JP2877974B2 - グロー放電質量分析法 - Google Patents
グロー放電質量分析法Info
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- JP2877974B2 JP2877974B2 JP3040596A JP4059691A JP2877974B2 JP 2877974 B2 JP2877974 B2 JP 2877974B2 JP 3040596 A JP3040596 A JP 3040596A JP 4059691 A JP4059691 A JP 4059691A JP 2877974 B2 JP2877974 B2 JP 2877974B2
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- discharge
- mass spectrometry
- analysis
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料中の微量元素
をグロー放電質量分析法を用いて迅速、かつ精度の高い
分析を行う方法に関するものである。
をグロー放電質量分析法を用いて迅速、かつ精度の高い
分析を行う方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、鉄鋼固形試料中の微量元素分析法
としては、スパーク放電発光分析法が迅速でかつ比較的
精度の良い方法として用いられてきた。この方法は、数
１／ｍｉｎの高純度不活性ガス気流中または大気中で、
ほぼ大気圧、直流数百Ｖの電圧、静電容量数〜数十μ
Ｆ、自己誘導数〜数十μＨ、抵抗数Ωの条件下で対電極
と試料の間に数十〜数百Ｈｚのパルス的放電を誘起し、
放電発光を分光器に導き、光電測定法により定量元素の
含有率を求めるものである。この手法は実用的な手法と
して広く応用されており、ほとんどの元素に対し数分の
分析時間で数ｐｐｍから数十ｐｐｍの定量感度をもつ分
析が可能である。しかし近年の鉄鋼の高純度化にともな
い、例えば炭素はすでに１０ｐｐｍ前後の材料が出現し
ているのに対し、定量下限は３０ｐｐｍ前後と、定量感
度不足が問題になっており、迅速でかつより高精度の測
定法が強く要求されてきている。その中で昨今注目され
ている手法の一つに、グロー放電質量分析法がある。こ
の方法は、０．１〜１０Ｔｏｒｒ位の低圧下、直流数１
００Ｖの電圧で対電極と試料の間にグロー放電を誘起
し、Ａｒ原子やイオン化されたＡｒ＋により試料表面か
らスパッターされた中性原子状態の試料成分元素をグロ
ー中でイオン化し、質量分析法を用いてイオン強度比を
求めることにより微量元素を定量するものであり、数分
の測定時間で、スパーク放電発光分析法をはるかに上回
る、ｐｐｂレベルの定量感度をもつ微量分析が可能であ
る。また、スパーク放電発光分析法に比べ分析値に対す
るマトリックスの影響が小さいという利点もある。しか
し、炭素、窒素等の元素の測定は、表面研磨を行った後
の試料表面が外気により汚染するため、図２の（ａ）に
示すように３０〜１８０分放電を続けたのちでないとイ
オン強度が安定せず、分折時間が長くなり実用的でな
い。
としては、スパーク放電発光分析法が迅速でかつ比較的
精度の良い方法として用いられてきた。この方法は、数
１／ｍｉｎの高純度不活性ガス気流中または大気中で、
ほぼ大気圧、直流数百Ｖの電圧、静電容量数〜数十μ
Ｆ、自己誘導数〜数十μＨ、抵抗数Ωの条件下で対電極
と試料の間に数十〜数百Ｈｚのパルス的放電を誘起し、
放電発光を分光器に導き、光電測定法により定量元素の
含有率を求めるものである。この手法は実用的な手法と
して広く応用されており、ほとんどの元素に対し数分の
分析時間で数ｐｐｍから数十ｐｐｍの定量感度をもつ分
析が可能である。しかし近年の鉄鋼の高純度化にともな
い、例えば炭素はすでに１０ｐｐｍ前後の材料が出現し
ているのに対し、定量下限は３０ｐｐｍ前後と、定量感
度不足が問題になっており、迅速でかつより高精度の測
定法が強く要求されてきている。その中で昨今注目され
ている手法の一つに、グロー放電質量分析法がある。こ
の方法は、０．１〜１０Ｔｏｒｒ位の低圧下、直流数１
００Ｖの電圧で対電極と試料の間にグロー放電を誘起
し、Ａｒ原子やイオン化されたＡｒ＋により試料表面か
らスパッターされた中性原子状態の試料成分元素をグロ
ー中でイオン化し、質量分析法を用いてイオン強度比を
求めることにより微量元素を定量するものであり、数分
の測定時間で、スパーク放電発光分析法をはるかに上回
る、ｐｐｂレベルの定量感度をもつ微量分析が可能であ
る。また、スパーク放電発光分析法に比べ分析値に対す
るマトリックスの影響が小さいという利点もある。しか
し、炭素、窒素等の元素の測定は、表面研磨を行った後
の試料表面が外気により汚染するため、図２の（ａ）に
示すように３０〜１８０分放電を続けたのちでないとイ
オン強度が安定せず、分折時間が長くなり実用的でな
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】グロー放電質量分析法
