JP3106868B2 - 発光分光分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分析試料中に含まれて
いる各元素の種類や含有量を機器を用いて測定する発光
分光分析方法及びその方法を実施する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スパーク放電又はアーク放電を
用いる発光分光分析は、試料と対電極との間でスパーク
放電又はアーク放電を行い、その放電エネルギーにより
試料の一部を蒸発気化させ、気化した原子やイオンを励
起させ、これらが低いエネルギ準位に遷移するときに、
各元素の濃度に応じた強度の固有スペクトル線を発生さ
せる。

【０００３】上記スペクトル線の発生場所では、各元素
の固有スペクトル線や散乱光が混在した連続スペクトル
線の状態となっている。この連続スペクトル線を分光器
に導き、分光器の内部に設置された回折格子により分光
し、測定対象元素の固有スペクトル線をそれぞれ検出す
る。得られた波長位置に基づいて試料中に含まれている
各元素の種類を判定し、またスペクトル線の強度に基づ
いて各元素の含有量を定量する。

【０００４】通常、その検出は、分光器の中に各元素毎
に、そのスペクトル線の波長に合わせて最適に配置して
ある検出器（フォトマルチプレイア）で行う。最終的に
は、検出されたスペクトル線の強さ、あるいは量を発光
強度として測光処理し、計算機によって各元素含有量を
演算している。このような発光分光分析装置は、アーク
放電やスパーク放電などを生じさせるための対電極と、
この対電極と対向する位置に試料を保持する発光スタン
ドと、この発光スタンドに保持された試料から発生した
スペクトル線を採光し分光する分光器と、この分光器で
得られた波長位置やスペクトル線の強度に基づいて試料
中に含まれている元素の種類や含有量を測定するための
測光装置等で構成されている。

【０００５】現在市販されている放電式発光分光分析器
では、波長が２００ｎｍ以下のスペクトル線は、空気に
吸収され、測定することができなくなるため、試料のあ
る発光部から分光器までを通常、Ａｒ、Ｈｅなどの不活
性ガスの雰囲気とし、分光器内は通常真空ポンプを用い
て真空状態にしている。図６は従来の発光スタンドを示
す断面図、図７は図６に示される発光スタンドのスパー
ク放電部を拡大して示す断面図である。

【０００６】発光スタンド１０には、タングステン製や
銀製の対電極１２が取り付けられた底壁１４と、対電極
１２の先端に対向する位置に試料１６を傾けて保持する
試料保持部１８が備えられており、試料保持部１８に
は、保持した試料１６で覆われる孔２０が形成されてい
る。対電極と対向する試料の面１６ａに対し対電極１２
から一定サイクル（１〜１０００回／秒）で放電が行わ
れ、これにより対電極と対向する試料の面１６ａが気化
され蒸気雲が発生し、試料１６の構成元素が原子やイオ
ンになりさらに励起された後、これらが低いエネルギー
準位に遷移する際に各元素に対応するスペクトル線が発
生する。放電毎に試料１６から発光スタンドの内部に向
ってスペクトル線が発生するが、図６の紙面の左側に配
置された分光器（図示せず）に向かう方向（矢印Ａで示
される方向）のスペクトル線のみがこの分光器で採光さ
れ分光された後、この分光器で得られた波長位置とスペ
クトル線の強度に基づいて試料中に含まれている元素の
種類と含有量が測定される。試料１６が発生したスペク
トル線の波長が２００ｎｍ以下になると、スペクトル線
は空気中で吸収されるため分光器で採光できなくなる。
このため、放電が行われる放電部から分光器までの間の
空間をＡｒガスやＨｅガスなどの不活性ガスで満たし不
活性ガス雰囲気とし、分光器内は通常真空ポンプを用い
て真空状態にし、ガス流入口２２から不活性ガスを供給
し、放電部から分光器までの間の空間の不活性ガスを一
定の流速で置換している。

