JP2010038560A - Element analyzer and element analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ誘起ブレイクダウン法を用いた元素分析装置およびその分析方法に関する。 The present invention relates to an elemental analysis apparatus using a laser-induced breakdown method and an analysis method thereof.
試料中に含まれる各種元素を検出して定量する元素分析は、多くの分野で用いられている技術である。例えば、鉄鋼の生産ラインでは、製品に含有される不純物元素を管理することは必須の工程である。 Elemental analysis for detecting and quantifying various elements contained in a sample is a technique used in many fields. For example, in an iron and steel production line, managing impurity elements contained in products is an essential process.
鉄鋼成分の元素分析では、先ず銑鉄をサンプリングし、分析装置で測定可能な形状に試料を切り出す。その後に、例えばスパーク分光分析装置などによって含有する炭素(C)や硫黄(S)などの軽元素から重金属元素までを、生産ラインとは別の場所で分析している。 In elemental analysis of steel components, first, pig iron is sampled, and a sample is cut into a shape that can be measured by an analyzer. After that, for example, from light elements such as carbon (C) and sulfur (S) to heavy metal elements contained by a spark spectroscopic analyzer or the like are analyzed at a place different from the production line.
また、今後、拡大が予想される水素エネルギ利用で問題となる金属材料の水素脆化の評価においても、水素(H)の迅速定量分析技術の開発が望まれている。この水素分析は、金属試料をサンプリングして分析装置に合わせた形に試料を切り出した後に高温燃焼させて、この高温燃焼によって発生するガスの成分を分析している。このような元素分析方法では、サンプリングや試料の加工、その後のオフライン分析などに多くの時間を必要とする。 In addition, in the evaluation of hydrogen embrittlement of metal materials, which will be a problem in the use of hydrogen energy, which is expected to expand in the future, development of rapid quantitative analysis technology of hydrogen (H) is desired. In this hydrogen analysis, a metal sample is sampled and cut into a shape suitable for the analyzer, and then burned at high temperature, and the components of the gas generated by this high temperature combustion are analyzed. Such elemental analysis methods require a lot of time for sampling, sample processing, and subsequent offline analysis.
一方、鉄鋼生産や鉄鋼取り扱いの現場では、ライン上で短時間に構成元素の成分が分析可能な手法が要求されている。 On the other hand, in the field of steel production and steel handling, there is a demand for a technique that can analyze the constituent elements in a short time on the line.
この手法の一つとして、レーザ光を用いたレーザ誘起ブレイクダウン分光法(Laser-induced Breakdown Spectroscopy;以下LIBS法と称す。)が開発されている。このLIBS法では、例えば特許文献1および特許文献2に開示されているように、パルスレーザ光を測定試料に直接照射してプラズマを発生させる。このプラズマから発生するプラズマ光を分光し、原子固有の波長の発光を検出することによって、試料中の元素の種類、元素の量等を検出できる。このため、試料の前処理が不要で、迅速且つ簡便な元素分析が可能である。
LIBS法は、元素から発生する蛍光を測定対象としている。この蛍光には、レーザ光照射により試料表面のレーザ光照射領域の蒸発した原子が発する原子固有の発光と、雰囲気ガス中に含まれる原子の発光が含まれる。 The LIBS method uses fluorescence generated from an element as a measurement target. This fluorescence includes light emission unique to atoms emitted by atoms evaporated in the laser light irradiation region of the sample surface by laser light irradiation and light emission of atoms contained in the atmospheric gas.
LIBS法では、レーザ光の集光は1枚ないし複数枚のレンズで集光し、照射領域の大きさは直径が数100μm程度であることが一般的である。したがって、発生する蛍光はこの数100μmの領域で発生する。 In the LIBS method, the laser beam is generally focused by one or more lenses, and the size of the irradiation region is generally about several hundreds of micrometers in diameter. Accordingly, the generated fluorescence is generated in this several hundred μm region.
一方、試料の組成が多成分系の場合、数100μm以下の微小な領域で、元素成分比が異なる場合も多い。また、水素化物のようなデンドライトは100μm以下の微小領域で形成される。このような微小領域で元素分析を行うためには、レーザ照射領域をより小さくする必要がある。 On the other hand, when the composition of the sample is a multi-component system, the element component ratio is often different in a minute region of several hundred μm or less. In addition, dendrites such as hydrides are formed in a minute region of 100 μm or less. In order to perform elemental analysis in such a minute region, it is necessary to make the laser irradiation region smaller.
