JP2697462B2 - 発光分光分析方法およびその装置 - Google Patents

発光分光分析方法およびその装置

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JP2697462B2 JP4068464A JP6846492A JP2697462B2 JP 2697462 B2 JP2697462 B2 JP 2697462B2 JP 4068464 A JP4068464 A JP 4068464A JP 6846492 A JP6846492 A JP 6846492A JP 2697462 B2 JP2697462 B2 JP 2697462B2
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属試料における成分
を試料中での存在形態別に定量分析する発光分光分析方
法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属精練の工程中の品質管理において
は、金属中の各種金属成分元素をその金属中での存在形
態別に分析を行うことが必要とされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
金属中における各種金属成分元素の存在形態には、主と
して2つあり、その1つは窒化、酸化、硫化等の化合形
態であり、もう1つは元素単位で金属中に分散している
合金形態である。
【0004】このように金属成分元素を化合形態と合金
形態とに分けて分析する方法としては、従来から試料を
種々な分解方法により形態別に分離分析する化学的手法
があるが、そのいずれもが迅速性がなく、したがって、
その精練過程での制御のための分析には有効ではなく金
属精練での品質管理を高度に行うことを困難なものにし
ていた。
【0005】本発明は、発光分光分析を用いて金属試料
中の各金属成分元素の存在形態別の定量分析を迅速にで
きるようにして、これによって、その金属精練での高度
な品質管理を容易に行えるようにすることを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、金属成分の
試料中での存在形態別の定量分析を発光分光分析により
行うもので、金属試料を多数回のレーザー光照射により
励起して発光させ、その発光毎に試料に含まれる金属
分元素と非金属成分元素それぞれの輝線光強度を検出
し、検出される輝線光強度データを記憶し、その記憶デ
ータに基づいて金属成分元素と非金属成分元素とが設定
レベル以上含まれる発光を特定し、その特定した発光に
よる試料領域に前記金属成分元素と非金属成分元素との
化合物が存在すると判断するようにして行う。
【0007】
【作用】本発明によれば、発光分光分析によって、迅速
金属成分の試料中での存在形態別の定量分析が行われ
る。
【0008】属内で酸化物等の非金属化合物を作る元
素は、一部は金属内に合金成分として存在し、他の一部
が酸化物とか窒化物となっており、これらの非金属化合
物は、金属の結晶粒界に介在物として析出しており、介
在物によって大きさは異なるが、例えば、鋼中での金属
Al、CaはFeに固溶しているが、酸化物は(Al2
3 、CaO)として、大きさは5ミクロン程度で介在
物として点在している。従って、1回のレーザー光照射
毎に得られるAl、Caの各々のスペクトル強度は、そ
照射領域内にこの酸化物を含むか、含まないか、更に
その大きさによって大幅に変わる。その理由としては、
固溶状態のAl等は、金属中に低濃度で分散しており、
照射領域内に介在物が存在しない時は、1照射領域内に
占めるAlの比率は小さく、Alの輝線光強度は低く、
照射毎の輝線強度の変化も小さいが、照射領域内に介在
物が存在した時は、介在物はAlの集積度が大きいこと
から、照射領域内に占めるAlの比率が大きくなり、A
lの輝線光強度は大きく現れる。その大きさの変化は存
在する介在物の量に比例して起こり、得られるスペクト
ル強度の差は数倍から数十倍になる。また、照射領域に
Alの酸化物があれば、当然酸素の輝線光も現れる。
【0009】そこで、ある1回の照射非金属成分元素
である酸素の輝線光が検出されたときには、その照射
金属成分元素の酸化物を含んだ領域で発生していると判
定し、同照射における金属成分元素であるAl、Ca等
の輝線光強度が、それぞれの元素の多数の照射における
平均強度に対して大きくなっていないかどうか判定す
る。このとき、例えば、Alの輝線光強度が平均強度
で、Caの輝線光強度がその平均強度より一定以上の値
を示している場合には、Caの酸化物であるCaOが、
同照射の領域に含まれていると判定できる。
