JP2014224812A - 成分濃度計測装置と方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】参照成分bの濃度を一定に維持した状態における、対象成分aと参照成分bの輝線強度と対象成分aの濃度との関係から求めた、対象成分aの濃度に対する対象成分aの輝線強度の補正関係を記憶し、この補正関係を用いて新たに計測された対象成分aの輝線強度から対象成分aの濃度を特定する。
【選択図】図3
Description
LIBS法は、パルスレーザ光をレンズで集光させて試料に照射し、試料を急速に高温にすることでプラズマを生成し、励起された電子が低いエネルギーレベルに落ちる時に発生する光の波長と強度を分析することにより試料に含まれる成分などを計測するものである。
特許文献2は、Na元素の発光スペクトル線の強度と、この発光スペクトル線を含まない波長範囲の強度とを測定し、それらの比からNa元素の濃度を求めるものである。
しかし、LIBS法において、励起された電子が低いエネルギーレベルに落ちる時に発生する光の信号強度は光学系、照射条件、外乱など様々な要因の影響を受けるため、計測毎に信号強度が大きく変動し、成分濃度を安定して正確に計測することができなかった。
前記被対象物に前記光を照射する照射装置と、
前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、前記対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する分析装置と、
前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する演算装置と、を備え、
該演算装置は、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測装置が提供される。
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第1関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第2関係とから、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、第2関係を前記平準化率で補正して求める。
前記第2関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことが好ましい。
照射装置により、前記被対象物に前記光を照射し、
分析装置により、前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測し、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測方法が提供される。
(A)参照成分の濃度を一定に維持した状態において、前記対象成分の濃度を変化させて、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第1関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第2関係とを求め、
(B)前記第1関係から、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、
(C)前記第2関係を前記平準化率で補正して求める。
前記第2関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことが好ましい。
本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
本発明の成分濃度計測装置10は、被対象物1に光2を照射し、被対象物1と光2との相互作用から得られるスペクトルデータ3から被対象物1に含まれる対象成分aの濃度を計測する装置である。
分光制御装置15cは、好ましくはコンピュータ(PC)である。
記憶装置17は、対象成分aの濃度と参照成分bの輝線強度との第1関係から、対象成分aの濃度に対する参照成分bの輝線強度の平準化率NEを求め、対象成分aの濃度とその輝線強度との第2関係を平準化率NEで補正した補正関係を記憶している。
演算装置16は、この補正関係を用いて新たに計測された対象成分aの輝線強度から対象成分aの濃度を特定する。
この例では、塩化セシウムの水溶液を大気中に散布し、セシウムエアロゾルのスペクトルを取得した例である。
この例で対象成分aはセシウム(Cs)であり、参照成分bはHα線(水素のα線)である。なお、参照成分bはHα線に限定されず、酸素(O)、窒素(N)、その他であってもよい。
ステップS1では、照射装置12により、被対象物1に光2を照射する。
ステップS2では、分析装置14により、被対象物1から得られるスペクトルデータ3を分析し、対象成分aと参照成分bに特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する。
ステップS3では、対象成分aの輝線強度から対象成分aの濃度を特定する。
図3(A)の横軸は対象成分aの濃度、縦軸は対象成分aと参照成分bの輝線強度である。すなわち図3(A)は、参照成分bの濃度を一定に維持した状態における第1関係と第2関係を示している。
一方、対象成分aと参照成分bの輝線強度の比率は、この影響を受けない。従って、同一の計測において、参照成分bの輝線強度の変化率と対象成分aの輝線強度の変化率は、同一と考えることができる。
図3(B)は、対象成分aの濃度と参照成分bの輝線強度の平準化率NE(無次元)との関係図である。この例では、対象成分aの濃度が0のときの参照成分bの輝線強度を1として、平準化率NEを無次元化している。すなわち、対象成分aの各濃度について、この濃度に対応する参照成分bの輝線強度を、対象成分aの濃度が0のときの参照成分bの輝線強度で除することにより、参照成分bの輝線強度を無次元化した平準化率NEを求めている。
この場合、平準化率NEは、0以上の正数である。
この図における直線は線形化した関係図であり、相関係数r2は0.8695であった。
図4(B)は、補正後の対象成分aの濃度と対象成分aの輝線強度との関係(「補正関係」と呼ぶ)を示している。
この図における直線は線形化した関係図であり、相関係数r2は0.9874であり、図4(A)よりも1に近く、正確な関係であることがわかる。
従って、参照成分bの濃度を一定に維持した状態で、対象成分aの濃度を変化させて得られた対象成分aの濃度に対する参照成分bの輝線強度の平準化率NE(例えば、対象成分aの濃度が0のときの参照成分bの輝線強度を1とする値)は、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、常に対象成分aの濃度に対し同じ値となる。
特に水分を含有する物質の場合には、Hα線(656.3nm)を使用することにより、物質ごとに参照となる輝線を変更することなく普遍的な計測システムを構成することが可能である。
Claims (6)
- 被対象物に光を照射し、被対象物と光との相互作用から得られるスペクトルデータから被対象物に含まれる対象成分の濃度を計測する成分濃度計測装置であって、
前記被対象物に前記光を照射する照射装置と、
前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、前記対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する分析装置と、
前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する演算装置と、を備え、
該演算装置は、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測装置。 - 前記補正関係は、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第1関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第2関係とから、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、第2関係を前記平準化率で補正して求める、ことを特徴とする請求項1に記載の成分濃度計測装置。 - 前記補正は、対象成分の濃度が0のときの参照成分の輝線強度を1として、平準化率を無次元化し、
前記第2関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことを特徴とする請求項2に記載の成分濃度計測装置。 - 被対象物に光を照射し、被対象物と光との相互作用から得られるスペクトルデータから被対象物に含まれる対象成分の濃度を計測する成分濃度計測方法であって、
照射装置により、前記被対象物に前記光を照射し、
分析装置により、前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測し、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測方法。 - 前記補正関係は、
(A)参照成分の濃度を一定に維持した状態において、前記対象成分の濃度を変化させて、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第1関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第2関係とを求め、
(B)前記第1関係から、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、
(C)前記第2関係を前記平準化率で補正して求める、ことを特徴とする請求項4に記載の成分濃度計測方法。 - 前記補正は、対象成分の濃度が0のときの参照成分の輝線強度を1として、平準化率を無次元化し、
前記第2関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことを特徴とする請求項5に記載の成分濃度計測方法。
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