JP2013205389A - Emission analyzer and atomizer - Google Patents

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Masaru Hori
勝 堀
Masafumi Ito
昌文 伊藤
Takayuki Ota
貴之 太田
Hiroyuki Kano
浩之 加納
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Nagoya University NUC
Meijo University
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Nagoya University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission analyzer capable of analyzing a solid sample by using atmospheric pressure plasma.SOLUTION: The emission analyzer is composed of an atomizer 10 and a spectroscopic analyzer 20. The atomizer 10 includes a rod-like electrode 100 and a blade-shaped electrode 120 arranged separately from a tip part 100a of the rod-like electrode 100 by a fixed distance. The tip part 100a of the rod-like electrode 100 is stored in a ceramic pipe 110 so that axis directions coincide with each other. Discharge gas is allowed to flow into a gap 150 between the rod-like electrode 100 and an inner wall of the ceramic pipe 110 in the tip part 100a side axis direction of the rod-like electrode 100. The blade-shaped electrode 120 has a blade shape and is inserted into a sold sample 30. An insulating plate 130 is arranged between the rod-like electrode 100 and the solid sample 30 in contact with the solid sample 30.

Description

本発明は、固体試料の分析が可能な小型の発光分析装置に関する。特に、大気圧プラズマを用いて試料の原子化を行うアトマイザーを用いた発光分析装置に関する。およびそのアトマイザーに関する。   The present invention relates to a small emission analyzer capable of analyzing a solid sample. In particular, the present invention relates to an emission analysis apparatus using an atomizer that atomizes a sample using atmospheric pressure plasma. And the atomizer.

試料を原子化させるアトマイザーとして、大気圧プラズマ装置を用いた発光分析装置が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載のアトマイザーは、棒状の第1電極と、管状であって、その内部に第1電極を内部に保持し、管内壁と第1電極との間に放電ガスが流される絶縁管と、第1電極の先端部から軸方向に一定距離隔てて配置された第2電極とを有している。さらに試料保持部の底面に第2電極が露出するよう一体化された構造であり、第2電極は管状となっていて、この管を通して試料保持部に液体試料を供給するようになっている。   As an atomizer for atomizing a sample, an emission analysis apparatus using an atmospheric pressure plasma apparatus is described in Patent Document 1. The atomizer described in Patent Document 1 is a rod-shaped first electrode and a tubular tube, in which the first electrode is held inside, and an insulating tube in which a discharge gas flows between the tube inner wall and the first electrode And a second electrode arranged at a certain distance in the axial direction from the tip of the first electrode. Further, the second electrode is formed in an integrated structure so that the second electrode is exposed on the bottom surface of the sample holder, and the liquid electrode is supplied to the sample holder through the tube.

この特許文献1に記載の発光分析装置は、アトマイザーに用いる電源が1つで済むため、小型とすることができ、携帯が可能となっている。   Since the emission analysis apparatus described in Patent Document 1 requires only one power source for the atomizer, it can be downsized and portable.

特開2012−13543JP2012-13543

しかし、特許文献1に記載の発光分析装置は、基本的に液体試料の分析に用いるための構造となっている。そのため、固体試料を分析するためには、その固体試料を液状に加工したりするなど工夫と手間が必要であり、簡便に分析を行うことは困難であった。たとえば、農場などに発光分析装置を持ち込み、その場で農作物の元素分析、定量分析を行うことは困難であった。   However, the emission analyzer described in Patent Document 1 basically has a structure for use in analyzing a liquid sample. Therefore, in order to analyze a solid sample, it is necessary to devise and labor such as processing the solid sample into a liquid state, and it is difficult to perform a simple analysis. For example, it was difficult to carry out an elemental analysis and quantitative analysis of agricultural products on the spot by bringing an emission analyzer into a farm.

そこで本発明の目的は、固体試料の元素分析や定量分析を簡便に行うことが可能な小型の発光分析装置を実現することである。   Therefore, an object of the present invention is to realize a small emission analyzer capable of easily performing elemental analysis and quantitative analysis of a solid sample.

請求項1に記載の発明は、大気圧プラズマによって固体試料を原子化するアトマイザーと、アトマイザーによって原子化された試料を含む大気圧プラズマの発光を受光して分光分析する分光装置と、を有した発光分析装置において、アトマイザーは、棒状の第1電極と、管状であって、その管内に、第1電極の軸回りにおいて管内壁から第1電極が離間した状態となるように第1電極の先端部を保持し、管内壁と第1電極との隙間に、第1電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、刃状の形状であり、固体試料に差し込まれた状態で第1電極の先端部から一定距離隔てて配置された第2電極と、第1電極と第2電極との間に配置されて固体試料を覆い、大気圧プラズマ照射領域に孔が設けられた絶縁板と、第1電極と第2電極間に電圧を印加する交流電源と、を有することを特徴とする発光分析装置である。   The invention described in claim 1 includes an atomizer that atomizes a solid sample by atmospheric pressure plasma, and a spectroscopic device that receives light emission of atmospheric pressure plasma including the sample atomized by the atomizer and performs spectral analysis. In the emission analyzer, the atomizer has a rod-shaped first electrode and a tubular shape, and the tip of the first electrode is placed in the tube so that the first electrode is separated from the inner wall of the tube around the axis of the first electrode. The insulating tube through which the discharge gas flows in the axial direction on the distal end side of the first electrode in the gap between the inner wall of the tube and the first electrode, and a blade-like shape inserted into the solid sample The second electrode arranged at a certain distance from the tip of the first electrode, and the solid electrode covered between the first electrode and the second electrode, and a hole was provided in the atmospheric pressure plasma irradiation region Insulating plate, first electrode and second electrode An optical emission spectrometer, characterized in that it has a, an AC power source for applying a voltage to the.

