JP2014215055A

JP2014215055A - 発光分光分析装置及びデータ処理装置

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Publication number: JP2014215055A
Application number: JP2013089700A
Authority: JP
Inventors: 淳一青山; Junichi Aoyama
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】プラズマにより発光させた試料の元素組成を分析することができる発光分光分析装置及びデータ処理装置を提供する。【解決手段】発光分光分析装置は、プラズマ２により発光させた試料に含まれる特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度を検出し、他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を検出する。データ処理装置５は、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係を記憶しており、実際に検出した原子発光及びイオン発光の強度の比率から、試料の温度を特定する。また、データ処理装置５は、特定の元素及び他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、特定した温度に応じて補正し、補正後の各元素の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて試料の元素組成を分析する。【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子の元素分析を行うための発光分光分析装置及びデータ処理装置に関する。

微量の試料の元素分析を行う方法として、マイクロ波誘導プラズマ（ＭＩＰ：Microwave Induced Plasma）又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）等のプラズマを利用したプラズマ発光分光分析がある。プラズマ発光分光分析では、試料液を噴霧する等の方法で生成した微粒子状の試料をプラズマ中で励起発光させ、発光された光を分光及び検出して、試料に含まれる元素の定性分析及び定量分析を行う。発光には、原子が励起されて発光する原子発光と、原子がイオン化されて発光するイオン発光とがある。複数元素の原子発光又はイオン発光の強度を比較することにより、試料の元素組成を分析することができる。特許文献１には、プラズマ発光分光分析において、元素のイオン化効率が他の元素の影響によって変化するイオン化干渉の効果を評価するための技術が開示されている。

特許第４６００２２８号公報

プラズマ発光分光分析では、プラズマに導入された個々の微粒子状の試料について発光を検出して分析を行う。プラズマの温度は部分によって異なっていることがあり、微粒子状の試料の軌道に応じてプラズマ中の試料の温度が異なることがある。試料の温度が変化した場合、原子が励起される比率及びイオン化される比率が変化し、試料中の元素組成が一定であっても、複数元素間の原子発光又はイオン発光の強度比が変化し、元素の存在比を求めることが困難となる。プラズマ中の個々の微粒子状の試料の温度を一定に保つことは困難であるので、試料の元素組成を正確に分析することは困難である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、試料の温度に応じた処理により、試料の元素組成を分析することができる発光分光分析装置及びデータ処理装置を提供することにある。

本発明に係る発光分光分析装置は、プラズマ中の試料から発光される光を分光して検出し、検出した光の強度に基づいて試料の元素組成を分析する発光分光分析装置において、プラズマにより原子が励起されて発光する原子発光及びプラズマにより原子がイオン化されて発光するイオン発光の両方が発生する特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度、並びに一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を検出する検出部と、該検出部で検出した前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率を計算する計算手段と、該計算手段が計算した前記比率に基づいて、プラズマ中の試料の温度を特定する特定手段と、前記検出部で検出した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記特定手段が特定した温度に応じて補正する補正手段と、該補正手段が補正した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて、試料の元素組成を分析する分析手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る発光分光分析装置は、前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係を記憶してある第１記憶部を更に備え、前記特定手段は、前記第１記憶部に記憶されている前記関係に従って、前記計算手段が計算した前記比率に対応する温度を特定するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る発光分光分析装置は、複数の元素の原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化を記憶してある第２記憶部を更に備え、前記補正手段は、前記検出部で検出した前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記第２記憶部に記憶されている前記強度変化に従って、所定の温度における前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度へ変換する手段と、前記検出部で検出した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記第２記憶部に記憶されている前記強度変化に従って、所定の温度における前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度へ変換する手段とを有し、前記分析手段は、補正後の前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度と補正後の前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度との比率を計算する手段と、該手段が計算した前記比率に基づいて、試料に含まれる前記特定の元素と前記一又は複数の他の元素との存在比を求める手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る発光分光分析装置は、前記分析手段は、前記複数の他の元素の間で、変換後の原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算する手段と、該手段が計算した前記比率に基づいて、試料に含まれる前記複数の他の元素の存在比を求める手段とを更に有することを特徴とする。

