JP6308857B2 - Component concentration measuring device and method - Google Patents
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Description
本発明は、物質に含まれる成分濃度を計測する装置と方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for measuring the concentration of a component contained in a substance.
化学薬品、微生物、放射線物質、爆発物などを分析する手段として、レーザ誘起ブレークダウン分光分析法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：以下、ＬＩＢＳ法）が知られている。
ＬＩＢＳ法は、パルスレーザ光をレンズで集光させて試料に照射し、試料を急速に高温にすることでプラズマを生成し、励起された電子が低いエネルギーレベルに落ちる時に発生する光の波長と強度を分析することにより試料に含まれる成分などを計測するものである。
As a means for analyzing chemicals, microorganisms, radioactive substances, explosives, etc., a laser induced breakdown spectroscopy (hereinafter referred to as LIBS method) is known.
The LIBS method collects pulsed laser light with a lens, irradiates the sample, generates plasma by rapidly raising the temperature of the sample, and the wavelength of light generated when excited electrons fall to a low energy level. The components contained in the sample are measured by analyzing the intensity.
さらに、ＬＩＢＳ法を用いて、試料に含まれる特定成分の濃度を計測する手段として、例えば特許文献１、２が開示されている。
Further, for example,
特許文献１は、ＬＩＢＳ法で検出された輝線強度と、プラズマの再結合により生じる白色光の強度との比から、試料の定量分析を行うものである。
特許文献２は、Ｎａ元素の発光スペクトル線の強度と、この発光スペクトル線を含まない波長範囲の強度とを測定し、それらの比からＮａ元素の濃度を求めるものである。
特許文献１、２に開示された従来の手段では、輝線強度と白色光強度との比、或いは、発光スペクトル線の強度とこれを含まない波長範囲の強度との比から試料に含まれる特定成分の濃度を計測している。
しかし、ＬＩＢＳ法において、励起された電子が低いエネルギーレベルに落ちる時に発生する光の信号強度は光学系、照射条件、外乱など様々な要因の影響を受けるため、計測毎に信号強度が大きく変動し、成分濃度を安定して正確に計測することができなかった。
In the conventional means disclosed in
However, in the LIBS method, the signal intensity of the light generated when the excited electrons fall to a low energy level is affected by various factors such as the optical system, irradiation conditions, and disturbances, so the signal intensity varies greatly from measurement to measurement. The component concentration could not be measured stably and accurately.
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、ＬＩＢＳ法において、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、物質に含まれる成分濃度を正確に計測することができる成分濃度計測装置と方法を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a component concentration measuring apparatus and method capable of accurately measuring the concentration of a component contained in a substance even in the case where the signal intensity greatly varies every measurement in the LIBS method.
本発明によれば、被対象物に光を照射し、被対象物と光との相互作用から得られるスペクトルデータから被対象物に含まれる対象成分の濃度を計測する成分濃度計測装置であって、
前記被対象物に前記光を照射する照射装置と、
前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、前記対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する分析装置と、
前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する演算装置と、を備え、
該演算装置は、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a component concentration measuring apparatus that irradiates a target object with light and measures the concentration of a target component contained in the target object from spectrum data obtained from the interaction between the target object and light. ,
An irradiation device for irradiating the object with the light;
Analyzing spectral data obtained from the object, an analyzer for measuring the wavelength and intensity of the emission line specific to the target component and the reference component, and
An arithmetic device that identifies the concentration of the target component from the emission line intensity of the target component,
The arithmetic unit is
Store the correction relationship of the emission line intensity of the target component with respect to the concentration of the target component, obtained from the relationship between the emission line intensity of the target component and the reference component and the concentration of the target component in a state where the concentration of the reference component is kept constant,
There is provided a component concentration measuring apparatus characterized by identifying the concentration of the target component from the bright line intensity of the target component newly measured using the correction relationship.
前記補正関係は、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第１関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第２関係とから、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、第２関係を前記平準化率で補正して求める。
The correction relationship is
From a first relationship between the concentration of the target component and the bright line intensity of the reference component in a state in which the concentration of the reference component is maintained constant, and a second relationship between the concentration of the target component and the bright line intensity of the target component, The leveling rate of the bright line intensity of the reference component with respect to the concentration of the target component is obtained, and the second relationship is obtained by correcting with the leveling rate.