また、分析対象とする元素によっては、雰囲気を空気以外のガス置換することも必要となる。発光するプラズマ光中の元素発光は、空間分布があり、生成するプラズマの空間位置において、分析対象元素により発光強度の高い位置が異なる。このため、生成される蛍光中に含まれる元素毎の発光を詳細に測定するためには、分析対象元素に適した蛍光計測条件を設定可能な蛍光計測装置が必要である。 Further, depending on the element to be analyzed, it is also necessary to replace the atmosphere with a gas other than air. Elemental light emission in the emitted plasma light has a spatial distribution, and the position of high emission intensity differs depending on the analysis target element in the spatial position of the generated plasma. For this reason, in order to measure in detail the light emission of each element contained in the generated fluorescence, a fluorescence measurement device capable of setting fluorescence measurement conditions suitable for the analysis target element is required.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、LIBS法を用いてより多くの元素を高精度に分析できるようにすることである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to analyze more elements with high accuracy using the LIBS method.
上記目的を達成するため本発明に係る元素分析装置は、試料に含有される元素濃度を分析する元素分析装置において、前記試料に照射するとプラズマが発生するレーザ光を生成するレーザ光発振装置と、前記レーザ光を伝送するレーザ光伝送部と、前記レーザ光伝送部により伝送された前記レーザ光を、レーザ光集光用レンズにより試料表面上で、最大直径が50μm以上で200μm以下の領域内に集光可能に構成されたレーザ光集光部と、前記レーザ光集光部で集光された前記レーザ光を、前記集光領域に照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部のレーザ光照射側に配置されて、内部に前記試料を設置可能に構成されて、レーザ光照射を受ける前記試料表面の雰囲気を気密に保持された試料配置部と、前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料表面から前記光軸方向に所定の距離だけ離れた位置から放出される蛍光を集光する蛍光集光部と、前記蛍光集光部で集光した前記蛍光の波長およびこの波長の強度に基づいて、元素含有量を定量する手段と、を有する。 In order to achieve the above object, an elemental analyzer according to the present invention is an elemental analyzer that analyzes the concentration of an element contained in a sample. A laser light oscillation device that generates laser light that generates plasma when irradiated on the sample; A laser beam transmitting unit that transmits the laser beam and the laser beam transmitted by the laser beam transmitting unit within a region having a maximum diameter of 50 μm or more and 200 μm or less on a sample surface by a laser beam focusing lens. A laser beam condensing unit configured to be condensable, a laser beam irradiating unit that irradiates the condensing region with the laser beam collected by the laser beam condensing unit, and a laser of the laser beam irradiating unit A sample placement unit arranged on the light irradiation side so that the sample can be placed therein, and the atmosphere of the sample surface receiving the laser beam irradiation is kept airtight; and a fluorescent light generated from the plasma Among the light, a fluorescence collector that collects fluorescence emitted from a position away from the sample surface by a predetermined distance in the optical axis direction, a wavelength of the fluorescence collected by the fluorescence collector, and this wavelength And means for quantifying the element content based on the strength of the element.
また、本発明に係る元素分析方法は、試料に含有される元素濃度を分析する元素分析方法において、パルスレーザ光が前記試料表面上で、最大直径が50μm以上で200μm以下の領域内に集光するように調整する集光領域調整工程と、前記照射領域調整工程の後に、前記集光領域に前記パルスレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、前記プラズマ光から発生する蛍光の一部を集光する蛍光検出工程と、集光された前記蛍光の元素含有量を定量する元素分析工程と、を有する。 The elemental analysis method according to the present invention is an elemental analysis method for analyzing the concentration of elements contained in a sample. The pulse laser beam is focused on the sample surface in a region having a maximum diameter of 50 μm or more and 200 μm or less. A condensing region adjusting step for adjusting the laser beam, a laser beam irradiation step for irradiating the condensing region with the pulsed laser light after the irradiation region adjusting step, and collecting a part of the fluorescence generated from the plasma light. A fluorescence detection step for emitting light, and an element analysis step for quantifying the element content of the condensed fluorescence.