第2電極の形状は、固体試料に差し込みが可能な任意の刃状であってよく、片刃であっても両刃であってもよい。刃状は、断面がくさび形(先端部が鋭角な角形)の形状である。特に、刃状であることに加えて、第1電極の先端部方向に突出した突起部を有した形状であるとよい。その突出部に電界が集中して、大気圧プラズマをより容易に発生させることができるためである。   The shape of the second electrode may be an arbitrary blade shape that can be inserted into the solid sample, and may be a single blade or a double blade. The blade shape has a wedge-shaped cross section (a square with a sharp tip). In particular, in addition to the blade shape, it may be a shape having a protrusion protruding in the direction of the tip of the first electrode. This is because the electric field concentrates on the projecting portion, and atmospheric pressure plasma can be generated more easily.

絶縁板の材料には、石英、セラミック、などを用いることができる。絶縁板に設けられる孔の形状は任意であり、たとえば円柱状、角柱状の孔である。この孔は、固体試料への大気圧プラズマの照射領域を絞り、効率的に固体試料を原子化させるために設けるものである。   Quartz, ceramic, etc. can be used for the material of the insulating plate. The shape of the hole provided in the insulating plate is arbitrary, for example, a cylindrical or prismatic hole. This hole is provided in order to narrow down the irradiation area of the atmospheric pressure plasma to the solid sample and efficiently atomize the solid sample.

第2電極と絶縁板は、端部においてピンセット状に接続されているのがよい。このように第2電極と絶縁板とをピンセット状に一体化した構成とすれば、絶縁板の位置決めを特に行う必要がなく、第2電極を固体試料に差し込むことで絶縁板も同時に配置することができ、より簡易に発光分析を行うことができる。   The second electrode and the insulating plate are preferably connected in tweezers at the end. If the second electrode and the insulating plate are integrated into the tweezers in this way, there is no need to position the insulating plate in particular, and the insulating plate is also arranged simultaneously by inserting the second electrode into the solid sample. The emission analysis can be performed more easily.

放電ガスには、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、酸素、窒素、空気、などを用いることができる。   As the discharge gas, argon, helium, neon, xenon, oxygen, nitrogen, air, or the like can be used.

第1電極および第2電極の材料には、SUS、銅、タングステン、などを用いることができる。ただし、第2電極には分析の目標となる元素を含む材料を用いないようにするか、もしくは分析の目標となる元素を含まない材料によって被膜、めっき等を施す必要がある。第2電極が原子化されて分析に影響を与えてしまうのを防止するためである。   For the material of the first electrode and the second electrode, SUS, copper, tungsten, or the like can be used. However, it is necessary not to use a material containing an element to be analyzed for the second electrode, or to apply a film, plating or the like with a material not containing an element to be analyzed. This is to prevent the second electrode from being atomized and affecting the analysis.

第1電極の先端部は、マイクロホロー構造を有していてもよい。つまり、先端部の第2電極側に切り込みを有した構造であってもよい。マイクロホロー構造とすることで、大気圧プラズマを安定して発生させることができる。   The tip of the first electrode may have a micro hollow structure. That is, a structure having a cut on the second electrode side of the tip portion may be used. With the micro hollow structure, atmospheric pressure plasma can be generated stably.

分光装置による大気圧プラズマの発光の受光位置は、絶縁板の孔から受光位置に向かう方向が、絶縁板の孔から第1電極の先端部に向かう方向に対して、15〜45°の範囲とすることが望ましい。この範囲であれば、より十分な発光強度を得ることができ、分析の精度をより向上させることができる。さらに望ましいのは30°とすることである。   The light receiving position for light emission of atmospheric pressure plasma by the spectroscopic device is such that the direction from the hole in the insulating plate toward the light receiving position is in the range of 15 to 45 ° with respect to the direction from the hole in the insulating plate toward the tip of the first electrode. It is desirable to do. If it is this range, more sufficient light emission intensity can be obtained and the precision of analysis can be improved more. More preferably, the angle is 30 °.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第2電極と絶縁板は、端部においてピンセット状に接続されていることを特徴とする。   The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the second electrode and the insulating plate are connected in tweezers at the end.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、第2電極は、第1電極の先端部方向に突出した突起部を有することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the second electrode has a protrusion that protrudes toward the tip of the first electrode.

