JP2010038560A - Element analyzer and element analysis method - Google Patents

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Akira Kuwako
彰 桑子
Kunihiko Nakayama
邦彦 中山
Yukimoto Okazaki
幸基 岡崎
Ryoichi Otani
良一 大谷
Makoto Ishibashi
誠 石橋
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Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To analyze more elements by using a LIBS (Laser-induced Breakdown Spectroscopy) method. <P>SOLUTION: This element analyzer has a laser light oscillator 1 for generating pulse laser light 3 generating plasma when being irradiated to a sample 16, a laser light condensing part constituted so as to be able to condense light in a domain whose maximum diameter is 50-200 μm on the sample surface 16a by a laser light condensing lens 6, and a laser light irradiation part for irradiating light onto a light condensing domain on the sample surface 16a. A sample arrangement part 15 in which the atmosphere of the sample surface 16a is held airtightly, constituted so that the sample 16 can be installed inside, and receiving laser light irradiation, is arranged on the laser light irradiation side of the laser light irradiation part. The analyzer also has a fluorescence condensing part 13 for condensing fluorescence 22 discharged from a position separated as long as a prescribed distance in an optical axis direction from the sample surface 16a in the fluorescence 22 generated from the plasma 21, and a means for determining an element content based on the wavelength of the fluorescence 22 condensed by the fluorescence condensing part 13 and on the intensity of the wavelength. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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。
特開2004−205266号公報 特開2000−310596号公報
As one of the methods, laser-induced breakdown spectroscopy (hereinafter referred to as LIBS method) using laser light has been developed. In this LIBS method, as disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2, plasma is generated by directly irradiating a measurement sample with pulsed laser light. By analyzing the plasma light generated from this plasma and detecting the light emission of the wavelength unique to the atom, the kind of element, the amount of element, etc. in the sample can be detected. For this reason, sample pretreatment is unnecessary, and rapid and simple elemental analysis is possible.
JP 2004-205266 A JP 2000-310596 A

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 sample unit 15 and the fluorescence condensing unit 13 of FIG. FIG. 3 is a top view of FIG. FIG. 4 is a schematic top view showing a relative positional relationship between the sample 16, the fluorescent condensing lens 23, and the fluorescent transmission optical fiber 26. As shown in FIG. FIG. 5 is an elevational sectional view of the sample unit 15 of FIG.

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 (sample surface 16a). This elemental analyzer has a laser oscillator 1, a laser power source 2, a timing controller 31, a fluorescence detector 27, and a measurement control computer 29.

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 laser oscillator 1 is an oscillator that oscillates pulsed laser light 3 such as a YAG laser. The laser oscillator 1 is connected to a laser power source 2. The laser power source 2 is connected to the timing controller 31. The fluorescence detector 27 is a device that detects fluorescence for performing elemental analysis, and is connected to the timing controller 31 via a measurement control computer 29.

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 light irradiation unit 10, a sample unit 15, a fluorescence condensing unit 13, and a monitor camera 33.

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 light irradiation unit 10 includes a reflection mirror 4 that reflects laser light and an optical axis adjustment mirror 5 that adjusts the optical axis. A part of the laser light irradiation unit 10 is fixed to the housing 12, and the condensing position of the dichroic mirror 11, the laser light condensing lens 6, and the pulsed laser light 3 can be adjusted in the housing 12. A fine movement stage 34 is arranged. In FIG. 1, illustration of a fixing method and the like of the dichroic mirror 11 is omitted.

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 dichroic mirror 11 has a characteristic of reflecting all or most of the pulsed laser light 3 incident thereon and transmitting a part of visible light.

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 beam condensing lens 6 has a function of condensing the incident pulse laser beam 3 on the sample surface 16a. The laser beam condensing lens 6 is configured so that the maximum diameter of the laser beam irradiation region of the sample surface 16a is about 50 μm by an 80 × objective lens used for an optical microscope, for example. When the 50 × objective lens is used, the maximum diameter of the irradiation region is about 80 μm, and when the 20 × objective lens is used, the maximum diameter is about 200 μm. In this embodiment, the 80 × objective lens is used to focus the pulsed laser light 3 on a relatively small area. Note that these three types of objective lenses with three magnifications can be attached, but the present invention is not limited to these.

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 monitor camera 33 is disposed above the dichroic mirror 11 and at a position facing the dichroic mirror 11. The monitor camera 33 has a function of correcting a shift of the focal position that occurs when the position of the laser beam condenser lens 6 is moved.