【０００７】試料が保持される発光スタンド１０は導電
性と強度が必要であるため、通常、金属又はセラミック
で作られており、試料保持部１８は試料１６を上に乗せ
て保持するための強度が必要であるため２〜３ｍｍの厚
みを有している。ところが、図７に示されるように、こ
の厚みは対電極１２の先端部と試料１６との間の距離
（３〜６ｍｍ）の約半分であり、このため試料１６から
発生するスペクトル線が分光器に向かって進むことが妨
げられる。そこで試料１６が発生するスペクトル線をで
きるだけ多く分光器に向かわせるために、図７に示され
るように、従来、分光器の採光の光軸Ｂに対し試料保持
部１８の試料保持面１８ａは角度θだけ傾けて形成され
ている（金属の発光分光分析法 ｐ１０１、昭和４２
（１９６７）年９月２０日 共立出版（株）発行 参
照）。この傾斜角度は通常１２°〜１５°である。

【０００８】このため、加熱された試料自体の光が分光
器に採光されたり、蒸気雲の干渉を受けたスペクトル線
が分光器に採光され、バックグランドが変動し、分析精
度を向上させることができなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の発光分光分析装置の発光スタンドの試料保持面は分光
器の採光軸に対して１２〜１５°傾いている。このた
め、 （ａ）スパーク放電により加熱された試料自体の光が分
光器に採光される。（ｂ）スパーク放電により発生する
蒸気雲の高さは試料面から１ｍｍ程度になると考えられ
ているが、この蒸気雲により吸収あるいは散乱された、
即ち蒸気雲の干捗を受けたスペクトル線が分光器に採光
される。

【００１０】上記（ａ）及び（ｂ）の結果、分光器に採
光されるスペクトル線のバックグランドが変動するため
分析精度が低下する。例えば鉄鋼を高清浄度化するため
に高い分析精度が求められているが、上記従来の発光分
光分析装置の発光スタンドの構造では分析精度に限界が
あった。さらに、現在市販されている発光分光分析器で
は、直接放電光を採光する分光器自体は一個しかなく、
検出器は分光器内に測定対象元素の数だけ波長の大きさ
順に配置されているが、回折格子は一個である（例え
ば、島津製作所カタログ、島津真空形発光分析装置、Ｐ
ＤＡ−５０１７，ＰＤＡ−１０１７，ＥＭＩＳＳＩＯＮ
ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ）。その理由は、前記した
発光スタンドの試料保持部が分光器の採光軸に対して傾
いていることと関係している。すなわち、試料保持部が
傾斜しているために、最適な採光方向が１方向に限定さ
れるからである。そして、通常は、焦点距離が５００ｍ
ｍ〜１０００ｍｍで，分散が０．３〜０．７ｎｍ／ｍｍ
の回折格子が用いられ、測定できるスペクトル線の最適
波長の最適範囲は表１に示す波長のうち１６０ｎｍから
６００ｎｍとなっている。

【００１１】現在市販されている発光分光分析器で鉄鋼
材料を分析する場合、通常、分析対象元素は、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ａｓ、
Ｓｎ等の２０元素以上と多種にわたり、それらを同時に
短時間で分析している。しかも、これら元素の測定スペ
クトル線は、表１にその例を示すように、Ｃの１６０ｎ
ｍ付近からＡｌやＣａの４００ｎｍ付近やＮａ，Ｋのよ
うに６００ｎｍ〜７００ｎｍ辺りまでと広範囲に亘って
いる。

【００１２】

【表１】 元素名 波長（ｎｍ） Ｈ １２１．６ Ｏ １３０．２ Ｎ １４９．２ Ｃ １５６．１ Ｃ １６５．８ Ｐ １７８．３ Ｓ １８０．７ Ｍｏ ２０２．０ Ｓｉ ２１２．４ Ｃｕ ２２４．２ Ｎｉ ２２７．７ Ｍｎ ２９０．０ Ｃｒ ２９８．９ Ｖ ３１１．０ Ｎｂ ３１９．５ Ａｌ ３９４．４ Ｐｂ ４１０．３ Ｎａ ５８９．０ Ｌｉ ６０７．８ Ｋ ７６６．５ これらの元素は、上記１個の分光器でも、一応すべての
測定は可能である。しかし、中には、測定対象元素の固
有スペクトル線に近接した他元素のスペクトル線の重な
りの影響を受ける元素が存在し、これらの元素はスペク
トル線の分解能が低下し、分析精度が悪い。