請求項4に記載の発明は、大気圧プラズマによって固体試料を原子化するアトマイザーであって、棒状の第1電極と、管状であって、その管内に、第1電極の軸回りにおいて管内壁から第1電極が離間した状態となるように第1電極の先端部を保持し、管内壁と第1電極との隙間に、第1電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、刃状の形状であり、固体試料に差し込まれた状態で第1電極の先端部から一定距離隔てて配置された第2電極と、第1電極と固体試料との間に配置され、大気圧プラズマ照射領域に孔が設けられた絶縁板と、第1電極と第2電極間に電圧を印加する交流電源と、を有することを特徴とするアトマイザーである。   The invention according to claim 4 is an atomizer for atomizing a solid sample by atmospheric pressure plasma, which is a rod-shaped first electrode and a tube, and the tube is formed from the inner wall of the tube around the axis of the first electrode. An insulating tube that holds the tip of the first electrode so that the first electrode is in a separated state, and discharge gas flows in the gap between the tube inner wall and the first electrode in the axial direction on the tip of the first electrode And a blade-like shape, a second electrode arranged at a fixed distance from the tip of the first electrode in a state of being inserted into the solid sample, and disposed between the first electrode and the solid sample. An atomizer comprising: an insulating plate having a hole in an atmospheric pressure plasma irradiation region; and an AC power source for applying a voltage between the first electrode and the second electrode.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、第2電極と絶縁板は、端部においてピンセット状に接続されていることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, characterized in that the second electrode and the insulating plate are connected in a tweezers shape at the end.

請求項6に記載の発明は、請求項4または請求項5に記載の発明において、第2電極は、第1電極の先端部方向に突出した突起部を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect of the present invention, the second electrode has a protrusion that protrudes toward the tip of the first electrode.

本発明の発光分析装置によれば、固体試料の元素分析や定量分析などが可能な小型の発光分析装置を実現することができる。   According to the emission analysis apparatus of the present invention, a small emission analysis apparatus capable of elemental analysis or quantitative analysis of a solid sample can be realized.

また、本発明のアトマイザーによれば、固体試料であっても容易に原子化することができる。   Moreover, according to the atomizer of the present invention, even a solid sample can be easily atomized.

実施例1の発光分析装置の構成について示した図。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the emission analyzer of Example 1. アトマイザー10の構成を示した図。The figure which showed the structure of the atomizer. 刃状電極120の形状を示した図。The figure which showed the shape of the blade-shaped electrode 120. FIG. Feの発光スペクトルを示した図。The figure which showed the emission spectrum of Fe. Naの発光スペクトルを示した図。The figure which showed the emission spectrum of Na. Ca含有量と発光スペクトルの発光強度との関係を示したグラフ。The graph which showed the relationship between Ca content and the emitted light intensity of an emission spectrum. K含有量と発光スペクトルの発光強度との関係を示したグラフ。The graph which showed the relationship between K content and the emitted light intensity of an emission spectrum. 固体試料として用いたトマトを撮影した写真。A photograph of a tomato used as a solid sample. トマトの各部位について定量分析を行った結果を示したグラフ。The graph which showed the result of having performed the quantitative analysis about each site | part of tomato. 実施例2の発光分析装置における刃状電極220の構成を示した図。The figure which showed the structure of the blade electrode 220 in the emission spectrometer of Example 2. FIG. 実施例3の発光分析装置における刃状電極320と絶縁板330の構成を示した図。The figure which showed the structure of the blade-shaped electrode 320 and the insulating board 330 in the emission analysis apparatus of Example 3. FIG.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.

図1は、実施例1の発光分析装置の構成を示した図である。発光分析装置は、図1のように、アトマイザー10と、分光分析装置20と、によって構成されている。この発光分析装置は、アトマイザー10によって固体試料30に大気圧プラズマを照射して原子化し、大気圧プラズマの発光を分光分析装置20によって受光し、スペクトルを解析することで、固体試料30の元素分析や、目的元素の定量分析などを行う装置である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an emission analyzer according to the first embodiment. The emission analyzer is composed of an atomizer 10 and a spectroscopic analyzer 20 as shown in FIG. This emission analyzer irradiates and atomizes the solid sample 30 with the atmospheric pressure plasma by the atomizer 10, receives the light emission of the atmospheric pressure plasma with the spectroscopic analyzer 20, and analyzes the spectrum, thereby analyzing the element of the solid sample 30. And a device for quantitative analysis of target elements.

