JP2009156742A

JP2009156742A - 発光分析装置

Info

Publication number: JP2009156742A
Application number: JP2007336228A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugase; 晶菅瀬
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP5125495B2

Abstract

【課題】１パルスの放電における試料の発光状態について詳細なデータが得られるようにする。
【解決手段】分光部６は、光検出器から出力される光電流を１０μ秒以下の時間分解能をもってＡＤ変換するＡＤ変換部８に電流‐電圧変換部１１を介して接続されている。ＡＤ変換部８はメモリ２４に接続されており、ＡＤ変換部８でデジタル変換されたデータが時系列的にメモリ２４に格納される。演算処理部１２はメモリ２４に格納されているデータを用いて、１パルスの放電において作業者が任意に設定した領域のデジタルデータを積算処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料と対向電極との間に高電圧をパルス状に印加して放電を発生させ、放電によって試料から発せられた光を分光し、分光された光の強度を複数の波長でそれぞれ測定することで試料の元素分析を行なう固体発光分析装置に関するものである。

固体発光分析は、測定対象である試料に対向するように電極を配置し、試料とその対向電極との間に高電圧を印加して放電を発生させる。放電のエネルギーによって試料が蒸発して励起され、発光する。試料からの光は試料に含まれる成分特有の波長をもっており、この光を分光器で元素に対応した光に分光し、各元素の波長に対応した光検出器で測定することにより、試料の組成分析を行なうことができる。
試料と対向電極との間に印加される高電圧はパルス状であり、放電の形態もパルス状となる。１回の分析において放電は数十Ｈｚ（ヘルツ）〜１ＫＨｚ程度の周波数で繰り返し行なわれ、その間に光検出器から出力された光電流の積分値が１回の分析における発光強度となる。

図３に一般的な発光分析装置の構成を概略的に示す。
放電部２は配置された試料３に対向する対向電極２ａを備え、放電回路４によって電極２ａと試料３との間に１０〜１０００Ｈｚの周波数のパルス状の放電を発生させるようになっている。６は電極２ａと試料３との間の放電によって発生した光を分光し、分光された光を複数の波長の位置で検出する分光部である。分光部６は、入口スリット１４を通過した光束を回折格子１６で分光し、その分光光のうち出口スリット１８ａ〜１８ｄを通過した光束を光検出器２０ａ〜２０ｄで検出する。出口スリット１８ａ〜１８ｄの位置は互いに異なっていて、それぞれの異なる波長の光を選択する。光検出器２０ａ〜２０ｄは検出した光量に応じた光電流と呼ばれる電流を出力するようになっており、光検出器２０ａ〜２０ｄから出力された光電流は積分器１８ａ〜１８ｄに入力され、放電部２で発生した放電１パルスごとの光電流がそれぞれの波長ごとに蓄積される。積分器２２ａ〜２２ｄに蓄積された放電１パルス分の光電流は、１回の放電ごとに切替器２０が切替えられることでＡＤ変換器２６によって順にデジタル変換されてデジタルデータとされ、メモリ２４に格納される。演算処理部２６はメモリ２４に格納されたデジタルデータを放電回数分積算することで、該当する元素の発光強度が得られる。

放電部２における放電１パルスあたりの所要時間は数十μ（マイクロ）秒〜数ミリ秒程度である。しかし、この１パルスの間にも放電状態は時間的に変化しており、分光部６から出力される光電流も例えば図４に示されるように時間変化する。
元素や試料の母材によって効率のよい発光が起こる放電状態は異なっているため、正確な分析を行なうためには、分析する元素にとって最適な放電が行なわれている時間帯の光電流のみを用いて測定し、その測定値を放電回数分積算して発光強度とすることが好ましい。

上記の目的を達成するために、現在の発光分析装置では、１パルスの放電において分析試料の発光効率のよい時間帯の光電流のみを積分するように積分回路の開閉タイミング（積分ウィンドウ）を設定し、その積分値を１回の分析で行なわれる放電回数分積算することが行なわれている。（例えば、特許文献１参照。）
特開昭６０−５２７４６号公報