【００１３】このことは、鉄鋼材料の高清浄化が要求さ
れ、分析ニーズとして、定量下限値の拡大が求められて
いる現在、分析技術者にとって重大な問題である。上記
の他元素のスペクトル線重なりの影響に関しては、回折
格子の分解能を上げ、分散（ｎｍ／ｍｍ：検出部分１ｍ
ｍ当りの波長の範囲）を良くすれば、その影響は低減で
きるが、一個の分光器でこれを実現しようとすると分光
器の容積が大きくなり過ぎるという障害がある。分光器
は、内部を真空にする必要があり、真空への吸引時間の
短縮や真空状態の保持等のために気密性を向上させるこ
とを要し、容積を大きくすることは好ましくない。

【００１４】本発明は、分析精度を向上させ、各元素を
定量する際の下限値、すなわち定量下限値を拡大できる
発光分光分析方法を提供することを目的とする。また本
発明の他の目的は、上記方法の実施に好適に用いること
ができ、従来に比べ分析精度を向上させた発光分光分析
装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の発光分光分析方法は、試料と対電極との間で
放電、発光させ、発光を採光してその中に含まれる各成
分元素の固有スペクトル線を分光し、それら固有スペク
トル線の波長と強度を測定する発光分光分析装置におい
て、対電極と対向する試料の面を分光器の採光軸に対し
て５°以下の傾きに保持する試料保持部を備え、放電部
を高さ方向に階層的に複数方向から採光し、各元素の固
有スペクトルを分光器内の最適位置で分析する複数の分
光器を備えたことを特徴とするものである。

【００１６】また、本発明の発光分光分析方法は、上記
発光分光分析方法において、対電極に対向する試料面を
分光器の採光軸に対して５°以下の傾きに保持して放電
させ、放電部を複数方向から採光する。この場合に、重
元素と軽元素を放電部の採光高さを変えて測定すると好
適である。また、前記複数方向の採光を（ａ）１００ｎ
ｍ〜１６０ｎｍ未満の極紫外線部の波長領域、（ｂ）１
６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域、（ｃ）６００ｎｍ超
の波長領域から選ばれた少なくとも２種類のそれぞれの
波長領域について採光しそれぞれ分光し、測定すること
が好ましい。また、上記複数方向からの採光で得た各成
分元素の固有スペクトル線の強度を、同時に測定して当
該元素含有量に変換すると共に、共存元素の補正も同時
に行うと好適である。また放電部をスリット等によって
複数階層に分けて、前記複数方向からの採光により、そ
れぞれの領域を採光すると、重元素と軽元素とに分離し
て精度よく検出することができ好適である。さらに、上
記採光軸を直線とすると好ましい。なお、本発明の発光
分光分析方法においては、前記の通り、対電極に対向す
る試料面と分光器の採光軸の角度θは５°以下が好まし
い。角度θは、より好ましくは１°以下、さらに好まし
くは、実質的に０°であることが好ましい。

【００１７】本発明の発光分光分析装置は、発光スタン
ド、放電装置、分光器、測光装置及び含有量計算機から
なる発光分光分析装置において、分光器の採光軸と試料
保持面との傾きが５°以下であり、試料と接する箇所の
試料保持部が、試料と対電極の先端部との間の距離の１
０分の１以上５分の２以下の厚みを有する平板から形成
されていることを特徴とする。好ましくは６分の１以上
３分の１以下である。すなわち、平板の厚みをｔ（ｍ
ｍ）、試料と対電極の先端部との間の距離をＬ（ｍｍ）
とすると、２Ｌ／５≧ｔ≧Ｌ／１０と表すことができ
る。