図2は、アトマイザー10のより詳細な構成について示した図である。アトマイザー10は、棒状電極100(本発明の第1電極)と、刃状電極120(本発明の第2電極)と、を有している。棒状電極100は、直径1.2mmのCu製の棒状である。刃状電極120は、SUS(ステンレス)製の細長い両刃の刃状の形状であり、図3(a)のように、上方(棒状電極100の軸方向であって大気圧プラズマ照射側)から見ると鋭く尖ったくさび形であり、図3(b)のように、側方から見ると細長い長方形である。   FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration of the atomizer 10. The atomizer 10 includes a rod-shaped electrode 100 (first electrode of the present invention) and a blade-shaped electrode 120 (second electrode of the present invention). The rod-shaped electrode 100 is a rod rod made of Cu having a diameter of 1.2 mm. The blade-like electrode 120 has a long and thin blade-like shape made of SUS (stainless steel), and is viewed from above (the axial direction of the rod-like electrode 100 and the atmospheric pressure plasma irradiation side) as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, it is a long and narrow rectangle when viewed from the side.

棒状電極100には、Cu以外に、ステンレス、モリブデン、タングステンなどを用いることができる。また、刃状電極120には、ステンレス以外に、Cu、モリブデン、タングステンなどを用いることができる。ただし、刃状電極120自体が原子化して分析に影響を与えてしまうことを考慮して、刃状電極120には目的元素を含まない材料を用いるか、目的元素を含まない材料で被膜、めっき等を施す必要がある。   For the rod-shaped electrode 100, stainless steel, molybdenum, tungsten, or the like can be used in addition to Cu. For the blade electrode 120, Cu, molybdenum, tungsten, or the like can be used in addition to stainless steel. However, considering that the blade electrode 120 itself is atomized and affects the analysis, the blade electrode 120 is made of a material that does not contain the target element, or is coated or plated with a material that does not contain the target element. Etc. need to be applied.

棒状電極100の先端部100aは、セラミックス管110の管内に軸方向を一致させて納められている。セラミックス管110は、刃状電極120側の先端部の直径が一段階狭くなっている。棒状電極100は、この狭くなった管の位置まで伸びている。棒状電極100とセラミックス管110の内壁との間には隙間150が設けられている。この棒状電極100の軸回りの隙間150がArガスの流路となる。また、棒状電極100は、両先端部を除いて表面を絶縁部材170に覆われていて、ショートが防止されている。   The tip end portion 100a of the rod-shaped electrode 100 is accommodated in the tube of the ceramic tube 110 so that the axial directions thereof coincide with each other. The diameter of the tip of the ceramic tube 110 on the blade electrode 120 side is narrowed by one step. The rod-shaped electrode 100 extends to the position of the narrowed tube. A gap 150 is provided between the rod-shaped electrode 100 and the inner wall of the ceramic tube 110. A gap 150 around the axis of the rod-like electrode 100 becomes an Ar gas flow path. Further, the surface of the rod-shaped electrode 100 is covered with an insulating member 170 except for both ends, thereby preventing a short circuit.

また、棒状電極100の先端部100aは、マイクロホロー構造となっている。つまり、先端部100aの刃状電極120側に切り込み100bを有した構造である。このようなマイクロホロー構造とすることで、大気圧プラズマを安定して発生させることができ、またプラズマ密度を向上させることができる。   Further, the tip portion 100a of the rod-like electrode 100 has a micro hollow structure. That is, it has a structure having a notch 100b on the edge electrode 120 side of the distal end portion 100a. With such a micro hollow structure, atmospheric pressure plasma can be generated stably and the plasma density can be improved.

セラミックス管110は、絶縁管140と連結している。絶縁管140は軸方向に垂直な方向に分岐140aを有しており、セラミックス管110の管内から絶縁管140の管内に伸びる棒状電極100は、曲げられて絶縁管140の分岐140aの管内に挿入され、外部に露出している。絶縁管140には、フッ素樹脂などの絶縁材を用いることができる。   The ceramic tube 110 is connected to the insulating tube 140. The insulating tube 140 has a branch 140a in a direction perpendicular to the axial direction, and the rod-like electrode 100 extending from the tube of the ceramic tube 110 into the tube of the insulating tube 140 is bent and inserted into the tube of the branch 140a of the insulating tube 140. Is exposed to the outside. An insulating material such as a fluororesin can be used for the insulating tube 140.

さらに、セラミックス管110の先端部側(刃状電極120側)には、外径がセラミックス管110の内径にほぼ一致した短いセラミックス管160がはめ込まれている。このセラミックス管160によって大気圧プラズマの照射範囲を狭めている。棒状電極100の先端部100aは、このセラミックス管160の内部にまで伸びていてもよいし、伸びていなくてもよい。   Further, a short ceramic tube 160 whose outer diameter substantially matches the inner diameter of the ceramic tube 110 is fitted on the tip end side (the blade electrode 120 side) of the ceramic tube 110. The ceramic tube 160 narrows the atmospheric pressure plasma irradiation range. The tip end portion 100a of the rod-like electrode 100 may or may not extend into the ceramic tube 160.

