JP3345188B2 - Glow discharge emission spectroscopy method and apparatus - Google Patents

Glow discharge emission spectroscopy method and apparatus

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JP3345188B2 JP24180694A JP24180694A JP3345188B2 JP 3345188 B2 JP3345188 B2 JP 3345188B2 JP 24180694 A JP24180694 A JP 24180694A JP 24180694 A JP24180694 A JP 24180694A JP 3345188 B2 JP3345188 B2 JP 3345188B2
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    • 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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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、発生した光を分光器で分析するグロー放電
発光分光分析方法およびその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glow discharge optical emission spectroscopy method and apparatus for analyzing generated light with a spectroscope while sputtering a sample.

【0002】[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。かかる分析方法にお
いては、発光状態を安定させる目的で、試料や装置を冷
却している。
2. Description of the Related Art When a high voltage is applied between two electrodes in an argon (Ar) atmosphere at a gas pressure of about 4 to 10 Torr, a glow discharge occurs to generate Ar ions. The generated Ar ions are accelerated by a high electric field, collide with the surface of the cathode, and knock out substances existing there. This phenomenon is called sputtering, and the sputtered particles (atoms, molecules, and ions) are excited in the plasma and emit light having a wavelength specific to the element when returning to the ground state. An analysis method in which the emitted light is separated by a spectroscope to identify elements is called a glow discharge emission spectral analysis method. In such an analysis method, a sample or an apparatus is cooled for the purpose of stabilizing a light emitting state.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この発明者
らは、ビスマス、半田、鉛のような低融点の金属や、有
機皮膜(絶縁皮膜)を有する試料について分析したとこ
ろ、これらの試料では、安定したデータが得られなかっ
た。
By the way, the present inventors analyzed low melting point metals such as bismuth, solder and lead, and samples having an organic film (insulating film). Stable data could not be obtained.

【0004】その原因について検討したところ、上記の
ような低融点金属では、スパッタリング時の試料表面の
温度が融点よりも高くなり、そのため、試料表面が融解
するためであると推測される。すなわち、かかる分析方
法においては、試料の原子化をスパッタリング効果で行
うものであり、熱的な変化によって行うものではないか
ら、試料表面が融解すると、安定した放電が持続せず、
時としてアーク放電への移行が生じたり、スパッタリン
グが著しく不安定となる。そのため、安定したデータが
得られない。
[0004] After examining the cause, it is presumed that the temperature of the sample surface at the time of sputtering is higher than the melting point of such a low melting point metal, and that the sample surface is melted. That is, in such an analysis method, since the atomization of the sample is performed by the sputtering effect and is not performed by a thermal change, when the sample surface is melted, stable discharge does not continue,
Occasionally, a transition to arc discharge occurs or sputtering becomes extremely unstable. Therefore, stable data cannot be obtained.

【0005】一方、有機皮膜については、試料表面が熱
分解の温度以上になるためであると推測される。すなわ
ち、有機皮膜については、試料表面が融解または熱分解
することにより、試料表面の物理的、化学的な性質が変
化し、皮膜が剥がれたり、あるいは皮膜にひびが生じた
りする。そのため、やはり安定したデータが得られな
い。
On the other hand, it is presumed that the reason for the organic film is that the surface of the sample becomes higher than the temperature of thermal decomposition. That is, with respect to the organic film, the physical and chemical properties of the sample surface change due to melting or thermal decomposition of the sample surface, and the film is peeled off or the film is cracked. Therefore, stable data cannot be obtained.

【0006】また、試料における分析面の反対側の面に
冷却水を用いた冷却装置を押し当てて、冷却装置に一定
水温の冷却水を一定水量流すことにより、試料を冷却す
ることが行われている。このような冷却手段では、この
冷却により上述の低融点の試料における融解や有機皮膜
の熱分解といった現象が発生しなくなったとしても、ス
パッタリングによる発熱により試料の分析面の温度がス
パッタリング時間の経過に伴って上昇し、この温度上昇
に伴ってスパッタリング速度が徐々に速くなる。その結
果、発光強度が徐々に増大するため、試料の成分元素の
濃度分布を正確に測定することができない。
Further, a sample is cooled by pressing a cooling device using cooling water against a surface of the sample opposite to the analysis surface and flowing a certain amount of cooling water having a constant water temperature into the cooling device. ing. In such a cooling means, even if the above-mentioned phenomenon such as the melting in the low melting point sample and the thermal decomposition of the organic film does not occur due to the cooling, the temperature of the analysis surface of the sample becomes longer than the sputtering time due to heat generated by sputtering. As the temperature rises, the sputtering rate gradually increases. As a result, the emission intensity gradually increases, so that the concentration distribution of the component elements of the sample cannot be measured accurately.

