JP3345490B2 - 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装置

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JP3345490B2 JP32112193A JP32112193A JP3345490B2 JP 3345490 B2 JP3345490 B2 JP 3345490B2 JP 32112193 A JP32112193 A JP 32112193A JP 32112193 A JP32112193 A JP 32112193A JP 3345490 B2 JP3345490 B2 JP 3345490B2
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昇 山下
文夫 平本
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理学電機工業株式会社
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • 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
    • G01N21/67Systems 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 using electric arcs or discharges

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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(減圧手段)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、円筒状の中空陽極管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を貫通して支持ブロック2の内方空間に収納さ
れて、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】上記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まで送給することにより、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3
d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の内方空間の開口部
を密閉し、この内方空間を真空引きするようになってい
る。そのため、分析対象となる試料5は、Oリング6の
全周部に接合できる外形を有するとともに分析対象面5
aが平面となった形状のものに限られ、Oリング6の全
周部に接合できない小さい外形サイズの試料や、分析対
象面が平面でない球形や円柱状の試料は、支持ブロック
2にこれの内方空間を密閉するよう押し付けられないの
で、分析することができない。
【0006】そこで本発明は、支持ブロックの内方空間
の開口部を密閉できない小さな外形サイズの試料や、分
析対象面が非平面の試料をも分析することが可能なグロ
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。
【0007】
【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
クの内容空間を真空引きする減圧手段と、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ホルダ
と、上記陽極ブロックと試料ホルダ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、上記試
料ホルダは、その内面における上記陽極管と対向する部
分に陽極管に向かって凹入する凹所が形成され、この凹
所に上記陽極管の中空部に臨む開口が形成されており、
試料が上記凹所内に配置されて、試料の分析対象面が上
記開口を通して陽極管の中空部に臨んでいる。さらに、
上記試料ホルダが、試料を上記凹所に押し付ける押圧板
を有し、その押圧板に水ジャケットが形成され、その水
ジャケットの両端開口部に、試料ホルダに設けられた冷
却液導入路および冷却液排出路が連通している。
【0008】
【作用】試料を、これの分析対象面を開口に向けて凹所
内に配置した状態で試料ホルダに取り付け、この試料を
取り付けた試料ホルダの外面を、シール部材を介して支
持ブロックに押し付けると、分析対象面が、開口を通し
て陽極管の中空部に臨み、試料により開口を閉塞された
試料ホルダが、シール部材を介して支持ブロックの内方
空間の開口部を密閉する。したがって、シール部材より
も小さい外形サイズの試料を、シール部材よりも大きな
外形サイズの試料ホルダを介して支持ブロックに気密状
態に取り付けて、凹所の開口を介しスパッタリングして
分析を行うことができる。また、試料の片方の面全体
に、冷却構造を備えた押圧板が接触して、試料を十分に
冷却できる。
【0009】
【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。図1は本発明の実施例に係る
グロー放電発光分光分析装置の概略構成を示す。同図に
おいて、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。
【0010】図2は図1の分析装置におけるグリムグロ
ー放電管10の参考となる構成例を示す。図2の放電管
10は、分析対象面11aが平面で、且つその面積がシ
ール部材としてのOリング6内に納まる比較的小さな外
形サイズの試料11の分析を行うためのものを例示して
いる。この試料11が内装される試料ホルダ12は、上
方に開口した箱形のホルダ本体12aと、このホルダ本
体の開口部をカバーする金属製のマスク板12bとを、
Oリング7を介して気密状態に一体に接合した構成にな
っており、図示しない押圧装置により、支持ブロック2
に押し当てられている。マスク板12bは、平板状であ
り、Oリング6を介し支持ブロック2に気密状態に押し
付けられている。マスク板12bの内面における陽極管
3dに対向する部分には、試料11を挿入する凹所12
cが陽極管3dに向かって凹入する方向に形成され、さ
らに、この凹所12cに、陽極管3dの内径と同一内径
の開口12dが形成されている。
【0011】試料11は、スプリングのような弾性体8
により、凹所12cの底面に分析対象面11aが押し付
けられて開口12dを閉塞する状態に保持され、分析対
象面11aが開口12dを通して陽極管3dの中空部に
臨んでいる。したがって、Oリング6の径に対し格段に
小さい外形サイズの試料11を、Oリング6の全周部に
接合する面積を有するマスク板12bを備えた試料ホル
ダ12を介して、支持ブロック2に気密状態に押し付け
て取り付けることができる。
【0012】また、ホルダ本体12aは、冷却液導入路
12eから冷却液排出路12fまで冷却液Kを送給する
冷却構造を備えており、マスク板12bを介し試料11
を冷却するようになっている。さらに、ホルダ本体12