【００１８】また試料と接する箇所の試料保持部の厚み
又はその最大厚みが試料と対電極の先端部との間の距離
の１０分の１以上５分の２以下の厚みであることが好ま
しい。より好ましくは６分の１以上、３分の１以下であ
る。また、発光スタンドの試料保持部は、例えば金属製
またはＡｌＮ製などのセラミック製であることが好まし
い。より好ましくは、ＡｌＮ製などのセラミック製が好
ましい。

【００１９】さらに、発光スタンドの試料保持部がセラ
ミック製の場合、試料保持面は、例えばタングステンな
どの導電性の良い金属で金属コーティングされているこ
とが好ましい。コーティング法としては、電気めっき
法、溶融しためっき材中に浸漬する方法、蒸着法等があ
る。なお、本発明の発光分光分析装置においては、前記
の通り、分光器の採光軸と試料保持面との角度θは５°
以下が好ましい。角度θは、より好ましくは１°以下、
さらに好ましくは、実質的に０°であることが好まし
い。

【００２０】本発明の別の装置は、発光スタンド、放電
装置、分光器、測光装置及び含有量計算機からなる発光
分光分析装置において、対電極に対向する試料面と分光
器の採光軸との傾きを５゜以下になるように配置した試
料保持部と、上記発光を回折分光する複数個の分光器と
を備えたことを特徴とする発光分光分析装置である。こ
の場合、対電極と対向する試料面と分光器の採光軸の角
度は、好ましくは５゜以下、より好ましくは１゜以下、
さらに好ましくは実質的に０゜であることが好ましい。
この装置は、（ａ）１００ｎｍ〜１６０ｎｍ未満の極紫
外線部の波長領域、（ｂ）１６０ｎｍ〜６００ｎｍの波
長領域、（ｃ）６００ｎｍ超の波長領域の群から選ばれ
た２つ以上の波長領域のスペクトル線の測定にそれぞれ
対応した２以上の分光器を備えるとよい。また、これら
の複数の分光器は放電部を階層的に採光するように、ス
リットを設けるとよい。

【００２１】なお、本発明に係る発光分光分析方法及び
装置で分析対象とする試料は、鋳鉄、銑鉄、鋼等の低合
金鋼、ステンレス鋼等の高合金鋼などの鉄鋼材料、アル
ミニウム合金、銅合金等、如何なる金属材料であっても
良い。

【００２２】

【作用】本発明方法は、試料と対電極との間で放電、発
光し、この発光を採光してその中に含まれる各成分元素
の固有スペクトル線を分光し、それら固有スペクトル線
の波長及び強度を測定する発光分光分析方法において、
分光器の視野に試料面が入らないようにし、放電光のみ
を採光することによって、分光器に採光されるスペクト
ル線のバックグラウンドの変動を小さくし、分析精度を
高めることを可能としたものである。

【００２３】また、本発明では、対電極と対向する試料
の面を採光軸とほぼ平行にして放電させ、かつ、放電光
を複数方向から採光するようにした。その結果、各分光
器で回折後、測光されるスペクトル線のバックグランド
の変動が小さくなり、各元素の分析精度を向上させるこ
とができると共に、定量下限値の拡大も可能となる。本
発明では前記の通り対電極と対向する試料の面と採光軸
の角度θが、好ましくは５°以下、より好ましくは１°
以下、さらに好ましくは実質的に０°であることが好ま
しい。また、上記複数方向の採光で得た各成分元素のス
ペクトル線の強度を、同時に測定して含有量に変換する
と共に、共存元素の補正も同時に行うようにしたので、
他元素の同時定量が可能となり、分析所要時間の短縮、
労力の節減、分析費用の低減も可能となった。そして、
採光を反射鏡やグラスファイバで屈折させるのではな
く、採光軸を直線とすることによって、画像の安定を図
ることができる。

【００２４】次に、本発明の発光分光分析装置は、試料
保持部の試料保持面が分光器の採光軸と略平行である。
従って、試料保持面に置かれた試料が放電により加熱さ
れて試料自体が光を発しても、試料自体が発する光の光
軸は分光器の採光軸とほぼ直交するため、試料自体が発
する光を分光器が採光することは防止される。この場
合、試料保持面と分光器の採光軸の角度は、好ましくは
５°以下、より好ましくは１°以下、さらに好ましくは
実質的に０°であることが好ましい。