【0007】たとえば、図4は、鉄(Fe)の濃度分布
が均一な組成の基板の表面に炭素(c)が均一な濃度で
分布する組成の有機皮膜を有する試料の分析結果を示し
たもので、aが炭素の特性曲線、bが鉄の特性曲線であ
る。同図において、正しい特性曲線を仮想線で示してい
る。上述のような冷却力が常に一定の冷却手段を用いた
場合、炭素および鉄の発光強度はスパッタリング時間の
経過に伴って徐々に増大しており、炭素および鉄の濃度
があたかも試料の内部に向かって徐々に増大しているか
のような誤った測定データになっている。
For example, FIG. 4 shows an analysis result of a sample having an organic film having a composition in which carbon (c) is distributed at a uniform concentration on the surface of a substrate having a composition having a uniform iron (Fe) concentration distribution. Where a is a characteristic curve of carbon and b is a characteristic curve of iron. In the figure, a correct characteristic curve is shown by a virtual line. When a cooling means having a constant cooling power as described above is used, the emission intensities of carbon and iron gradually increase with the elapse of the sputtering time, and the concentrations of carbon and iron move toward the inside of the sample. The measurement data is erroneous as if it were gradually increasing.

【0008】また、試料の定量分析は、通常、単一の試
料対象物から複数の試料を切り出し、それらの測定デー
タの平均値に基づいて判定される。このとき、これら試
料の大きさにばらつきがあると、その形状の大きさに応
じて試料の熱容量がそれぞれ異なるため、各試料に対し
同一に冷却を施していても、試料の分析面のスパッタリ
ングによる温度上昇がそれぞれに異なる結果となる。そ
のため、やはり正確な定量分析を行えない。
In the quantitative analysis of a sample, usually, a plurality of samples are cut out from a single sample object, and the determination is made based on an average value of the measured data. At this time, if the sizes of these samples vary, the heat capacities of the samples differ depending on the size of the shapes. Each temperature rise has a different result. Therefore, accurate quantitative analysis cannot be performed.

【0009】そこで本発明は、融点が低い物質や、熱分
解を生じる物質についても、分析を可能にするだけでな
く、定量分析を高精度に行えるグロー放電発光分光分析
方法およびその装置を提供することを目的とするもので
ある。
Accordingly, the present invention provides a glow discharge optical emission spectroscopy method and apparatus capable of performing not only analysis of a substance having a low melting point or a substance which is thermally decomposed but also highly accurate quantitative analysis. The purpose is to do so.

【0010】[0010]

【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方法
は、陽極ブロックと、支持ブロックと、試料の分析面と
反対側の面を押して上記試料の分析面を上記支持ブロッ
クに押し付ける陰極ブロックとを備えたグリムグロー放
電管を用い、上記陽極ブロックと陰極ブロックとの間に
電圧を印加して、上記試料に陽イオンを衝突させること
により、上記試料をスパッタリングするとともに、上記
陽イオンまたは電子によって励起された原子から発生す
る光の測定強度に基づいて試料の分析を行うグロー放電
発光分光分析方法において、ペルチェ効果を利用した電
子冷却装置が有する電子冷却素子の吸熱部を上記陰極ブ
ロックの試料への押し付け面とは反対側の面に押し付け
ることによって上記試料を冷却しながら、この試料の分
析面の温度を、350℃以下であって当該試料の融点以
下または130℃以下であって当該試料の熱分解温度以
下の一定温度に保持して、スパッタリング速度を一定に
保つことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a glow discharge emission spectroscopy method according to the present invention comprises an anode block, a support block, and a sample analysis surface.
Press the opposite side to place the analysis surface of the sample on the support block.
Grim glow discharge with cathode block pressed against
Using a tube, between the anode block and the cathode block
A glow for applying voltage and causing cations to collide with the sample to sputter the sample and analyze the sample based on the measured intensity of light generated from atoms excited by the cations or electrons. In the discharge emission spectroscopy method, the heat absorbing portion of the thermoelectric cooler of the thermoelectric cooler utilizing the Peltier effect is connected to the cathode block.
Press the lock on the surface opposite to the surface pressed against the sample
While cooling the sample by Rukoto, the temperature of the analytical surface of the specimen, there is 350 ° C. or less equal to or less than the melting point or below 130 ° C. of the samples were held at the pyrolysis temperature below a predetermined temperature of the sample To keep the sputtering rate constant
It is characterized by keeping .