従来の発光分析装置では、１度の分析において、積分回路において設定した時間帯における光電流の積分値を発光回数分積算したデータしか得ることができず、そのような方法では、１回の放電における互いに重なる複数の時間帯や連続しない時間帯の光電流の積分値を１回の分析で得ることはできない。開閉タイミングを任意に設定できる積分回路を複数設けるようにすることで任意の時間帯における光電流の積分値を得ることはできるが、回路が複雑になるという問題がある。

また、従来の固体発光分析では、１パルスの放電における試料の発光状態についての詳細なデータを得ることができず、最適な積分条件を得るためには、積分開始時間などの積分条件を変更して膨大な回数のデータを採取する必要があった。

そこで本発明は、１パルスの放電における試料の発光状態について詳細なデータが得られるようにすることを目的とするものである。

本発明にかかる発光分析装置は、配置された試料に対向する電極を備えた放電部と、電極と試料との間に１０Ｈｚから１０００Ｈｚの間の周波数でパルス状の高電圧を繰り返して印加するための放電回路と、放電部において放電により試料から発生した光を分光する分光素子、及び分光素子からの分光された光を複数の波長の位置でそれぞれ受光し、その受光量に応じた信号を出力する複数の光検出器を備えた分光部と、放電部における放電１回ごとに光検出器からの出力信号を１０μ秒以下の時間分解能をもってＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部によりデジタル信号とされたデータを記憶しておくメモリと、メモリに記憶されているデータにおいて１パルスの放電のうちの任意の領域のデータを積分するように設定できる演算処理部と、を備えていることを特徴とするものである。

ＡＤ変換部の１０μ秒以下の時間分解能は放電パルスの放電時間である数十μ秒〜数ミリμ秒に比べると十分に短い。放電パルスは、図４に示されるように、初めに急峻なピークが現れ、続いてなだらかなピークが現れる。急峻なピークは数十μ秒、例えば５０μ秒程度の寿命をもつので、１０μ秒以下の時間分解能をもつＡＤ変換部であれば、その急峻なピークからだけでも複数の出力信号データを取り込むことができる。

演算処理部は、１パルスの放電のうちの複数の領域を設定できるようになっていることが好ましい。
その場合、それら複数の領域は互いに重なる領域を含んでいてもよい。

本発明の発光分析装置は、放電部における放電１回ごとに光検出器からの出力信号を１０μ秒以下の時間分解能をもってＡＤ変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部によりデジタル信号とされたデータを記憶しておくメモリと、メモリに記憶されているデータにおいて１パルスの放電のうちの任意の領域のデータを積分するように設定できる演算処理部とを備えているので、１パルスの放電における試料の発光状態についての詳細なデータを得ることができ、得られたデータから１パルスの放電における任意の領域の積分値を得ることができる。

演算処理部が１パルスの放電のうちの複数の領域を設定できるようになっていれば、それらの領域のデータを用いて多様な分析データを得ることができる。

図１は一実施例の発光分析装置の構成を概略的に示すブロック図である。
試料は放電部２に配置される。放電部２は配置された試料に対向する電極を備え、放電部２には、電極と試料の間に高電圧を印加して１０〜１０００Ｈｚの周波数でパルス状の放電を発生させる放電回路４が接続されている。
６は放電部２で発生した光を分光素子を用いて各元素の波長ごとに分光し、分光された光を複数の波長の位置に設けられた光検出器で検出する分光部である。分光部６からは光検出器で検出された光量に応じた電流（光電流）が出力されるようになっている。

分光部６は、光検出器から出力される光電流を１０μ秒以下の時間分解能をもってＡＤ変換するＡＤ変換部８に電流‐電圧変換部１１を介して接続されている。ＡＤ変換部８はメモリ２４に接続されており、ＡＤ変換部８でデジタル変換されたデータが時系列的にメモリ２４に格納される。
１２はメモリ２４に格納されているデータを用いて、１パルスの放電において作業者が任意に設定した領域のデジタルデータを積算処理することができる演算処理部である。