前記補正は、対象成分の濃度が０のときの参照成分の輝線強度を１として、平準化率を無次元化し、
前記第２関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことが好ましい。
In the correction, the brightening line intensity of the reference component when the concentration of the target component is 0 is set to 1, and the leveling rate is made dimensionless.
It is preferable that the value of the bright line intensity in the second relationship is obtained by dividing by the leveling rate corresponding to the concentration of the target component.
また本発明によれば、被対象物に光を照射し、被対象物と光との相互作用から得られるスペクトルデータから被対象物に含まれる対象成分の濃度を計測する成分濃度計測方法であって、
照射装置により、前記被対象物に前記光を照射し、
分析装置により、前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、対象成分と参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測し、
参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
前記補正関係を用いて新たに計測された前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a component concentration measurement method for irradiating an object with light and measuring the concentration of the target component contained in the object from spectrum data obtained from the interaction between the object and light. And
The irradiation device irradiates the object with the light,
Analyzing the spectrum data obtained from the object by the analyzer, measuring the wavelength and intensity of the emission line specific to the target component and the reference component,
Store the correction relationship of the emission line intensity of the target component with respect to the concentration of the target component, obtained from the relationship between the emission line intensity of the target component and the reference component and the concentration of the target component in a state where the concentration of the reference component is maintained constant
A component concentration measuring method is provided, wherein the concentration of the target component is specified from the bright line intensity of the target component newly measured using the correction relationship.
前記補正関係は、
（Ａ）参照成分の濃度を一定に維持した状態において、前記対象成分の濃度を変化させて、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との第１関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第２関係とを求め、
（Ｂ）前記第１関係から、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の平準化率を求め、
（Ｃ）前記第２関係を前記平準化率で補正して求める。
The correction relationship is
(A) In a state where the concentration of the reference component is kept constant, the concentration of the target component is changed, and the first relationship between the concentration of the target component and the emission line intensity of the reference component, and the concentration of the target component Obtain the second relationship with the emission line intensity of the target component,
(B) From the first relationship, obtain the leveling rate of the emission line intensity of the reference component with respect to the concentration of the target component,
(C) The second relationship is obtained by correcting with the leveling rate.
前記補正は、対象成分の濃度が０のときの参照成分の輝線強度を１として、平準化率を無次元化し、
前記第２関係の輝線強度の値を対象成分の濃度に相当する平準化率で除して求める、ことが好ましい。
In the correction, the brightening line intensity of the reference component when the concentration of the target component is 0 is set to 1, and the leveling rate is made dimensionless.
It is preferable that the value of the bright line intensity in the second relationship is obtained by dividing by the leveling rate corresponding to the concentration of the target component.
ＬＩＢＳ法において、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、同時に計測される対象成分と参照成分の輝線強度の比率は一定である。また、参照成分の濃度が一定である場合、参照成分の輝線強度は本来一定となる。
本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
In the LIBS method, even when the signal intensity varies greatly for each measurement, the ratio of the bright line intensity of the target component and the reference component that are simultaneously measured is constant. Further, when the concentration of the reference component is constant, the bright line intensity of the reference component is essentially constant.
The present invention is based on such novel findings.
すなわち、本発明の装置と方法によれば、参照成分の濃度を一定に維持した状態における、対象成分と参照成分の輝線強度と対象成分の濃度との関係から求めた、対象成分の濃度に対する対象成分の輝線強度の補正関係を求めておくので、この補正関係を用いて新たに計測された対象成分の輝線強度から対象成分の濃度を特定することができる。 That is, according to the apparatus and method of the present invention, the target for the concentration of the target component obtained from the relationship between the target component, the emission line intensity of the reference component and the concentration of the target component in a state where the concentration of the reference component is kept constant. Since the correction relationship of the bright line intensity of the component is obtained, the concentration of the target component can be specified from the bright line intensity of the target component newly measured using this correction relationship.
