JP3284186B2 - グロー放電発光分光分析用試料およびその作製方法ならびにグロー放電発光分光分析装置 - Google Patents

グロー放電発光分光分析用試料およびその作製方法ならびにグロー放電発光分光分析装置

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JP3284186B2
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昇 山下
久征 河野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、試料をスパッタ
リングしながら、発生した光を分光器で分析するグロー
放電発光分光分析に用いる試料およびその作製方法なら
びにグロー放電発光分光分析装置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、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とを有しており、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、
その表面5aにおける分析面を囲む環状形状となったO
リングなどのシール部材6を介して、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(給電手段)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まで送給することに
より、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に埋設されたシール部材6で真空シールして
支持ブロック2に気密状態に押し付けて、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(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。ここで、図7に示すように、試料1
5が、複数の貫通孔15cを有する有孔板、例えばメッ
シュ状である場合には、図7中矢印で示すように試料の
背面15b側の空間と内方空間Vとが連通してしまうの
で、試料15の表面15aを支持ブロック2に気密状態
に押し付けて内方空間Vを密閉し、真空引きすることが
できない。したがって、試料15そのままでは分析がで
きない。
【0006】このような有孔板である分析対象試料15
に対し、図8に示すように、その背面15bに補強用金
属板30を接着して全体を分析用試料35とし、接着剤
31により分析対象試料の孔15cを充填して内方空間
V(図7)を密閉する方法が考えられるが、分析用試料
35の分析面35aにおいて、孔15cから接着剤31
が露出し平滑にならず、また露出した接着剤31が分析
対象試料の表面15aを覆ってしまうこともあり、さら
に、それが放電で分解するため接着剤31までもが分析
され、接着剤31が分析対象試料15における分析対象
の元素を含む場合に、正確な分析ができない。また、孔
15cから接着剤31が露出しない場合でも、孔15c
が不均一に充填されること等により、試料35の分析面
35a全体が均一にスパッタされずに局所的に異常放電
となり、正確な分析ができないこともある。
【0007】そこで本発明は、有孔板である分析対象試
料について、それを保持して正確な分析を行えるグロー
放電発光分光分析用試料およびその作製方法ならびにグ
ロー放電発光分光分析装置を提供することを目的とする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係るグロー放電発光分光分析用
試料は、有孔板である分析対象試料と、導電性を有し、
分析対象の元素を含まず、一部が前記分析対象試料の孔
に充填されることにより、分析対象試料を保持する保持
材とからなり、前記分析対象試料の一方の主面と、前記
分析対象試料の孔から露出した保持材の露出面とが面一
に設定され、その面一な面を分析面とする。
【0009】請求項1の分析用試料によれば、有孔板で
ある分析対象試料について、保持材の一部が分析対象試
料の孔に充填されることにより、分析対象試料を保持す
るので、内方空間Vを密閉できる。しかも、分析用試料
の分析面において、導電性を有し分析対象の元素を含ま
ない保持材により、分析対象試料の孔が面一に充填され
るので、分析面全体が均一にスパッタされ、かつ、保持
材の露出面がスパッタされても分析対象試料の分析に影
響がない。したがって、分析対象試料の正確な分析がで
きる。
【0010】請求項2に係るグロー放電発光分光分析用
試料を作製する方法では、有孔板である分析対象試料の
一方の主面を下にして、平滑な台に載置し、その上か
ら、導電性を有し分析対象の元素を含まない保持材の一
部を、前記分析対象試料の孔に充填し、前記分析対象試
料の一方の主面と、前記分析対象試料の孔から露出した
保持材の露出面とを面一に設定して、その面一な面を分
析面とする分析用試料を作製する。請求項2の方法によ
れば、前記作用効果を有する請求項1の分析用試料を、
作製することができる。
【0011】請求項3に係るグロー放電発光分光分析装
置は、まず、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、前記支
持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段と、前記
陽極ブロックと有孔板である分析対象試料との間に電圧
を印加してグロー放電を発生させる給電手段と、導電性
を有し、分析対象の元素を含まず、一部が前記分析対象
試料の孔に侵入して分析対象試料を保持する保持材とを
備えている。そして、前記分析対象試料の孔から露出し
た保持材の露出面が、前記分析対象試料の一方の主面と
面一に設定され、その面一な面が分析面とされ、シール
部材を介して前記支持ブロックに押し付けられる。請求
項3の装置によっても、前記請求項1の分析用試料と同
様の作用効果が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態のグロ
ー放電発光分光分析装置を図面にしたがって説明する。
まず、この装置に適用する分析用試料の作製方法につい
て説明する。図3に示すように、有孔板である分析対象
試料15の一方の主面15aを下にして、平滑な台11
に載置し、分析対象試料15を囲うように円筒状の成型
治具12を台11に載置する。そして、分析対象試料1
5の上から、導電性を有し分析対象の元素を含まない保
持材20、例えば、インジウム、錫、鉛等の軟性の金属
を選択して載置して、さらにその上から、円板状の押圧
部13aと円柱状の加圧部13bを有する加圧治具13
で加圧する。
【0013】これにより、図1に示すように、分析対象
試料の孔15cに保持材20の一部を充填し、分析対象
試料の一方の主面15a(図3においては下側の面)
と、分析対象試料の孔15cから露出した保持材の露出
面20aとを面一に設定して、その面一な面を分析面2
5aとする分析用試料25を作製する。この実施形態で
は、分析用試料25は、図2の斜視図に示すように、上
面(分析面)25a中央に、分析対象試料15が埋め込
まれた円板状になる。分析後、保持材20は、分析対象
試料15からはがして、再利用が可能である。
【0014】なお、前記軟性の金属(塊)のほかに、銅