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 sample unit 15 is arranged on the downstream side of the pulse laser beam 3 in the laser beam irradiation unit 10. In the example of FIG. 1, it is arranged below the laser light irradiation unit 10. The sample unit 15 is a substantially rectangular parallelepiped container whose inside is kept airtight, and a sample holder 17 to which the sample 16 can be fixed is disposed. The sample holder 17 is attached to the sample holder fixing base 18. On the upper surface of the sample unit 15, a laser irradiation window 14 that is formed of, for example, optical glass and transmits laser light is provided.

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 fine movement stage 34 has a function of moving up and down in order to focus the laser beam condenser lens 6 on the sample surface 16a.

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 gas introduction port 19 for replacing the internal atmosphere with a desired buffer gas and a buffer gas exhaust port 20 for exhausting the internal buffer gas are formed on the side surface along the laser optical axis. Yes. In FIG. 1 and FIG. 2, detailed illustrations such as the opening positions of the buffer gas introduction port 19 and the buffer gas exhaust port 20 are omitted. As shown in FIGS. 4 and 5, the buffer gas inlet 19 is formed on the side surface of the sample unit 15, and the buffer gas exhaust port 20 is formed on the side surface opposite to the side surface on which the buffer gas inlet 19 is formed. Has been.

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 sample unit 15, a buffer gas flow path configured so that buffer gas is supplied from the buffer gas inlet 19 and exhausted from the buffer gas outlet 20 is formed. The sample holder 17 is arranged so that a plurality of samples 16 to be analyzed can be installed on the bottom surface of the buffer gas flow path. 4 and 5 show an example in which three samples 16 are arranged along the flow path of the buffer gas.

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 sample unit 15 is removed to detect hydrogen or oxygen in the sample 16, for example, He gas or the like is used as the buffer gas.

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 sample unit 15 perpendicular to the buffer gas introduction port 19, a fluorescence observation window 25 that allows the fluorescence of the laser-generated plasma 21 generated by laser light irradiation to pass through the fluorescence condensing unit 13 is formed. These fluorescence observation windows 25 are formed so as to face each other.

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 sample unit 15. Although not shown, the heater is configured so that it can be installed in the sample unit 15 from the heater insertion hole 37 formed on the side surface of the sample unit 15 shown in FIG.

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 light collecting unit 13 supports the fluorescent light collecting lens 23, the fluorescent light transmitting optical fiber 26 that guides the fluorescent light collected by the fluorescent light collecting lens 23 to the fluorescent light detector 27, and the fluorescent light transmitting optical fiber 26. The fluorescent transmission optical fiber sleeve 24 and the fluorescent transmission optical fiber sleeve 24 are fixed. 2 to 4 show an example having two fluorescent condensing lenses 23. In FIG. 1, only one fluorescent condenser lens 23 is shown, and the other fluorescent condenser lens 23 is omitted.

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 fluorescence condensing unit 13 has an arm 13 a extending in a direction (horizontal direction) substantially perpendicular to the optical axis of the pulsed laser light 3. The arm 13 a is connected to a ring 13 b that surrounds the outer frame of the laser beam condenser lens 6.

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 arm 13a is provided with a support column 36 for fixing the two fluorescent condensing lenses 23 respectively. The two fluorescent condensing lenses 23 are arranged side by side in the horizontal direction, and their optical axes are arranged substantially parallel to the arm 13a, that is, in the horizontal direction.

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 support column 36 for fixing the fluorescent condensing lens 23 is configured to be movable in the horizontal direction along the arm 13a. The support 36 is fixed by a fixing screw 35 or the like after the position to be fixed by moving horizontally is determined.

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 fluorescent condensing lenses 23 are configured such that the focal point can be adjusted by horizontally moving the column 36 along the arm 13a. The focal points of the fluorescent condenser lenses 23 are set so as to fit inside the sample unit 15 through the fluorescence observation window 25 formed on one side surface of the sample unit 15.

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 light collecting lens 23 far from the sample unit 15, a fluorescent transmission optical fiber 26 into which the fluorescent light collected by the fluorescent light collecting lens 23 enters is disposed. As described above, the fluorescence transmission optical fiber 26 is supported by the fluorescence transmission optical fiber sleeve 24, and the fluorescence transmission optical fiber sleeve 24 is fixed by the fixing sleeve 38. The fixing sleeve 38 is attached to the arm 13a via a support column 36 by a fixing screw 35 or the like.

