JP3591156B2

JP3591156B2 - 分光分析装置

Info

Publication number: JP3591156B2
Application number: JP25922696A
Authority: JP
Inventors: 智之平野; 健介大穂
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10104068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を有する分光分析装置に係り、詳しくは、回折格子を回転させる部分の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶液試料の元素濃度の分析には、多くの場合、ＩＣＰ発光分光分析装置のような分光分析装置が使用される。ＩＣＰ発光分光分析装置は、高周波誘導結合プラズマを発光源とするものである。
【０００３】
分光分析装置の一例として、図４に従来のＩＣＰ発光分光分析装置の概略構成を示す。
【０００４】
ＩＣＰ発光分光分析装置では、プラズマトーチからなる発光部３１で試料を発光させ、この発光部３１からの試料の放射光を集光レンズ３２や、入口スリット３３や凹面鏡３４を介して回折格子３５に導く。そして、この回折格子３５で放射光を各波長のスペクトル光に分光し、そのうち特定の波長のスペクトル光を、凹面鏡３６や出口スリット３７を通じ、フォトマルチプライヤのような光検出器３８に導いて検出し、これによって、試料に含まれる元素の定性、定量分析を行う。
【０００５】
前記の回折格子３５には、その角度を変えるための回転機構３９が設けられ、また、出口スリット３７には、これを光検出器３８の手前で横方向に移動させる横移動機構４０が設けられている。
【０００６】
回折格子３５の回転機構３９は、サインバーを用いたものが一般的で、その機構は、回折格子３５の回転軸に取り付けられたサインバー４１のほかに、パルスモータ４２、このパルスモータ４２に回転駆動されるネジ軸４３、ネジ軸４３に螺合しネジ軸４３の回転により軸方向にスライドするスライダ４４等を備えている。この機構３９では、ネジ軸４３の回転によりスライダ４４がスライドすることで、サインバー４１が押動されて揺動し、これとともに回折格子３５が回転しその角度が変わる。
【０００７】
ほかに、回折格子の回転機構としては、図示しないが、回折格子の回転軸にパルスモータを直結し、パルスモータで直接的に回折格子を回転させるようにしたものもある。
【０００８】
出口スリット３７の横移動機構４０は、例えば、パルスモータ４５とネジ軸４６とを組み合わせたもので、ネジ軸４６に螺合する雌ネジ体４７が出口スリット３７の側に取り付けられており、ネジ軸４６が回転することで、出口スリット３７が横移動する。
【０００９】
このような分光分析装置で特定の波長のスペクトル光を選別し検出するには、まず、回転機構３９によって回折格子３５の角度を変えて、特定の波長のスペクトル光を光検出器３８の側に導く。そして、光検出器３８の手前で、出口スリット３７を横移動機構により横方向に移動させてスペクトルピークを検出する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の分光分析装置は、回折格子３５の回転角度と、出口スリット３７の横位置とを調整しなければならず、２つの部分で調整を必要とするものであった。そのため、これらの調整に手間と時間がかかり、分析を迅速に進められないという問題があった。また、各機構の機械的精度が重畳的に分析精度に影響を及ぼすことになるので、高い分解能が得られないという問題もあった。
【００１１】
ところで、従来の分光分析装置において、このように回折格子の回転角度を調整するだけでなく、出口スリットの横位置の調整を行うには、次のような事情がある。
【００１２】
すなわち、従来の回折格子の回転機構では、微小角度の回転が難しく、また、その回転角度を検出するロータリーエンコーダにも、微小角度を検出しうるものが得難く、回折格子の回転角度を細かく調整することができなかったからである。そのため、回折格子より後段で、出口スリットを横移動させる必要があった。
【００１３】
もちろん、コストや価格を無視すれば、高精度な回転機構や、微小角度を検出しうるロータリーエンコーダが得られないわけではないが、それでは装置全体が極めて高価となり、実現性に乏しい。
【００１４】
ところが、ロータリーエンコーダについては、最近、その信号処理の技術が進歩し、比較的安価なロータリーエンコーダでも、その角度検出信号を較正処理することで、微小な回転角度を検出することが可能になってきた。
【００１５】