本発明に係るデータ処理装置は、試料から発光された光の検出強度を示すデータを処理するデータ処理装置において、原子が励起されて発光する原子発光及び原子がイオン化されて発光するイオン発光の両方の観測が可能な特定の元素の原子発光及びイオン発光の検出強度を示すデータを受け付ける手段と、一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の検出強度を示すデータを受け付ける手段と、受け付けたデータが示す前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の検出強度の比率を計算する手段と、該手段が計算した前記比率に基づいて、試料の温度を特定する手段と、受け付けたデータが示す前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の検出強度を、特定した試料の温度に応じて補正する手段と、該手段が補正した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて、試料の元素組成を分析する手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、発光分光分析装置は、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率に基づいて、試料の温度を特定し、各元素の原子発光又はイオン発光の強度を温度に応じて補正し、補正後の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて試料の元素組成を分析する。

また本発明においては、発光分光分析装置は、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係を予め記憶しておき、実際に検出した特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率から、試料の温度を特定する。

また本発明においては、発光分光分析装置は、原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化を予め記憶しておき、実際に検出した原子発光又はイオン発光の強度を、所定の温度での原子発光又はイオン発光の強度へ変換する補正を行う。また、発光分光分析装置は、特定の元素と他の元素との間で、補正後の原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算し、特定の元素と他の元素との試料中の存在比を求める。

また本発明においては、発光分光分析装置は、特定の元素以外の複数の他の元素の間で、補正後の原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算し、複数の他の元素の試料中の存在比を求める。

本発明にあっては、原子発光又はイオン発光の強度の検出結果から、複数の元素間での原子発光又はイオン発光の強度の比率を正確に求めることができる。従って、試料の元素組成を正確に分析することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

発光分光分析装置の構成を示すブロック図である。カルシウム及びチタンの発光波長を示す図表である。データ処理装置の内部構成を示すブロック図である。原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係の例を示す特性図である。データ処理装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、発光分光分析装置の構成を示すブロック図である。図１に示した発光分光分析装置は、マイクロ波誘導プラズマを利用して試料の元素組成を分析する装置である。発光分光分析装置は、マイクロ波キャビティ１１を備え、マイクロ波キャビティ１１には、導波管を介してマイクロ波発生部１２が連結されている。マイクロ波発生部１２が発生したマイクロ波は、導波管を通ってマイクロ波キャビティ１１内へ導入され、マイクロ波キャビティ１１内にマイクロ波の定在波が生じる。マイクロ波キャビティ１１には、ガス管を介してプラズマガス供給部１５が連結されている。プラズマガスは例えばヘリウムである。プラズマガスは、プラズマガス供給部１５からガス管を通ってマイクロ波キャビティ１１内へ供給され、マイクロ波によって加熱・電離され、プラズマ２が発生する。

マイクロ波キャビティ１１には、ガス管を介してネブライザ１３が連結され、ネブライザ１３にはガス管を介してキャリアガス供給部１４が連結されている。キャリアガスは例えばアルゴンである。ネブライザ１３は、試料が分散した懸濁液を図示しないポンプによって供給され、キャリアガスをキャリアガス供給部１４から供給され、試料を含む懸濁液をキャリアガスに噴霧する。これにより、ネブライザ１３を通過したキャリアガスには微粒子状の試料が含まれるようになる。微粒子状の試料を含んだキャリアガスは、ガス管を通ってマイクロ波キャビティ１１内へ供給され、プラズマ２中に微粒子状の試料が導入される。試料に含まれる各元素からは、プラズマ２により原子が励起されて発光する原子発光と、プラズマ２により原子がイオン化されて発光するイオン発光とが発生する。

発光分光分析装置は、プラズマ２からの光を集光して分岐させるための光学系３を備えている。光学系３は、レンズ、ビームスプリッタ及びミラー等からなり、プラズマ２からの光を集光し、少なくとも三つの光線に分岐させるための構成となっている。発光分光分析装置は、モノクロメータ４１，４３，４５を備えている。モノクロメータ４１，４３，４５の夫々は、光学系３が分岐させた三本の光線の夫々が入射する位置に配置されている。図１中には、光の経路を矢印で示している。

