JP3620147B2

JP3620147B2 - 誘導結合プラズマ発光分析装置

Info

Publication number: JP3620147B2
Application number: JP13642696A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎池田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: JPH09318537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導結合プラズマ発光分析装置、特に、観測方向の切替え機能を備えた誘導結合プラズマ発光分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導結合プラズマ発光分析装置では、プラズマからの光を分光器に導く場合、図７のようにプラズマの横方向から分光器に光を導く場合と、図８に示すようにプラズマの軸方向から光を分光器に導く場合とがある。なお、図７、図８において、２１はプラズマトーチ、２２はワークコイル、２３はプラズマ、２４は分光器であり、図示しないネブライザにより霧化された試料はワークコイル２２の高周波電力によりプラズマ化され、このプラズマ２３が試料に応じた光を発生し、この光が分光器２４に導かれて試料の分析が行われる。
【０００３】
このような誘導結合プラズマ発光分析装置においては、プラズマの発生方向に向けてアルゴンや、窒素、ヘリウムなどのプラズマとなるガスが流され、発生方向を中心軸とする円周上に巻かれたワークコイルに印加された高周波と、ガス中の電荷が電磁誘導結合して、誘導結合プラズマ発光分光分析に用いられるプラズマが発生する。このプラズマは、ドーナツ構造をしており、プラズマの発生方向の中心軸の近傍では温度が低く、周囲に向けて温度が高くなってから温度が低くなる。この構造のために、プラズマ中心軸の近傍に導入された試料は、温度の低い中心軸の近傍に効率よく導入されるので、効率よく発光する。試料はプラズマの発生方向の中心軸近傍により多く存在するので、主に中心軸の近傍で分析に用いられる光が発光する。一方、中心軸の周囲の温度の高い部分からは、プラズマガスからの発光があり、分析時のバックグラウンドとなる。
【０００４】
したがって、プラズマの発生方向と直交する方向（横方向）から光を分光器に取り入れる方法では、中心軸の近傍のある部分についてしか、分析に用いる光を取り入れることができないが、プラズマの発生方向（軸方向）から光を取り入れる場合には、中心軸の近傍の分析に用いる光をより多く分光器に取り入れることができる。
【０００５】
また、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる方法よりも、プラズマの軸方向から光を取り入れる方法の方が感度がよい。このため、感度を向上させる場合には、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れる方法が採られている。一方、プラズマ中では試料中の様々な元素や成分が発光するため、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れる方法では、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる場合に比べ、試料中の共存物質からの光がより多く分光器に取り入れられることになる。
【０００６】
また、プラズマの中心軸を発生方向に向かってガスが流れるにつれて、温度が冷えるとともに、元素や、成分の冷却が起こり再結合が生じる。このような温度が低い場所では、元素や成分を励起するのに適した波長の吸収が起こりやすくなり、分析に用いる光がこの領域で吸収されるようになる。この現象は自己吸収現象と呼ばれ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｋａ等のアルカリ土類金属において見られ、特に、１０００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍの高濃度領域において顕著となる。プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れる方法では、分析に用いる光を、この自己吸収現象が生じる領域を通して分光器に取り入れるため、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる場合に比べ、自己吸収現象の影響を受けやすい。したがって、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れている場合には、このような自己吸収現象が起こった場合には、試料を希釈することによって、濃度を落として、再度測定を行うことが行われている。
【０００７】
また、以上の二つの効果により、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れる方法は、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる場合に比べ、試料中の共存物質による分析値への影響を受けやすく、正確さに劣る。このため、正確さが求められる場合には、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる方法が採られている。
【０００８】