従って本発明によれば、ＬＩＢＳ法において、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、物質に含まれる成分濃度を正確に計測することができる。 Therefore, according to the present invention, in the LIBS method, the concentration of a component contained in a substance can be accurately measured even when the signal intensity varies greatly from measurement to measurement.
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図１は、本発明による成分濃度計測装置１０の全体構成図である。
本発明の成分濃度計測装置１０は、被対象物１に光２を照射し、被対象物１と光２との相互作用から得られるスペクトルデータ３から被対象物１に含まれる対象成分ａの濃度を計測する装置である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a component
The component
図１において、本発明の成分濃度計測装置１０は、照射装置１２、分析装置１４、及び演算装置１６を備える。
In FIG. 1, a component
照射装置１２は、例えばパルスレーザ装置であり、集光光学系１３を介して、被対象物１に光２を集光して照射する。被対象物１は、例えば大気中の雲、エアロゾル、等である。また、光２は、例えば、ナノ秒パルスレーザ光である。
The
分析装置１４は、被対象物１から得られるスペクトルデータ３を分析し、対象成分ａと参照成分ｂに特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する。
The
分析装置１４は、この例では、被対象物１と光２との相互作用で発生する発光４をフィルタ１４ａと望遠レンズ１４ｂを介して分光器１５ｂまで導く光ファイバ１５ａ、発光４をスペクトルデータ３に分光する分光器１５ｂ、及び分光器１５ｂを制御する分光制御装置１５ｃを有する。
In this example, the
分光器１５ｂは、好ましくはＩＣＣＤ付分光器である。ＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ ＣＣＤ）は、ＣＣＤの前にイメージインテンシファイチューブが取り付けられたＣＣＤ検出器である。ＩＣＣＤ付分光器を用いることで、微弱光と瞬間現象の計測が可能となる。
分光制御装置１５ｃは、好ましくはコンピュータ（ＰＣ）である。
The
The
上述した構成により、照射装置１２（パルスレーザ装置）から光２（ナノ秒パルスレーザ光）を大気中の被対象物１に集光して照射し、被対象物１と光２との相互作用によりプラズマを発生させ、そのブレークダウンにより、プラズマ発光を発生させ、その発光４をフィルタ１４ａと望遠レンズ１４ｂを介して集光し、分光器１５ｂにて計測することができる。
With the configuration described above, the light 2 (nanosecond pulsed laser light) from the irradiation device 12 (pulse laser device) is condensed and irradiated on the
演算装置１６は、好ましくは解析用コンピュータ（ＰＣ）であり、計測されたスペクトルデータ３の対象成分ａの輝線強度から対象成分ａの濃度を特定する。
The
演算装置１６は、記憶装置１７を有している。
記憶装置１７は、対象成分ａの濃度と参照成分ｂの輝線強度との第１関係から、対象成分ａの濃度に対する参照成分ｂの輝線強度の平準化率ＮＥを求め、対象成分ａの濃度とその輝線強度との第２関係を平準化率ＮＥで補正した補正関係を記憶している。
演算装置１６は、この補正関係を用いて新たに計測された対象成分ａの輝線強度から対象成分ａの濃度を特定する。
The
The
The
図２は、計測されたスペクトルデータ３の一例を示す図である。この図において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は信号強度（相対強度）である。
この例では、塩化セシウムの水溶液を大気中に散布し、セシウムエアロゾルのスペクトルを取得した例である。
この例で対象成分ａはセシウム（Ｃｓ）であり、参照成分ｂはＨα線（水素のα線）である。なお、参照成分ｂはＨα線に限定されず、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、その他であってもよい。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of measured
In this example, an aqueous solution of cesium chloride is dispersed in the atmosphere, and a spectrum of cesium aerosol is obtained.
In this example, the target component a is cesium (Cs), and the reference component b is Hα rays (hydrogen α rays). Note that the reference component b is not limited to Hα rays, but may be oxygen (O), nitrogen (N), or the like.