本発明によれば、LIBS法を用いてより多くの元素を高精度に分析できるようにすることが可能になる。 According to the present invention, it becomes possible to analyze more elements with high accuracy using the LIBS method.
以下、本発明に係る元素分析装置の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of an elemental analyzer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
本発明に係る元素分析装置の第1の実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of an elemental analyzer according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係る第1の実施形態の元素分析装置の構成を示すブロック図である。図2は、図1の試料ユニット15および蛍光集光ユニット13の詳細を示す正面図である。図3は、図2の上面図である。図4は、試料16、蛍光集光レンズ23、および蛍光伝送用光ファイバ26の相対的な位置関係を示す概略上面図である。図5は、図2の試料ユニット15の立断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the elemental analyzer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view showing details of the
先ず、本実施形態の元素分析装置の構成について説明する。 First, the structure of the elemental analyzer of this embodiment is demonstrated.
本実施の形態の元素分析装置は、固体の試料16の表面(試料表面16a)に含まれる成分元素を分析する装置である。この元素分析装置は、レーザ発振器1、レーザ電源2、タイミングコントローラ31、蛍光検出器27、および計測制御用コンピュータ29を有している。
The elemental analysis apparatus of the present embodiment is an apparatus for analyzing component elements contained on the surface of the solid sample 16 (
レーザ発振器1は、例えばYAGレーザ等のパルスレーザ光3を発振する発振器である。このレーザ発振器1はレーザ電源2に接続されている。レーザ電源2は、タイミングコントローラ31に接続されている。蛍光検出器27は元素分析を行うための蛍光を検出する装置であって、計測制御用コンピュータ29を介してタイミングコントローラ31に接続されている。
The
また、元素分析装置は、レーザ光照射ユニット10、試料ユニット15、蛍光集光ユニット13、およびモニタカメラ33を有している。
The elemental analysis apparatus also includes a laser
レーザ光照射ユニット10は、レーザ光を反射させる反射ミラー4、光軸を調整するための光軸調整ミラー5を有する。このレーザ光照射ユニット10の一部は、筐体12に固定されており、この筐体12には、ダイクロイックミラー11、レーザ光集光レンズ6、パルスレーザ光3の集光位置を調節可能な微動ステージ34が配置されている。なお、図1では、ダイクロイックミラー11の固定方法等の図示は省略している。
The laser
ダイクロイックミラー11は、これに入射するパルスレーザ光3の全部またはほとんどを反射して、可視光の一部を透過させる特性を有している。
The
レーザ光集光レンズ6は、入射されたパルスレーザ光3を試料表面16aに集光させる機能を有している。このレーザ光集光レンズ6は、例えば光学顕微鏡などに用いられる80倍の対物レンズによって、試料表面16aのレーザ光照射領域の最大直径が約50μm程度となるように構成されている。また、50倍の対物レンズを用いるときは照射領域の最大直径は約80μmで、20倍の対物レンズを用いるときは約200μmとなるように構成されている。本実施形態では、80倍対物レンズを用いて、比較的微小な領域にパルスレーザ光3を集光させるように構成されている。なお、これら3種類の倍率の対物レンズが取付け可能であるが、これらに限らない。
The laser
モニタカメラ33は、ダイクロイックミラー11の上方で、このダイクロイックミラー11と対向する位置に配置されている。このモニタカメラ33には、レーザ光集光レンズ6の位置を移動したときに生じる焦点位置のシフトを補正する機能などが備えられている。
The
試料ユニット15は、レーザ光照射ユニット10におけるパルスレーザ光3の下流側に配置されている。図1の例ではレーザ光照射ユニット10の下方に配置されている。この試料ユニット15は、内部が気密に保たれた略直方体形状の容器で、内部には、試料16を固定可能な試料ホルダ17が配置されている。試料ホルダ17は、試料ホルダ固定台18に取り付けられている。試料ユニット15の上面には、例えば光学ガラスなどにより形成されてレーザ光を透過させるレーザ照射窓14が設けられている。
The
微動ステージ34は、レーザ光集光レンズ6の焦点を試料表面16aに合わせるために、上下移動する機能を有している。
The