は定量感度は充分であるが、分析所要時間が長く実用的
でない問題がある。本発明は、そのグロー放電質量分析
の所要時間を短縮するものである。
は定量感度は充分であるが、分析所要時間が長く実用的
でない問題がある。本発明は、そのグロー放電質量分析
の所要時間を短縮するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】グロー放電質量分析法は
分析感度は十分であるが、図２の（ａ）に示すようにイ
オン強度の安定に時間がかかり、それは減圧下で放電に
よるスパッタリングを行うため、スパッタリング速度が
遅く（通常３ｎｍ／ｓ程度）表面汚染の削除に時間がか
かるためと考えられる。そこで大気圧もしくは微加圧下
で放電を行なうことができるため、スパッタリング速度
の速くできる（通常２μｍ／ｓ程度）スパーク放電によ
る予備放電を行うことが有効である。しかし、大気圧近
傍でスパーク放電を起こすため、グロー放電分析装置の
ソースチャンバー内にスパーク放電による予備放電機構
を設置することはできず、スパーク放電を用いた試料洗
浄装置を、ソースチャンバーの外に取り付けねばならな
い。この試料洗浄装置内で、高純度不活性ガス中で試料
表面に相対した対電極を用いたスパーク放電による試料
洗浄を行ない、試料表面から試料洗浄装置内の雰囲気中
に放出された汚染元素を、高純度不活性ガス導入により
系外に排出し、真空排気を行って、試料を外気にふれさ
せないような状態で分析装置本体に導入する方法を用い
ることにより、分析時間の短縮をはかるものである。
分析感度は十分であるが、図２の（ａ）に示すようにイ
オン強度の安定に時間がかかり、それは減圧下で放電に
よるスパッタリングを行うため、スパッタリング速度が
遅く（通常３ｎｍ／ｓ程度）表面汚染の削除に時間がか
かるためと考えられる。そこで大気圧もしくは微加圧下
で放電を行なうことができるため、スパッタリング速度
の速くできる（通常２μｍ／ｓ程度）スパーク放電によ
る予備放電を行うことが有効である。しかし、大気圧近
傍でスパーク放電を起こすため、グロー放電分析装置の
ソースチャンバー内にスパーク放電による予備放電機構
を設置することはできず、スパーク放電を用いた試料洗
浄装置を、ソースチャンバーの外に取り付けねばならな
い。この試料洗浄装置内で、高純度不活性ガス中で試料
表面に相対した対電極を用いたスパーク放電による試料
洗浄を行ない、試料表面から試料洗浄装置内の雰囲気中
に放出された汚染元素を、高純度不活性ガス導入により
系外に排出し、真空排気を行って、試料を外気にふれさ
せないような状態で分析装置本体に導入する方法を用い
ることにより、分析時間の短縮をはかるものである。
【０００５】
【作用】図１に本発明を実現する手段の一例を示す。こ
の実施例を用いて作用を説明する。まず、試料３を試料
洗浄装置１側に配設された該装置内の試料ホルダー４に
入れる。この試料はスパーク放電の対電極となるため、
固形の導電性の物でなければならないが、形状に特に制
限はない。図には円筒形の試料の場合を示した。この試
料は、予備減圧室１２に入って大気圧の高純度不活性ガ
ス中で放電用電極５との間でスパーク放電される。図１
はこの時点での状態を示している。試料ホルダー４と電
極ホルダー６で囲まれた部分はスパーク放電室２とな
る。試料ホルダー４と電極ホルダー６が電気的に短絡す
ることを防ぐため、絶縁性リング７を電極ホルダー６に
つける。材質は絶縁性がある物であればよいが、試料ホ
ルダー４と電極ホルダー６の接触を良好にするため、柔
軟なテフロンなどが望ましい。放電を確実に行うため
と、表面汚染の再吸着を防止するために、試料表面に常
に新鮮な高純度不活性ガスを送り込まねばならないの
で、放電の前しばらくの間、そして放電実施中及び終了
後しばらくの間は、ガス導入装置９で不活性ガスをスパ
ーク放電室２に送り込み、同時に排気バルブ２３を開き
排気を行う。試料表面付近を確実に高純度不活性ガスで
満たすために、ガス導入装置９からスパーク放電室２ま
でと、スパーク放電室２から排気バルブ２３まで、 ガ
ス配管１０を設ける。この配管は、電極待避機構につな
がっているため可動の構造または材質でなければならな
い。そののち排気バルブ２３を閉じ、電極ホルダー６と
放電用電極５を電極待避機構８により、図１の図の下方
向に待避させた後、排気装置１１を動かして予備減圧室
１２内をしばらく予備減圧して、 高真空であるグロー
放電質量分析装置１５のソースチャンバー１６内に持ち
込む汚染元素を極力少なくする。電極待避の際、電極が
試料ホルダーの挿入方向線上にあると、ソースチャンバ
ー１６内に試料を挿入できないため、充分に距離をとっ
て待避させるようにする。そして、ゲートバルブ１３を
開けて予備減圧室１２とソースチャンバー１６を連絡
し、試料３を試料導入機構１４により図１の右側方向に
向かってソースチャンバー１６内に挿入し、試料表面を
絶縁性リング１７に密着させる。試料導入機構１４およ
び電極待避機構８の動作により外気が予備減圧室１２内
に浸入してくることを避けるために、これらの１４、１
６の機構が予備減圧室１２の中でのみ動作し、外気との