【0011】また、本発明に係るグロー放電発光分光分
析装置は、陽極ブロックと、支持ブロックと、試料の分
析面と反対側の面を押して上記試料の分析面を上記支持
ブロックに押し付ける陰極ブロックとを備え、上記陽極
ブロックと陰極ブロックとの間に電圧を印加して、上記
試料に陽イオンを衝突させることにより、上記試料をス
パッタリングするとともに、上記陽イオンまたは電子に
よって励起された原子から発生する光の測定強度に基づ
いて試料の分析を行うグロー放電発光分光分析装置にお
いて、ペルチェ効果を利用して上記試料を冷却する電子
冷却装置と、上記試料の分析面の温度が350℃以下で
あって当該試料の融点以下または130℃以下であって
当該試料の熱分解温度以下の一定温度を保持するよう上
記電子冷却装置を制御する温度制御手段とを備え、スパ
ッタリング速度を一定に保ち、上記電子冷却装置の有す
る電子冷却素子の吸熱部が上記陰極ブロックの試料への
押し付け面とは反対側の面に押し付けられることを特徴
としている。
Further, the glow discharge optical emission spectrometer according to the present invention comprises an anode block, a support block, and a sample separation unit.
Press the surface opposite to the analytical surface to support the analytical surface of the sample.
A cathode block pressed against the block;
Apply a voltage between the block and the cathode block to
The sample is swirled by bombarding the sample with cations.
Along with putting, the above cations or electrons are
Therefore, based on the measured intensity of light generated from the excited atoms,
Glow discharge optical emission spectroscopy
And an electronic cooling device that cools the sample by using the Peltier effect, and the temperature of the analysis surface of the sample is 350 ° C. or less.
A less melting or below 130 ° C. of the samples was
Temperature control means for controlling the electronic cooling device so as to maintain a constant temperature equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the sample ;
Maintain a constant cutting speed, and
The heat absorption part of the thermoelectric cooling element
It is characterized in that it is pressed against the surface opposite to the pressing surface .

【0012】[0012]

【作用および効果】これらの発明によれば、ペルチェ効
果を利用した応答速度の速い電子冷却装置によりスパッ
タリングによる発熱を効率的に吸熱して、低融点の試料
の分析面の温度を、当該試料の融点以下に保持するの
で、スパッタリングの際に試料の分析面が融解しないか
ら、かかる低融点の物質についても分析が可能になる。
また、熱分解を生じるおそれのある試料の分析面の温度
を、同様の冷却手段により当該試料の熱分解温度以下に
保持するので、スパッタリングの際に分析面が熱分解し
ないから、たとえば有機皮膜などについても分析が可能
になる。
According to the invention, the heat generated by sputtering is efficiently absorbed by the electronic cooling device having a high response speed utilizing the Peltier effect, and the temperature of the analysis surface of the sample having a low melting point is reduced. Since the temperature is kept below the melting point, the analysis surface of the sample does not melt at the time of sputtering, so that it is possible to analyze even such a substance having a low melting point.
In addition, since the temperature of the analysis surface of a sample that may cause thermal decomposition is maintained at a temperature equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the sample by the same cooling means, the analysis surface does not thermally decompose during sputtering. Can be analyzed.

【0013】しかも、試料の形状の大小やスパッタリン
グによる発熱量にかかわらず、試料の分析面の温度を、
当該試料の融点以下または熱分解温度以下に設定した一
定値を保持するよう制御するので、スパッタリング速度
を常に一定に保つことができる。したがって、試料の定
量分析を高精度に行うことができる。
In addition, regardless of the size of the sample and the amount of heat generated by sputtering, the temperature of the analysis surface of the sample is
Since the control is performed so as to maintain a constant value that is set to be equal to or lower than the melting point of the sample or equal to or lower than the thermal decomposition temperature, the sputtering rate can always be kept constant. Therefore, quantitative analysis of the sample can be performed with high accuracy.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の好ましい一実施例について図
面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施例
に係るグロー放電発光分光分析装置の概略構成を示す。
このグロー放電発光分光分析装置は、グロー放電を利用
した試料1へのスパッタリングにより元素に固有の波長
の光を発生させるグリムグロー放電管4と、このグリム
グロー放電管4から放出されてその窓板8を透過した光
Lが入射スリット9を通して入射する分光器10とを備
えている。分光器10は、入射した光Lを波長に応じて
異った回折角度で回折させる回折格子11、回折光を通
過させる出射スリット13および回折光の強度を測定す
る光電子増倍管12を備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a glow discharge optical emission spectrometer according to one embodiment of the present invention.
The glow discharge optical emission spectrometer includes a grim glow discharge tube 4 that generates light having a wavelength specific to an element by sputtering on a sample 1 using a glow discharge, and a window plate that is emitted from the grim glow discharge tube 4 and emits light. And a spectroscope 10 into which the light L transmitted through 8 enters through the entrance slit 9. The spectroscope 10 includes a diffraction grating 11 for diffracting the incident light L at different diffraction angles according to the wavelength, an exit slit 13 for transmitting the diffracted light, and a photomultiplier tube 12 for measuring the intensity of the diffracted light. I have.