絶縁管140は放電用ガスであるArが封入されたガスボンベ(図示しない)に、減圧・流量制御器などを介して接続されている。ガスボンベから供給されたArガスは、絶縁管140の管内からセラミックス管110の管内へと軸方向に供給され、棒状電極100とセラミックス管110の内壁との間である隙間150を棒状電極100先端部100a側の軸方向に流れてセラミックス管160の先端からArガスが排出される。   The insulating tube 140 is connected to a gas cylinder (not shown) filled with Ar, which is a discharge gas, via a pressure reduction / flow rate controller or the like. Ar gas supplied from the gas cylinder is supplied in the axial direction from the inside of the insulating tube 140 into the tube of the ceramic tube 110, and a gap 150 between the rod-shaped electrode 100 and the inner wall of the ceramic tube 110 passes through the tip of the rod-shaped electrode 100. Ar gas is discharged from the tip of the ceramic tube 160 in the axial direction on the 100a side.

放電ガスには、Ar以外にもHe(ヘリウム)、Ne(ネオン)、Xe(キセノン)、N2 (窒素)、空気、などを用いることができる。 In addition to Ar, He (helium), Ne (neon), Xe (xenon), N 2 (nitrogen), air, and the like can be used as the discharge gas.

刃状電極120は、前述のように細長い刃状の形状(図3参照)であり、図1のように、刃先側を固体試料30内部に差し込まれている。また、棒状電極100の軸方向に対して刃状電極120の長手方向が垂直となるよう配置されていて、棒状電極100と刃状電極120とは一定距離離間して配置されている。また、棒状電極100の軸方向の延長線上に刃状電極120が位置するよう配置されている。   The blade electrode 120 has an elongated blade shape (see FIG. 3) as described above, and the blade edge side is inserted into the solid sample 30 as shown in FIG. Further, the longitudinal direction of the blade electrode 120 is perpendicular to the axial direction of the rod electrode 100, and the rod electrode 100 and the blade electrode 120 are spaced apart by a certain distance. Further, the blade-like electrode 120 is disposed on the extension line in the axial direction of the rod-like electrode 100.

絶縁板130は、石英ガラスからなる平板状のものである。絶縁板130は、棒状電極100と固体試料30との間であって、その固体試料30に接して配置されており、固体試料30を覆っている。また、棒状電極100の軸方向に対して絶縁板130の主面が垂直となるよう配置されている。また、絶縁板130には孔130aが設けられている。孔130aの位置が棒状電極100の軸方向の延長線上となるように、絶縁板130は配置されている。この絶縁板130は、大気圧プラズマの照射位置を孔130aが開けられた位置に絞り、固体試料30が効率的に原子化されるようにするため用いている。 The insulating plate 130 is a flat plate made of quartz glass. The insulating plate 130 is disposed between the rod-shaped electrode 100 and the solid sample 30, is in contact with the solid sample 30, and covers the solid sample 30. Further, the main surface of the insulating plate 130 is perpendicular to the axial direction of the rod-shaped electrode 100. The insulating plate 130 is provided with a hole 130a. The insulating plate 130 is arranged so that the position of the hole 130 a is on the extension line in the axial direction of the rod-shaped electrode 100. The insulating plate 130 is used to efficiently atomize the solid sample 30 by narrowing the irradiation position of the atmospheric pressure plasma to the position where the hole 130a is opened.

なお、絶縁膜130の材料には、石英ガラス以外にも、セラミックス、などを用いることができる。また、絶縁板130は固体試料30に接するよう配置したが、必ずしも接している必要はない。また、孔130aの形状は円柱状、角柱状など、絶縁板130を貫通した形状であれば任意である。   Note that as the material of the insulating film 130, ceramics or the like can be used in addition to quartz glass. In addition, although the insulating plate 130 is disposed so as to be in contact with the solid sample 30, it is not always necessary to be in contact therewith. The shape of the hole 130a is arbitrary as long as it is a shape penetrating the insulating plate 130, such as a columnar shape or a prismatic shape.

棒状電極100と刃状電極120は、60Hzの交流電源180に接続されており、数千kVの電圧が印加される。Arガスを棒状電極100とセラミックス管110の内壁との隙間150に、棒状電極100の軸方向に沿って固体試料30側へ流しながら、棒状電極100と刃状電極120とに電圧を印加することで、棒状電極100の先端部100aに大気圧プラズマが発生する。その大気圧プラズマは、ガス流に乗って固体試料30側へ伸びていく。固体試料30は絶縁板130に覆われているため、絶縁板130に開けられた孔130aに露出する固体試料30の部分にのみ、大気圧プラズマが照射される。その結果、固体試料30は効率的に原子化される。原子化された固体試料30の一部は大気圧プラズマに混入して発光する。この発光を分光分析装置20によって受光して、スペクトル解析することによって、固体試料30の元素分析や、目的元素の定量分析などを行うことができる。   The rod-like electrode 100 and the blade-like electrode 120 are connected to a 60 Hz AC power supply 180, and a voltage of several thousand kV is applied. A voltage is applied to the rod-shaped electrode 100 and the blade-shaped electrode 120 while flowing Ar gas through the gap 150 between the rod-shaped electrode 100 and the inner wall of the ceramic tube 110 toward the solid sample 30 along the axial direction of the rod-shaped electrode 100. Thus, atmospheric pressure plasma is generated at the tip 100a of the rod-like electrode 100. The atmospheric pressure plasma rides on the gas flow and extends toward the solid sample 30 side. Since the solid sample 30 is covered with the insulating plate 130, only the portion of the solid sample 30 exposed in the hole 130 a opened in the insulating plate 130 is irradiated with atmospheric pressure plasma. As a result, the solid sample 30 is efficiently atomized. A part of the atomized solid sample 30 is mixed with atmospheric pressure plasma to emit light. The emitted light is received by the spectroscopic analyzer 20 and subjected to spectrum analysis, whereby elemental analysis of the solid sample 30 and quantitative analysis of the target element can be performed.