間を往復しないようにすべきである。 そして分析が開
始され、試料３とグロー放電用対電極１８との間でグロ
ー放電をおこし、それにより発生したイオンを電磁セク
ター１９で質量数により、また静電アナライザー２０で
価数により分離し、検出器２１で検出し、データ解析装
置２２で解析する。
の実施例を用いて作用を説明する。まず、試料３を試料
洗浄装置１側に配設された該装置内の試料ホルダー４に
入れる。この試料はスパーク放電の対電極となるため、
固形の導電性の物でなければならないが、形状に特に制
限はない。図には円筒形の試料の場合を示した。この試
料は、予備減圧室１２に入って大気圧の高純度不活性ガ
ス中で放電用電極５との間でスパーク放電される。図１
はこの時点での状態を示している。試料ホルダー４と電
極ホルダー６で囲まれた部分はスパーク放電室２とな
る。試料ホルダー４と電極ホルダー６が電気的に短絡す
ることを防ぐため、絶縁性リング７を電極ホルダー６に
つける。材質は絶縁性がある物であればよいが、試料ホ
ルダー４と電極ホルダー６の接触を良好にするため、柔
軟なテフロンなどが望ましい。放電を確実に行うため
と、表面汚染の再吸着を防止するために、試料表面に常
に新鮮な高純度不活性ガスを送り込まねばならないの
で、放電の前しばらくの間、そして放電実施中及び終了
後しばらくの間は、ガス導入装置９で不活性ガスをスパ
ーク放電室２に送り込み、同時に排気バルブ２３を開き
排気を行う。試料表面付近を確実に高純度不活性ガスで
満たすために、ガス導入装置９からスパーク放電室２ま
でと、スパーク放電室２から排気バルブ２３まで、 ガ
ス配管１０を設ける。この配管は、電極待避機構につな
がっているため可動の構造または材質でなければならな
い。そののち排気バルブ２３を閉じ、電極ホルダー６と
放電用電極５を電極待避機構８により、図１の図の下方
向に待避させた後、排気装置１１を動かして予備減圧室
１２内をしばらく予備減圧して、 高真空であるグロー
放電質量分析装置１５のソースチャンバー１６内に持ち
込む汚染元素を極力少なくする。電極待避の際、電極が
試料ホルダーの挿入方向線上にあると、ソースチャンバ
ー１６内に試料を挿入できないため、充分に距離をとっ
て待避させるようにする。そして、ゲートバルブ１３を
開けて予備減圧室１２とソースチャンバー１６を連絡
し、試料３を試料導入機構１４により図１の右側方向に
向かってソースチャンバー１６内に挿入し、試料表面を
絶縁性リング１７に密着させる。試料導入機構１４およ
び電極待避機構８の動作により外気が予備減圧室１２内
に浸入してくることを避けるために、これらの１４、１
６の機構が予備減圧室１２の中でのみ動作し、外気との
間を往復しないようにすべきである。 そして分析が開
始され、試料３とグロー放電用対電極１８との間でグロ
ー放電をおこし、それにより発生したイオンを電磁セク
ター１９で質量数により、また静電アナライザー２０で
価数により分離し、検出器２１で検出し、データ解析装
置２２で解析する。
【０００６】
【実施例】比較例１：図２の（ａ）に示す試料洗浄を行
わない場合は、炭素12Ｃイオン強度は最初不安定であ
り、グロー放電を４０分継続したのち安定する。 比較例２：図２の（ｂ）に示すように、 ６０秒のスパ
ーク放電による試料洗浄後、３０秒間外気にさらしたの
ち分析を行うと炭素12Ｃイオン強度は不安定である。 実施例 ：図２の（ｃ）に示す、 ６０秒間スパーク放
電による試料洗浄を行ない、不活性ガスで満たされた状
態のまま分析装置に導入し分析を行なうことにより炭素
12Ｃイオン強度は安定する。 これらの実験はすべて、スパーク放電条件は１．０ｋ
Ｖ，３μＦ，１０μＨ，１Ω、パルスの回数２００Ｈ
ｚ，幅３０μｓ，高さ２００Ａであり、グロー放電条件
は２．０ｍＡ，１．０ｋＶで行っている。
わない場合は、炭素12Ｃイオン強度は最初不安定であ
り、グロー放電を４０分継続したのち安定する。 比較例２：図２の（ｂ）に示すように、 ６０秒のスパ
ーク放電による試料洗浄後、３０秒間外気にさらしたの
ち分析を行うと炭素12Ｃイオン強度は不安定である。 実施例 ：図２の（ｃ）に示す、 ６０秒間スパーク放
電による試料洗浄を行ない、不活性ガスで満たされた状
態のまま分析装置に導入し分析を行なうことにより炭素
12Ｃイオン強度は安定する。 これらの実験はすべて、スパーク放電条件は１．０ｋ
Ｖ，３μＦ，１０μＨ，１Ω、パルスの回数２００Ｈ
ｚ，幅３０μｓ，高さ２００Ａであり、グロー放電条件
は２．０ｍＡ，１．０ｋＶで行っている。
【０００７】
【発明の効果】本発明により、高真空中で固形試料中の
微量元素の分析を表面分析の手法、例えばグロー放電質
量分析法や二次イオン質量分析法を用いて行う場合にお
いて、スパーク放電を利用した迅速な汚染除去による分
析精度の向上および分析時間の短縮が可能となる。
微量元素の分析を表面分析の手法、例えばグロー放電質
量分析法や二次イオン質量分析法を用いて行う場合にお
いて、スパーク放電を利用した迅速な汚染除去による分
析精度の向上および分析時間の短縮が可能となる。
【０００８】
【図１】円筒形試料を用いた場合の本発明の応用例、