以上のように、プラズマの光を分光器に取り入れる二つの方法には、それぞれの利点・欠点が存在し、試料中の濃度が低い場合には、感度が高いことが必要になるが、共存物質の影響は無視できるので、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れることが行われ、一方、試料中の濃度が高い場合には、感度は不要になるが、正確さが求められるので、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れることが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来は、プラズマからの光を分光器に導く観測方向はプラズマの横方向あるいは軸方向のどちらか一方での分析が可能であるが、試料の成分、濃度等が不明な場合には、どちらか一方の方法によって分析を行い、その分析結果からオペレーターが適当な方を判断して分光器の付け替えを行っていた。
【００１０】
したがって、分析結果を見てから観測方向を決定して付け替えを行わなければならず、観測に時間がかかるとともに、横方向あるいは軸方向のどちらの観測方向の方がより高感度な分析ができるかの判断をオペレーターの経験に頼っていたので、正確な分析ができないという問題もあった。
【００１１】
また、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れている場合に、自己吸収現象が起こった場合には、観測方向の切替えを行わず、試料を希釈することによって濃度を落とし、再度測定を行うことも行われているが、この場合には、試料を希釈して再度分析を行う必要があるので、分析に時間と手間がかかるという問題があった。
【００１２】
さらに、プラズマの軸方向の光軸調整は難しく、上記のように分析結果に応じて分光器の付け替えを行うことは調整の手間がかかり、分析に時間がかかるという問題もあった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、光軸調整を必要とすることなく、横方向あるいは軸方向のいづれかの観測方向に簡単に切り替えられるとともに、適当な観測方向を自動的に判別することができる誘導結合プラズマ発光分析装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、プラズマトーチからの光を分光器に導いて分析を行う誘導結合プラズマ発光分析装置において、分析プロファイルの形状及びＳ／Ｎ比を判別する判別手段を備え、この判別手段の判別結果によってプラズマの横方向からの光とプラズマの軸方向からの光を選択的に切り替えて分光器に導くことを特徴とする。
【００１７】
また、本願の請求項１の発明によれば、分析プロファイルの形状およびＳ／Ｎ比を判別する判別手段の判別結果によってプラズマの横方向からの光とプラズマの軸方向からの光を選択的に切り替えるので、例えば、横方向観測で分析した結果、信号強度が低くなりすぎてＳ／Ｎ比が悪くなった場合、感度が高い軸方向観測に切り替えるべき旨、ＣＲＴに表示されるか、もしくは自動で軸方向観測に切り替えられて分析が行われる。また、軸方向観察で分析した結果、共存物質の影響を受けたり、自己吸収現象が起こると、同じく横方向に戻すようにＣＲＴに表示、もしくは自動で横方向観測に切り替えて再分析が行われるので、試料中の濃度が低く、感度が高いことが必要で、共存物質の影響が無視しうる場合には、感度が高いプラズマの軸方向から光を取り入れる方法により分析が実施され、試料中の濃度が高く、感度が不要で、正確さが求められる場合には、プラズマの横方向から光を分光器に取り入れる方法により分析を行うように簡単に切り替えることができるとともに、二つの方法を試料や被分析元素の濃度、求められる感度や正確度によって分析結果に基づいて自動的に切り替えられるので、常に正確な分析を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の誘導結合プラズマ発光分析装置の一実施例を示す図である。図１において、１はプラズマトーチ、２はワークコイル、３はプラズマ、４、５は光導入管、６は蛇腹、７は可動ミラー、８、９は固定ミラー、１０は集光レンズ、１１は分光器、１２はデータ処理・制御装置、１３はＣＲＴである。
【００１９】
光導入管４、５は空気の吸収の影響を除去するために、分光器とプラズマまでの間をＡｒガスでパージしておくためのものであり、図示しない供給源からＡｒガスが供給されている。また、蛇腹６はミラー８とミラー９の間に設けられており、この可動部によってプラズマの任意の位置を観測することができる。
【００２０】
次に、図１の誘導結合プラズマ発光分析装置の動作について説明する。試料はネブライザ（図示せず）に導入されてエアロゾル化された後、ネブライザの霧化室からその上方に連なるプラズマトーチ１に導入される。プラズマトーチ１の上方は開口部になっており、そしてその上端部にはワークコイル２が配置され、高周波電力供給部（図示せず）から、インピーダンス整合部（図示せず）を介して、ワークコイル２に高周波電力が供給され、プラズマトーチ１の上方の開口部からプラズマ３が生成される。
【００２１】
被分析試料は、ネブライザおよびプラズマトーチ１を介してプラズマ３中に導入され、励起されて発光する。プラズマ３の発生方向（プラズマトーチ１の軸と同軸方向）からの光は、光導入管４に取り入れられ、一方、プラズマ３の発生方向と垂直な方向（横方向）の光は光導入管５に取り入れられる。
【００２２】
一方、可動ミラー７は回転可能となっており、光導入管４に取り入れられた光を分光器１１に導入する場合には、可動ミラー７は図の矢印方向に回転され、プラズマ３の軸方向の光が集光レンズ１０を介して分光器１１に導入される。また、光導入管５に取り入れられた光を分光器１１に導く場合には、可動ミラー７は図示の位置に配置され、プラズマの横方向の光がミラー８、９、可動ミラー７および集光レンズ１０を介して分光器１１に導かれる。そして、分光器１１により検出された出力はデータ処理・制御装置１２に入力され、分析結果がＣＲＴ１３に表示される。このとき、データ処理・制御装置１２内の判別手段が分析プロファイルの形状あるいはＳ／Ｎ比を判別し、プラズマの軸方向の光と横方向の光のいずれを選択すべきかを判断する。
【００２３】