【0015】図2は図1の分析装置におけるグリムグロ
ー放電管4を含む要部を詳細に示す構成図である。図2
において、試料1は、たとえば、めっき鋼板のような基
板3の上に,熱分解が生じるおそれのあるペイントのよ
うな有機皮膜2を有するものである。この試料1は、有
機皮膜2の表面、つまり試料1の分析面2aがOリング
16を介しグリムグロー放電管4の支持ブロック5に気
密に押し付けられており、表面2aの反対側の面に陰極
ブロック17が押し付けられている。グリムグロー放電
管4は、一般的に用いられている中空陽極型のものを示
してあり、支持ブロック5と陽極ブロック6とが、絶縁
物であるテフロンワッシャ7を介して接合されている。
陽極ブロック6は、アルゴンガス供給孔6aと、第1お
よび第2真空排気孔6b,6cとを有しており、管内S
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6には、中空陽極管6dが一体形成さ
れており、この陽極管6dは、テフロンワッシャ7を貫
通して、試料1の分析面2aに近接している。
FIG. 2 is a configuration diagram showing in detail a main part including the grim glow discharge tube 4 in the analyzer of FIG. FIG.
The sample 1 has an organic film 2 such as a paint on which thermal decomposition may occur, for example, on a substrate 3 such as a plated steel plate. In this sample 1, the surface of the organic film 2, that is, the analysis surface 2a of the sample 1 is pressed air-tight against the support block 5 of the Grim glow discharge tube 4 via the O-ring 16, and the cathode opposite to the surface 2a Block 17 is pressed. The Grimm glow discharge tube 4 is of a generally used hollow anode type, and a support block 5 and an anode block 6 are joined via a Teflon washer 7 which is an insulator.
The anode block 6 has an argon gas supply hole 6a and first and second vacuum exhaust holes 6b and 6c.
Is a rare gas atmosphere of argon (4 to 10 Torr). A hollow anode tube 6d is formed integrally with the anode block 6, and this anode tube 6d penetrates the Teflon washer 7 and is close to the analysis surface 2a of the sample 1.

【0016】上記グリムグロー放電管4は、陽極ブロッ
ク6と陰極ブロック17との間に電源部18により高周
波または直流高電圧を印加してグロー放電を発生させる
とともに、一般に銅からなる陰極ブロック17を通じ試
料1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1の分析面2aに衝突さ
せて、試料1をスパッタリングするものである。
The grim glow discharge tube 4 generates a glow discharge by applying a high frequency or a DC high voltage from a power supply section 18 between the anode block 6 and the cathode block 17, and passes through the cathode block 17, which is generally made of copper. A negative voltage is applied to the sample 1, and cations of argon generated by generation of glow discharge collide with the analysis surface 2a of the sample 1, thereby sputtering the sample 1.

【0017】上記支持ブロック5には、この支持ブロッ
ク5を冷却する冷却液Kのジャケット5bが形成されて
いる。このジャケット5bには、冷却液導入路5aおよ
び冷却液排出路5cが連通している。冷却液Kとして
は、たとえば、エチレングリコール入りの水などが用い
られる。この冷却液Kは、図示しないクーラにより冷却
された後、冷却液導入路5aからジャケット5bに導入
され、支持ブロック5を介して試料1および陽極管6d
を冷却する。
The support block 5 is provided with a jacket 5b of a cooling liquid K for cooling the support block 5. The coolant introduction passage 5a and the coolant discharge passage 5c communicate with the jacket 5b. As the cooling liquid K, for example, water containing ethylene glycol is used. After being cooled by a cooler (not shown), the cooling liquid K is introduced into the jacket 5b from the cooling liquid introduction path 5a, and is passed through the support block 5 to the sample 1 and the anode tube 6d.
To cool.

【0018】上述のグロー放電発光分光分析装置は、試
料1の分析面2aを、支持ブロック5に埋設されたOリ
ング16で真空シールして支持ブロック5に押し付け
て、その試料1により中空陽極管6dを収納する支持ブ
ロック5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。
In the glow discharge optical emission spectrometer described above, the analysis surface 2a of the sample 1 is vacuum-sealed with an O-ring 16 embedded in the support block 5 and pressed against the support block 5, and the sample 1 is used to form a hollow anode tube. The inner space of the support block 5 that houses 6d is closed, and the inner space is evacuated.

