JP2723457B2 - グロー放電発光分光分析装置および分析方法 - Google Patents

グロー放電発光分光分析装置および分析方法

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JP2723457B2 JP5321120A JP32112093A JP2723457B2 JP 2723457 B2 JP2723457 B2 JP 2723457B2 JP 5321120 A JP5321120 A JP 5321120A JP 32112093 A JP32112093 A JP 32112093A JP 2723457 B2 JP2723457 B2 JP 2723457B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、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
分析装置および分析方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】気体圧力が4〜10Torr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。
【0003】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5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、陰極と
なる支持ブロック2と陽極ブロック3とが、絶縁物であ
るテフロンワッシャ4を介して接合されている。陽極ブ
ロック3は、アルゴンガス供給孔3aと、第1および第
2真空排気孔3b,3cとを有しおり、管内Vがアルゴ
ンの希ガス雰囲気(4〜10Torr)とされている。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、テフロンワッシャ4を貫通し
て、試料5の表面5aに近接している。この試料5は、
Oリング6を介し支持ブロック2に気密状態で押し付け
られている。
【0004】このグリムグロー放電管1は、陽極ブロッ
ク3と支持ブロック2との間に電源部9により高電圧を
印加してグロー放電を発生させるとともに、一般に銅か
らなる支持ブロック2を通じ試料5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5の表面5aに衝突させて、試料5をスパッタリ
ングするものである。また、冷却液Kを、支持ブロック
2の冷却液導入路2aからジャケット2b内に導入して
冷却液排出路2cまで送給して、支持ブロック2および
支持ブロック2を介し試料5と中空陽極管3dを冷却し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のグロ
ー放電発光分光分析装置は、試料5の表面5aを、支持
ブロック2に埋設されたOリング6で真空シールして支
持ブロック2に押し付けて、その試料5により中空陽極
管3dを収納する支持ブロック2の内方空間を閉塞し、
この内方空間を真空引きするようになっているので、分
析対象となる試料5は、Oリング6の全周に接合できる
大きな外径を有するとともに、表面5aが平面となった
形状のものとなる。そのため、Oリング6の径よりも径
の小さい線材等は、支持ブロック2に対しこれの内方空
間を閉塞するよう押し付けられないことから、分析対象
の試料とはなり難い。この線材等の分析を行う場合、図
6(a)示すように、試料台8内に、多数本の線形試料
7を表面が気密状になるよう密着状態に並べて収容し、
この試料台8をOリング6を介し支持ブロック2に気密
状態に押し付けている。
【0006】しかしながら、多数本の線形試料7を試料
台8内に横に並べるので、1回の分析に多数本の試料7
を要する欠点がある。一方、図6(b)に示すような丸
棒の表面にめっき層7aおよび被覆層7bが2層に被覆
された線形試料7におけるめっき層7aの分析を行う場
合、全周面にわたり均一に且つ径方向に向け均等にスパ
ッタリングして、被覆層7bのスパッタリングの終了後
にめっき層7aをスパッタリングする必要がある。とこ
ろが、図6(a)に示す線形試料7の取り付けでは、線
形試料7の中心軸が中空陽極管3dの中心軸に対し直交
方向に配置されているため、線形試料7における中空陽
極管3dとの対向面が水平にスパッタリングされてい
き、例えば、スパッタリングが図6(b)に二点鎖線で
示す位置に達したときには、1層目のめっき層7aと2
層目の被覆層7bとが同時にスパッタリングされるの
で、めっき層7aの分析が不可能となる。
【0007】そこで本発明は、分析に必要な試料の本数
を最小限に押さえ、かつ線形試料の表面のめっき層等の
分析を正確に行えるグロー放電発光分光分析装置および
分析方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決しようとするための手段】上記目的を達成
するために、本発明に係るグロー放電発光分光分析装置
は、陽極管を有する陽極ブロックと、上記陽極管を収納
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、線形試料を上
記陽極管の中空部に挿入されるように立設状態で取り付
け可能として上記支持ブロックにシール部材を介して押
し付けられる試料台と、上記陽極ブロックと試料台との
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