【0010】上記とは逆にAlの輝線光強度が平均値よ
り大きく、Caの輝線光強度が平均値の場合には、Al
23 が含まれていると判定できる。また、Al,Ca
共に平均強度の一定以上の強度のときは、Al23
CaOのいずれも含まれていると判定できる。
【0011】これは他のMg、Si、Ti、BおよびZ
rなども酸化物系、窒化物系及びTiC等の金属間化合
物の場合にも同様に適用できる。
【0012】
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。1は試料3
励起室であって、その内部には不活性ガスとして例え
ばアルゴンガスが充満されている。31はレーザー銃駆
動回路であり、このレーザー銃駆動回路31にレーザー
光照射手段としてのレーザー銃30が接続されている。
【0013】レーザー光としては、例えば、パルス幅が
短く高い出力のN 2 レーザー光を用いる。そして、この
2 レーザー光を数Toll以下の減圧環境下で金属試
料に照射すると、小さな径で白色の第1プラズマ(pr
imary plasma)と、それを取り囲むように
半球状に広がる第2プラズマ(secondarypl
asma)とが発生するもので、この第2プラズマの発
光を用いる。この第2プラズマの発光を用いると、バッ
クグラウンドの影響等が少なく高い分析精度が期待でき
る。
【0014】5は、内部が真空状態にされた分光手段と
しての分光器、6は、レーザー銃3の照射により試料3
で発生したスパーク光のうち、一定方向に向かう平行光
束状のスパーク光のみを取り出すための入口スリット、
7は、入口スリット6からのスパーク光を分光するため
の回折格子、8〜11は、それぞれ、回折格子7による
スペクトル像画上で、各元素の輝線位置に配置されてい
る出口スリットであり、各出口スリット8〜11を通過
したスパーク光だけをそれぞれ対応するホトマルチプラ
イヤー12〜15にそれぞれ入射されるようにする。1
6〜19は、それぞれ、ホトマルチプライヤー12〜1
5でそれぞれ検出された各輝線光強度信号を、各放電単
位で積分する単一パルス積分器である。これらホトマル
チプライヤー12〜15と積分器16〜19とにより検
出手段が構成される。
【0015】20は積分器16〜19で積分された値
(単データ)を、A/D変換器21に順次個別に切り替
えて送信するための切替器である。21は前記A/D変
換器であって、送られて来た単データをデジタル信号に
変換する。22は、各元素毎に単データを所定のエリア
に時系列的に記憶し、また、他のデータも他のエリアに
記憶する記憶手段としてのメモリ、23は、上記各部を
制御するとともに各種演算等を行うもので、本発明の特
定手段、判断手段、作成手段を構成するマイクロコンピ
ュータである。マイクロコンピュータ23には表示手段
としてのCRT33を接続しており、試料の存在形態を
示す二次元マップがCRT33により表示される構成と
している。
【0016】作用を説明すると、レーザー銃駆動回路3
1からの高電圧をレーザー銃30に印加することによっ
て、レーザー銃30からのレーザー光の試料3への照射
を千回から数千回繰り返し行い、図2A〜Dのように、
照射毎の各元素の発光(輝線光)強度を測定する。こ
の図で各元素の照射順位が同一の位置にあるグラフの高
さが、図1の各単一パルス積分器16〜19それぞれの
出力信号に対応しており、各グラフそれぞれの同一位置
における一回の照射における各輝線光強度を表す。得ら
れた各元素の輝線光強度データは時系列にメモリ22に
記憶させる。このメモリ内の記憶データから各元素
(O,Al,Ca,Mg)の照射毎の輝線光強度を含有
量%値に換算する。含有量%値は事前に介在物の少ない
標準試料で作成した検量線から求める。このように含有
量%値に換算することにより、バックグランドを消去し
た分析データを得ることができる。照射毎の各元素の含
有量%値データの平均値及び分散値σ等を求め、そのデ
ータの分散状態から化合物判定レベルを設定する。例え
ば、その判定レベルを平均含有量+3σと設定し、或る
照射において或る元素がそのレベル以上であった時は、
その照射の領域に、その元素の化合物或は介在物が含ま
れていると判定する。
【0017】図2Aは酸素(非金属成分元素)の輝線光
強度を測定したものであるが、判定レベルSを超えた
に対しては、酸化物が存在していると判定し、同じ
において、他の元素(Al,Ca,Mg:金属成分元
)のデータについて判定レベルを超える元素を捜し、
判定レベルを超えた照射があれば、その照射において
は、その元素の酸化物が含まれていると判定する。図2
B〜Dにおいて○印が付いた照射は、その元素の酸化物
(AlではAl23 ,CaではCaO,MgではMg