Ｈα線、酸素（Ｏ２）、及びセシウム（Ｃｓ）の輝線の波長はそれぞれ既知（６５６．３ｎｍ、７７７．４ｎｍ、８５２．１ｎｍ）である。従って、図２から、Ｈα線、酸素、及びセシウムの輝線の強度（以下「輝線強度」と呼ぶ）は、順に、約１９×１０４、約１４×１０４、約７．５×１０４であることがわかる。 The wavelengths of emission lines of Hα ray, oxygen (O 2 ), and cesium (Cs) are known (656.3 nm, 777.4 nm, 852.1 nm), respectively. Accordingly, from FIG. 2, the intensity of the emission lines of Hα rays, oxygen, and cesium (hereinafter referred to as “bright line intensity”) is about 19 × 10 4 , about 14 × 10 4 , and about 7.5 × 10 4 , respectively. I know that there is.
しかし、ＬＩＢＳ法で計測されたスペクトルデータ３の輝線強度は、計測毎に信号強度が大きく変動するため、図２から対象成分ａ（この例ではセシウム）の成分濃度を安定して正確に計測することはできない。
However, since the signal intensity of the bright line intensity of the
本発明の成分濃度計測方法は、上述した成分濃度計測装置１０を用い、被対象物１に光２を照射し、被対象物１と光２との相互作用から得られるスペクトルデータ３から被対象物１に含まれる対象成分ａの濃度を計測する方法である。
The component concentration measuring method of the present invention uses the above-described component
本発明の成分濃度計測方法は、Ｓ１〜Ｓ３の各ステップ（工程）からなる。
ステップＳ１では、照射装置１２により、被対象物１に光２を照射する。
ステップＳ２では、分析装置１４により、被対象物１から得られるスペクトルデータ３を分析し、対象成分ａと参照成分ｂに特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する。
ステップＳ３では、対象成分ａの輝線強度から対象成分ａの濃度を特定する。
The component concentration measurement method of the present invention includes steps (steps) S1 to S3.
In step S <b> 1, the
In step S2, the
In step S3, the concentration of the target component a is specified from the bright line intensity of the target component a.
ステップＳ３は、以下に説明するＳ３−１〜Ｓ３−３の各ステップからなる。 Step S3 includes steps S3-1 to S3-3 described below.
図３は、平準化率ＮＥを求める手段の説明図である。図３（Ａ）は対象成分ａと参照成分ｂの輝線強度と対象成分ａの濃度との関係図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a means for obtaining the leveling rate NE. FIG. 3A is a relationship diagram between the bright line intensities of the target component a and the reference component b and the concentration of the target component a.
ステップＳ３−１では、参照成分ｂの濃度を一定に維持した状態で、対象成分ａの濃度を変化させて、対象成分ａの濃度と参照成分ｂの輝線強度との関係（「第１関係」と呼ぶ）と、対象成分ａの濃度と対象成分ａの輝線強度との関係（「第２関係」と呼ぶ）とを求める。すなわち、参照成分ｂの濃度が既知の一定値であり、対象成分ａの濃度が既知であって、かつ、対象成分ａの濃度が互いに異なる複数または多数の被対象物１をサンプルとして用意し、これらの被対象物１の各々に対し上述のステップＳ１、Ｓ２を行うことにより、対象成分ａの濃度を変化させた複数または多数のスペクトルデータ３を取得し、これらのスペクトルデータ３から第１関係と第２関係を求める。
図３（Ａ）の横軸は対象成分ａの濃度、縦軸は対象成分ａと参照成分ｂの輝線強度である。すなわち図３（Ａ）は、参照成分ｂの濃度を一定に維持した状態における第１関係と第２関係を示している。
In step S3-1, the concentration of the target component a is changed in a state where the concentration of the reference component b is kept constant, and the relationship between the concentration of the target component a and the bright line intensity of the reference component b ("first relationship"). And the relationship between the concentration of the target component a and the bright line intensity of the target component a (referred to as “second relationship”). In other words, the concentration of the reference component b is a known constant value, the concentration of the target component a is known, and a plurality or a large number of
In FIG. 3A, the horizontal axis represents the concentration of the target component a, and the vertical axis represents the bright line intensities of the target component a and the reference component b. That is, FIG. 3A shows the first relationship and the second relationship in a state where the concentration of the reference component b is kept constant.