を備えている。本発明に係るグロー放電発光分光分析方
法は、陽極管を収納する支持ブロックの内方空間を真空
引きし、上記陽極管を有する陽極ブロックと試料台との
間に電圧を印加してグロー放電を発生させて、上記陽極
管の中空部に挿入されるように立設状態で上記試料台に
取り付けられた線形試料の負グロー領域内に存在する部
分をスパッタリングさせる。
【0009】
【作用】上記構成において、線形試料を試料台に立設状
態に取り付け、線形試料を陽極管の中空部に挿入して試
料台をシール部材を介して支持ブロックに押し付けるこ
とにより、分析に必要な例えば単一の線形試料を極めて
容易に取り付けることができる。線形試料の分析対象部
を、陽極管の中空部における負グロー領域内に配置する
と、負グロー領域の高いプラズマ密度によって、線形試
料の負グロー領域に存在する部分のみが、全周面にわた
り径方向内方に向かって均一にスパッタリングされるの
で、線形試料の表面を被覆するめっき層等の分析を正確
に行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照しながら説明する。本発明の一実施例に係るグロー
放電発光分光分析装置は、図1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10から放出されて、
その窓板13を透過した光Lが、分光器15に入射す
る。分光器15は、入射スリット14、この入射スリッ
ト14から入射した光Lを波長に応じて異った回折角度
で回折する分光器16、回折光を通過させる出射スリッ
ト17および回折光の強度を測定する光電子増倍管18
を備えている。
【0011】図2は図1の分析装置におけるグリムグロ
ー放電管10の一例を示す。図2において、図5と同等
のものには同一の符号を付してある。相違する点は、試
料台11にその表面11bと直交する方向に保持孔11
aを設け、線材等の線形試料12を上記保持孔11aに
挿入して立設したことである。この試料台11は、試料
12とは異なる分析対象外の既知の元素を有する導電性
材料からなり、シール材としてのOリング6の全周部に
わたり接合できる表面を有する形状に形成されている。
たとえば、線形試料12が、鉄(Fe)の丸棒の周面を
亜鉛(Zn)のめっき層で被覆したものである場合、試
料台11は銅で形成される。
【0012】次に、試料台11に保持する線形試料12
の長さの設定について、要部の拡大図を示した図3を参
照しながら説明する。グリムグロー放電管10の放電時
における中空陽極管3d内部のプラズマは、支持ブロッ
ク2の先端面に押し付けられる試料台11の表面11b
に対し所定距離d1だけ離間した位置から上方の同図に
2点鎖線で囲った一定空間に、プラズマ密度の高い負グ
ロー領域Mを形成することが知られている(例えば、N.
P.FERREIRA and H.G.C.HUMAN共著「A study ofthe dens
ity of sputtered atoms in the plasma of the modifi
ed Grimm-typeglow discharge source」、Spectrochim
Acta, Vol. 36B, No.3, p.215-229,1981年Pergamon Pre
ss社(英国)発刊、またはN.P.FERREIRA, J.A.STRAUSS
andH.G.C.HUMAN 共著「Development in glow discharge
emission spectromety」、Spectrochim Acta, Vol. 38
B, No.5/6, P.899-911, 1983年Pergamon Press社(英
国)発刊を参照)。
【0013】そして、線形試料12は、図3に示すよう
に、試料台11からの突出長さLを、先端部が負グロー
領域Mより僅かに上方に突出する大きさに設定してい
る。支持台11の表面11bから負グロー領域Mの下面
までの距離d1は1〜1.5mmであり、上面までの距
離d2は、線形試料12の径、中空陽極管3dの内径
b、給電圧のような測定条件等により変化する。
【0014】つぎに、上記構成の動作を説明する。図2
の支持ブロック2と陽極ブロック3との間に、電源部9
により数百〜数千ボルトの高電圧を印加すると、グロー
放電を生じ、アルゴンの陽イオンが生成される。生成さ
れたArイオンは、陰極である試料台11に衝突して、
図3に一点鎖線A1で示すように、試料台11の表面1
1bをスパッタリングするとともに、線形試料12にお
ける負グロー領域M内に存在する部分のめっき層を、周
囲の高いArイオンのプラズマ密度により、一点鎖線A
2で示すように全周面にわたり均一にスパッタリングす
る。このとき、線形試料12の先端頂部に露出する鉄の
丸棒部分は、負グロー領域Mに存在しないので殆んどス
パッタリングされず、負グロー領域M内に存在する部分
のめっき層のみがスパッタリングされる。
【0015】上述のように試料台11の表面および線形
試料12のめっき層からそれぞれたたき出されて剥離し
た原子は、Arイオンまたは電子によって励起され、再
び基底状態に戻る際に元素固有の光を放出する。この光
Lは、窓板13を透過し、図1の入射スリット14を通
して、分光器15の回析格子16に向かう。この回析格
子16は、所定の波長の光を回析させ、出射スリット1
7を通して、光電子増倍管18に入射させる。光電子増
倍管18は入射した光の強度を測定する。
【0016】一方、線形試料12のめっき層は、上記A
rイオンの衝突によりスパッタリングされ、その径つま
り層厚が時間の経過とともに徐々に小さくなる。こうし