【0019】つぎに、上記構成の動作を説明する。図2
の陰極ブロック17と陽極ブロック6との間に、電源部
18により数百〜数千ボルトの高周波高電圧を印加する
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1に衝突
し、有機皮膜2の表面の分析面2aから原子をたたき出
す。たたき出された原子は、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8を透過し、図1の入射ス
リット9を通して、分光器10の回析格子11に向か
う。この回析格子11は、所定の波長の光を回析させ、
出射スリット13を通して、光電子増倍管12に入射さ
せる。光電子増倍管12は入射した光の強度を測定す
る。
Next, the operation of the above configuration will be described. FIG.
When a high-frequency high voltage of several hundred to several thousand volts is applied between the negative electrode block 17 and the positive electrode block 6 by the power supply unit 18, glow discharge is generated, and cations of argon are generated. The generated Ar ions collide with the sample 1, which is a cathode, and strike out atoms from the analysis surface 2a of the surface of the organic film 2. The knocked-out atoms are excited by Ar ions or electrons, and emit light unique to the element when returning to the ground state again. This light L passes through the window plate 8 and travels through the entrance slit 9 in FIG. 1 to the diffraction grating 11 of the spectroscope 10. This diffraction grating 11 diffracts light of a predetermined wavelength,
The light enters the photomultiplier tube 12 through the exit slit 13. The photomultiplier tube 12 measures the intensity of the incident light.

【0020】一方、図2の有機皮膜2は、上記Arイオ
ンの衝突によりスパッタリングされ、その層厚が時間の
経過とともに徐々に薄くなる。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、以下の方法により元素の分析を行う。まず、予
め、濃度が既知の複数の標準試料を用意し、それぞれに
ついて、光Lの強度を測定して、その平均値から濃度と
光Lの強度との関係を求めておく。つづいて、分析しよ
うとする試料についての光Lの強度を求め、上記関係に
基づいて元素の濃度を求める。
On the other hand, the organic film 2 shown in FIG. 2 is sputtered by the above-mentioned bombardment of Ar ions, and its thickness gradually decreases with time. Thus, the measured intensity is measured as the sputtering time elapses, and a spectrum with respect to the time elapse of the analysis element is obtained. From the spectrum, the element is analyzed by the following method. First, a plurality of standard samples whose concentrations are known are prepared in advance, the intensity of the light L is measured for each of them, and the relationship between the concentration and the intensity of the light L is obtained from the average value. Subsequently, the intensity of light L for the sample to be analyzed is determined, and the concentration of the element is determined based on the above relationship.

【0021】ところで、かかる分析方法では、試料1を
スパッタリングするので、試料1の分析面2aが昇温す
る。そこで、本発明は、試料1をスパッタリングする際
に、試料1の分析面2aの温度を、当該有機皮膜2を構
成するペイントの熱分解温度以下の一定温度を保持する
よう制御する。一方、試料が半田、錫、ビスマス、鉛な
どの融点が350℃以下の低融点金属である場合は、そ
の試料1の分析面2aの温度を当該試料1の融点以下の
一定温度を保持するよう制御する。
In this analysis method, since the sample 1 is sputtered, the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 rises. Therefore, in the present invention, when sputtering the sample 1, the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is controlled so as to maintain a constant temperature equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the paint forming the organic film 2. On the other hand, when the sample is a low melting point metal such as solder, tin, bismuth, and lead having a melting point of 350 ° C. or less, the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is maintained at a constant temperature equal to or lower than the melting point of the sample 1. Control.

【0022】つぎに、上述のように試料1を所要の一定
温度に保持するための冷却手段について詳述する。図2
において、陰極ブロック17の試料1への押し付け面と
は反対側の面に、周知の電子冷却素子20の吸熱部(コ
ールド・ジャンクション部分)20aが押し付けられて
おり、電子冷却素子20の放熱部(ホット・ジャンクシ
ョン部分)20bには熱交換器21が接続されている。
電子冷却素子20には、制御電源22からフイルタ回路
23を通じて制御電圧が印加される。この電子冷却素子
20、熱交換器21、制御電源22およびフイルタ回路
23により、ペルチェ効果を利用して陰極ブロック17
を介し上記試料1を冷却する電子冷却装置24が構成さ
れている。
Next, the cooling means for maintaining the sample 1 at a required constant temperature as described above will be described in detail. FIG.
In FIG. 2, a heat absorbing portion (cold junction portion) 20a of a well-known electronic cooling element 20 is pressed against a surface of the cathode block 17 opposite to a surface pressed against the sample 1, and a heat radiating portion of the electronic cooling element 20 is formed. A heat exchanger 21 is connected to the hot junction portion 20b.
A control voltage is applied to the electronic cooling element 20 from a control power supply 22 through a filter circuit 23. The electronic cooling element 20, the heat exchanger 21, the control power supply 22, and the filter circuit 23 use the Peltier effect to make the cathode block 17
An electronic cooling device 24 that cools the sample 1 through the above is configured.