【図２】グロー放電質量分析法を用いて測定した炭素12
Ｃのイオン強度の経時変化である。（ａ）スパーク放電
による試料洗浄を行わず分析、（ｂ）６０秒のスパーク
放電による試料洗浄後、３０秒間外気にさらしたのち分
析、（ｃ）６０秒間スパーク放電による試料洗浄を行な
い、不活性ガスで満たされた状態のまま分析装置に導入
し、分析した結果である。
Ｃのイオン強度の経時変化である。（ａ）スパーク放電
による試料洗浄を行わず分析、（ｂ）６０秒のスパーク
放電による試料洗浄後、３０秒間外気にさらしたのち分
析、（ｃ）６０秒間スパーク放電による試料洗浄を行な
い、不活性ガスで満たされた状態のまま分析装置に導入
し、分析した結果である。
１ 試料洗浄装置 ２ スパーク放電室 ３ 試料 ４ 試料ホルダー ５ 放電用電極 ６ 電極ホルダー ７ 絶縁性リング ８ 電極待避機構 ９ ガス導入装置 １０ ガス配管 １１ 排気装置 １２ 予備減圧室 １３ ゲートバルブ １４ 試料導入機構 １５ グロー放電質量分析装置 １６ ソースチャンバー １７ 絶縁性リング １８ グロー放電用対電極 １９ 電磁セクター ２０ 静電アナライザー ２１ 検出器 ２２ データ解析装置 ２３ 排気バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−142246（ＪＰ，Ａ) 「材料とプロセス」、Ｖｏｌ．３ （1990），ＮＯ．２、ｐ．603 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 49/00 - 49/48 G01N 21/67
Claims (1)
- 【請求項１】 固形試料中の微量元素の分析をグロー放
電質量分析法をもちいて行うにあたって、試料洗浄装置
を分析装置に取り付け、 先ず高純度不活性ガス中で試
料表面に相対した対電極を用いたスパーク放電による試
料洗浄を行ない、試料表面から試料洗浄装置内の雰囲気
中に放出された汚染元素を、排気により系外に排出し、
次いで真空排気を行って、試料を外気にふれさせないよ
うな状態でグロー放電質量分析装置本体に導入し、しか
る後、グロー放電質量分析を行うことを特徴とするグロ
ー放電質量分析法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040596A JP2877974B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | グロー放電質量分析法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040596A JP2877974B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | グロー放電質量分析法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262253A JPH04262253A (ja) | 1992-09-17 |
| JP2877974B2 true JP2877974B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=12584890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040596A Expired - Lifetime JP2877974B2 (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | グロー放電質量分析法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2877974B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6166565B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-07-19 | Ｊｘ金属株式会社 | グロー放電質量分析装置及びそれを用いたグロー放電質量分析法 |
| FR3007140B1 (fr) * | 2013-06-17 | 2016-06-10 | Horiba Jobin Yvon Sas | Procede et dispositif de spectrometrie de masse a decharge luminescente |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP3040596A patent/JP2877974B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「材料とプロセス」、Ｖｏｌ．３（１９９０），ＮＯ．２、ｐ．６０３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04262253A (ja) | 1992-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990112 |