モノクロメータ４１，４３，４５は、入射光から、予め定められた波長の光を取り出すように構成されている。モノクロメータ４１，４３は、入射光を分光して、試料に含まれる元素の内で原子発光及びイオン発光の両方が発生する特定の元素の原子発光とイオン発光とを分離するように構成されている。即ち、モノクロメータ４１は、入射光から分離すべき光の波長が特定の元素の原子発光の波長になるように予め調整されており、モノクロメータ４３は、入射光から分離すべき光の波長が特定の元素のイオン発光の波長になるように予め調整されている。従って、モノクロメータ４１，４３は、同一の元素の原子発光及びイオン発光の夫々を分離する。モノクロメータ４５は、入射光を分光して、試料に含まれる元素の内で特定の元素以外に分析対象になっている他の元素の原子発光又はイオン発光を分離するように構成されている。モノクロメータ４５は、原子発光又はイオン発光の内、強度が高い方の発光を分離するように構成されていればよい。

特定の元素は、原子発光及びイオン発光の両方の強度が十分高く、また分離が可能なように発光波長が互いに十分離れていることが望ましい。本実施の形態では、原子発光及びイオン発光の両方が検出できる特定の元素をカルシウムとし、特定の元素以外に分析対象になっている他の元素をチタンとした例を示す。本実施例での試料は、カルシウム及びチタンを含んでいる。図２は、カルシウム及びチタンの発光波長を示す図表である。図２に示すように、カルシウムの原子発光の波長は４２２．７ｎｍであり、イオン発光の波長は３９３．４ｎｍであり、チタンのイオン発光の波長は３３４．９ｎｍである。従って、モノクロメータ４１，４３，４５は、夫々に４２３ｎｍ，３９３ｎｍ，３３５ｎｍの波長の光を入射光から分離するように予め調整されている。

モノクロメータ４１，４３，４５には、ＰＭＴ（Photomultiplier Tube、光電子増倍管）４２，４４，４６が連結されている。ＰＭＴ４２，４４，４６は、モノクロメータ４１，４３，４５が夫々に分離した光を検出する。ＰＭＴ４２，４４，４６はデータレコーダ４７に接続されている。ＰＭＴ４２，４４，４６は、光を検出したことを示す信号をデータレコーダ４７へ入力し、データレコーダ４７は、ＰＭＴ４２，４４，４６からの信号を個別にカウントすることによって、モノクロメータ４１，４３，４５で分離された光の強度を検出する。即ち、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度、並びに他の元素の原子発光又はイオン発光の強度が検出される。本実施例では、カルシウムの原子発光及びイオン発光の強度、並びにチタンのイオン発光の強度が検出される。光学系３、モノクロメータ４１，４３，４５、ＰＭＴ４２，４４，４６及びデータレコーダ４７は、本発明における検出部に対応する。

データレコーダ４７は、データ処理装置５に接続されている。図３は、データ処理装置５の内部構成を示すブロック図である。データ処理装置５は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成されている。データ処理装置５は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit ）５１と、演算に伴って発生する一時的なデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）５２と、光ディスク等の記録媒体６から情報を読み取るドライブ部５３と、ハードディスク等の不揮発性の記憶部５４とを備えている。またデータ処理装置５は、使用者の操作を受け付けるキーボード又はマウス等の操作部５５と、液晶ディスプレイ等の表示部５６と、インタフェース部５７とを備えている。インタフェース部５７には、データレコーダ４７が接続されている。ＣＰＵ５１は、記録媒体６に記録されたコンピュータプログラム６１をドライブ部５３に読み取らせ、読み取ったコンピュータプログラム６１を記憶部５４に記憶させる。ＣＰＵ５１は、必要に応じてコンピュータプログラム６１を記憶部５４からＲＡＭ５２へロードし、ロードしたコンピュータプログラム６１に従って、データ処理装置に必要な処理を実行する。なお、コンピュータプログラム６１は、データ処理装置５の外部からダウンロードされてもよい。