さらに、レーザ光軸に沿った側面には、内部の雰囲気を所望のバッファガスに置換するためのバッファガス導入口19と、内部のバッファガスを排気するためのバッファガス排気口20が形成されている。図1および図2では、バッファガス導入口19およびバッファガス排気口20の開口位置等の詳細な図示は省略している。図4および図5に示すように、バッファガス導入口19は、試料ユニット15の側面に形成されて、バッファガス排気口20は、バッファガス導入口19が形成された側面に対向する側面に形成されている。
Further, a buffer
試料ユニット15内には、バッファガスがバッファガス導入口19から供給されてバッファガス排気口20から排気されるように構成されたバッファガス流路が形成される。試料ホルダ17は、このバッファガス流路の底面に分析対象となる試料16を複数設置可能になるように配置されている。図4および図5では、3つの試料16が、バッファガスの流路に沿って配列された例を示している。
In the
試料ユニット15の内部雰囲気の水分を排除して試料16中の水素や酸素を検出する場合には、バッファガスとして例えばHeガスなどが用いられる。
When the moisture in the
バッファガス導入口19と垂直な試料ユニット15の両側の側面には、レーザ光照射によって発生するレーザ生成プラズマ21の蛍光を蛍光集光ユニット13に透過させる蛍光観察窓25が形成されている。これらの蛍光観察窓25は、互いに対向するように形成されている。
On both side surfaces of the
また、試料ユニット15内には、カートリッジヒータやシーズヒータ等のヒータ(図示せず)が取り付け可能に構成されている。ヒータの図示は省略しているが、このヒータは、図2に示す試料ユニット15の側面に形成されたヒータ挿入孔37から、試料ユニット15内に設置することができるように構成されている。
In addition, a heater (not shown) such as a cartridge heater or a sheathed heater can be attached in the
蛍光集光ユニット13は、蛍光集光レンズ23、この蛍光集光レンズ23で集光された蛍光を蛍光検出器27に導光する蛍光伝送用光ファイバ26、この蛍光伝送用光ファイバ26を支持する蛍光伝送用光ファイバスリーブ24、および蛍光伝送用光ファイバスリーブ24を固定する固定スリーブ38を有する。図2〜図4では、2枚の蛍光集光レンズ23を有する例を示している。なお、図1では、1枚の蛍光集光レンズ23のみを図示し、もう1枚の蛍光集光レンズ23は省略している。
The fluorescent
蛍光集光ユニット13は、図2に示すように、パルスレーザ光3の光軸に対してほぼ垂直な方向(水平方向)に延びたアーム13aを有する。このアーム13aは、レーザ光集光レンズ6の外枠を取り囲むリング13bに接続されている。
As shown in FIG. 2, the
このアーム13aには、2枚の蛍光集光レンズ23をそれぞれ固定するための支柱36が配置されている。2枚の蛍光集光レンズ23は、水平方向に並んで配列されて、これらの光軸はアーム13aとほぼ平行、すなわち水平方向になるように配置されている。
The
蛍光集光レンズ23を固定する支柱36は、アーム13aに沿って水平方向に移動可能に構成されている。支柱36は、水平移動させて固定する位置が定まった後に、固定ねじ35等によって固定される。
The
これらの蛍光集光レンズ23は、支柱36をアーム13aに沿って水平移動させることによって、焦点を調整できるように構成されている。これらの蛍光集光レンズ23の焦点は、試料ユニット15の一方の側面に形成された蛍光観察窓25を介して試料ユニット15内部に合うように設定されている。
These
試料ユニット15に遠い方の蛍光集光レンズ23と対向する位置には、蛍光集光レンズ23で集光した蛍光が入射される蛍光伝送用光ファイバ26が配置されている。上記の通り、この蛍光伝送用光ファイバ26は蛍光伝送用光ファイバスリーブ24によって支持されて、この蛍光伝送用光ファイバスリーブ24は固定スリーブ38によって固定される。固定スリーブ38は、支柱36を介して固定ねじ35などによりアーム13aに取り付けられている。
At a position facing the fluorescent
アーム13aは、レーザ光集光レンズ6の外枠を取り囲むリング13bに接続されているため、レーザ光集光レンズ6を微動ステージ34などにより上下方向に移動させると、この上下移動に伴って蛍光集光ユニット13全体も上下移動可能に構成されている。
Since the
この蛍光集光レンズ23は、図2に示すように、パルスレーザ光3を照射することによって生成する試料16からのレーザ生成プラズマ21の像を、蛍光伝送用光ファイバ24の入射面に任意の拡大率で結像させて、所望のプラズマ光の特定場所の光のみを蛍光検出器27へ導光する。なお、図2では、試料表面16a付近のパルスレーザ光3の図示を省略している。
As shown in FIG. 2, the
なお、この元素分析装置には、パルスレーザ光3の焦点合わせなどを補助するためのアライメント用照明器7と、このアライメント用照明器7で発生するアライメント用照明光8を試料表面16a等に照射するためのハーフミラー9を有する。
In this elemental analysis device, the alignment illuminator 7 for assisting the focusing of the
続いて、パルスレーザ光の流れについて説明する。 Next, the flow of pulse laser light will be described.