や銀の粉末等、例えば100kN/cm2 程度の圧力で
固化する金属粉も、保持材20として用いることができ
る。この場合、再利用のためには、固化したものを分析
対象試料15と分離して再度粉末にする必要がある。ま
た、保持材20として、導電性を有し固化する流動体、
例えば炭素や金属粉等を含む接着剤(導電ペースト)等
を用いることもできる。この場合には、図3の台11や
成型治具12は、その接着剤で接着されない例えばテフ
ロン等の材質とし、また、分析対象試料15の上から接
着剤を流し込めばよいので、加圧治具13は必要ではな
くなるが、分析後の接着剤の再利用はできない。
【0015】さて、本実施形態のグロー放電発光分光分
析装置では、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10から放出されて、その窓板13
を透過した光Lが、分光器21に入射する。分光器21
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回折
格子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。
【0016】図4は、図5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4において、図6と同
等のものには同一の符号を付して、説明を省略する。本
実施形態の装置は、導電性を有し、分析対象の元素を含
まず、一部が分析対象試料の孔15cに侵入して分析対
象試料15を保持する前記保持材20を備えている。そ
して、図1に示したように、分析対象試料の孔15cか
ら露出した保持材の露出面25aが、分析対象試料の一
方の主面15aと面一に設定され、その面一な面が分析
面25aとされ、図4に示すように、シール部材6を介
して支持ブロック2に押し付けられる。
【0017】次に、この装置の動作について説明する。
図示しない減圧手段により、支持ブロック2の内方空間
Vを真空引きすると、分析用試料の分析面25aが、背
面25bにかかる大気圧により、シール部材6を介して
支持ブロック2に押し付けられ、密着する。そして、陽
極ブロック3と、保持材20を通して分析対象試料15
との間に、または図4に2点鎖線で示すように、陽極ブ
ロック3と、支持ブロック2を通して分析対象試料15
との間に、電源部(給電手段)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。
【0018】生成されたArイオンは、陰極である分析
対象試料15の一方の主面15aに衝突して、この面1
5aをスパッタリングする。それにより、分析対象試料
15の一方の主面15aから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5の入射スリット14を通し
て、分光器21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17
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。
【0019】本実施形態の装置によれば、有孔板である
分析対象試料15について、保持材20の一部が分析対
象試料の孔15cに充填されることにより、分析対象試
料15を保持するので、内方空間Vを密閉できる。しか
も、分析用試料の分析面25aにおいて、導電性を有し
分析対象の元素を含まない保持材20により、分析対象
試料の孔15cが面一に充填されるので、分析面25a
全体が均一にスパッタされ、かつ、保持材の露出面20
aがスパッタされても分析対象試料15の分析に影響が
ない。したがって、分析対象試料15の正確な分析がで
きる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
有孔板である分析対象試料について、それを保持して正
確な分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析
装置に適用される分析用試料を示す断面図である。
【図2】同上の分析用試料を示す斜視図である。
【図3】同上の分析用試料の作製中の状態を示す断面図
である。
【図4】本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析
装置におけるグリムグロー放電管を示す断面図である。
【図5】同装置の概略構成図である。
【図6】従来の分析装置におけるグリムグロー放電管を
示す断面図である。
【図7】同上の放電管に、有孔板である分析対象試料を
そのまま適用しようとした状態を示す断面図である。
【図8】同上の分析対象試料の背面から補強用金属を接
着した従来の分析用試料を示す断面図である。
【符号の説明】
2…支持ブロック、3…陽極ブロック、3d…陽極管、
6…シール部材、9…電源部(給電手段)、11…平滑
な台、15…有孔板である分析対象試料、15a…分析
対象試料の一方の主面、15c…分析対象試料の孔、2
0…保持材、20a…保持材の露出面、25…グロー放
電発光分光分析用試料、25a…分析用試料の分析面、
V…内方空間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/62 - 21/74 G01N 1/28 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有孔板である分析対象試料と、 導電性を有し、分析対象の元素を含まず、一部が前記分
    析対象試料の孔に充填されることにより、分析対象試料
    を保持する保持材とからなるグロー放電発光分光分析用
    試料であって、 前記分析対象試料の一方の主面と、前記分析対象試料の
    孔から露出した保持材の露出面とが面一に設定され、 その面一な面を分析面とするグロー放電発光分光分析用
    試料。
  2. 【請求項2】 有孔板である分析対象試料の一方の主面
    を下にして、平滑な台に載置し、 その上から、導電性を有し分析対象の元素を含まない保
    持材の一部を、前記分析対象試料の孔に充填し、 前記分析対象試料の一方の主面と、前記分析対象試料の
    孔から露出した保持材の露出面とを面一に設定して、そ
    の面一な面を分析面とするグロー放電発光分光分析用試
    料を作製する方法。
  3. 【請求項3】 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、 前記支持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段
    と、 前記陽極ブロックと有孔板である分析対象試料との間に
    電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段と、 導電性を有し、分析対象の元素を含まず、一部が前記分
    析対象試料の孔に侵入して分析対象試料を保持する保持
    材とを備え、 前記分析対象試料の孔から露出した保持材の露出面が、
    前記分析対象試料の一方の主面と面一に設定され、 その面一な面が分析面とされ、シール部材を介して前記
    支持ブロックに押し付けられるグロー放電発光分光分析
    装置。
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