JP2015014553A - グロー放電発光分光分析用調整試料およびそれを用いたグロー放電発光分光分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グリムグロー放電管の支持ブロックに気密状態で押し付けられない柱状の分析対象試料について、正確なグロー放電発光分光分析ができる調整試料等を提供する。
【解決手段】筒状のホルダ８と、ホルダの一端面８ａの開口８ｃから充填され、その開口８ｃを密封するとともに一端面８ａを覆う導電性で粘土状の充填材９と、ホルダの他端面８ｂの開口８ｄから挿入された柱状の分析対象試料７とを備え、分析対象試料の一端面７ａが、ホルダ８内で充填材９に埋没し、分析対象試料の他端面７ｂが、ホルダの他端面８ｂと面一に設定され、その面一な面７ｂ，８ｂに充填材９が露出しておらず、分析対象試料の他端面７ｂを分析面とするグロー放電発光分光分析用調整試料５。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料をスパッタリングしながら、発生した光を分析するグロー放電発光分光分析に用いられるグロー放電発光分光分析用調整試料およびそれを用いたグロー放電発光分光分析方法に関する。

気体圧力が５００〜１３００Ｐａ程度のアルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、二つの電極間に直流または高周波の高電圧を印加すると、グロー放電が起こり、Ａｒイオンが生成される。生成したＡｒイオンは高電界で加速され、陰極表面に衝突し、そこに存在する物質をたたき出す。この現象をスパッタリングと呼ぶが、スパッタされた粒子（原子、分子、イオン）はプラズマ中で励起され、基底状態に戻る際にその元素に固有の波長の光を放出する。この発光を分光器で分光して元素を同定する分析法が、グロー放電発光分光分析方法と呼ばれている。

上述のグロー放電発光分光分析方法を具現化した分析装置におけるグロー放電管として、図６に示すような中空陽極型のグリムグロー放電管１が一般的に用いられている。このグリムグロー放電管１は、支持ブロック（試料６が当接される支持部であって、この例では同時に絶縁部である）２と陽極ブロック３とが、Ｏリングなどのシール部材１１を介して接合されている。陽極ブロック３には、中空陽極管３ｄが一体形成されており、この陽極管３ｄは、支持ブロック２に挿通され、試料６の分析面（表面）に近接している。この試料６は、後述する本発明による調整試料５と異なり、例えば円柱状の分析対象試料そのものであって、図６に示すような断面構造を有しておらず、分析面である端面（図６では上側の端面）が、Ｏリングなどのシール部材１１を介して、陰極ブロック４により支持ブロック２に気密状態で押し付けられる。なお、陽極管３ｄは円筒形で、その先端面は円筒形の軸に垂直であり、図示しないが、内径および／または外径の相異なる複数の陽極管が、試料に応じて交換可能に備えられることもある。

こうして、試料６により中空陽極管３ｄを収納する支持ブロック２の内方空間（グロー放電空間）Ｖの開口部を密閉し、この内方空間Ｖを、図示しない真空排気装置（減圧手段）により、第１および第２真空排気孔３ｂ，３ｃから真空引きするようになっている。さらに、陽極ブロック３は、アルゴンガス供給孔３ａを有しており、管内Ｖがアルゴンガスの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）とされる。

このグリムグロー放電管１は、陽極ブロック３と陰極ブロック４との間に電源部（給電手段）１２により高周波または直流の電圧を印加してグロー放電を発生させるとともに、陰極ブロック４を通じ試料６に負電圧を印加し、グロー放電の発生により生成されるアルゴンの陽イオンを試料の分析面に衝突させて、試料６をスパッタリングするものである。

このようなグリムグロー放電管１を備えたグロー放電発光分光分析装置を用いる場合、分析対象試料が、シール部材１１を介して支持ブロック２に気密状態で押し付けられないような寸法形状であると、そのままでは分析できない。そこで、そのような寸法形状の分析対象試料を分析面が露出するように例えば軟らかい金属からなる保持材に埋め込み、保持材の表面を、シール部材を介して支持ブロックに気密状態で押し付ける従来技術がある（特許文献１、２）。