レーザ発振器1から発振されたパルスレーザ光3は、反射ミラー4および光軸調整ミラー5で反射して、レーザ光軸がほぼ水平な状態でダイクロイックミラー11に入射される。ダイクロイックミラー11は、水平に入射されたパルスレーザ光3を90度反射させて、鉛直下向き方向に光路変更させる。
The
ダイクロイックミラー11で反射して鉛直下向きに光路変更されたパルスレーザ光3は、レーザ光集光用レンズ6によって、試料表面16aに集光される。
The
ダイクロイックミラー11は、可視光を透過させる特性を有しているため、試料表面16aにパルスレーザ光3を照射したときに発生するレーザ生成プラズマ21のプラズマ光を透過させることができる。したがって、モニタカメラ33によって、このレーザ生成プラズマ21等を観察することができる。
Since the
レーザ発振器1によって1つのパルスエネルギが1mJ程度で、パルス幅5ns程度のパルスレーザ光3を試料表面16aに照射させる。この場合、このパルスレーザ光3の1パルスの出力は、0.2MW程度となる。
The
通常では、この程度の強度のパルスレーザ光3を試料表面16aに照射させてもレーザ生成プラズマ21は形成されない。これを、レーザ光集光レンズ6によって、照射領域を数μm〜数100μm程度の大きさに集光させると、いわゆるブレイクダウンの閾値を超えて、試料表面16aの一部がプラズマ化する。この場合、例えば80倍の対物レンズを用いることによって、照射領域の最大直径を50μm程度に設定することで、レーザ生成プラズマ21を形成させることができる。
Normally, the laser-generated
このようにしてレーザ生成プラズマ21が発生すると、このレーザ生成プラズマ21は、パルスレーザ光3の照射終了と共に再結合が始まり、数μs〜数十μsの間は、試料表面16aの構成元素が励起状態の原子となる。この励起状態の原子は、下準位に遷移するときに原子数に比例した蛍光22を放出する。
When the laser-generated
この蛍光22のうち、レーザ生成プラズマ21の計測領域で発生したもののみを、蛍光集光ユニット13の蛍光集光レンズ23で集光させて、蛍光伝送用光ファイバ26を介して蛍光検出器27に入射させる。蛍光検出器27に入射した蛍光22は、蛍光22の波長およびこの波長の強度の情報を電気信号に変換される。電気信号に変換された蛍光信号28は、計測制御用コンピュータ29に伝達される。
Of the
計測制御用コンピュータ29は、タイミングコントローラ31により出力されたタイミング信号32から、所定時間だけ遅れた蛍光測定用のゲート信号30を伝達する。これらの信号伝達によって、計測制御用コンピュータ29は、レーザ光照射後の特定の時間帯に生成された蛍光22のみを計測し、この蛍光22の元素分析を行う。
The
以上の説明からわかるように、本実施形態では、試料表面16aに対して、測定対象元素を分析する領域を、最大直径が数100μm程度の微小領域になるように設定して、レーザ生成プラズマ21の蛍光22の測定領域と測定時間を最適化する。これによりパルスレーザ光3を照射した後の特定の時間帯において、レーザ生成プラズマ21中の特定位置の蛍光22を計測する。
As can be seen from the above description, in this embodiment, the region for analyzing the element to be measured is set on the
これにより、試料表面16aの微小領域における測定対象の元素から放出される蛍光22を高感度且つ高S/N(信号対雑音比)で計測することができ、微小領域におけるレーザ誘起ブレイクダウン分光法による元素分析が可能となる。したがって、より多くの種類の元素を高精度に分析できるようにすることが可能になる。
Thereby, the
試料16中の水素や酸素の成分を高精度に分析する場合には、空気中に存在する水分の影響を排除する必要がある。本実施形態の元素分析装置によれば、バッファガスをバッファガス導入口19から試料ユニット15内に供給し続けて、バッファガス排気口20から排気することにより、試料ユニット15内をバッファガスに置換することができる。試料16が設置された雰囲気をバッファガスで置換することによって、空気中に存在する水分などの影響を排除することが可能になる。
When analyzing the components of hydrogen and oxygen in the
一般に、空気中におかれた試料表面16aには水分が多く吸着しており、この水分が測定の大きな妨げとなる。本実施形態によれば、試料16へのレーザ照射を行う前に、試料ユニット15内に配置されたヒータによって、試料ユニット15内および試料表面16aに付着した水分除去することができる。このヒータによって、水分等の影響を低減することが可能となり、より高精度に試料中の元素分析が可能となる。
In general, a large amount of moisture is adsorbed on the