記憶部５４は、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係を示した強度比率データを記憶している。プラズマ中の元素がイオン化する割合は、サハの式で表される。ここで、プラズマ中のイオン化していない原子の密度をＮ_a とし、イオンの密度をＮ_i とし、電子の密度をＮ_e とする。また、電子の質量をｍ、イオンの温度をＴ_i 、原子の分配関数をＺ_a 、イオンの分配関数をＺ_i 、元素のイオン化エネルギーをＶ_IPとする。温度は絶対温度である。更に、ボルツマン定数をｋ、プランク定数をｈとする。サハの式は、下記の（１）式となる。

イオン発光の強度をＩ_i 、励起準位の統計的重価をｇ_i 、遷移確率をＡ_i 、イオン発光の波長をλ_i 、励起順位のエネルギーをＥ_i とする。また、光速をｃ、プラズマの温度をＴとする。プラズマが熱平衡状態になっていると仮定すると、ボルツマン分布に基づいて、イオン発光の強度Ｉ_i は下記の（２）式で表される。

原子発光の強度をＩ_a 、励起準位の統計的重価をｇ_a 、遷移確率をＡ_a 、原子発光の波長をλ_a 、励起順位のエネルギーをＥ_a とする。同様にして、原子発光の強度Ｉ_a は下記の（３）式で表される。

Ｔ＝Ｔ_i とすると、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a は、（１）式〜（３）式から下記の（４）式で表される。

（４）式中の温度Ｔ以外の値は、温度によらない値であるので、原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a は温度Ｔの関数である。（４）式中の温度Ｔ以外の値は、理論的又は実験的に求めることができる。従って、原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a と温度Ｔとの関係が得られる。

図４は、原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a と温度Ｔとの関係の例を示す特性図である。図中の横軸はプラズマの温度ＴをＫの単位で示し、縦軸は原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a を示している。図４には、特定の元素がカルシウムである例を示している。特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a と温度Ｔとの関係は予め求められており、この関係を示した強度比率データが記憶部５４に記憶されている。例えば、記憶部５４は、図４に示す如き原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a の値と温度Ｔの値との対応を記録したルックアップテーブルを強度比率データとして記憶している。なお、記憶部５４は、図４に示す如き原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a と温度Ｔとの関係を示すグラフを強度比率データとして記憶していてもよい。また、記憶部５４は、（４）式と（４）式中の温度Ｔ以外の値とを強度比率データとして記憶していてもよい。

また、記憶部５４は、複数の元素の原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化を示した強度変化データを記憶している。（２）式又は（３）式に従った各元素の原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化が予め求められており、温度に応じた強度変化を示した強度変化データが記憶部５４に記憶されている。記憶部５４は、測定対象となる複数の元素の夫々について強度変化データを記憶している。例えば、記憶部５４は、所定の温度での原子発光又はイオン発光の強度と夫々の温度での原子発光又はイオン発光の強度との強度比を温度に関連付けたデータを強度変化データとして記憶している。以上のように、記憶部５４は、本発明における第１記憶部及び第２記憶部に対応する。

次に、発光分光分析装置が実行する処理を説明する。プラズマガス供給部１５はマイクロ波キャビティ１１へプラズマガスを供給し、マイクロ波発生部１２はマイクロ波を発生させてマイクロ波キャビティ１１へ導入し、マイクロ波はプラズマガスを加熱・電離し、プラズマ２が発生する。ネブライザ１３は試料を含む懸濁液を噴霧し、キャリアガス供給部１４はネブライザ１３を経由してキャリアガスをマイクロ波キャビティ１１へ供給し、プラズマ２中へ微粒子状の試料が導入される。プラズマ２によって、試料は解離され、原子化され、試料に含まれる夫々の元素は励起又はイオン化され、原子発光及びイオン発光が発生する。光学系３は、プラズマ２から発光された光を集光し、少なくとも三つの光線に分離し、夫々の光線をモノクロメータ４１，４３，４５の夫々へ入射させる。モノクロメータ４１，４３，４５は入射光から予め定められた波長の光を分離し、ＰＭＴ４２，４４，４６は、分離された夫々の波長の光を検出する。データレコーダ４７は、ＰＭＴ４２，４４，４６からの信号を受け付け、分離された夫々の波長の光の強度を検出する。即ち、データレコーダ４７は、試料に含まれる特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度、並びに他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を検出する。本実施例では、カルシウムの原子発光及びイオン発光の強度、並びにチタンのイオン発光の強度が検出される。