本発明は、このような現状に鑑み、回折格子の回転角度を調整するだけで、高精度にスペクトルプロファイルデータが得られるようにし、調整を簡単化して分析を迅速に行えるようにするとともに、より高精度の分析を可能にすることを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、回折格子により分光を行う分光分析装置において、回折格子を回転させる回転機構と、この回転機構の駆動部と回折格子側の被駆動部との間に設けられた圧電素子により構成された微量駆動手段と、回転軸において回折格子の回転角度を検出する角度検出手段と、制御部とを備え、前記制御部は、回転機構の駆動で回転した回折格子の回転角度を角度検出手段により検出し、その検出信号に基づいて微量駆動手段を駆動して回折格子の回転角度を微量的に補正する構成とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明の詳細を説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係るＩＣＰ発光分光分析装置の構成図である。このＩＣＰ発光分光分析装置は、サインバーを含む回転機構と、サインバーの遊端と該部を押動するスライダとの間に設けられた微量駆動手段とを備えていることに特徴を有している。以下、その構成を詳細に説明する。
【００１８】
このＩＣＰ発光分光分析装置は、ツェルニターナ型の分光部を有するもので、図１中、符号１はプラズマトーチからなる試料の発光部で、この発光部１からの放射光は、集光レンズ２で集光されてハウジング３内に入射し、入口スリット４、２つの凹面鏡５、６、回折格子７、出口スリット８を通じて、フォトマルチプライヤのような光検出器９に導かれる。
【００１９】
回折格子７には、サインバーを用いた回転機構１０が設けられている。この回転機構１０は、回折格子７の回転軸（図示省略）に取り付けられたサインバー１１のほかに、パルスモータ１２、このパルスモータ１２に回転駆動されるネジ軸１３、ネジ軸１３に螺合しネジ軸１３の回転により軸方向にスライドするスライダ１４や、サインバー１１をスライダ１４の側に引き寄せるバネ１５等を備えたものである。
【００２０】
また、回折格子７の回転軸には、その回転角度を検出する手段として、ロータリーエンコーダ１６が直結されている。
【００２１】
さらに本発明では、この回転機構１０の内部に回折格子７を微量的に回転させるための微量駆動手段１７が設けられている。この微量駆動手段１７は、例えば圧電素子から構成されて、電圧の印加により微量的に伸縮するもので、本実施の形態では、その一端がサインバー１１の遊端に接触する向きで他端がスライダ１４に取り付けられている。
【００２２】
前記の出口スリット８は定位置に固定されている。出口スリット８には、従来例のように、これを入射光に対して横方向に移動させる横移動機構を付設してもよいが、本発明では後に説明するような理由で、出口スリット８の横位置調整の必要性を無くすことができるので、横移動機構を省略して出口スリット８を固定している。
【００２３】
また、符号１８は、上記した装置各部分の動作を制御する制御部である。この制御部１８は、回折格子７の回転角度の調整については、回転機構１０のパルスモータ１２の駆動を制御するほか、ロータリーエンコーダ１６の検出信号を入力し、その検出値に基づいて微量駆動手段１７の駆動を制御するもので、以下に説明するように、回折格子７の回転角度を２段階的にフィードバック制御するようになっている。
【００２４】
次に、上記構成の動作を説明すると、実際に分析を行うには、まず、発光部１で試料を発光させる。この発光部１で発生する試料の放射光は、集光レンズ２と凹面鏡５とを介して回折格子７に導かれる。
【００２５】
この状態のもとで、回折格子７の回転角度の第１段調整として、回転機構１０により回折格子７が回転駆動される。すなわち、回転機構１０に含まれるパルスモータ１２が起動し、ネジ軸１３が回転することで、スライダ１４が軸方向にスライドし、このスライダ１４が微量駆動手段１７を介してサインバー１１の遊端を押動することで、サインバー１１が揺動し、回折格子７の角度が変わる。
【００２６】
この第１段の調整で、回折格子７で分光されているスペクトル光のうち、設定された特定波長のスペクトル光が光検出器９の側に導かれるが、この調整は、回転機構１０の機械的精度の制約もあって、粗目の調整であり、特定波長のスペクトル光の入射方向はいまだ光検出器９上に正確に定まっているとは限らない。
【００２７】
次に、制御部１８は、回転機構１０の駆動で回転した回折格子７の回転角度をロータリーエンコーダ１６により検出する。この場合、制御部１８は、ロータリーエンコーダ１６の検出信号を較正処理することで、回転角度を微小角度まで高精度に検出する。そして、制御部１８は、ロータリーエンコーダ１６により検出した検出値と、特定波長に対応する回転角度の設定値とを比較し、設定値との差に対応する分だけ、微量駆動手段１７を駆動する。その際、ロータリーエンコーダ１６で角度を検出して所定の角度位置まで回折格子７を正確に回転させる。
【００２８】
これが回転角度の第２段の調整で、微量駆動手段１７がスライダ１４とサインバー１１との間で伸長もしくは短縮することで、サインバー１１とともに回折格子７が微小な角度回転し、これによって、回折格子７の回転角度が微量的に補正される。その結果、回折格子７の回転角度の調整だけで、特定波長のスペクトル光が正確に光検出器９に入射することになる。
【００２９】