参照成分ｂの濃度が一定である場合、参照成分ｂの輝線強度は本来一定となる。しかし、図３（Ａ）の第１関係に示すように、実際の計測では変化している。この原因は、計測毎に信号強度が大きく変動することによる。
一方、対象成分ａと参照成分ｂの輝線強度の比率は、この影響を受けない。従って、同一の計測において、参照成分ｂの輝線強度の変化率と対象成分ａの輝線強度の変化率は、同一と考えることができる。
When the concentration of the reference component b is constant, the bright line intensity of the reference component b is essentially constant. However, as shown in the first relationship in FIG. 3A, the actual measurement changes. This is due to the fact that the signal intensity varies greatly from measurement to measurement.
On the other hand, the ratio of the bright line intensity of the target component a and the reference component b is not affected by this. Therefore, in the same measurement, the change rate of the bright line intensity of the reference component b and the change rate of the bright line intensity of the target component a can be considered to be the same.
従ってステップＳ３−２では、第１関係から、対象成分ａの濃度に対する参照成分ｂの輝線強度の平準化率ＮＥを求める。
図３（Ｂ）は、対象成分ａの濃度と参照成分ｂの輝線強度の平準化率ＮＥ（無次元）との関係図である。この例では、対象成分ａの濃度が０のときの参照成分ｂの輝線強度を１として、平準化率ＮＥを無次元化している。すなわち、対象成分ａの各濃度について、この濃度に対応する参照成分ｂの輝線強度を、対象成分ａの濃度が０のときの参照成分ｂの輝線強度で除することにより、参照成分ｂの輝線強度を無次元化した平準化率ＮＥを求めている。
この場合、平準化率ＮＥは、０以上の正数である。
Accordingly, in step S3-2, the leveling rate NE of the bright line intensity of the reference component b with respect to the concentration of the target component a is obtained from the first relationship.
FIG. 3B is a relationship diagram between the concentration of the target component a and the leveling rate NE (dimensionless) of the bright line intensity of the reference component b. In this example, the leveling rate NE is made dimensionless by setting the bright line intensity of the reference component b when the concentration of the target component a is 0 to 1. That is, for each concentration of the target component a, the bright line intensity of the reference component b corresponding to this concentration is divided by the bright line intensity of the reference component b when the concentration of the target component a is 0. The leveling rate NE obtained by making the intensity dimensionless is obtained.
In this case, the leveling rate NE is a positive number of 0 or more.
図４は、補正前と補正後のＣｓ濃度と輝線強度の関係図である。この図において、（Ａ）は補正前の関係図、（Ｂ）は補正後の関係図である。 FIG. 4 is a relationship diagram between the Cs concentration before and after the correction and the bright line intensity. In this figure, (A) is a relationship diagram before correction, and (B) is a relationship diagram after correction.
図４（Ａ）は、図３（Ａ）における対象成分ａの濃度とその輝線強度との第２関係図である。この第２関係図には、参照成分ｂの濃度を一定に維持した状態で、対象成分ａと参照成分ｂの輝線強度が計測毎に大きく変動する影響がそのまま含まれている。
この図における直線は線形化した関係図であり、相関係数ｒ２は０．８６９５であった。
FIG. 4A is a second relationship diagram between the concentration of the target component a in FIG. This second relationship diagram includes the influence that the bright line intensities of the target component a and the reference component b greatly vary from measurement to measurement while maintaining the concentration of the reference component b constant.
The straight line in this figure is a linearized relationship diagram, and the correlation coefficient r 2 was 0.8695.
ステップＳ３−３では、第２関係（図４（Ａ）のデータ）を平準化率ＮＥを用いて補正して、対象成分ａの濃度と対象成分ａの輝線強度との補正関係を求める。この補正は、対象成分ａの濃度が０のときの参照成分ｂの輝線強度を１として、平準化率ＮＥを無次元化した場合、図４（Ａ）の輝線強度の値を対象成分ａの濃度に相当する平準化率ＮＥで除することに相当する。
図４（Ｂ）は、補正後の対象成分ａの濃度と対象成分ａの輝線強度との関係（「補正関係」と呼ぶ）を示している。
この図における直線は線形化した関係図であり、相関係数ｒ２は０．９８７４であり、図４（Ａ）よりも１に近く、正確な関係であることがわかる。
In step S3-3, the second relationship (data in FIG. 4A) is corrected using the leveling rate NE to obtain a correction relationship between the density of the target component a and the bright line intensity of the target component a. In this correction, when the bright line intensity of the reference component b when the concentration of the target component a is 0 and the leveling rate NE is made dimensionless, the value of the bright line intensity in FIG. This corresponds to dividing by the leveling rate NE corresponding to the concentration.