データレコーダ４７は、検出した光の強度を示す検出データをデータ処理装置５へ入力する。プラズマ２中には、多数の微粒子状になった試料が断続的に導入され、試料からの原子発光及びイオン発光は断続的に発生する。データレコーダ４７は、光の強度を繰り返し検出し、検出の都度、検出データをデータ処理装置５へ入力する。

図５は、データ処理装置５が実行する処理の手順を示すフローチャートである。データ処理装置５のＣＰＵ５１は、コンピュータプログラム６１に従って以下の処理を実行する。データ処理装置５は、データレコーダ４７から断続的に入力される複数の検出データをインタフェース部５７で受け付ける（Ｓ１）。ＣＰＵ５１は、入力された複数の検出データを記憶部５４に記憶させる。ＣＰＵ５１は、次に、複数の検出データの中から一の検出データを選択する（Ｓ２）。ＣＰＵ５１は、検出データの受付が終了した場合、所定数の検出データを受け付けた場合、又は使用者が操作部５５を操作して計算開始の指示を入力した場合等に、Ｓ２の処理を開始する。

ＣＰＵ５１は、選択した検出データから、特定の元素の原子発光及びイオン発光の検出された強度を示すデータを抽出し、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a を計算する（Ｓ３）。本実施例では、カルシウムの原子発光及びイオン発光の強度の比率が計算される。ＣＰＵ５１は、次に、記憶部５４で記憶している強度比率データが示す原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a と温度Ｔとの関係に従って、Ｓ３で計算した原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a に対応する温度を特定する（Ｓ４）。ルックアップテーブルを強度比率データとして記憶している形態では、ＣＰＵ５１は、Ｓ４で、Ｓ３で計算した原子発光及びイオン発光の強度の比率Ｉ_i ／Ｉ_a の値に対応してルックアップテーブルに記録されている温度の値を読み出すことにより、温度を特定する。Ｓ４で特定された温度は、原子発光及びイオン発光が発生したときの試料のプラズマ２中での温度である。また、ＣＰＵ５１は、記憶されている温度の値を補間することにより、計算したＩ_i ／Ｉ_a の値に対応する温度を特定してもよい。

ＣＰＵ５１は、次に、Ｓ３で特定した温度に応じて、検出データが示す複数の元素の原子発光又はイオン発光の強度を補正する（Ｓ５）。Ｓ５では、ＣＰＵ５１は、記憶部５４で記憶している強度変化データが示す複数の元素の原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化に従って、検出データが示す複数の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、所定の温度における複数の元素の原子発光又はイオン発光の強度へ変換する。例えば、ＣＰＵ５１は、各元素について、所定の温度での原子発光又はイオン発光の強度とＳ４で特定した温度での強度との強度比を強度変化データから読み出し、読み出した強度比を検出データが示す強度に乗じることによって、原子発光又はイオン発光の強度を変換する。ＣＰＵ５１は、Ｓ５で、特定の元素と他の元素との両方について、原子発光又はイオン発光の強度を補正する。特定の元素については、原子発光及びイオン発光の強度の両方が補正されてもよく、何れか一方が補正されてもよい。本実施例では、カルシウムの原子発光及びイオン発光の強度と、チタンのイオン発光の強度とが温度に応じて補正される。

ＣＰＵ５１は、次に、原子発光又はイオン発光の強度を温度に応じて補正する処理を終了するか否かを判定する（Ｓ６）。ＣＰＵ５１は、例えば、記憶部５４に記憶している全ての検出データについて補正を行った場合、所定数の検出データについて補正を行った場合、又は使用者が操作部５５を操作して補正の終了の指示を入力した場合等に、補正の処理を終了すると判定する。補正の処理を終了すると判定しない場合は（Ｓ６：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、処理をＳ２へ戻し、未選択の検出データを選択する。なお、データ処理装置５は、Ｓ２〜Ｓ６の処理を、検出データを受け付けるＳ１の処理と並行して実行してもよい。