【００２５】ここで、試料保持部の形状を限定した理由
について説明する。分光器の採光軸と試料保持面との傾
きについては、５°を越えると分光器の視野内に試料自
体の光等の擾乱が入るおそれがあり、分析精度向上を害
するおそれがあるので５°以下に限定した。試料保持部
に保持された試料と対電極の先端部との間の距離をＬと
し、試料保持部の平板の厚みｔをＬ／６未満に薄くする
と、試料の励起に起因して発生したスペクトル線が蒸気
雲により吸収あるいは散乱され、この蒸気雲の影響を受
けたスペクトル線が分光器で多く採光される。このため
バックグラウンドの変動が大きくなり測定精度の向上を
図ることができない。また、平板の厚みｔが２Ｌ／５を
超えて厚くなると、試料の励起に起因して発生したスペ
クトル線が分光器へ導入される領域が狭くなり、導入が
妨げられる。Ｌ／１０〜２Ｌ／５の厚み、より好ましく
はＬ／６〜Ｌ／３の厚みを有する平板によって試料保持
部を形成すると、蒸気雲による影響を受けていないスペ
クトル線を多く採光できる。従って、バックグラウンド
の変動を小さくすることができ、しかも、試料の励起に
起因して発生したスペクトル線を分光器へ多く採光でき
る。これにより、分析精度を一層向上させることができ
ると共に各元素の定量下限値を拡大することができる。

【００２６】なお、本発明においては、前記試料保持部
（平板）（図２の３８）の厚みｔの限定は、少なくとも
試料と接する箇所の試料保持部（平板）（図２の３８
ｂ）の厚みｔが、２Ｌ／５≧ｔ≧Ｌ／１０、より好まし
くはＬ／３≧ｔ≧Ｌ／６の範囲にあれば良く、分光器へ
の採光が妨げられない限りは、試料保持部の試料と接し
ない箇所の厚みは限定されないことは勿論である。

【００２７】また、本発明においては、試料と接する箇
所の試料保持部は平板に限定されない。この場合、試料
と接する箇所の試料保持部（図２の３８ｂ）の最大厚み
が、試料と対電極の先端部との間の距離の１０分の１以
上、５分の２以下の厚み、より好ましくは６分の１以
上、３分の１以下の厚みであれば良い。また、試料保持
部を、例えばＡｌＮ製などのセラミック製にすると、強
度を向上でき、熱による歪みを少なくすることができ
る。このため、試料保持部の変形に起因する分析精度の
低下を防止できる。

【００２８】さらに、発光スタンドの試料保持面を、例
えばタングステンなどの導電性の良い金属で金属コーテ
ィングすると、試料と試料保持部の導電性を向上するこ
とができ、安定したスパーク放電を得ることができる。
さらに、本発明の装置は、対電極と対向する試料面を分
光器の採光軸とほぼ平行になるよう配置する試料保持部
と、上記発光を回折分光する複数個の分光器を備える。
この複数個の分光器は好ましくは（ａ）１００ｎｍ〜１
６０ｎｍ未満の極紫外線部の波長領域、（ｂ）１６０ｎ
ｍ〜６００ｎｍの可視線部の波長領域、（ｃ）６００ｎ
ｍ超の赤外線部の波長領域にあるスペクトル線の測定に
それぞれ対応した分光器とする。

【００２９】このようにすることによって、すべての元
素の定量下限値を１ｐｐｍのオーダで分析することがで
きるようになった。特にＨ，Ｏ，Ｎのようなスペクトル
線の波長が１５０ｎｍ以下の元素の分析は従来は、分析
精度が不足のために発光分光分析法を採用していなかっ
たが、これらの元素も精度良く定量できるようになっ
た。また１０ｐｐｍ以下の微少量のＣ，Ｓの定量分析も
可能となり、従来多大の時間、費用、人手のかかる燃焼
法に頼る必要がなくなった。