以上がアトマイザー10の詳細な構成である。   The above is the detailed configuration of the atomizer 10.

次に、分光分析装置20の構成について説明する。分光分析装置20は、図1に示すように、マルチチャンネル分光器200を有し、集光レンズ210、光ファイバ220を介して大気圧プラズマの発光を受光してスペクトル解析する。受光位置(集光レンズ210によって集光して光ファイバ220に大気圧プラズマの光を入射させる位置)は、絶縁板130の孔から光ファイバ220の光入射端を結ぶ直線が、孔130aと棒状電極100とを結ぶ直線に対して、15〜45°となる位置とすることが望ましい。このような位置で受光するようにすれば、マルチチャンネル分光器200で検出される発光強度が高く、測定精度を向上できる。より望ましいのは30°となる位置である。   Next, the configuration of the spectroscopic analyzer 20 will be described. As shown in FIG. 1, the spectroscopic analyzer 20 includes a multi-channel spectroscope 200 and receives light emitted from atmospheric pressure plasma through a condenser lens 210 and an optical fiber 220 to perform spectrum analysis. The light receiving position (the position where light from the atmospheric pressure plasma is incident on the optical fiber 220 after being condensed by the condensing lens 210) is a straight line connecting the hole of the insulating plate 130 and the light incident end of the optical fiber 220. The position is preferably 15 to 45 ° with respect to the straight line connecting the electrode 100. If the light is received at such a position, the emission intensity detected by the multichannel spectrometer 200 is high, and the measurement accuracy can be improved. More desirable is a position at 30 °.

以上に述べた実施例1の発光分析装置は、アトマイザー10の電源が1つであるため小型で携帯可能であり、さらには固体試料30について元素分析、定量分析などを行うことが可能である。したがって、たとえば農場などに発光分析装置を持ち込み、その場で農作物の元素分析や定量分析などを行うことが可能である。   Since the emission analyzer of the first embodiment described above has a single power source for the atomizer 10, it is small and portable, and it is possible to perform elemental analysis and quantitative analysis on the solid sample 30. Therefore, for example, it is possible to bring an emission analyzer into a farm or the like and perform elemental analysis or quantitative analysis of crops on the spot.

次に、実施例1の発光分析装置を用いた各種実験結果を説明する。   Next, various experimental results using the emission analyzer of Example 1 will be described.

[実験例1]
固体試料30としてニンジンを用い、実施例1の発光分析装置を用いて分析を行った。図4のように、423nmのFe(鉄)の発光スペクトルを測定することができ、図5のように、589nmのNa(ナトリウム)の発光スペクトルを測定することができた。このように、実施例1の発光分析装置を用いることで、固体試料の元素分析が可能であることが確認できた。
[Experimental Example 1]
Carrot was used as the solid sample 30, and analysis was performed using the emission analyzer of Example 1. As shown in FIG. 4, the emission spectrum of Fe (iron) at 423 nm could be measured, and as shown in FIG. 5, the emission spectrum of Na (sodium) at 589 nm could be measured. Thus, it was confirmed that the elemental analysis of the solid sample was possible by using the emission analyzer of Example 1.

[実験例2]
固体試料30として、3つの標準試料、NIST1515(Apple Leaves)、NIST1547(Peach Leaves)、NIST1570a(Spinach Leaves)をそれぞれ用い、実施例1の発光分析装置を用いてCa(カルシウム)の発光スペクトルとK(カリウム)の発光スペクトルを測定した。図6は、各標準試料のCa濃度と発光スペクトルの発光強度との関係を示したグラフである。また、図7は、各標準試料のK濃度と発光スペクトルの発光強度との関係を示したグラフである。図6、7のように、Ca濃度、K濃度に応じて発光強度が線形に変化しており、実施例1の発光分析装置を用いることで目的元素の定量分析が可能であることが確認できた。
[Experiment 2]
As the solid sample 30, three standard samples, NIST1515 (Apple Leaves), NIST1547 (Peach Leaves), and NIST1570a (Spinach Leaves) were used, respectively, and the emission spectrum of Ca (calcium) and K were measured using the emission analyzer of Example 1. The emission spectrum of (potassium) was measured. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Ca concentration of each standard sample and the emission intensity of the emission spectrum. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the K concentration of each standard sample and the emission intensity of the emission spectrum. As shown in FIGS. 6 and 7, the emission intensity varies linearly according to the Ca concentration and the K concentration, and it can be confirmed that the target element can be quantitatively analyzed by using the emission analyzer of Example 1. It was.