aに真空排気孔12gが穿孔されており、装置の起動時
に、この真空排気孔12gを通じホルダ本体12a内を
真空引きしている。試料11と凹所12cの底面との間
は完全に気密ではないから、陽極ブロック3の管内Vの
真空引きの際に、ホルダ12内の空気が管内Vに侵入し
て管内Vの真空度を低下させるのを防止するために、ホ
ルダ12内を真空引きしているのであり、このホルダ1
2内の真空引きにより、管内Vが真空に達するまで、つ
まり測定開始までの時間の短縮を図れる。この真空排気
孔12gを設けずに、試料ホルダ12を密閉構造として
も、支持ブロック2の内方空間が真空引きされるのに伴
って試料ホルダ12内も徐々に真空状態に近づくため、
特に支障はない。
【0013】つぎに、上記構成の動作を説明する。図2
の陰極である支持ブロック2を介して試料11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、陽極管3dと試料11との間にグ
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、開口12dを通り陰極である試
料11の分析対象面11aに衝突して、試料11の分析
対象面11aから原子をたたき出す。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1
4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。
【0014】一方、試料11の分析対象面11aは、上
記Arイオンの衝突によりスパッタリングされ、その厚
さ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、周知の方法により分析対象面11
aの深さ方向の元素濃度分布を得る。
【0015】前記参考となる構成例において、試料11
のスパッタ効率を向上させるために、図3のマスク板1
2bにおける凹所12cの形成部分の肉厚d1は、可及
的に薄くする必要がある。これは、陽極管3dの端面3
daと、陽極管3dの中空部に対面する試料11の分析
対象面11aとの距離dを、通常の試料・アノード電極
間の間隔(150〜200μm程度)と同程度に小さく
するためであり、この距離dが大きくなると、発光条件
が変化してしまうからである。
【0016】また、マスク板12bの凹所12cの形成
部分における陽極管3dの端面3daとの対向面は、両
者の間隙d2が150〜200μmの範囲よりも小さく
なるため、放電は起こらない。開口12dの内径が陽極
管3dの内径よりも大きいと、陽極管3dの端面3da
と分析対象面11aとの間で放電が発生し、その放電状
態は陽極管3d内での放電状態とは異種のものであるた
め、安定したデータが得られない不都合が生じる。その
ため、前記参考となる構成例では、開口12dの内径を
陽極管3dの内径と同一として、前述の極小の間隙d2
を維持するようにして、上記放電の発生を防止してい
る。
【0017】図4は、本発明の実施例に係る要部の断
面図を示し、試料11の冷却を効果的に行う場合の構成
を例示している。前記参考となる構成例においては、試
料11とマスク板12bの凹所12cとの相互の接触部
分を通じてのみ熱伝導されるだけなので、試料11が十
分に冷却されないために、スパッタリングによる熱で試
料11の温度が高くなって、分析に支障を来す場合もあ
る。
【0018】そこで、図4の実施例では、試料ホルダ1
2Aを次のような構成とした。すなわち、弾性体8の付
勢力により試料11を凹所12c内に押し付ける押圧板
12hに、水ジャケット12iを形成し、この水ジャケ
ット12iの両端開口部に、ホルダ本体12aの冷却液
導入路12eおよび冷却液排出路12fをそれぞれ連通
させて、押圧板12hに冷却構造を付加し、この押圧板
12hを試料11に直接当て付けて押圧する構成として
いる。そのため、試料11の片方の面全体に、冷却構造
を備えた押圧板12hが接触して、試料11を十分に冷
却できる。なお、この冷却構造を具備した押圧板12h
に代えて、冷却構造を持たない熱容量の極めて大きな素
材により形成された裏当板を用いても、やはり冷却を効
果的に行うことができる。
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のグロー放
電発光分光分析装置によると、シール部材よりも小さい
外形サイズの試料であっても、シール部材よりも大きな
試料ホルダを介して支持ブロックに気密状態で取り付け
て、凹所の開口を介し試料の分析対象面をスパッタリン
グして試料の分析を行える。また、試料の片方の面全体
に、冷却構造を備えた押圧板が接触して、試料を十分に
冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る分析装置の概略構成図
である。
【図2】同上分析装置におけるグリムグロー放電管の
考となる構成例を示す断面図である。
【図3】同上グリムグロー放電管の要部を示す断面図で
ある。
【図4】本発明の実施例の要部を示す断面図である。
【図5】従来装置におけるグリムグロー放電管の断面図
である。
【符号の説明】
2…支持ブロック、3…陽極ブロック、3b,3c…真
空排気孔、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、11a…
分析対象面、12,12A…試料ホルダ、12c…
所、12d…開口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−96087(JP,A) 特開 昭58−77640(JP,A) 特開 昭60−10154(JP,A) 実開 平3−91959(JP,U) 実開 平4−127562(JP,U) 実開 昭63−188550(JP,U) 実開 昭62−160354(JP,U) 実開 昭60−8865(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)

Claims (1)

    (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容空間を真空引きする減圧手段
    と、 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
    試料ホルダと、 上記陽極ブロックと試料ホルダ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、 上記試料ホルダは、その内面における上記陽極管と対向
    する部分に陽極管に向かって凹入する凹所が形成され、 この凹所に上記陽極管の中空部に臨む開口が形成されて
    おり、 試料が上記凹所内に配置されて、試料の分析対象面が上
    記開口を通して陽極管の中空部に臨んでおり、上記試料ホルダが、試料を上記凹所に押し付ける押圧板
    を有し、 その押圧板に水ジャケットが形成され、その水ジャケッ
    トの両端開口部に、試料ホルダに設けられた冷却液導入
    路および冷却液排出路が連通している グロー放電発光分
    光分析装置。
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