FIG. 4B shows the relationship between the corrected concentration of the target component a and the bright line intensity of the target component a (referred to as “correction relationship”).
The straight line in this figure is a linearized relationship diagram, and the correlation coefficient r 2 is 0.9874, which is closer to 1 than in FIG.
ステップＳ３−４では、演算装置１６により、図４（Ｂ）の補正関係から、新たに計測された対象成分ａの輝線強度から対象成分ａの濃度を特定する。すなわち、次のように、対象成分ａの濃度を特定する。対象成分ａの濃度が未知である新たな（対象成分ａの濃度計測対象となる）被対象物１に対して、照射装置１２により光２を照射し、これによりスペクトルデータ３を得る。このスペクトルデータ３を、分析装置１４により分析することにより、対象成分ａと参照成分ｂに特有な輝線の波長及びその強度をそれぞれ新たに計測する。次に、演算装置１６は、このように新たに計測された参照成分ｂの輝線強度を、上述した補正関係を求めるのに使用した、対象成分ａの濃度が０のときの参照成分ｂの輝線強度で除することにより、新たな平準化率ＮＥを得る。次に、演算装置１６は、この新たな平準化率ＮＥで、新たに計測された対象成分ａの輝線強度を除した値（輝線強度）を、上述の補正関係に適用することにより、対象成分ａの濃度を特定する。
In step S3-4, the concentration of the target component a is specified by the
ＬＩＢＳ法において、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、同時に計測される対象成分ａと参照成分ｂの輝線強度の比率は一定である。また、参照成分ｂの濃度が一定である場合、参照成分ｂの輝線強度は本来一定となる。
従って、参照成分ｂの濃度を一定に維持した状態で、対象成分ａの濃度を変化させて得られた対象成分ａの濃度に対する参照成分ｂの輝線強度の平準化率ＮＥ（例えば、対象成分ａの濃度が０のときの参照成分ｂの輝線強度を１とする値）は、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、常に対象成分ａの濃度に対し同じ値となる。
In the LIBS method, even when the signal intensity varies greatly for each measurement, the ratio of the bright line intensity of the target component a and the reference component b that are simultaneously measured is constant. When the concentration of the reference component b is constant, the bright line intensity of the reference component b is essentially constant.
Accordingly, the leveling rate NE of the bright line intensity of the reference component b with respect to the concentration of the target component a obtained by changing the concentration of the target component a while maintaining the concentration of the reference component b constant (for example, the target component a The value of the bright line intensity of the reference component b when the density of the reference component is 0) is always the same value as the density of the target component a even when the signal intensity varies greatly from measurement to measurement.
上述した本発明の装置と方法によれば、参照成分ｂの濃度を一定に維持した状態で、予め対象成分ａの濃度を変化させて、平準化率ＮＥを求め、これを用いて対象成分ａの濃度と対象成分ａの輝線強度との補正された補正関係を求めておくので、この補正関係と、新たに計測された対象成分ａの輝線強度とから対象成分ａの濃度を特定することができる。 According to the above-described apparatus and method of the present invention, while maintaining the concentration of the reference component b constant, the concentration of the target component a is changed in advance to obtain the leveling rate NE, and this is used to determine the target component a. Since the corrected correction relationship between the density of the target component a and the emission line intensity of the target component a is obtained, the density of the target component a can be specified from this correction relationship and the newly measured emission line intensity of the target component a. it can.
従って本発明によれば、ＬＩＢＳ法において、計測毎に信号強度が大きく変動する場合でも、物質に含まれる成分濃度を正確に計測することができる。 Therefore, according to the present invention, in the LIBS method, the concentration of a component contained in a substance can be accurately measured even when the signal intensity varies greatly from measurement to measurement.