て、上記測定強度をスパッタリング時間の経過とともに
測定して、分析元素の時間経過に対するスペクトルを得
て、このスペクトルから、周知の方法により線形試料1
2の径方向の深さに対する元素の濃度分布を得る。ここ
で、試料台11を形成する元素は既知であって、その元
素を示す光の測定強度が除外されることにより、めっき
層のみの元素の分析を正確に行える。
【0017】なお、前述のように最初にめっき層のみを
スパッタリングするための線形試料12の試料台11か
らの突出長さLは、突出した先端部が負グロー領域Mよ
りも上方に位置する大きさとする必要がある。実験結果
を示すと、線径が約1.5mmの鉄のワイヤーの表面を
亜鉛メッキ層で被覆した線形試料12を、内径が4mm
の中空陽極管3dでスパッタリングする場合、線形試料
12の試料台11からの突出長さLを2〜3mm程度に
設定したところ、図4に示すような良好な結果を得られ
た。すなわち、スパッタリングの開始直後は、めっき層
の亜鉛(Zn)による光の発光強度のみが測定されてい
るだけで、鉄(Fe)による光の強度が全く測定されて
いないことから、線形試料(12)の先端頂部に露出す
る鉄のワイヤーの切断部分が全くスパッタリングされて
いないことが明白であり、めっき層の分析が正確に行な
われていることがわかる。
【0018】上記実施例では、丸棒を一層のめっき層で
被覆した線形試料12のめっき層の分析について説明し
ているが、丸棒に例えばめっき層と被覆層とを2層に形
成した線形試料のめっき層の分析についても、最初に被
覆層のみがスパッタリングされて除外された後に、次の
めっき層のみのスパッタリングが行われるので、めっき
層の分析を支障無く行える。また、丸棒に限らず、角棒
や異形の棒状の線形試料のめっき層についても、周面か
ら内方へ向って均等にスパッタリングすることから、分
析を支障無く行える。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
試料を取り付けた試料台を、試料を陽極管の中空部に挿
入した状態でシール部材を介して支持ブロックに押し付
ける構成としたので、線形試料を、たとえば試料台に設
けた保持孔11aに挿入するだけで試料台に立設状態に
取り付けることができるので、分析に必要な例えば単一
の線形試料の取付が極めて容易である。また、線形試料
の分析対象部を、陽極管の中空部における負グロー領域
内に配置する構成としたので、負グロー領域の高いプラ
ズマ密度によって、線形試料の負グロー領域に存在する
部分のみが、全周面にわたり径方向内方へ向って均等に
スパッタリングされるので、線形試料の表面を被覆する
めっき層等の分析を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る分析装置の概略構成図
である。
【図2】同上分析装置に係るグリムグロー放電管の一例
を示す断面図である。
【図3】同上放電管の要部の拡大図である。
【図4】同上分析装置による実測結果を示す特性図であ
る。
【図5】従来の分析装置におけるグリムグロー放電管の
断面図である。
【図6】(a),(b)はそれぞれ同上装置で線形試料
の分析を行う場合の一部の断面図および線形試料のスパ
ッタリングの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
2…支持ブロック、3…陽極ブロック、3b,3c…真
空排気孔(減圧手段)、3d…陽極管、6…Oリング
(シール部材)、9…電源部(給電手段)、11…試料
台、12…線形試料(試料)、M…負グロー領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−96086(JP,A) 特開 昭49−87389(JP,A) 実開 昭61−42454(JP,U) 実開 昭63−188550(JP,U) 実開 平4−127562(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極管を有する陽極ブロックと、 上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、線形試料を上記陽極管の中空部に挿入されるように立設
    状態で取り付け可能として 上記支持ブロックにシール部
    材を介して押し付けられる試料台と 記陽極ブロックと試料台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。
  2. 【請求項2】 陽極管を収納する支持ブロックの内方空
    間を真空引きし、 上記陽極管を有する陽極ブロックと試料台との間に電圧
    を印加してグロー放電を発生させて、上記陽極管の中空
    部に挿入されるように立設状態で上記試料台に取り付け
    られた線形試料の負グロー領域内に存在する部分をスパ
    ッタリングさせるグロー放電発光分光分析方法。
JP5321120A 1993-11-25 1993-11-25 グロー放電発光分光分析装置および分析方法 Expired - Fee Related JP2723457B2 (ja)

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JPS5296086A (en) * 1976-02-09 1977-08-12 Hitachi Ltd Glow discharge tube for spectral analysis
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