【0023】上記電子冷却装置24は、試料1の分析面
2aの温度が当該試料1の融点以下または熱分解温度以
下の一定値を保持するよう温度制御手段25により制御
される。この温度制御手段25は、試料1の分析面2a
の温度を熱電対のような温度センサ25で測定し、この
測定温度温データcをフイルタ回路27およびアイソレ
ーションアンプのような絶縁回路28を介して誤差増幅
器29に入力する。誤差増幅器29は、上記測定温度デ
ータcと温度設定部30で予め設定された設定温度デー
タdとを比較して、その差を増幅した制御信号eを制御
電源22に対し出力する。制御電源22は、電子冷却素
子20への印加電圧を制御信号eがゼロになるよう可変
する。なお、ローパスのフイルタ回路23,27および
絶縁回路28は、試料1の分析面2aの温度の測定に際
して、電源部18からの高電圧および高周波の影響を除
外するために設けられている。
The electronic cooling device 24 is controlled by a temperature control means 25 so that the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is maintained at a constant value below the melting point of the sample 1 or below the thermal decomposition temperature. The temperature control means 25 controls the analysis surface 2a of the sample 1.
Is measured by a temperature sensor 25 such as a thermocouple, and the measured temperature data c is input to an error amplifier 29 via a filter circuit 27 and an insulation circuit 28 such as an isolation amplifier. The error amplifier 29 compares the measured temperature data c with the set temperature data d set in advance by the temperature setting unit 30, and outputs a control signal e obtained by amplifying the difference to the control power supply 22. The control power supply 22 varies the voltage applied to the electronic cooling element 20 so that the control signal e becomes zero. The low-pass filter circuits 23 and 27 and the insulating circuit 28 are provided to exclude the influence of high voltage and high frequency from the power supply unit 18 when measuring the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1.

【0024】上記冷却手段の動作について説明する。電
子冷却素子20は、電子が一方の熱電半導体から金属電
極で接合された他方の熱電半導体に流れるときに、ペル
チェ効果によって吸熱部20aで吸熱し、かつ放熱部2
0bで発熱が起こり、熱が吸熱部20aから放熱部20
bにポンピングされる。すなわち、吸熱部20aでは、
電子が低エネルギーの状態から高エネルギーの状態に移
行するので、回りの結晶格子の振動エネルギーを熱の形
で電子に吸収し、その結果、温度が低下するので、陰極
ブロック17を冷却する。
The operation of the cooling means will be described. When electrons flow from one thermoelectric semiconductor to the other thermoelectric semiconductor joined by a metal electrode, the thermoelectric cooling element 20 absorbs heat at the heat absorbing portion 20 a by the Peltier effect, and
0b, heat is generated, and heat is transferred from the heat absorbing section 20a to the heat radiating section 20a.
Pumped to b. That is, in the heat absorbing section 20a,
As the electrons transition from the low energy state to the high energy state, the vibrational energy of the surrounding crystal lattice is absorbed by the electrons in the form of heat, and as a result, the temperature is reduced, so that the cathode block 17 is cooled.

【0025】一方、放熱部20bでは、電子が吸熱部2
0aとは逆方向に流れ、吸熱部20aで格子振動エネル
ギーを吸収した電子が高エネルギー状態から低エネルギ
ーへと移行し、余ったエネルギーを回りの結晶格子に与
えて、格子の振動エネルギーが増加し、その結果、温度
が上昇し、放熱部20bから熱交換器21を通して外気
に余分な熱を放出する。上記電子の流れを行わせるエネ
ルギーは、制御電圧22からの電圧印加により供給され
ている。
On the other hand, in the heat radiating portion 20b, electrons are transferred to the heat absorbing portion 2b.
0a, the electrons that have absorbed the lattice vibration energy in the heat absorbing portion 20a shift from a high energy state to a low energy state, and give the surplus energy to the surrounding crystal lattice, and the vibration energy of the lattice increases. As a result, the temperature rises, and extra heat is released from the radiator 20b to the outside air through the heat exchanger 21. The energy for causing the flow of electrons is supplied by applying a voltage from the control voltage 22.