上述したように、本発明によれば、外乱要因等により信号の絶対強度が変化しても物質内の濃度比に起因する輝線強度の比が一定であるため、分析対象成分ａの濃度を正確に計測することができる。
特に水分を含有する物質の場合には、Ｈα線（６５６．３ｎｍ）を使用することにより、物質ごとに参照となる輝線を変更することなく普遍的な計測システムを構成することが可能である。
As described above, according to the present invention, even if the absolute intensity of the signal changes due to a disturbance factor or the like, the ratio of the emission line intensity due to the concentration ratio in the substance is constant, so the concentration of the analysis target component a can be accurately determined. Can be measured.
In particular, in the case of a substance containing moisture, it is possible to configure a universal measurement system by using Hα rays (656.3 nm) without changing the reference bright line for each substance.
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
ａ 対象成分、ｂ 参照成分、ＮＥ 平準化率、１ 被対象物、２ 光（ナノ秒パルスレーザ光）、３ スペクトルデータ、１０ 成分濃度計測装置、１２ 照射装置、１３ 集光光学系、１４ 分析装置、１４ａ フィルタ、１４ｂ 望遠レンズ、１５ａ 光ファイバ、１５ｂ 分光器（ＩＣＣＤ付分光器）、１５ｃ 分光制御装置（ＰＣ）、１６ 演算装置（ＰＣ）、１７ 記憶装置 a target component, b reference component, NE leveling rate, 1 object, 2 light (nanosecond pulse laser light), 3 spectral data, 10 component concentration measuring device, 12 irradiation device, 13 condensing optical system, 14 analysis Device, 14a filter, 14b telephoto lens, 15a optical fiber, 15b spectroscope (spectroscope with ICCD), 15c spectroscopic control device (PC), 16 arithmetic unit (PC), 17 storage device
Claims (6)
前記計測について、前記参照成分の濃度を一定に維持した状態における、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との関係を第１関係とし、
前記第１関係において、前記対象成分の各濃度について、当該濃度に対応する前記参照成分の輝線強度を、前記対象成分の濃度が０のときの前記参照成分の輝線強度を１として無次元化したものを平準化率とし、
前記成分濃度計測装置は、前記対象成分の各濃度に対するそれぞれの前記平準化率が常に同じとなる前記対象成分と前記参照成分の輝線強度を利用して、前記対象成分の濃度を計測するものであり、
前記被対象物に前記光を照射する照射装置と、
前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、前記対象成分と前記参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測する分析装置と、
前記対象成分の輝線強度から前記対象成分の濃度を特定する演算装置と、を備え、
該演算装置は、
前記第１関係から求めた、前記対象成分の濃度に対する前記対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
新たに計測された前記参照成分の輝線強度と、新たに計測された前記対象成分の輝線強度と、前記補正関係とから、前記対象成分の濃度を特定する、成分濃度計測装置。 A component concentration measuring device that irradiates an object including a reference component and a target component with light and measures the concentration of the target component included in the object from spectrum data obtained from the interaction between the object and light Because
For the measurement, the relationship between the concentration of the target component and the bright line intensity of the reference component in a state where the concentration of the reference component is kept constant is a first relationship,
In the first relationship, for each concentration of the target component, the emission line intensity of the reference component corresponding to the concentration is made non-dimensional with the emission line intensity of the reference component when the concentration of the object component is 0 as 1. The leveling rate of the thing,
The constituent concentration measuring device utilizes the emission line intensities of the target component and the reference component, each of said leveling rate is always the same against the respective concentration of the target component, which measures the concentration of the target component And
An irradiation device for irradiating the object with the light;
Analyzing spectral data obtained from the object, an analyzer for measuring the wavelength and intensity of the emission line specific to the target component and the reference component, and
An arithmetic device that identifies the concentration of the target component from the emission line intensity of the target component,
The arithmetic unit is
Storing the correction relationship of the emission line intensity of the target component with respect to the concentration of the target component obtained from the first relationship;
A component concentration measurement device that specifies the concentration of the target component from the newly measured emission line intensity of the reference component, the newly measured emission line intensity of the target component, and the correction relationship.