[実験例3]
試料として図8のようにトマトを用い、へた側の皮近傍の果肉部分(No.1)、中央部分の果肉部分(No.2)、皮部分(No.3)、中段の皮近傍の果肉部分(No.4)の4ヶ所の部分について、実施例1の発光分析装置によりFe、Ni(ニッケル)、Naの3つの元素の定量分析を行った。図9はその結果を示したグラフである。このグラフから、トマトの部位の違いによる成分の違いを測定できることがわかる。
[Experiment 3]
As shown in FIG. 8, tomato is used as a sample, and the pulp part (No. 1) in the vicinity of the skin on the heel side, the pulp part (No. 2) in the center part, the skin part (No. 3), and the vicinity of the middle stage skin. The four parts of the pulp part (No. 4) were subjected to quantitative analysis of the three elements Fe, Ni (nickel) and Na by the emission analyzer of Example 1. FIG. 9 is a graph showing the results. From this graph, it can be seen that differences in components due to differences in tomato parts can be measured.

実施例2の発光分析装置は、実施例1のアトマイザー10の刃状電極120を、以下に説明する刃状電極220に替えたものである。   In the emission analyzer of Example 2, the blade electrode 120 of the atomizer 10 of Example 1 is replaced with a blade electrode 220 described below.

図10は、刃状電極220の形状を示した図であり、図10(a)は上方(棒状電極100の軸方向であって大気圧プラズマ照射側)からみた図、図10(b)は側方からみた図である。図10のように、刃状電極220は、棒状電極100側に突出した突出部220aを有している。このような突出部220aを設けることにより、突出部220aに電界を集中させることができるため、大気圧プラズマをより容易に発生させることが可能となる。   FIG. 10 is a diagram showing the shape of the blade-like electrode 220, FIG. 10 (a) is a view from above (the axial direction of the rod-like electrode 100 and the atmospheric pressure plasma irradiation side), and FIG. It is the figure seen from the side. As shown in FIG. 10, the blade electrode 220 has a protruding portion 220 a that protrudes toward the rod-shaped electrode 100. By providing such a protrusion 220a, an electric field can be concentrated on the protrusion 220a, so that atmospheric pressure plasma can be generated more easily.

実施例3の発光分析装置は、実施例1のアトマイザー10の刃状電極120および絶縁板130を、以下に説明する刃状電極320および絶縁板330に替えたものである。   The emission analyzer of Example 3 is obtained by replacing the blade electrode 120 and the insulating plate 130 of the atomizer 10 of Example 1 with a blade electrode 320 and an insulating plate 330 described below.

図11は、刃状電極320および絶縁板330を側方(棒状電極100の軸方向に垂直な方向)から見た図である。刃状電極320は、刃状電極120の刃とは反対側の端部を折り曲げ、絶縁板330の端部と接続した構成である。絶縁板330は、絶縁板130と同様に石英ガラスからなる板状のものであり、孔330aを有している。全体として、図11のように、刃状電極320および絶縁板330は、ピンセット状の構成となっている。   FIG. 11 is a view of the blade-like electrode 320 and the insulating plate 330 as viewed from the side (direction perpendicular to the axial direction of the rod-like electrode 100). The blade electrode 320 has a configuration in which the end of the blade electrode 120 opposite to the blade is bent and connected to the end of the insulating plate 330. The insulating plate 330 is a plate-shaped member made of quartz glass, like the insulating plate 130, and has a hole 330a. As a whole, as shown in FIG. 11, the blade electrode 320 and the insulating plate 330 have a tweezers-like configuration.

このように、刃状電極320および絶縁板330をピンセット状に一体化したことにより、刃状電極320を固体試料30に差し込むことで絶縁板330も同時に配置することができる。そのため、より簡易に固体試料30の分析が可能となる。   Thus, by integrating the blade electrode 320 and the insulating plate 330 into a tweezers shape, the insulating plate 330 can also be disposed simultaneously by inserting the blade electrode 320 into the solid sample 30. Therefore, the solid sample 30 can be analyzed more easily.

なお、実施例2のような突起部を有した刃状電極と絶縁板とを、実施例3のようにピンセット状に一体化してもよい。   It should be noted that the blade-like electrode having the protrusion as in the second embodiment and the insulating plate may be integrated into a tweezers as in the third embodiment.

また、実施例1〜3では、刃状電極120として両刃のものを用いたが、片刃、蛤刃などの形状のものを用いてもよい。要は、固体試料30に差し込み可能な刃状であれば任意の形状でよい。   Moreover, in Examples 1-3, although the thing of a double blade was used as the blade-shaped electrode 120, you may use the thing of shapes, such as a single blade and a scissors blade. In short, any shape may be used as long as the blade can be inserted into the solid sample 30.