また、本実施形態の元素分析装置によれば、蛍光集光レンズ23から遠い方に形成された蛍光観察窓25によって、パルスレーザ光3を試料表面16aに照射している状況を目視確認(モニタリング)することができる。一方の蛍光観察窓25でモニタリングしながら、蛍光集光レンズ23に近い側のもう一方の蛍光観察窓25を介して蛍光集光レンズ23へ集光することができる。
Further, according to the elemental analysis apparatus of the present embodiment, the state in which the
これにより、パルスレーザ光3の照射状態を容易に確認することができる。
Thereby, the irradiation state of the
レーザ光照射ユニット10において、パルスレーザ光3を試料表面16aへ照射する位置と、この位置で発生する蛍光22との相関評価が重要となる。本実施形態によれば、レーザ光集光レンズ6に光学顕微鏡で用いる光学系(対物レンズ)を用いているため、レーザ光集光レンズ6を光学顕微鏡として用いることもできる。よって、このレーザ光集光レンズ6により、試料表面16aの分析対象となる位置を予め容易に設定することができる。
In the laser
また、モニタカメラ33によって、試料表面16aへのパルスレーザ光3を照射している状況をモニタリングできる。このモニタカメラ33により、試料表面16aの分析対象となる位置を予め設定することも可能である。
In addition, the
これらの手法により、試料表面16a上の設定した位置にパルスレーザ光3を照射する照準を容易に合わせることができる。設定した位置に照準を合わせてパルスレーザ光3を照射して、元素分析を行う。測定後においても、光学顕微鏡またはモニタカメラ33によって試料表面16aの照射領域の状態を再度確認することが可能となる。
By these methods, the aim of irradiating the
レーザ光照射ユニット10において、パルスレーザ光3の集光位置および蛍光計測のレーザ光軸方向の高さ位置を厳密に調整し設定する必要がある。また、試料表面16aの元素分布のマッピングには、試料表面16aの正確な位置を把握することが重要となる。本実施形態では、微動ステージ34によって、測定試料の正確な位置を設定することが可能である。
In the laser
本実施形態では、レーザ光集光レンズ6の外枠に、蛍光集光ユニット13のリング13bが取り付けられている。このため、レーザ光集光レンズ6の焦点を合わせるために、試料ユニット15を微動ステージ34により上下移動した場合においても、レーザ光集光レンズ6と蛍光集光ユニット13との空間的な相対位置が保持される。これにより、蛍光22を高感度に検出可能な位置を保持することが可能になる。
In the present embodiment, the
[第2の実施形態]
本発明に係る元素分析装置の第2の実施形態について、図6および図7を用いて説明する。図6は、本実施形態の元素分析装置の構成の一部を示す正面図である。図7は、図6の上面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the elemental analyzer according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a front view showing a part of the configuration of the elemental analyzer of the present embodiment. FIG. 7 is a top view of FIG. In addition, this embodiment is a modification of 1st Embodiment, Comprising: The same code | symbol is attached | subjected to the same part or similar part as 1st Embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、蛍光集光レンズ23(図1〜図4)を介さずに、蛍光を直接、蛍光伝送用光ファイバ26に入射するように構成されている。分析対象の元素によっては、蛍光集光レンズ23を用いなくても、蛍光伝送用光ファイバ26に入射できるものもある。
In the present embodiment, the fluorescent light is directly incident on the fluorescent transmission
これにより、元素分析装置をより簡素化し、より効率的に分析することが可能になる。 As a result, the elemental analyzer can be further simplified and analyzed more efficiently.