（Ａ）前記参照成分の濃度を一定に維持した状態において、前記第１関係と、前記対象成分の濃度と前記対象成分の輝線強度との第２関係とを求め、
（Ｂ）前記第１関係から、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の前記平準化率を求め、
（Ｃ）前記第２関係を前記平準化率で補正して求めたものである、ことを特徴とする請求項１に記載の成分濃度計測装置。 The correction relationship is
(A) In a state where the concentration of the reference component is maintained constant, the first relationship and the second relationship between the concentration of the target component and the emission line intensity of the target component are determined,
(B) From the first relationship, obtain the leveling rate of the bright line intensity of the reference component with respect to the concentration of the target component,
(C) The component concentration measurement apparatus according to claim 1, wherein the second relation is obtained by correcting the second relation with the leveling rate.
前記計測について、前記参照成分の濃度を一定に維持した状態における、前記対象成分の濃度と前記参照成分の輝線強度との関係を第１関係とし、
前記第１関係において、前記対象成分の各濃度について、当該濃度に対応する前記参照成分の輝線強度を、前記対象成分の濃度が０のときの前記参照成分の輝線強度を１として無次元化したものを平準化率とし、
前記成分濃度計測方法は、前記対象成分の各濃度に対するそれぞれの前記平準化率が常に同じとなる前記対象成分と前記参照成分の輝線強度を利用して、前記対象成分の濃度を計測するものであり、
照射装置により、前記被対象物に前記光を照射し、
分析装置により、前記被対象物から得られるスペクトルデータを分析し、前記対象成分と前記参照成分に特有な輝線の波長及び強度をそれぞれ計測し、
前記第１関係から求めた、前記対象成分の濃度に対する前記対象成分の輝線強度の補正関係を記憶し、
新たに計測された前記参照成分の輝線強度と、新たに計測された前記対象成分の輝線強度と、前記補正関係とから前記対象成分の濃度を特定する、ことを特徴とする成分濃度計測方法。 A component concentration measurement method for irradiating a target object including a reference component and a target component with light, and measuring the concentration of the target component included in the target object from spectrum data obtained from the interaction between the target object and light Because
For the measurement, the relationship between the concentration of the target component and the bright line intensity of the reference component in a state where the concentration of the reference component is kept constant is a first relationship,
In the first relationship, for each concentration of the target component, the emission line intensity of the reference component corresponding to the concentration is made non-dimensional with the emission line intensity of the reference component when the concentration of the object component is 0 as 1. The leveling rate of the thing,
The component concentration measuring method utilizes an emission line intensities of the target component and the reference component, each of said leveling rate is always the same against the respective concentration of the target component, which measures the concentration of the target component And
The irradiation device irradiates the object with the light,
Analyzing spectral data obtained from the object by an analyzer, measuring the wavelength and intensity of the emission line specific to the target component and the reference component,
Storing the correction relationship of the emission line intensity of the target component with respect to the concentration of the target component obtained from the first relationship;
A component concentration measurement method, wherein the concentration of the target component is specified from the bright line intensity of the reference component newly measured, the bright line intensity of the target component newly measured, and the correction relationship.
（Ａ）前記参照成分の濃度を一定に維持した状態において、前記対象成分の濃度を変化させて、前記第１関係と、前記対象成分の濃度と対象成分の輝線強度との第２関係とを求め、
（Ｂ）前記第１関係から、前記対象成分の濃度に対する前記参照成分の輝線強度の前記平準化率を求め、
（Ｃ）前記第２関係を前記平準化率で補正して求めたものである、ことを特徴とする請求項４に記載の成分濃度計測方法。 The correction relationship is
(A) In a state where the concentration of the reference component is kept constant, the concentration of the target component is changed, and the first relationship and the second relationship between the concentration of the target component and the emission line intensity of the target component are obtained. Seeking
(B) From the first relationship, obtain the leveling rate of the bright line intensity of the reference component with respect to the concentration of the target component,
(C) The component concentration measurement method according to claim 4, wherein the second relationship is obtained by correcting the second relationship with the leveling rate.
6. The component concentration measurement according to claim 5, wherein the correction relationship is obtained by dividing the bright line intensity value of the second relationship by the leveling rate corresponding to the concentration of the target component. Method.
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