「０．００１７」、変動係数は「０．８２」となった。

試料１において、本発明の装置と従来の装置とを変動係数について比較すると、本発明は「０．０９」である一方、従来は「０．２７」であるため、本発明の変動係数の数値が従来の「３分の１」になっており、従来に比べて本発明の装置の分析結果は、ばらつきが少なく安定した結果が得られていることが判明した。また、試料２においても、本発明の装置と従来の装置とを変動係数について比較すると、本発明は「０．２６」である一方、従来は「０．８２」であり、本発明の変動係数の数値は従来の「３分の１」以下になっており、やはり本発明は、従来に比べて分析結果のばらつきが少なく安定した結果が得られた。

このように本発明に係るグロー放電発光分析装置１は、給電に係る電力値を一定にするのではなく、試料Ｓへ印加する高周波電圧の平均電圧値を一定にするように制御するので、試料Ｓにかかる電位差も一定となり安定した高精度の分析を行える。なお、本発明のグロー放電発光分析装置１は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例の適用が可能である。

例えば、図９に示すように試料Ｓへの高周波電圧の印加を断続的に行うようにしてもよい。なお、図９では、時間Ｔ１が電圧印加状態（オン）を示し、１サイクルの時間Ｔ２から時間Ｔ１を引いた時間帯が非印加状態（オフ）を示し、各電圧印可時の平均電圧値を一定にする。このように電圧印加を断続的に行うことで、測定中のスパッタリングによる試料表面の損耗程度を低減できるので、より高電圧を印加できるようになるため（電圧の上昇に伴い発光強度も上昇するため）、一段と高精度な分析を行える。

なお、このように断続印加を行うには、図１のグロー放電発光分析装置１に断続印加を行う断続印加モードと、連続的な印加を行う連続印加モードとを分析制御部８でユーザが選択できる構成にする必要がある。また、ユーザにより断続印加モードが選択された場合、オン時の時間Ｔ１、１サイクルの時間Ｔ２等、単位時間（１秒間）当たりの印加回数（印加周波数）等を分析制御部８で設定できるようにして、断続印加モードの選択通知信号、設定された時間Ｔ１、Ｔ２、及び印加回数等をジェネレータ４へ送る構成にする。

また、図３に示すジェネレータ４の制御部４ｂは、断続印加モードの選択通知信号を分析制御部８から受けると、断続印加モードに応じた制御に切り替え、設定された時間Ｔ１、Ｔ２、及び印加回数等に合わせて高周波電圧の印加を行うように高周波電力生成部４ａの電力生成を制御する。さらに、断続印加モードでは、マッチングボックス５のインピーダンス調整処理が機構的に追従できないため、制御部４ｂがインピーダンス値の変化に対応する調整に係る処理をソフト的に行う。そのため、断続印加モードでは、マッチングボックス５の可変コンデンサ５ａは、電気容量を一定値に固定するように分析制御部８及びコンデンサ制御部５ｃで制御される。

さらに、断続印加モードでは、分析時間中に断続印加間隔を同一にする以外に分析時間中の時間帯に応じてデューティ比（時間Ｔ１／時間Ｔ２）を可変するような設定及び制御も可能である。例えば、図１０（ａ）に示すように、全分析時間Ｚを第１分析時間ｚ１と第２分析時間ｚ２とに分けて、第２分析時間ｚ２では第１分析時間ｚ１の時間Ｔ１から変更した時間Ｔ１′で断続印加を行ってもよく、また、図１０（ｂ）に示すように、第２分析時間ｚ２では第１分析時間ｚ１の時間Ｔ２から変更した時間Ｔ２′で断続印加を行ってもよい。

さらに、また、印加する電圧値を分析時間帯毎に試料Ｓの状況に応じて変更してもよく、例えば、図１１に示すように、第１分析時間ｚ１では一定の平均電圧値Ｄ１１で印加を行い、第２分析時間ｚ２では一定の平均電圧値Ｄ１２で行う。なお、このような電圧印加を行うには、平均電圧値Ｄ１２及び各分析時間ｚ１、ｚ２等を分析制御部８で設定し、設定内容をジェネレータ４へ送り、ジェネレータ４の制御部４ｂが設定内容に従い高周波電力生成部４ａを制御する。また、平均電圧値Ｄ１２は平均電圧値Ｄ１１より高く設定すること、又は低く設定することのいずれも可能であり、各電圧値Ｄ１１、Ｄ１２の設定は試料Ｓの材質、分析時間等を考慮して行うことになり、さらに、平均電圧値の時間帯に応じた設定は、断続印加モードと連続印加モードのいずれにも適用可能である。

また、断続印加モードでは、第１基板１６が分光器７から測定値を取得する時期を図９に示す時間Ｔ１にそれぞれ同期させて行ってもよい。このような測定値の取得を行うことで、電圧の非印可時（オフ時）に生じる様々なノイズ成分を含む測定値を第１基板１６が取得しないことになり、分析元対象の測定値にノイズ成分が含まれないため分析制御部８は一段と高精度な分析を行える。なお、第１基板１６が断続印加に同期して分光器７から測定値を取得するには、分析制御部８の制御に基づき設定された時間Ｔ１に合わせて取得を行うか、又は、ジェネレータ４の制御部４ｂが高周波電力生成部４ａに印加を行わせる時期に合わせた印加時期の通知信号を第１基板１６へ送るようにして、通知信号を受けるタイミングに合わせて第１基板１６が測定値の取得を行うようにする。