図２は図１に示した実施例の発光分析装置を具体的に示す図である。
放電部２は配置された試料３に対向する対向電極２ａを備え、放電回路４によって対向電極２ａと試料３との間に１０〜１０００Ｈｚの周波数でパルス状の放電を発生させるようになっている。放電部２の側方に分光部６が設けられている。分光部６内は真空となっている。分光部６内には、放電部２において放電により発生した光のうち一定方向に向かう平行光束を取り出すための入口スリット１４と、スリット１４を通過した光を波長ごとに分光する回折格子１６と、回折格子１６からの分光光のうち、出口スリット１８ａ〜１８ｄを通過した光を受光する光検出器２０ａ〜２０ｄが設けられており、光検出器２０ａ〜２０ｄからその検出光量に応じた光電流が出力される。

分光部６の各光検出器２０ａ〜２０ｄはそれぞれ電流‐電圧変換回路７ａ〜７ｄを介してＡＤ変換器８ａ〜８ｄに接続されている。ＡＤ変換器８ａ〜８ｄは１０μ秒以下、例えば０.１〜１μ秒程度の時間分解能をもって各光検出器２０ａ〜２０ｄから出力された光電流をデジタル変換するものである。ＡＤ変換器８ａ〜８ｄはメモリ１０に接続されており、それぞれのＡＤ変換器８ａ〜８ｄにより生成されたデジタルデータはメモリ１０により時系列的に記憶される。ＡＤ変換器８ａ〜８ｄとしては、画像信号処理や画像伝送、通信における復調や伝送用のものとして一般に入手できるものでよい。

演算処理部１２はメモリ１０に格納されているデジタルデータを用いて、１パルスの放電において分析者が任意に設定した領域のデジタルデータを、分析で行なった放電回数分だけ積算処理する。この演算処理１２によるデータ処理は、メモリ１０に格納されている、高い時間分解能で詳細に測定された光電流のデジタルデータを用いて行なうので、１パルスの放電における光電流の時間変化から好ましい領域のデータを任意に選択でき、また、１パルスの放電中の複数の領域を選択して測定結果の演算に用いることもできる。それらの領域は互いに一部が重なったものとすることもできる。

従来では、光検出器からの光電流のうち、予め積分回路に設定された時間領域の積分値のみがメモリに格納されるようになっていた。そのため、設定されていない時間領域の光電流の積分値を用いて発光強度を算出することはできなかった。それに対し、この実施例に示されているように、高い時間分解能をもつＡＤ変換器８ａ〜８ｄを用いてメモリ１０に光検出器２０ａ〜２０ｄからの光電流の詳細なデータを格納しておくことで、分析者が分析後にメモリ１０に格納されているデジタルデータを確認して好ましい領域のデータの演算結果を得ることができる。

一実施例の発光分析装置を概略的に示すブロック図である。同実施例の発光分析装置を具体的に示す図である。従来の発光分析装置の一例を示す図である。光検出器からの出力電流の時間変化を示す図である。

符号の説明

２放電部
２ａ対向電極
３試料
４放電回路
６分光部
７電流‐電圧変換部
８ａ〜８ｄＡＤ変換器
１０メモリ
１２演算処理部
１４入口スリット
１６回折格子
１８ａ〜１８ｄ出口スリット
２０ａ〜２０ｄ光検出器

Claims

配置された試料に対向する電極を備えた放電部と、
前記電極と試料との間に１０Ｈｚから１０００Ｈｚの間の周波数でパルス状の高電圧を繰り返して印加するための放電回路と、
前記放電部において放電により前記試料から発生した光を分光する分光素子、及び前記分光素子からの分光された光を複数の波長の位置でそれぞれ受光し、その受光量に応じた信号を出力する複数の光検出器を備えた分光部と、
前記放電部における放電１回ごとに前記光検出器からの出力信号を１０μ秒以下の時間分解能をもってＡＤ変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部によりデジタル信号とされたデータを記憶しておくメモリと、
前記メモリに記憶されているデータにおいて１パルスの放電のうちの任意の領域のデータを積分するように設定できる演算処理部と、を備えていることを特徴とする発光分析装置。
前記演算処理部は複数の領域を設定できる請求項１に記載の発光分析装置。
前記複数の領域は互いに重なる領域を含む請求項２に記載の発光分析装置。