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 arm 13a is connected to a ring 13b that surrounds the outer frame of the laser beam condenser lens 6, when the laser beam condenser lens 6 is moved in the vertical direction by the fine movement stage 34 or the like, the fluorescence is accompanied by the vertical movement. The entire light collecting unit 13 is also configured to be movable up and down.

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 fluorescent condensing lens 23 allows an image of the laser-produced plasma 21 from the sample 16 generated by irradiating the pulsed laser light 3 to be incident on the incident surface of the optical fiber 24 for fluorescent transmission. An image is formed at an enlargement ratio, and only light at a specific place of desired plasma light is guided to the fluorescence detector 27. In FIG. 2, the illustration of the pulsed laser light 3 near the sample surface 16a is omitted.

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 pulse laser beam 3 and the alignment illumination light 8 generated by the alignment illuminator 7 are irradiated onto the sample surface 16a and the like. A half mirror 9 is provided.

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 pulsed laser light 3 oscillated from the laser oscillator 1 is reflected by the reflecting mirror 4 and the optical axis adjusting mirror 5 and is incident on the dichroic mirror 11 with the laser optical axis substantially horizontal. The dichroic mirror 11 reflects the horizontally incident pulsed laser light 3 by 90 degrees to change the optical path in the vertically downward direction.

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 pulse laser beam 3 reflected by the dichroic mirror 11 and whose optical path is changed vertically downward is condensed on the sample surface 16 a by the laser beam condensing lens 6.

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 dichroic mirror 11 has the characteristic of transmitting visible light, it can transmit the plasma light of the laser-generated plasma 21 generated when the sample surface 16a is irradiated with the pulsed laser light 3. Therefore, the laser generated plasma 21 and the like can be observed with the monitor camera 33.

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 laser oscillator 1 irradiates the sample surface 16a with pulsed laser light 3 having one pulse energy of about 1 mJ and a pulse width of about 5 ns. In this case, the output of one pulse of the pulse laser beam 3 is about 0.2 MW.

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 plasma 21 is not formed even when the sample surface 16a is irradiated with the pulse laser beam 3 having such an intensity. When this is condensed to a size of several μm to several hundred μm by the laser light condensing lens 6, a part of the sample surface 16 a becomes plasma exceeding a so-called breakdown threshold. In this case, for example, by using an 80 × objective lens, the laser-produced plasma 21 can be formed by setting the maximum diameter of the irradiation region to about 50 μm.

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 plasma 21 is generated in this way, the laser-generated plasma 21 starts recombination with the end of the irradiation of the pulsed laser beam 3, and the constituent elements on the sample surface 16a are excited for several μs to several tens of μs. It becomes an atom of a state. The atom in the excited state emits fluorescence 22 proportional to the number of atoms when transitioning to the lower level.

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 fluorescence 22, only the fluorescence generated in the measurement region of the laser-generated plasma 21 is condensed by the fluorescence condenser lens 23 of the fluorescence condenser unit 13, and the fluorescence detector 27 is passed through the fluorescence transmission optical fiber 26. To enter. The fluorescence 22 that has entered the fluorescence detector 27 is converted into an electrical signal by information on the wavelength of the fluorescence 22 and the intensity of the wavelength. The fluorescence signal 28 converted into the electrical signal is transmitted to the measurement control computer 29.

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 measurement control computer 29 transmits a fluorescence measurement gate signal 30 delayed by a predetermined time from the timing signal 32 output from the timing controller 31. By these signal transmissions, the measurement control computer 29 measures only the fluorescence 22 generated in a specific time zone after the laser light irradiation and performs elemental analysis of the fluorescence 22.

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 sample surface 16a so as to be a very small region having a maximum diameter of about several hundred μm, and the laser-generated plasma 21 is obtained. The measurement area and measurement time of the fluorescence 22 are optimized. Thereby, the fluorescence 22 at a specific position in the laser-produced plasma 21 is measured in a specific time zone after irradiation with the pulse laser beam 3.

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 fluorescence 22 emitted from the element to be measured in the minute region of the sample surface 16a can be measured with high sensitivity and high S / N (signal to noise ratio), and laser-induced breakdown spectroscopy in the minute region. Elemental analysis is possible. Therefore, it becomes possible to analyze more types of elements with high accuracy.