【００３０】

【実施例】

実施例−１、比較例−１ 以下、図面を参照して本発明の発光分光分析装置の実施
例を説明する。図１は発光分光分析装置の発光スタンド
を示す断面図、図２は図１に示された発光スタンドのス
パーク放電部を拡大して示す断面図、図３は図１のＣ−
Ｃ断面図である。

【００３１】この発光分光分析装置には、試料から発生
したスペクトル線を採光し分光する分光器（図示せず）
と、この分光器で得られた波長位置やスペクトル線の強
度に基づいて試料中に含まれている元素の種類や含有量
を測定するための測光装置（図示せず）が備えられてお
り、これらは従来のものと同じである。発光スタンド３
０には、タングステン製や銀製の対電極３２が取り付け
られた底壁３４と、対電極３２の先端に対向する位置に
試料３６を保持する試料保持部３８が備えられており、
試料保持部３８には、保持した試料３６で覆われる孔４
０が形成されている。この試料保持部３８は、試料３６
と対電極３２の先端部との間の距離の約１８分の４の厚
みを有する平板から形成されている。試料保持部３８は
強度が必要であるためＡｌＮなどのセラミック又は金属
で作られており、また、良好な導電性を確保するために
試料保持面３８ａには、例えばタングステンなどの導電
性の良い金属で金属コーティング層４２が形成されてい
る。試料保持面３８ａは、分光器（図示せず）の採光軸
Ｅと平行になっており、また、対電極３２の長手方向の
中心軸Ｆは、分光器の採光軸Ｅと直角になっている。

【００３２】試料３６を分析するに当たっては、不活性
ガス導入口４４から一定量の不活性ガスを流すと共に、
試料３６と対電極３２との間隙に電圧をかけることによ
りスパーク放電を行わせ、試料を励起させ、励起に起因
して発生したスペクトル線を分光器で採光し、試料に含
有されている元素の種類と含有量を測定する。試料保持
部３８の試料保持面３８ａは、上記したように、分光器
の採光の光軸Ｅと平行であるため、試料保持面３８ａに
置かれた試料３６が放電により加熱されこの試料３６自
体が光を発しても、試料３６自体が発する光の光軸は分
光器に採光される光の光軸とほぼ直交する。従って、分
光器では、試料３６自体が発する光を採光することがほ
とんどなく、分光器に採光されるスペクトル線のバック
グランドの変動を小さくすることができる。また、上記
したように、試料保持部３８の板厚は試料３６と対電極
３２の先端部との間の距離の約１８分の４であるため、
蒸気雲による影響を受けていないスペクトル線を分光器
に多く採光でき、このためバックグランドの変動を小さ
くすることができ、試料の励起に起因して発生したスペ
クトル線を分光器へ多く採光できる。これにより、分析
精度を一層向上させることができると共に定量下限値を
拡大できる。

【００３３】以上説明したように本発明の発光分光分析
装置によれば、分光器の採光の光軸と試料保持面とをほ
ぼ平行としたため試料自体が発する光が分光器に採光さ
れず、このためバックグランドと、その変動を小さくす
ることができ、分析精度の向上が達成できる。また、試
料保持部を所定厚みの平板又は板で形成することによ
り、蒸気雲による影響を受けていないスペクトル線を分
光器に多く採光でき、このためバックグランドと、その
変動を小さくすることができるため、分析精度の向上と
定量下限の拡大が達成できる。

【００３４】分析成績としては、試料に炭素鋼を選び、
Ｎを定量した例を表２に示した。なお、実施例−１、比
較例−１の分析条件は下記の通りである。 発光分光分析装置 （株）島津製作所製ＰＤＡ−５０１７型 放電条件 電圧 ３３０Ｖ，静電容量３μＦ， インダクタンス １０μＨ，放電サイクル ３２５Ｈｚ 発光スタンド 実施例−１ 水平型発光スタンド（図１） 比較例−１ 傾斜型発光スタンド（図６）