Ｓ６で温度に応じた補正の処理を終了すると判定した場合は（Ｓ６：ＹＥＳ）、複数の検出データについて温度に応じた補正を行った原子発光又はイオン発光の強度に基づいて、複数の元素間で原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算する（Ｓ７）。Ｓ７では、ＣＰＵ５１は、一方の軸を一の元素の原子発光又はイオン発光の強度とし、他方の軸を他の元素の原子発光又はイオン発光の強度とした二次元座標上に、複数の検出データについて、温度に応じた補正を行った原子発光又はイオン発光の強度をプロットする。二次元座標上の一つの点は、一回の測定で検出された二つの元素の原子発光又はイオン発光の強度を温度に応じて補正した値の関係を示す。ＣＰＵ５１は、複数の検出データについて二次元座標上にプロットされた二つの元素の原子発光又はイオン発光の強度に対して最小二乗法を実行することにより、二つの元素間で原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算する。本実施例では、補正されたカルシウムのイオン発光の強度と補正されたチタンのイオン発光の強度との比率が計算される。原子発光又はイオン発光の強度は、温度に応じた補正が行われているので、複数の検出データは、あたかも同一の温度の試料から発生した原子発光又はイオン発光を繰り返し測定したかのように、互いを比較することができる。

ＣＰＵ５１は、次に、複数の元素間での原子発光又はイオン発光の強度の比率に基づいて、試料に含まれる複数の元素の存在比を求める分析を行う（Ｓ８）。例えば、ＣＰＵ５１は、複数の元素間での原子発光又はイオン発光の強度の比率から、（１）〜（３）式、及び（１）〜（３）式に含まれる元素別のパラメータを用いて、試料に含まれる複数の元素の存在比を計算する。本実施例では、試料に含まれるカルシウムとチタンとの存在比が計算される。元素の存在比を求めることにより、試料の元素組成が得られる。ＣＰＵ５１は、元素組成の分析結果を記憶部５４に記憶させ、必要に応じて表示部５６に表示し、処理を終了する。

なお、以上の実施例では、発光分光分析装置でカルシウム及びチタンを含む試料の分析を行う形態を示したが、発光分光分析装置はより多くの元素を含んだ試料を分析することも可能である。ｎを自然数として発光分光分析装置がｎ個の元素を分析対象としている場合は、光学系３は、プラズマ２からの光を（ｎ＋１）個の光線に分岐させるように構成されている。また、発光分光分析装置は、（ｎ＋１）個のモノクロメータ及びＰＭＴを備えている。モノクロメータは、夫々の元素の原子発光又はイオン発光の波長の光を分離することができるように調整されている。この場合は、特定の元素と（ｎ−１）個の他の元素が分析対象となる。データレコーダ４７は、（ｎ＋１）個の原子発光又はイオン発光の強度を検出する。データ処理装置５は、Ｓ７では、特定の元素と他の複数の元素の夫々との間で原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算し、Ｓ８では、特定の元素と他の複数の元素の夫々との存在比を求める。又は、データ処理装置５は、Ｓ７では、特定の元素以外の複数の元素の間で原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算し、Ｓ８では、特定の元素以外の複数の元素の存在比を求める。この場合でも、データ処理装置５は、試料の元素組成を分析することができる。また、発光分光分析装置は、原子発光及びイオン発光の両方を検出することができる特定の元素としてカルシウム以外の元素を利用する形態であってもよい。