【0026】ところで、上記実施例では、電子冷却素子
20により陰極ブロック17を冷却し、この陰極ブロッ
ク17を通じて試料1を冷却しており、さらに、試料1
の分析面2aの温度を温度センサ26で測定し、この測
定温度データcと設定温度データdとを比較して分析面
2aの温度をフィードバック制御している。このときの
陰極ブロック17の測定温度と試料1の分析面2aの測
定温度との実測値を、下記の表1に示す。
In the above embodiment, the cathode block 17 is cooled by the electronic cooling element 20 and the sample 1 is cooled through the cathode block 17.
The temperature of the analysis surface 2a is measured by the temperature sensor 26, and the measured temperature data c is compared with the set temperature data d to feedback-control the temperature of the analysis surface 2a. Table 1 below shows actual measured values of the measured temperature of the cathode block 17 and the measured temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 at this time.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】上記表1において、測温点は陰極ブロッ
ク17であり、測温点は試料1の分析面2aである。
この表1のように、制御電源22の制御電圧値Vおよび
電圧印加時間に対応して陰極ブロック17の温度がほぼ
一定に決定され、この陰極ブロック17の温度に対応し
て試料1の分析面2aの温度がほぼ一定に決定される。
したがって、誤差増幅器29では、測温点(分析面)
の温度と温度設定部30による分析面2aの設定温度と
を比較し、その差に基づいて制御信号eを出力する。ま
た、陰極ブロック17は熱容量が小さくかつ熱伝導率の
大きい素材で形成されており、電子冷却素子20は応答
速度が速い。これにより、試料1の分析面2aのスパッ
タリングによる発熱が陰極ブロック17を介して電子冷
却素子20に効率的かつ迅速に吸収されて、試料1の分
析面2aの温度は、温度設定部30の設定温度に常に一
定になるよう正確にフィードバック制御される。
In Table 1, the temperature measuring point is the cathode block 17, and the temperature measuring point is the analysis surface 2 a of the sample 1.
As shown in Table 1, the temperature of the cathode block 17 is determined to be substantially constant according to the control voltage value V of the control power supply 22 and the voltage application time, and the analysis surface of the sample 1 is determined according to the temperature of the cathode block 17. The temperature of 2a is determined almost constant.
Therefore, in the error amplifier 29, the temperature measurement point (analysis surface)
Is compared with the temperature set on the analysis surface 2a by the temperature setting unit 30, and a control signal e is output based on the difference. Further, the cathode block 17 is formed of a material having a small heat capacity and a high thermal conductivity, and the electronic cooling element 20 has a high response speed. As a result, heat generated by sputtering on the analysis surface 2a of the sample 1 is efficiently and quickly absorbed by the electron cooling element 20 via the cathode block 17, and the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is set by the temperature setting unit 30. Feedback control is accurately performed so that the temperature is always constant.

【0029】したがって、たとえば、ペイントの場合、
130℃で熱分解を生じるので、分析面2aの温度を1
30℃以下の一定の温度に保持する。一方、低融点金
属、たとえば、ビスマスはその融点が271℃であるか
ら、この場合は、試料1の分析面2aの温度を271℃
以下の一定温度に保持する。これにより、熱分解を生じ
るおそれのある試料1であっても、試料1が熱分解する
ことがなく、一方、低融点の試料1であっても融解する
ことがないから、いずれの試料1についても分析が可能
になる。
Therefore, for example, in the case of paint,
Since thermal decomposition occurs at 130 ° C., the temperature of the analysis surface 2a is set to 1
Maintain a constant temperature of 30 ° C. or less. On the other hand, since the melting point of a low melting point metal such as bismuth is 271 ° C., in this case, the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is set to 271 ° C.
Maintain the following constant temperature. As a result, even if the sample 1 is likely to undergo thermal decomposition, the sample 1 is not thermally decomposed, while the sample 1 having a low melting point is not melted. Can also be analyzed.

【0030】しかも、試料1の分析面2aの温度を、試
料1の形状の大小やスパッタリングの発熱量にかかわら
ず、常に一定値を保持するよう制御する。そのため、ス
パッタリング速度を常に一定に保つことができる。たと
えば、図3は、図4により実測したのと同一の試料1の
実測値を示し、Aが炭素の特性曲線、Bが鉄の特性曲線
である。いずれの特性曲線A,Bも濃度分布が均一であ
り、実際の濃度分布を正確に示している。したがって、
試料1の定量分析を高精度に行うことができる。
In addition, the temperature of the analysis surface 2a of the sample 1 is controlled so as to always maintain a constant value irrespective of the size of the shape of the sample 1 and the amount of heat generated by sputtering. Therefore, the sputtering rate can always be kept constant. For example, FIG. 3 shows the measured values of the same sample 1 as actually measured in FIG. 4, where A is a characteristic curve of carbon and B is a characteristic curve of iron. Each of the characteristic curves A and B has a uniform density distribution, and accurately indicates the actual density distribution. Therefore,
The quantitative analysis of the sample 1 can be performed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る分析装置を示す概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an analyzer according to one embodiment of the present invention.