特許第４１８９２９０号公報 特許第３２８４１８６号公報

しかし、これらの従来技術では、分析対象試料の分析面が、剛性の不十分な保持材の表面よりもわずかながら埋没しがちであり、分析対象試料の分析面を保持材の表面と厳密に面一に設定できない。したがって、保持材の表面を支持ブロックに押し付けても、分析対象試料の分析面と陽極管の先端面との放電ギャップを厳密に管理できず、正確なグロー放電発光分光分析ができない。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、グリムグロー放電管の支持ブロックに気密状態で押し付けられない柱状の分析対象試料について、正確なグロー放電発光分光分析ができる、グロー放電発光分光分析用調整試料およびそれを用いたグロー放電発光分光分析方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のグロー放電発光分光分析用調整試料は、筒状のホルダと、前記ホルダの一端面の開口から充填され、その開口を密封するとともに前記一端面を覆う導電性で粘土状の充填材と、前記ホルダの他端面の開口から挿入された柱状の分析対象試料とを備えている。そして、前記分析対象試料の一端面が、前記ホルダ内で前記充填材に埋没し、前記分析対象試料の他端面が、前記ホルダの他端面と面一に設定され、その面一な面に前記充填材が露出しておらず、前記分析対象試料の他端面を分析面とする。

本発明のグロー放電発光分光分析用調整試料によれば、分析対象試料の分析面側に粘土状の充填材が露出していないので、分析対象試料の分析面をホルダの表面と厳密に面一に設定できる。したがって、グリムグロー放電管の支持ブロックに気密状態で押し付けられない柱状の分析対象試料について、分析面と陽極管の先端面との放電ギャップを厳密に管理して、正確なグロー放電発光分光分析ができる。

本発明のグロー放電発光分光分析方法は、陽極管を有する陽極ブロックと、前記陽極管を収納する内方空間を有する支持ブロックと、この支持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段と、前記内方空間へ不活性ガスを導入する導入手段と、前記陽極ブロックと試料との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えたグロー放電発光分光分析装置を用いる。そして、前記試料として前記本発明のグロー放電発光分光分析用調整試料を用い、前記ホルダの他端面を、シール部材を介して前記支持ブロックに気密状態で押し付ける。

本発明のグロー放電発光分光分析方法は、前記本発明のグロー放電発光分光分析用調整試料を用いるので、同調整試料と同様の作用効果が得られる。

本発明の一実施形態であるグロー放電発光分光分析用調整試料を示す断面図である。 一製作過程における同調整試料を示す断面図である。 別の製作過程における同調整試料を示す断面図である。 また別の製作過程における同調整試料を示す断面図である。 本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析方法に用いる分析装置を示す正面図である。 同分析装置のグロー放電管を示す断面図である。

以下、本発明の第１実施形態のグロー放電発光分光分析用調整試料について、図にしたがって説明する。中心軸に沿った（長手方向に沿った）縦断面図である図１に示すように、この調整試料５は、筒状、例えば円筒状のホルダ８と、そのホルダ８の一端面（図１では下端面）８ａの開口８ｃから充填され、その開口８ｃを密封するとともに前記一端面８ａを覆う導電性で粘土状の充填材９と、ホルダの他端面（図１では上端面）８ｂの開口８ｄから挿入された、柱状、例えば円柱状の分析対象試料７とを備えている。ホルダ８は、黄銅、ステンレス等の硬質金属や、硬質樹脂を用いて作製できる。充填材９としては、インジウムのような軟質金属、導電性軟質樹脂を用いることができる。分析対象試料７は、例えば金属製のピンである。そして、分析対象試料７の一端面７ａが、ホルダ８内で充填材９に埋没し、分析対象試料７の他端面７ｂが、ホルダの他端面８ｂと面一に設定され、その面一な面７ｂ，８ｂに充填材９が露出しておらず、分析対象試料の他端面７ｂを分析面とする。