【００３５】

【表２】

【００３６】表２より水平型発光スタンドを用いた実施
例−１は傾斜型発光スタンドを用いた比較例−１よりも
分析精度（標準偏差σ）が８倍程度向上した。 実施例−２，３及び比較例−２ 図４は、本発明に係る発光分光分析法を実施した装置の
一例を、２個の分光器７０、７０ａを配置して示したも
のである。なお、図４において、発光スタンドと分光器
の立体的位置関係は、図５に示す通りである。本装置は
放電装置５２、試料５０及び対電極５４からなる発光ス
タンド５６を含む発光部、回折格子６０、６０ａ、スリ
ット６２、６２ａ、スペクトル線の検出器７２、７２ａ
とからなる分光器７０、７０ａ及びアナログ量のスペク
トルをディジタル変換してデータの演算処理を行う測光
装置７４やスペクトル線強度を含有量に変換する含有量
計算機７６から構成されている。そして、上記発光スタ
ンド５６は、図５に示すように、試料５０面は分光器７
０、７０ａの採光軸５８、５８ａとほぼ平行になってい
ることが重要である。そのような構造であれば、従来の
図６に示すような試料１６の面が傾斜した発光スタンド
とは異なり、分光器７０、７０ａへの採光可能な方向が
増加するためである。

【００３７】図５は、鉄鋼試料分析用の発光スタンド５
６と分光器７０、７０ａの配置例を模式的に示した図で
ある。この例では、２個の分光器７０と分光器７０ａと
は平面で見て略９０度の角度で隔てた位置に設置されて
おり、試料５０から発生した光は分光器７０、７０ａの
配置角度に合わせて略９０度隔てて２本に別けて各分光
器７０、７０ａに導かれ、採光されることになる。

【００３８】なお、図５に示すスリット６２、６２ａに
よって放電部を高さ方向に階層的に分けて採光すると試
料に近い側のプラズマ部は重元素のスペクトル線強度が
大であり、電極に近い側のプラズマ部は軽元素のスペク
トル線強度が大であるため、重元素と軽元素をそれぞれ
精度よく分析することができる。実際に試料５０を分析
するに当たっては、発光スタンド５６内の放電室内をＡ
ｒあるいはＨｅ等の不活性ガスの雰囲気にし、試料５０
と対電極５４との間隙に電圧をかけることによってスパ
ーク放電を行わせ、試料５０を励起発光させ各元素のス
ペクトル線を発生させる。

【００３９】本実施例では、分光器７０は、スペクトル
線波長が１６０ｎｍから６００ｎｍの元素を回折、分光
するためのもので、具体的にはＳｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｓ、
Ｎａ等、を対象とする。一方、分光器７０ａは、スペク
トル線波長が１００ｎｍから１６０ｎｍの元素用で、
Ｏ、Ｎ、Ｃ等を回折、分光する。両分光器７０、７０ａ
内には、分光された各元素の固有スペクトル線を最適な
位置で捕らえるように、その波長ごとに並べて検出器
（フォトマルチプレイア）７２、７２ａが配設されてい
る。そして、検出された各元素の固有スペクトル線は、
図４の測光装置７４により各元素同時に発光強度に変換
された後、含有量計算機７６に導かれ含有量に演算処理
された。

【００４０】分析成績としては、試料に炭素鋼を選び、
Ｃを定量した例を表３に示した。なお、実施例−２、実
施例−３、比較例−２の分析条件は下記の通りである。 発光分光分析装置 （株）島津製作所製ＰＤＡ−５０
１７型 を図４、５に示したように改造 放電条件 電圧３３０Ｖ，静電容量３μＦ，
インダクタンス １０μＨ，放電サイクル３２５Ｈｚ 発光スタンド 実施例−２：水平型（図１） 実施例−３：水平型（図４、５） 比較例−２：傾斜型（図６、７）

【００４１】

【表３】

【００４２】表３より、水平型発光スタンドを用いた実
施例−２は、傾斜型発光スタンドを用いた比較例−２よ
りも分析精度（標準偏差）が２倍程度向上し、さらに水
平型発光スタンドに分光器を２個配設した実施例−３で
は、上記分析精度が一層向上したことが明らかである。
以上、複数の分析目的元素の各々に対して適切な分光器
を複数個設置することにより、すべての元素が精度良く
同時に分析可能となった。また、分光器の交換作業が不
要のため、従来半日を必要としていた交換時の光軸調整
が不要となり、分析時間の短縮、作業者の労力の低減を
図ることができた。