[第3の実施形態]
本発明に係る元素分析装置の第3の実施形態について、図8を用いて説明する。図8は、本発明に係る第3の実施形態の元素分析装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the elemental analyzer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the elemental analyzer according to the third embodiment of the present invention. In addition, this embodiment is a modification of 1st Embodiment, Comprising: The same code | symbol is attached | subjected to the same part or similar part as 1st Embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、レーザ発振器1で発生させたパルスレーザ光3は、光ファイバ入射光学系39を介してレーザ光伝送用光ファイバ41に入射される。このレーザ光伝送用光ファイバ41を介してパルスレーザ光3はコリメータレンズ40に入射される。コリメータレンズ40を透過したパルスレーザ光3は、ダイクロイックミラー11で反射されて、第1の実施形態と同様に、試料表面16aに照射される。
In the present embodiment, the
これにより、レーザ発振器1の持ち込みが困難な場所にある分析対象に対しても、その場での元素分析を行うことが可能となる。
Thereby, it is possible to perform elemental analysis on the spot even for an analysis target in a place where the
[その他の実施形態]
上記の実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成はこれらの実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
[Other Embodiments]
The description of the above embodiment is an example for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to these embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
上記の第1〜第3の実施形態では、レーザ発振器1にはYAGレーザ発振器が適用されているが、これに限らない。レーザブレイクダウンが可能なパルスレーザであれば、例えばエキシマレーザやCO2レーザなどを用いることもできる。
In the first to third embodiments described above, the YAG laser oscillator is applied to the
また、第1〜第3の実施形態の特徴を組み合わせることも可能である。例えば第2の実施形態の元素分析装置に、第3の実施形態の特徴である光ファイバを用いることもできる。 It is also possible to combine the features of the first to third embodiments. For example, an optical fiber that is a feature of the third embodiment can be used for the elemental analysis apparatus of the second embodiment.
1…レーザ発振器、2…レーザ電源、3…パルスレーザ光、4…反射ミラー、5…光軸調整ミラー、6…レーザ光集光レンズ、7…アライメント用照明器、8…アライメント用照明光、9…ハーフミラー、10…レーザ光照射ユニット、11…ダイクロイックミラー、12…筐体、13…蛍光集光ユニット、13a…アーム、13b…リング、14…レーザ照射窓、15…試料ユニット、16…試料、16a…試料表面、17…試料ホルダ、18…試料ホルダ固定台、19…バッファガス導入口、20…バッファガス排出口、21…レーザ生成プラズマ、22…蛍光、23…蛍光集光レンズ、24…蛍光伝送用光ファイバスリーブ、25…蛍光観察窓、26…蛍光伝送用光ファイバ、27…蛍光検出器、28…蛍光信号、29…計測制御用コンピュータ、30…ゲート信号、31…タイミングコントローラ、32…タイミング信号、33…モニタカメラ、34…微動ステージ、35…固定ねじ、36…支柱、37…ヒータ挿入孔、38…固定スリーブ、39…光ファイバ入射光学系、40…コリメータレンズ、41…レーザ光伝送用光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記試料に照射するとプラズマが発生するレーザ光を生成するレーザ光発振装置と、
前記レーザ光を伝送するレーザ光伝送部と、
前記レーザ光伝送部により伝送された前記レーザ光を、レーザ光集光用レンズにより試料表面上で、最大直径が50μm以上で200μm以下の領域内に集光可能に構成されたレーザ光集光部と、
前記レーザ光集光部で集光された前記レーザ光を、前記集光領域に照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部のレーザ光照射側に配置されて、内部に前記試料を設置可能に構成されて、レーザ光照射を受ける前記試料表面の雰囲気を気密に保持された試料配置部と、
前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料表面から前記光軸方向に所定の距離だけ離れた位置から放出される蛍光を集光する蛍光集光部と、
前記蛍光集光部で集光した前記蛍光の波長およびこの波長の強度に基づいて、元素含有量を定量する手段と、
を有することを特徴とする元素分析装置。 In an elemental analyzer that analyzes the concentration of elements contained in a sample,
A laser beam oscillation device for generating a laser beam that generates plasma when irradiated on the sample;
A laser beam transmission unit for transmitting the laser beam;
A laser beam condensing unit configured to be capable of condensing the laser beam transmitted by the laser beam transmitting unit on a sample surface within a region having a maximum diameter of 50 μm or more and 200 μm or less by a laser beam condensing lens. When,
A laser beam irradiation unit that irradiates the laser beam focused by the laser beam focusing unit to the focusing region;