【図2】同上分析装置の要部を詳細に示した構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of the analyzer in detail;

【図3】同上分析装置による実測結果を示す特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an actual measurement result by the analyzer.

【図4】従来の分析装置による実測結果を示す特性図で
ある。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a measurement result by a conventional analyzer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、2a…分析面、24…電子冷却装置、25…
温度制御手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample, 2a ... Analysis surface, 24 ... Electronic cooling device, 25 ...
Temperature control means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 公 千葉県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5−251537(JP,A) 特開 平7−120394(JP,A) 実開 昭60−8865(JP,U) 実開 昭59−54840(JP,U) 実開 昭60−17427(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/62 - 21/74 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Kimi Yamamoto 1st Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Works, Steel Research Laboratory JP-A-7-120394 (JP, A) JP-A-60-8865 (JP, U) JP-A-59-54840 (JP, U) JP-A-60-17427 (JP, U) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 21/62-21/74 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 陽極ブロックと、支持ブロックと、試料
の分析面と反対側の面を押して上記試料の分析面を上記
支持ブロックに押し付ける陰極ブロックとを備えたグリ
ムグロー放電管を用い、上記陽極ブロックと陰極ブロッ
クとの間に電圧を印加して、上記試料に陽イオンを衝突
させることにより、上記試料をスパッタリングするとと
もに、上記陽イオンまたは電子によって励起された原子
から発生する光の測定強度に基づいて試料の分析を行う
グロー放電発光分光分析方法において、 ペルチェ効果を利用した電子冷却装置が有する電子冷却
素子の吸熱部を上記陰極ブロックの試料への押し付け面
とは反対側の面に押し付けることによって上記試料を冷
却しながら、この試料の分析面の温度を、350℃以下
であって当該試料の融点以下または130℃以下であっ
て当該試料の熱分解温度以下の一定温度に保持して、ス
パッタリング速度を一定に保つことを特徴とするグロー
放電発光分光分析方法。
An anode block, a support block, and a sample
Press the surface opposite to the analysis surface of
A grip with a cathode block pressed against a support block
The above anode block and cathode block were
The sample is sputtered by applying a voltage to the sample and causing the cations to collide with the sample, and the sample is sampled based on the measured intensity of light generated from atoms excited by the cations or electrons. in glow discharge emission spectroscopic analysis method for analyzing a, electronic cooling of the electronic cooling device utilizing the Peltier effect
The surface where the heat absorbing part of the element is pressed against the sample of the cathode block
While cooling the sample by pressing it against the surface on the opposite side, the temperature of the analysis surface of this sample is set to 350 ° C. or less.
And the temperature is below the melting point of the sample or below 130 ° C.
To a constant temperature below the pyrolysis temperature of the sample .
A glow discharge emission spectroscopy method characterized by maintaining a constant putting speed .
【請求項2】 陽極ブロックと、支持ブロックと、試料
の分析面と反対側の面を押して上記試料の分析面を上記
支持ブロックに押し付ける陰極ブロックとを備え、上記
陽極ブロックと陰極ブロックとの間に電圧を印加して、
上記試料に陽イオンを衝突させることにより、上記試料
をスパッタリングするとともに、上記陽イオンまたは電
子によって励起された原子から発生する光の測定強度に
基づいて試料の分析を行うグロー放電発光分光分析装置
において、 ペルチェ効果を利用して上記試料を冷却する電子冷却装
置と、 上記試料の分析面の温度が350℃以下であって当該試
料の融点以下または130℃以下であって当該試料の
分解温度以下の一定温度を保持するよう上記電子冷却装
置を制御する温度制御手段とを備え、スパッタリング速
度を一定に保ち、 上記電子冷却装置の有する電子冷却素子の吸熱部が上記
陰極ブロックの試料への押し付け面とは反対側の面に押
し付けられる ことを特徴とするグロー放電発光分光分析
装置。
2. An anode block, a support block, and a sample
Press the surface opposite to the analysis surface of
A cathode block pressed against the support block,
Apply a voltage between the anode block and the cathode block,
In a glow discharge emission spectrometer, which collides cations with the sample to sputter the sample and analyze the sample based on the measured intensity of light generated from atoms excited by the cations or electrons. An electronic cooling device that cools the sample by using the Peltier effect; and a temperature of an analysis surface of the sample is 350 ° C. or less and a melting point or less of the sample or 130 ° C. or less and a thermal decomposition temperature of the sample or less. Temperature control means for controlling the electronic cooling device so as to maintain a constant temperature of , the sputtering speed
Degree, the heat absorption part of the electronic cooling element of the electronic cooling device is
Press the cathode block on the surface opposite to the surface pressed against the sample.
A glow discharge optical emission spectrometer characterized by being attached .
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