上記の第１の実施の形態では、サインバー式の回転機構１０を有する分光分析装置を示したが、本発明は、図２および図３に示すように、他の様式の回転機構を備えた分光分析装置にも実施可能である。
【００３０】
図２および図３は本発明の第２の実施の形態に係り、図２は、第２の実施の形態のＩＣＰ分光分析装置の回折格子部分の縦断面図、図３はその平面図である。このＩＣＰ分光分析装置は、回折格子の回転軸と同軸に設けられた軸に結合されたモータにより回折格子を直接的に回転駆動する回転機構と、回折格子の回転軸とモータ側の軸との間に設けられた微量駆動手段と、モータ側の軸に設けられてモータに制動をかける制動手段とを備えていることに特徴がある。以下、その構成を詳細に説明する。
【００３１】
このＩＣＰ分光分析装置は、モータ２５により回折格子７を直接的に回転駆動するタイプの回転機構２０を備えている。この回転機構２０では、回折格子７の台２１の下側に内外二重の軸が設けられ、台２１に固着された内側の回転軸２２にロータリーエンコーダ２３が直結されている。外側の筒軸２４は駆動軸であって、上端にフランジ２４ａがあり、下部はロータリーエンコーダ２３を回避する形のフレーム２４ｂを介してパルスモータ２５に直結されている。符号２６はハウジング３の底壁、２７はロータリーエンコーダ２３の支持台である。また、符号２８は微量駆動手段であって、これは筒軸フランジ２４ａと回折格子７の台２１との間に設けられて、両者を回転方向に結合している。筒軸フランジ２４ａには、その回転を止める制動手段２９が対設され、この制動手段２９は、パルスモータ２５が筒軸２４を回転駆動した直後に、筒軸２４が惰性で回転しないよう、フランジ２４ａに制動をかけるようになっている。
【００３２】
この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な調整が制御部１８によって行われるのであって、まず、第１段の調整として、パルスモータ２５の駆動で、回折格子７の回転角度が変えられる。すなわち、パルスモータ２５の駆動で筒軸２４が回転すると、そのフランジ２４ａと回折格子７の台２１とは微量駆動手段２８により回転方向に結合されているので、回折格子７は筒軸２４と一体に回転し、その角度が変わる。
【００３３】
パルスモータ２５の駆動により回転した回折格子７の角度は、ロータリーエンコーダ２３により検出され、その検出信号は制御部１８に入力する。制御部１８は、第２段の調整として、ロータリーエンコーダ２３により検出した検出値と、回転角度の設定値とを比較し、設定値との差に対応する分だけ、微量駆動手段２８を駆動する。微量駆動手段２８が筒軸フランジ２４ａと回折格子７の台２１との間で伸長もしくは短縮することで、回折格子７が微小な角度回転する。その際、ロータリーエンコーダ１６で角度を検出して所定の角度位置まで回折格子７を正確に回転させる。これによって、回折格子７の回転角度が微量的に補正され、特定波長のスペクトル光が正確に光検出器に入射することになる。
【００３４】
この第２の実施の形態では、パルスモータ２５が筒軸２４を回転駆動する動作に関連して、制動手段２９が制動動作をするようになっているが、筒軸２４のフランジ２４ａもしくは他の部分に常時若干の制動力をかけておいて、筒軸２４およびこれに連動する部分の余分の動きを止めるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、ロータリーエンコーダのような角度検出手段と微量駆動手段とにより、回折格子の回転角度をフィードバック制御するようにしたもので、回折格子の回転角度を微小な角度まで高精度に調整することができ、従来の装置におけるような出口スリットの横位置の調整がほとんど不要になるので、分析を迅速に進めることができ、構成も簡略化することが可能になる。
【００３６】
また、従来装置のように、回折格子の回転角度の調整と、出口スリットの横位置の調整とを行うものでは、これら２つの調整部分の機械的精度が重畳的に分析精度に影響を及ぼすが、本発明では、調整部分が回折格子の部分だけであるので、機械的精度の影響を受ける割合が少なく、高精度で分解能の高い分析が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＩＣＰ発光分光分析装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＩＣＰ分光分析装置の回折格子部分の縦断面図。
【図３】図２に示す部分の平面図。
【図４】従来のＩＣＰ発光分光分析装置の構成図。
【符号の説明】
７回折格子、１０回転機構、
１６ロータリーエンコーダ（角度検出手段）、１７微量駆動手段、
１８制御部、

Claims

回折格子により分光を行う分光分析装置において、回折格子を回転させる回転機構と、この回転機構の駆動部と回折格子側の被駆動部との間に設けられた圧電素子により構成された微量駆動手段と、回折格子の回転軸において回転角度を検出する角度検出手段と、制御部とを備え、
前記制御部は、回転機構の駆動で回転した回折格子の回転角度を角度検出手段により検出し、その検出信号に基づいて微量駆動手段を駆動して回折格子の回転角度を微量的に補正するものであることを特徴とする分光分析装置。