さらに、第１基板１６が断続印加の時期に同期して測定値を取得する場合、図１２に示すように時間Ｔ１毎に複数回（図ではＣ１〜Ｃ１５の１５回）、測定値を取得するようにしてもよい。このように複数回の測定値取得を行うと、試料Ｓがスパッタリングによる損耗する程度が顕著になる前の短時間で測定を完了できる。なお、図１３（ａ）は、給電に係る時間軸ｔに対して第１基板１６で取得した各測定値の測定強度を示すグラフであり、断続印加を行う時間Ｔ１に合わせて取得した測定強度が柱状に立設する内容を示している。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における一つの時間Ｔ１に対する部分を拡大したグラフであり、１５回の取得時Ｃ１〜Ｃ１５で測定された値を結んだ線分になっている。

なお、図１３（ａ）のグラフは、測定強度が時間軸ｔに対して分断されているので、ユーザがグラフ内容を把握しやすくするために、図１４のグラフに示すように、時間Ｔ１に該当する測定値のみを抽出して繋ぎ合わせることが好適である。このようなグラフの変換処理は分析制御部８のＣＰＵ８ｂは、ハードディスク装置８ｃに記憶されたプログラムに基づいて行うようにする。

図１４のグラフにおいて、時間軸ｔにおける時間Ｔ３は、測定を行った各時間Ｔ１に印加回数を乗じた時間になっており、各測定値の測定強度を積算して時間Ｔ３で除することにより総印加時間に対する平均測定値を算出でき、また、各測定値の測定強度を積算して総測定回数で除することにより総測定回数に対する平均測定値も算出できる。このように各種平均測定値を算出することで、試料Ｓの分析をより一層容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係るグロー放電発光分析装置の全体的な概略図である。 グロー放電管の概略断面図である。 ジェネレータの内部構成を示すブロック図である。 試料と電極との間の電位差を示すグラフである。 マッチングボックスの内部構成を示すブロック図である。 グロー放電発光分析装置の全体的な処理手順を示す第１フローチャートである。 一定の平均電圧値の印加に係るグロー放電発光分析方法に係る第２フローチャートである。 （ａ）は実施形態のグロー放電発光分析装置による分析結果を示す図表であり、（ｂ）は従来のグロー放電発光分析装置による分析結果を示す図表である。 断続印加モードにおける電圧印加形態を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）は断続印加モードの変形例の電圧印加形態を示すグラフである。 印加する電圧値を時間帯に応じて変更する場合の電圧印加形態を示すグラフである。 断続印加中における測定値の取得時を示すグラフである。 （ａ）は、断続印加モードにおける測定値の測定強度を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の時間Ｔ１に対する部分を拡大したグラフである。 各測定値を繋ぎ合わせたグラフである。 従来のグロー放電発光分析装置における試料と電極との間の電位差を示すグラフである。

符号の説明

１ グロー放電発光分析装置
２ グロー放電管
３ 電源部
４ ジェネレータ
４ａ 高周波電力生成部
４ｂ 制御部
４ｃ 検出部
５ マッチングボックス
５ａ 可変コンデンサ
５ｂ モータ
５ｃ コンデンサ制御部
６ ガス供給部
７ 分光器
８ 分析制御部
８ｂ ＣＰＵ
Ｓ 試料
Ｖｄｃ 電位差

Claims (6)

1. グロー放電発光分析装置が有する電源部で交流電力を生成し、生成した交流電力の交流電圧を被分析材へ印加してグロー放電を発生させ、発生させたグロー放電に伴う発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析方法において、
   被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように前記電源部が生成する交流電力の電力値を変化させることを特徴とするグロー放電発光分析方法。
2. 電源部が生成した交流電力の交流電圧を被分析材へ印加して生じさせたグロー放電に伴う発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析装置において、
   被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように前記電源部が生成する交流電力の電力値を変化させる制御を行う電力制御手段を備えることを特徴とするグロー放電発光分析装置。
3. 基準電圧値を記憶する手段と、
   被分析材へ印加する交流電圧に係る平均電圧値を検出する検出手段と、
   該検出手段が検出した平均電圧値及び基準電圧値の比較を行う比較手段と、
   該比較手段の比較結果を判断する判断手段とを備え、
   前記電力制御手段は、前記判断手段の判断結果に応じて電力値を変化させる制御を行うようにしてある請求項２に記載のグロー放電発光分析装置。
4. 被分析材への交流電圧の印加を断続的に行う断続印加手段を備える請求項２又は請求項３に記載のグロー放電発光分析装置。
5. 前記断続印加手段が行う断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を取得する測定値取得手段を備える請求項４に記載のグロー放電発光分析装置。
6. 交流電力を生成して該交流電力の交流電圧を出力するようにしてある電力生成装置において、
   出力する交流電圧に係る平均電圧値が一定となるように生成する交流電力の電力値を変化させる制御を行う電力制御手段を備えることを特徴とする電力生成装置。

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