【００４３】さらに、本発明によれば従来発光分光分析
で分析することができなかったＮ及びＯの定量下限値を
それぞれ５ｐｐｍ、２０ｐｐｍまで拡大することができ
た。またＣについては従来２０ｐｐｍの定量下限値を３
ｐｐｍまで拡大することができた。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る発光分
光分析方法及び装置で分析を行うことによって、 （１）元素の最適なスペクトル線波長を測定に用いるこ
とができ、分析精度が向上すると共に、定量下限値が拡
大できる。 （２）必要な元素を全て測定できるため、分光的干渉
（スペクトル線の重なりの影響等）を受けても、影響し
ている元素の量を測定でき、補正することができること
によって分析値の正確さが向上した。 （３）１５０ｎｍ以下の極紫外線が測定でき、Ｈ、Ｎ、
Ｏの定量が可能になった。 （４）多元素同時定量が可能となり、分析所要時間が短
縮できる。 その結果、高純度金属の開発、精錬工程での歩留り向上
及び、製造コストの低減、また、操業時間の短縮、分析
コスト低減の副次効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光分光分析装置の発光スタンドの一
例を示す断面図である。

【図２】図１に示された発光スタンドのスパーク放電部
を拡大して示す断面図である。

【図３】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図４】本発明に係る別の発光分光分析装置の全体構成
を示す平面概略図である。

【図５】本発明に係る発光分光分析装置の発光スタンド
と分光器を模式的に示す斜視図である。

【図６】従来の傾いた試料面を有する発光スタンドの全
体図である。

【図７】試料面が傾斜した試料保持部の詳細を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１０ 発光スタンド １２ 対電極 １４ 底壁 １６ 試料 １６ａ 対電極と対向する試料の面 １８ 試料保持部 １８ａ 試料保持面 ２０ 孔 ２２ ガス流入口 ３０ 発光スタン
ド ３２ 対電極 ３４ 底壁 ３６ 試料 ３６ａ 対電極と
対向する試料の面 ３８ 試料保持部 ３８ａ 試料保持
面 ３８ｂ 試料と接する箇所の試料保持部 ４０ 孔 ４２ コーティン
グ層 ４４ 不活性ガス導入口 ５０ 試料 ５２ 放電装置 ５４ 対電極 ５６ 発光スタンド ５８、５８ａ 採
光軸 ６０，６０ａ 回折格子 ６２，６２ａ ス
リット ７０，７０ａ 分光器 ７２，７２ａ 検
出器 ７４ 測光装置 ７６ 含有量計算
機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉原 孝志 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所 内 (56)参考文献 特開 平１−274043（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−135752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129555（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−57080（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−117755（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−66483（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4544270（ＵＳ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料と対電極との間で放電、発光させ、
   発光を採光してその中に含まれる各成分元素の固有スペ
   クトル線を分光し、各固有スペクトル線の波長と強度を
   測定する発光分光分析装置において、 対電極と対向する試料の面を分光器の採光軸に対して５
   °以下の傾きに保持する試料保持部を備え、放電部を高
   さ方向に階層的に複数方向から採光し、各元素の固有ス
   ペクトルを分光器内の最適位置で分析する複数の分光器
   を備えたことを特徴とする発光分光分析装置。
2. 【請求項２】 発光スタンド、放電装置、分光器、測光
   装置及び含有量計算機からなる発光分光分析装置におい
   て、 前記分光器の採光軸と試料保持面との傾きが５°以下で
   あり、試料と接する箇所の試料保持部が、試料と対電極
   の先端部との間の距離の１０分の１以上、５分の２以下
   の厚みを有する平板から形成されていることを特徴とす
   る発光分光分析装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の発光分光分析装置にお
   いて、試料保持部がセラミック製であり、かつ試料保持
   面に金属コーティングを有することを特徴とする発光分
   光分析装置。