以上詳述した如く、本実施の形態においては、発光分光分析装置は、特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率に基づいて、試料の温度を特定し、各元素の原子発光又はイオン発光の強度を温度に応じて補正し、補正後の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて試料の元素組成を分析する。温度に応じた補正を行うことにより、複数回測定した原子発光又はイオン発光の強度を、同一の温度で複数回測定した原子発光又はイオン発光の強度に相当する値へ変換することができる。試料の温度が同一である場合は原子が励起される比率及びイオン化される比率が一定になるので、複数の元素間での原子発光又はイオン発光の補正した強度の比率は、元素の存在比に応じた一定の値になるはずである。従って、複数回測定した原子発光又はイオン発光の強度の検出結果から、複数の元素間での原子発光又はイオン発光の強度の比率を正確に求めることができ、試料の元素組成を正確に分析することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、原子発光及びイオン発光の光を分離する分光器としてモノクロメータを用いた形態を示したが、発光分光分析装置は、分光器としてポリクロメータを用いた形態であってもよい。また、発光分光分析装置は、原子発光及びイオン発光の光を検出するセンサとして、ＰＭＴ以外の光センサを用いた形態であってもよい。また、本実施の形態においては、プラズマ２としてマイクロ波誘導プラズマを利用する形態を示したが、発光分光分析装置は、誘導結合プラズマ、又はレーザの照射によって生成したプラズマを利用する形態であってもよい。また、本実施の形態においては、発生させたプラズマ２中に試料を導入する形態を示したが、発光分光分析装置は、試料に対してプラズマを供給して試料を励起発光させる形態であってもよい。

１１マイクロ波キャビティ
１２マイクロ波発生部
１３ネブライザ
２プラズマ
３光学系
４１、４３、４５モノクロメータ
４２、４４、４６ＰＭＴ
４７データレコーダ
５データ処理装置
５１ＣＰＵ
５４記憶部
６記録媒体
６１コンピュータプログラム

Claims

プラズマ中の試料から発光される光を分光して検出し、検出した光の強度に基づいて試料の元素組成を分析する発光分光分析装置において、
プラズマにより原子が励起されて発光する原子発光及びプラズマにより原子がイオン化されて発光するイオン発光の両方が発生する特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度、並びに一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を検出する検出部と、
該検出部で検出した前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率を計算する計算手段と、
該計算手段が計算した前記比率に基づいて、プラズマ中の試料の温度を特定する特定手段と、
前記検出部で検出した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記特定手段が特定した温度に応じて補正する補正手段と、
該補正手段が補正した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて、試料の元素組成を分析する分析手段と
を備えることを特徴とする発光分光分析装置。
前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の強度の比率と温度との関係を記憶してある第１記憶部を更に備え、
前記特定手段は、
前記第１記憶部に記憶されている前記関係に従って、前記計算手段が計算した前記比率に対応する温度を特定するように構成してあること
を特徴とする請求項１に記載の発光分光分析装置。
複数の元素の原子発光又はイオン発光の温度に応じた強度変化を記憶してある第２記憶部を更に備え、
前記補正手段は、
前記検出部で検出した前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記第２記憶部に記憶されている前記強度変化に従って、所定の温度における前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度へ変換する手段と、
前記検出部で検出した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度を、前記第２記憶部に記憶されている前記強度変化に従って、所定の温度における前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度へ変換する手段とを有し、
前記分析手段は、
補正後の前記特定の元素の原子発光又はイオン発光の強度と補正後の前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度との比率を計算する手段と、
該手段が計算した前記比率に基づいて、試料に含まれる前記特定の元素と前記一又は複数の他の元素との存在比を求める手段と
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光分光分析装置。
前記分析手段は、
前記複数の他の元素の間で、変換後の原子発光又はイオン発光の強度の比率を計算する手段と、
該手段が計算した前記比率に基づいて、試料に含まれる前記複数の他の元素の存在比を求める手段と
を更に有することを特徴とする請求項３に記載の発光分光分析装置。
試料から発光された光の検出強度を示すデータを処理するデータ処理装置において、
原子が励起されて発光する原子発光及び原子がイオン化されて発光するイオン発光の両方の観測が可能な特定の元素の原子発光及びイオン発光の検出強度を示すデータを受け付ける手段と、
一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の検出強度を示すデータを受け付ける手段と、
受け付けたデータが示す前記特定の元素の原子発光及びイオン発光の検出強度の比率を計算する手段と、
該手段が計算した前記比率に基づいて、試料の温度を特定する手段と、
受け付けたデータが示す前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の検出強度を、特定した試料の温度に応じて補正する手段と、
該手段が補正した前記一又は複数の他の元素の原子発光又はイオン発光の強度に基づいて、試料の元素組成を分析する手段と
を備えることを特徴とするデータ処理装置。