O)が含まれていると判定する。なお、図2Aに示すよ
うに、酸素の輝線光が、照射毎に毎回検出されているの
は、金属中への溶解酸素と、単なる逆光の両方が重なっ
たもので、これら低レベルの光強度は、酸化物の存在を
示すものではない。しかし原理的には、他の或る金属成
分元素の輝線が設定レベルより高く、酸素の輝線光があ
れば、その元素の酸化物ありと判定されるのである。
【0018】その照射領域に酸化物が含まれていると特
定された照射において、その照射領域における被酸化元
素(例えばAl)の酸化物の含有量Z%の計算の1方法
を説明する。先ず、その照射における被酸化元素の含有
量を検量線から求め、その特定された照射の領域でのそ
の含有量をA%とし、その元素の試料全体での平均含有
量をB%、(同元素の酸化物の比重)/(元素の比重)
=Cとすると、 Z=(A−B)×C によって計算する。
【0019】或る元素の酸化物が含まれていると特定さ
れた各照射における酸化物の含有量を各元素毎に積算
し、その積算値を1回の分析の全照射回数で割って各元
素の酸化物の平均値を演算し、その平均値をもって各元
素の酸化物の試料全体における含有量を算出する。特定
された照射以外における各元素の含有量の平均値を求
め、該平均値をもって各元素の単体状態の含有量として
出力する
【0020】ーザー光の照射は試料3面の全面に及ぶ
ように、スキャニングしながら行うレーザー光の照射
を試料3全面にスキャニングして行うことにより、常に
試料3全体における平均的な分析結果が得られる。
【0021】また、上記のようにレーザー光の照射を試
料3全面にスキャニングして行う際の位置情報と、その
位置情報に対応する分析結果とにより試料の元素の存在
形態を示す二次元マップをマイクロコンピュータ23で
作成してCRTで表示できるようにしており、これによ
り、試料中の元素の存在形態が視覚的に把握できるよう
にしている。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、発光分光分析によっ
て、迅速に金属成分の金属試料中での存在形態別の定量
分析が行われるようになり、これにより、精練過程にお
ける高度の品質管理ができるようになった。
【0023】とくに、レーザー光を用いることで、高い
分析精度がえられるとともに、レーザー光をスキャニン
グすることで成分の試料中での存在形態を表す二次元マ
ップが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図
【図2】上記実施例のデータ説明図
【符号の説明】 1 励起室 3 試料 5 分光器 6 入口スリット 7 回折格子 8〜11 出口スリット 12〜15 ホトマルチプライヤー 16〜19 単一パルス積分器 20 切替器 21 A/D変換器 22 メモリ 23 マイクロコンピュータ30 レーザー銃 31 レーザー銃駆動回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−294258(JP,A) 特開 平3−138548(JP,A) 特開 昭50−56994(JP,A) 特開 昭51−68886(JP,A) 特公 昭52−25356(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属試料を多数回のレーザー光照射により
    励起して発光させるステップ、 前記発光毎に、前記金属試料の金属成分元素と非金属
    分元素それぞれの輝線光強度を検出するステップ、 前記検出される輝線光強度データを記憶するステップ、 前記記憶データに基づいて、前記金属成分元素と非金属
    成分元素とが設定レベル以上含まれる発光を特定するス
    テップ、および、 前記の特定した発光による試料領域に前記金属成分元素
    と非金属成分元素との化合物が存在すると判断するステ
    ップ、 よりなる発光分光分析方法。
  2. 【請求項2】金属試料にレーザー光を照射して励起させ
    発光を行わすためのレーザー光照射手段、 前記金属試料の発光を分光する分光手段、 前記発光毎の前記分光手段からの分光それぞれにおける
    輝線光強度を検出する検出手段、 前記輝線光強度を記憶する記憶手段、 前記記憶手段に記憶されるデータに基づいて、前記金属
    試料の金属成分元素と非金属成分元素とが設定レベル以
    上含まれる発光を特定する特定手段、および前記の特定
    した発光による試料領域に前記金属成分元素と非金属
    分元素との化合物が存在すると判断する判断手段、 よりなる発光分光分析装置。
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