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 sample 16 with high accuracy, it is necessary to eliminate the influence of moisture present in the air. According to the elemental analyzer of this embodiment, the buffer gas is continuously supplied from the buffer gas inlet 19 into the sample unit 15 and then exhausted from the buffer gas outlet 20, thereby replacing the sample unit 15 with the buffer gas. can do. By substituting the buffer gas for the atmosphere in which the sample 16 is installed, it becomes possible to eliminate the influence of moisture and the like present in the air.

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 sample surface 16a placed in the air, and this moisture greatly hinders measurement. According to the present embodiment, before the sample 16 is irradiated with laser, the heater attached in the sample unit 15 can remove moisture adhering to the sample unit 15 and the sample surface 16a. With this heater, it becomes possible to reduce the influence of moisture and the like, and element analysis in the sample can be performed with higher accuracy.

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 pulse laser beam 3 is applied to the sample surface 16a is visually confirmed (monitored) by the fluorescence observation window 25 formed farther from the fluorescence condenser lens 23. )can do. While monitoring with one fluorescence observation window 25, the light can be condensed onto the fluorescence collection lens 23 via the other fluorescence observation window 25 on the side close to the fluorescence collection lens 23.

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 pulse laser beam 3 can be easily confirmed.

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 beam irradiation unit 10, it is important to evaluate the correlation between the position where the sample laser beam 3 is irradiated with the pulse laser beam 3 and the fluorescence 22 generated at this position. According to the present embodiment, since the optical system (objective lens) used in the optical microscope is used for the laser light condensing lens 6, the laser light condensing lens 6 can also be used as an optical microscope. Therefore, the laser light condensing lens 6 can easily set in advance the position to be analyzed on the sample surface 16a.

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 monitor camera 33 can monitor the state of irradiating the sample laser beam 3 to the sample surface 16a. With this monitor camera 33, it is possible to set in advance the position to be analyzed on the sample surface 16a.

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 pulse laser beam 3 to the set position on the sample surface 16a can be easily adjusted. Elemental analysis is performed by irradiating the pulse laser beam 3 while aiming at the set position. Even after the measurement, the state of the irradiation region of the sample surface 16a can be confirmed again by the optical microscope or the monitor camera 33.

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 beam irradiation unit 10, it is necessary to strictly adjust and set the condensing position of the pulse laser beam 3 and the height position of the fluorescence measurement in the laser beam axis direction. In addition, for mapping the element distribution on the sample surface 16a, it is important to grasp the exact position of the sample surface 16a. In the present embodiment, the precise position of the measurement sample can be set by the fine movement stage 34.

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 ring 13 b of the fluorescent light collecting unit 13 is attached to the outer frame of the laser light collecting lens 6. Therefore, even when the sample unit 15 is moved up and down by the fine movement stage 34 in order to adjust the focus of the laser beam condenser lens 6, the spatial relative position between the laser beam condenser lens 6 and the fluorescence condenser unit 13. Is retained. This makes it possible to maintain a position where the fluorescence 22 can be detected with high sensitivity.

[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 optical fiber 26 without using the fluorescent light collecting lens 23 (FIGS. 1 to 4). Some elements to be analyzed can enter the fluorescence transmission optical fiber 26 without using the fluorescence condensing lens 23.

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 pulsed laser light 3 generated by the laser oscillator 1 is incident on the laser light transmission optical fiber 41 via the optical fiber incident optical system 39. The pulsed laser light 3 is incident on the collimator lens 40 through the laser light transmission optical fiber 41. The pulse laser beam 3 that has passed through the collimator lens 40 is reflected by the dichroic mirror 11 and irradiated onto the sample surface 16a as in the first embodiment.

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 laser oscillator 1 is difficult to bring.

[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CO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 laser oscillator 1, but the present invention is not limited to this. For example, an excimer laser or a CO 2 laser can be used as long as it is a pulse laser capable of laser breakdown.

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.