この調整試料５は、以下のようにして作製できる。まず、図２に示すように、ホルダの一端面８ａの開口８ｃから、その開口８ｃを密封して一端面８ａを覆える程度の適量の充填材９を充填する。次に、図３に示すように、ホルダの他端面８ｂの開口８ｄから、分析対象試料７を挿入する。このとき、分析対象試料の一端面７ａは、ホルダ８内で充填材９に当接し、分析対象試料の他端面７ｂは、ホルダの他端面８ｂから突出している。そして、図４に示すように、ホルダ８の端面８ａ，８ｂを覆い尽くせる面積の加圧面１０ａをもつ１対の加圧板１０で、ホルダ８を上下から、つまり中心軸方向に加圧する。

そうすると、分析対象試料の一端面７ａがホルダ８内で充填材９に埋没して、分析対象試料７が充填材９に保持されるとともに、分析対象試料の他端面７ｂが、ホルダの他端面８ｂと面一に設定される。その一方、充填材９が、ホルダの一端面８ａの開口８ｃを密封するとともに、ホルダの一端面８ａ側に流れ出て、その一端面８ａを覆う。なお、充填材９は、上述したような適量であり、また、加圧により主にホルダの一端面８ａ側に流れ出るので、前記面一な面７ｂ，８ｂに充填材９が露出することはない。こうして、図１に示した調整試料５が作製される。なお、ホルダの他端面８ｂの開口８ｄの直径（開口が円形でない場合には最小径）は、調整試料５を分析する装置の陽極管３ｄ（図６）の内径よりも大きくなるように設定する。陽極管３ｄとホルダ８との間で放電が起こらないようにするためである。

本実施形態のグロー放電発光分光分析用調整試料５によれば、分析対象試料７の分析面７ｂ側に粘土状の充填材９が露出していないので、分析対象試料の分析面７ｂをホルダの表面（他端面）８ｂと厳密に面一に設定できる。したがって、図６のグリムグロー放電管１の支持ブロック２に気密状態で押し付けられない柱状の分析対象試料７について、分析面７ｂと陽極管３ｄの先端面との放電ギャップを厳密に管理して、正確なグロー放電発光分光分析ができる。

次に、本発明の第２実施形態であるグロー放電発光分光分析方法について説明する。まず、この方法に用いる装置について説明する。この装置では、図５に示すように、グロー放電を利用したスパッタリングにより元素に固有の波長の光を発生するグリムグロー放電管１から放出されて、その窓板１３を透過した光Ｓが、分光器２２に入射する。分光器２２は、入射スリット２４、この入射スリット２４から入射した光Ｓを波長に応じて異なった回折角度で回折する回折格子２６、回折光を通過させる出射スリット２７および回折光の強度を測定する光電子増倍管２８を備えている。分光器は、出射スリット２７の位置にＣＣＤ素子を配置させたＣＣＤ分光器であってもよい。

また、この装置は、グロー放電管として図６に示した中空陽極型のグリムグロー放電管１を用いているので、陽極管３ｄを有する陽極ブロック３と、陽極管３ｄを収納する内方空間Ｖを有する支持ブロック２と、この支持ブロック２の内方空間Ｖを真空引きする減圧手段３ｂ、３ｃと、内方空間Ｖへ不活性ガスを導入する導入手段３ａと、陽極ブロック３と試料６との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段１２とを備えている。より具体的には、このグリムグロー放電管１は、支持ブロック（試料６が当接される支持部であって、この例では同時に絶縁部である）２と陽極ブロック３とが、Ｏリングなどのシール部材１１を介して接合されている。陽極ブロック３には、中空陽極管３ｄが一体形成されており、この陽極管３ｄは、支持ブロック２に挿通され、試料６の分析面（表面）に近接している。この試料６は、例えば円柱状の分析対象試料そのものである場合には、分析面である端面（図６では上側の端面）が、Ｏリングなどのシール部材１１を介して、陰極ブロック４により支持ブロック２に気密状態で押し付けられる。なお、陽極管３ｄは円筒形で、その先端面は円筒形の軸に垂直であり、図示しないが、内径および／または外径の相異なる複数の陽極管が、試料に応じて交換可能に備えられることもある。