A sample placement unit arranged on the laser beam irradiation side of the laser beam irradiation unit, configured to be able to install the sample therein, and holding the atmosphere of the sample surface receiving the laser beam irradiation in an airtight manner;
A fluorescence condensing unit that condenses fluorescence emitted from a position separated from the sample surface by a predetermined distance in the optical axis direction among the fluorescence generated from the plasma;
A means for quantifying the element content based on the wavelength of the fluorescence condensed by the fluorescence condensing unit and the intensity of the wavelength;
An elemental analysis apparatus characterized by comprising:
前記試料配置部内の雰囲気を置換するためのバッファガスを供給するバッファガス供給口と、
前記試料配置部内の前記バッファガスを排出するバッファガス排出口と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の元素分析装置。 The sample placement part is:
A buffer gas supply port for supplying a buffer gas for replacing the atmosphere in the sample placement portion;
A buffer gas discharge port for discharging the buffer gas in the sample placement portion;
The elemental analysis apparatus according to claim 1, comprising:
前記ダイクロイックミラーに対して前記試料と反対側に配置されたモニタ用カメラと、
を有し、
前記モニタ用カメラによって、前記試料表面およびプラズマを視認可能に構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の元素分析装置。 A dichroic mirror that is disposed so as to intersect the optical path of the laser beam, reflects a predetermined wavelength band, and transmits a part of visible light;
A monitoring camera disposed on the opposite side of the sample with respect to the dichroic mirror;
Have
The element analyzer according to claim 1, wherein the sample camera and the plasma are configured to be visually recognized by the monitor camera.
前記プラズマの像を前記蛍光分光用光ファイバの入射面に、前記蛍光集光用レンズにより所定の拡大率で結像させて、所定の領域の蛍光のみを前記蛍光分光用光ファイバに導光することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の元素分析装置。 In the fluorescence condensing part, a plurality of fluorescent condensing lenses are arranged,
The image of the plasma is formed on the incident surface of the optical fiber for fluorescence spectroscopy at a predetermined magnification by the lens for condensing fluorescence, and only the fluorescence in a predetermined region is guided to the optical fiber for fluorescence spectroscopy. The elemental analyzer according to any one of claims 1 to 8, wherein the elemental analyzer is provided.
パルスレーザ光が前記試料表面上で、最大直径が50μm以上で200μm以下の領域内に集光するように調整する集光領域調整工程と、
前記照射領域調整工程の後に、前記集光領域に前記パルスレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記プラズマ光から発生する蛍光の一部を集光する蛍光検出工程と、
集光された前記蛍光の元素含有量を定量する元素分析工程と、
を有することを特徴とする元素分析方法。 In an elemental analysis method for analyzing the concentration of elements contained in a sample,
A condensing region adjusting step for adjusting the pulsed laser light so as to condense in a region having a maximum diameter of 50 μm or more and 200 μm or less on the sample surface;
After the irradiation region adjustment step, a laser beam irradiation step of irradiating the focused laser beam to the pulsed laser beam,
A fluorescence detection step of collecting a part of the fluorescence generated from the plasma light;
An elemental analysis step for quantifying the content of the condensed fluorescent element;
An elemental analysis method characterized by comprising:
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