本発明の発光分析装置は、固体試料の分析に用いることができる。また、本発明の発光分析装置は小型で携帯可能であるため、たとえば、本発明の発光分析装置を農場に持ち込み、農作物などをその場で元素分析、定量分析などするのに有効である。   The emission analyzer of the present invention can be used for analysis of solid samples. In addition, since the emission analyzer of the present invention is small and portable, it is effective for bringing the emission analyzer of the present invention to a farm and performing elemental analysis, quantitative analysis, etc. on the field, for example.

10:アトマイザー
20:分光分析装置
30:固体試料
100:棒状電極
110、160:セラミックス管
120、220、320:刃状電極
130、330:絶縁板
140:絶縁管
180:交流電源
10: atomizer 20: spectroscopic analyzer 30: solid sample 100: rod-shaped electrode 110, 160: ceramic tube 120, 220, 320: blade-shaped electrode 130, 330: insulating plate 140: insulating tube 180: AC power supply

Claims (6)

大気圧プラズマによって固体試料を原子化するアトマイザーと、前記アトマイザーによって原子化された試料を含む大気圧プラズマの発光を受光して分光分析する分光装置と、を有した発光分析装置において、
前記アトマイザーは、
棒状の第1電極と、
管状であって、その管内に、前記第1電極の軸回りにおいて管内壁から前記第1電極が離間した状態となるように前記第1電極の先端部を保持し、管内壁と前記第1電極との隙間に、前記第1電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、
刃状の形状であり、前記固体試料に差し込まれた状態で前記第1電極の先端部から一定距離隔てて配置された第2電極と、
前記第1電極と前記固体試料との間に配置され、前記大気圧プラズマ照射領域に孔が設けられた絶縁板と、
前記第1電極と前記第2電極間に電圧を印加する交流電源と、
を有する、
ことを特徴とする発光分析装置。
In an emission analyzer comprising: an atomizer that atomizes a solid sample by atmospheric pressure plasma; and a spectroscopic device that receives and analyzes light emission of atmospheric pressure plasma including the sample atomized by the atomizer,
The atomizer is
A rod-shaped first electrode;
A tip of the first electrode is held in the tube so that the first electrode is separated from the tube inner wall around the axis of the first electrode, and the tube inner wall and the first electrode are held in the tube. An insulating tube through which discharge gas flows in the axial direction on the tip end side of the first electrode,
A second electrode having a blade-like shape and arranged at a certain distance from the tip of the first electrode while being inserted into the solid sample;
An insulating plate disposed between the first electrode and the solid sample and having a hole in the atmospheric pressure plasma irradiation region;
An AC power supply for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Having
An emission analyzer characterized by that.
前記第2電極と前記絶縁板は、端部においてピンセット状に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の発光分析装置。   The luminescence analyzer according to claim 1, wherein the second electrode and the insulating plate are connected to each other in tweezers at an end portion. 前記第2電極は、前記第1電極の先端部方向に突出した突起部を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光分析装置。   3. The luminescence analyzer according to claim 1, wherein the second electrode has a protrusion that protrudes in a direction toward a tip of the first electrode. 大気圧プラズマによって固体試料を原子化するアトマイザーであって、
棒状の第1電極と、
管状であって、その管内に、前記第1電極の軸回りにおいて管内壁から前記第1電極が離間した状態となるように前記第1電極の先端部を保持し、管内壁と前記第1電極との隙間に、前記第1電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、
刃状の形状であり、前記固体試料に差し込まれた状態で前記第1電極の先端部から一定距離隔てて配置された第2電極と、
前記第1電極と前記固体試料との間に配置され、前記大気圧プラズマ照射領域に孔が設けられた絶縁板と、
前記第1電極と前記第2電極間に電圧を印加する交流電源と、
を有することを特徴とするアトマイザー。
An atomizer that atomizes a solid sample by atmospheric pressure plasma,
A rod-shaped first electrode;
A tip of the first electrode is held in the tube so that the first electrode is separated from the tube inner wall around the axis of the first electrode, and the tube inner wall and the first electrode are held in the tube. An insulating tube through which discharge gas flows in the axial direction on the tip end side of the first electrode,
A second electrode having a blade-like shape and arranged at a certain distance from the tip of the first electrode while being inserted into the solid sample;
An insulating plate disposed between the first electrode and the solid sample and having a hole in the atmospheric pressure plasma irradiation region;
An AC power supply for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
The atomizer characterized by having.
前記第2電極と前記絶縁板は、端部においてピンセット状に接続されていることを特徴とする請求項4に記載のアトマイザー。   The atomizer according to claim 4, wherein the second electrode and the insulating plate are connected to each other in tweezers at an end portion. 前記第2電極は、前記第1電極の先端部方向に突出した突起部を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載のアトマイザー。   6. The atomizer according to claim 4, wherein the second electrode has a protrusion protruding in a direction toward a tip of the first electrode.
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