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。It is a block diagram which shows the structure of the elemental analyzer of 1st Embodiment which concerns on this invention. 図1の試料ユニットおよび蛍光集光ユニットの詳細を示す正面図である。It is a front view which shows the detail of the sample unit of FIG. 1, and a fluorescence condensing unit. 図2の上面図である。FIG. 3 is a top view of FIG. 2. 図1の試料、蛍光集光レンズ、および蛍光伝送用光ファイバの相対的な位置関係を示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the relative positional relationship of the sample of FIG. 1, a fluorescence condensing lens, and the optical fiber for fluorescence transmission. 図2の試料ユニットの概略立断面図である。FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of the sample unit in FIG. 2. 本発明に係る第2の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。It is a front view which shows a part of structure of the elemental analyzer of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 図6の上面図である。FIG. 7 is a top view of FIG. 6. 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。It is a block diagram which shows the structure of the elemental analyzer of 3rd Embodiment which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Laser oscillator, 2 ... Laser power supply, 3 ... Pulse laser beam, 4 ... Reflection mirror, 5 ... Optical axis adjustment mirror, 6 ... Laser beam condensing lens, 7 ... Alignment illuminator, 8 ... Alignment illumination light, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Half mirror, 10 ... Laser beam irradiation unit, 11 ... Dichroic mirror, 12 ... Case, 13 ... Fluorescence condensing unit, 13a ... Arm, 13b ... Ring, 14 ... Laser irradiation window, 15 ... Sample unit, 16 ... Sample: 16a ... Sample surface, 17 ... Sample holder, 18 ... Sample holder fixing base, 19 ... Buffer gas introduction port, 20 ... Buffer gas discharge port, 21 ... Laser generated plasma, 22 ... Fluorescence, 23 ... Fluorescence condenser lens, 24 ... Fluorescence transmission optical fiber sleeve, 25 ... Fluorescence observation window, 26 ... Fluorescence transmission optical fiber, 27 ... Fluorescence detector, 28 ... Fluorescence signal, 29 ... Measurement control 30 ... Gate signal 31 ... Timing controller 32 ... Timing signal 33 ... Monitor camera 34 ... Fine motion stage 35 ... Fixing screw 36 ... Pilting column 37 ... Heater insertion hole 38 ... Fixing sleeve 39 ... Light Fiber incident optical system, 40 ... collimator lens, 41 ... optical fiber for laser beam transmission

Claims (13)

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:
前記試料配置部は、
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:
前記試料配置部は、前記プラズマを前記光軸方向に交わる方向から視認可能なプラズマ観測窓が形成されていること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載の元素分析装置。   The element analyzer according to claim 1, wherein the sample placement unit is formed with a plasma observation window that is visible from a direction intersecting the plasma in the optical axis direction. 前記試料配置部は、前記試料配置部内を加熱して前記試料に付着した水分を除去するためのヒータが取り付けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の元素分析装置。   The said sample arrangement | positioning part is equipped with the heater for heating the inside of the said sample arrangement | positioning part and removing the water | moisture content adhering to the said sample, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Elemental analysis equipment. 前記レーザ光集光用レンズを介して前記試料表面を観察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4のいずれか一項に記載の元素分析装置。   The element analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein the sample surface is configured to be observable through the laser beam condensing lens. 前記試料表面が前記光軸方向に沿って移動可能に構成された試料移動機構を有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の元素分析装置。   The element analyzer according to claim 1, further comprising a sample moving mechanism configured such that the sample surface is movable along the optical axis direction. 前記レーザ光の光路と交わるように配置されて、所定の波長帯を反射させて可視光の一部を透過するダイクロイックミラーと、
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.
前記蛍光集光部および前記レーザ光用集光レンズを互いに固定して、前記蛍光を集光する位置と、前記レーザ光集光位置との相対位置が所定の距離を保持するように固定したことを特徴する請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の元素分析装置。   The fluorescent light condensing unit and the laser light condensing lens are fixed to each other, and fixed so that a relative position between the position where the fluorescent light is condensed and the laser light condensing position is maintained at a predetermined distance. The elemental analyzer according to any one of claims 1 to 7, characterized by: 前記蛍光集光部には、複数の蛍光集光用レンズが配置されて、
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.
前記レーザ伝送部は、光ファイバにより前記レーザ光を伝送するよう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9のいずれか一項に記載の元素分析装置。   The element analyzer according to any one of claims 1 to 9, wherein the laser transmission unit is configured to transmit the laser light by an optical fiber. 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:
前記レーザ光を集光するためのレーザ光集光用レンズで、前記試料表面を観察する試料表面観察工程を有することを特徴とする請求項11に記載の元素分析方法。   The element analysis method according to claim 11, further comprising a sample surface observation step of observing the sample surface with a laser beam condensing lens for condensing the laser beam. 前記元素分析工程および試料表面観察工程を並行して行うことを特徴とする請求項12に記載の元素分析方法。   The elemental analysis method according to claim 12, wherein the elemental analysis step and the sample surface observation step are performed in parallel.
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