図２は通常の軸方向観測での分析プロファイルである。これが試料中の共存物質の影響を受けると、図３に示すように、分析プロファイルのピーク近傍がフラットになる。また、自己吸収現象が起こると、図４に示すように分析プロファイルのピーク近傍で信号強度が大きく減少し、ピークが複数発生するようになる。このような、ピークが複数発生する現象は、試料中の元素の組み合わせによっても生じるが、自己吸収現象の場合にはピーク近傍で大きくその強度が減少するので、元素の組み合わせによるピークの凹みと区別することができる。このような状態になると、データ処理・制御装置１２がこれを検知し、横方向観測に切り替えるべき旨、ＣＲＴ１３に表示することによりオペレーターに知らせるか、あるいはデータ処理・制御装置１２が可動ミラー７の駆動部に信号を送って可動ミラー７を図示点線位置に移動してプラズマ３の横方向からの光を分光器１１に導いて再分析を行う。
【００２４】
一方、プラズマ３の横方向からの光を分光器に導いて分析を行っているとき、プラズマからの光が弱くなりすぎて信号強度が減り、Ｓ／Ｎ比が悪くなると、同様に、データ処理・制御装置１２がこれを検知し、軸方向観測に切り替えるべき旨、ＣＲＴ１３に表示することによりオペレーターに知らせるか、あるいはデータ処理・制御装置１２が可動ミラー７の駆動部に信号を送って可動ミラー７を図示点線位置から図示矢印方向に回転させてプラズマ３の軸方向からの光を分光器１１に導いて再分析を行う。
【００２５】
次に、データ処理・制御装置１２が観測方向の切替えの必要性を判別する場合の機能について、図５、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
プラズマの軸方向からの光を分光器１１に導いて分析を行っている場合、図５に示すように、まず、分光器１１の検出出力から分析結果であるピークプロファイルを取得する。次に、取得したピークプロファイルからピーク点を検知し、そのピーク点の近傍の値を取得する。そして、ピーク点の値とピーク近傍の値を比較してほぼ等しい場合には、ピーク近傍がフラットであると判定して、可動ミラー７の駆動部に駆動信号を送って可動ミラー７を点線図示の位置に移動させて、再分析を行う。この場合、上記したように可動ミラー７を切り替えるべき旨をＣＲＴ１３に表示することにより、オペレータに知らせてもよい。一方、ピーク近傍がフラットでない場合には、ピーク近傍に複数のピークがあるかどうかを判定し、複数のピークがある場合には、ピーク間の凹みの高さ（負のピーク値）を検知し、ピーク値と負のピーク値の差が一定値以上あるかどうかを判定し、一定値以上の時は自己吸収が起こっていると判定して、可動ミラー７の駆動部に駆動信号を送って可動ミラー７を点線図示の位置に移動させる。
【００２７】
一方、プラズマの横方向からの光を分光器１１に導いて分析を行っている場合は、図６に示すように、分光器１１の検出出力から分析結果であるピークプロファイルを取得する。次に、取得したピークプロファイルからピーク値とベースライン値を検知し、そのピーク値とベースライン値の比が所定値以下か否かを判別し、所定値以下の場合には、濃度値が低いと判定して、可動ミラー７の駆動部に駆動信号を送って可動ミラー７を点線図示の位置から回転させて、プラズマの軸方向の光を分光器１１に導いて再度分析を行う。この場合、上記したように可動ミラー７を切り替えるべき旨をＣＲＴ１３に表示することにより、オペレータに知らせてもよい。
【００２８】
なお、上記実施例では、光導入管４内に可動ミラーを設けたが、可動ミラーは任意の位置に配置することができ、また、上記実施例では可動ミラーの移動により光導入管４に導かれた光を透過させる構成としたが、光導入管４、５に導かれた光をそれぞれ反射させて分光器に導くように構成することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本願の発明は上記のように構成されており、従来観測方向の切替えを分析が全て終った後にオペレーターが判断して行っていたのに対し、オペレータの判断に頼ることなく分析中に自動的に切り替えることができので、正確な分析を行うことができるとともに、分析を短時間に行うことができる。
【００３０】
また、従来分析結果を見てから観測方向を決定して付け替えを行っていたのに対し、光軸調整の難しい軸方向でプラズマ位置を固定しているので、観測方向の切替えに伴う調整の手間を省くことができ、簡単に観測方向を切り替えることができる。さらに、プラズマの軸方向から光を分光器に取り入れている場合に、自己吸収現象が起こった場合にも、試料の希釈等が不要となるので、分析に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導結合プラズマ発光分析装置の一実施例を示す図である。
【図２】軸方向観察での、正常な分析プロファイルを示す図である。
【図３】軸方向観察を行っているときに、共存物質の影響を受けた場合の分析プロファイルを示す図である。
【図４】軸方向観察を行っているときに、自己吸収現象が起こった場合の分析プロファイルを示す図である。
【図５】軸方向観察での、観測方向の切替えの必要性を判別するフローチャートである。
【図６】横方向観察での、観測方向の切替えの必要性を判別するフローチャートである。
【図７】従来の誘導結合プラズマ発光分析装置を示す図である。
【図８】従来の誘導結合プラズマ発光分析装置を示す図である。
【符号の説明】
１プラズマトーチ２ワークコイル
３プラズマ４、５光導入管
６蛇腹７可動ミラー
８、９固定ミラー１０集光レンズ
１１分光器１２データ処理・制御装置
１３ＣＲＴ

Claims

プラズマトーチからの光を分光器に導いて分析を行う誘導結合プラズマ発光分析装置において、分析プロファイルの形状及びＳ／Ｎ比を判別する判別手段を備え、この判別手段の判別結果によってプラズマの横方向からの光とプラズマの軸方向からの光を選択的に切り替えて分光器に導くことを特徴とする誘導結合プラズマ発光分析装置。