こうして、試料６により中空陽極管３ｄを収納する支持ブロック２の内方空間（グロー放電空間）Ｖの開口部を密閉し、この内方空間Ｖを、図示しない真空排気装置（減圧手段）により、第１および第２真空排気孔３ｂ，３ｃから真空引きするようになっている。さらに、陽極ブロック３は、アルゴンガス供給孔３ａを有しており、管内Ｖがアルゴンガスの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）とされる。

このグリムグロー放電管１は、陽極ブロック３と陰極ブロック４との間に電源部（給電手段）１２により高周波または直流の電圧を印加してグロー放電を発生させるとともに、陰極ブロック４を通じ試料６に負電圧を印加し、グロー放電の発生により生成されるアルゴンの陽イオンを試料の分析面に衝突させて、試料６をスパッタリングするものである。また、冷却液を、陰極ブロック４の図示しない冷却液導入路からジャケット内に導入して冷却液排出路まで送給することにより、陰極ブロック４を介し試料６と中空陽極管３ｄを冷却している。なお、このグリムグロー放電管１では、陽極管３ｄは鉛直方向下向きであるが、陽極管３ｄが水平方向になる場合もある。

以上のようなグロー放電発光分光分析装置を用い、第２実施形態のグロー放電発光分光分析方法では、試料６として第１実施形態のグロー放電発光分光分析用調整試料５を用い、ホルダの他端面８ｂを、シール部材１１を介して支持ブロック２に気密状態で押し付ける。

第２実施形態のグロー放電発光分光分析方法は、第１実施形態のグロー放電発光分光分析用調整試料５を用いるので、同調整試料５と同様の作用効果が得られる。

２ 支持ブロック
３ 陽極ブロック
３ａ 導入手段（アルゴンガス供給孔）
３ｂ，３ｃ 減圧手段（真空排気孔）
３ｄ 陽極管
５ グロー放電発光分光分析用調整試料
６ 試料
７ 分析対象試料
７ａ 分析対象試料の一端面
７ｂ 分析対象試料の他端面
８ ホルダ
８ａ ホルダの一端面
８ｂ ホルダの他端面
８ｃ ホルダの一端面の開口
８ｄ ホルダの他端面の開口
９ 充填材
１１ シール部材（Ｏリング）
１２ 給電手段（電源部）
Ｖ 内方空間

Claims (2)

1. 筒状のホルダと、
   前記ホルダの一端面の開口から充填され、その開口を密封するとともに前記一端面を覆う導電性で粘土状の充填材と、
   前記ホルダの他端面の開口から挿入された柱状の分析対象試料とを備え、
   前記分析対象試料の一端面が、前記ホルダ内で前記充填材に埋没し、前記分析対象試料の他端面が、前記ホルダの他端面と面一に設定され、その面一な面に前記充填材が露出しておらず、前記分析対象試料の他端面を分析面とするグロー放電発光分光分析用調整試料。
2. 陽極管を有する陽極ブロックと、
   前記陽極管を収納する内方空間を有する支持ブロックと、
   この支持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段と、
   前記内方空間へ不活性ガスを導入する導入手段と、
   前記陽極ブロックと試料との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えたグロー放電発光分光分析装置を用いるグロー放電発光分光分析方法であって、
   前記試料として請求項１に記載のグロー放電発光分光分析用調整試料を用い、前記ホルダの他端面を、シール部材を介して前記支持ブロックに気密状態で押し付けるグロー放電発光分光分析方法。

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