JP7146905B2 - レーザーアブレーション装置および分析装置 - Google Patents

レーザーアブレーション装置および分析装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7146905B2
JP7146905B2 JP2020514850A JP2020514850A JP7146905B2 JP 7146905 B2 JP7146905 B2 JP 7146905B2 JP 2020514850 A JP2020514850 A JP 2020514850A JP 2020514850 A JP2020514850 A JP 2020514850A JP 7146905 B2 JP7146905 B2 JP 7146905B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
laser light
analysis
mirror
drive source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2020514850A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019202689A1 (ja
Inventor
孝郎 中川
憲生 安田
Original Assignee
株式会社エス・テイ・ジャパン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=68239981&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP7146905(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 株式会社エス・テイ・ジャパン filed Critical 株式会社エス・テイ・ジャパン
Publication of JPWO2019202689A1 publication Critical patent/JPWO2019202689A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7146905B2 publication Critical patent/JP7146905B2/ja
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54—Glass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
    • G01N2001/045—Laser ablation; Microwave vaporisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G01N2001/386—Other diluting or mixing processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/714—Sample nebulisers for flame burners or plasma burners
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

本発明は、試料をアブレーションするレーザーアブレーション装置および前記レーザーアブレーション装置を有する誘導結合プラズマ方式の分析装置に関し、特に、試料が固体の場合に好適なレーザーアブレーション装置および分析装置に関する。
イオン状や微粒子状の試料に高電圧をかけることによってプラズマ化させて、励起された原子からの光を観測、分析することで、元素の定性、定量を行う技術として、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）方式の分析技術が知られている。ＩＣＰ方式の分析手法に関して、以下の非特許文献１に記載の技術が公知である。
非特許文献１（Fernandez et al.）には、土中に含まれる銅や亜鉛、スズ、鉛の多元素同定を行うために誘導結合プラズマ方式で質量分析（ＭＳ：Mass Spectrometry）を使用する技術が記載されている。非特許文献１では、固体の試料をアブレーションしてエアロゾル化させる際に、フェムト秒のレーザーを使用することで、分析全体にかかる時間を短縮している。
Beatriz Fernandez,他4名、"Direct Determination of Trace Elements in Powdered Samples by In-Cell Isotope Dilution Femtosecond Lase Ablation ICPMS"、Anal.Chem.,2008,80,6981-6994
（従来技術の問題点）
非特許文献１に記載の技術では、レーザー光の照射位置はほぼ１軸上（長い楕円状の円周上）しか移動させることができず、試料の任意の複数の箇所を分析したい場合には、レーザー光が移動可能な１軸上に、複数の箇所を並べる必要がある。したがって、鉱物等の１つの固まり状のサンプルにおいて、分析したい箇所が３か所以上になると、１軸上に並べることが困難である。よって、分析位置を変えたい場合は、試料の位置を置き換える必要があり、分析全体にかかる時間が長くなる問題があった。
また、非特許文献１に記載の技術では、複数の試料を混合して分析したい場合にも、混合したい試料どうしを１軸上に並べて配置する必要もあり、且つ、レーザー光の移動可能な範囲に２つ（以上）の試料を設置する必要がある。特に、非特許文献１に記載の技術では、レーザー光が所定の速さで楕円形状の円周上に沿った軌道（いわば、陸上競技のトラック状の軌道）上を往復運動するような動きとなっているため、２つの試料の混合比が特定の混合比にしかできない問題もある。
したがって、非特許文献１に記載の技術では、試料を設置する位置や分析可能な位置に制約がある問題がある。
本発明は、従来の構成に比べて、試料を設置する位置や分析可能な位置を広くすることを技術的課題とする。
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明のレーザーアブレーション装置は、
セルに収容された試料をアブレーションするレーザー光を出力するレーザー光源であって、レーザー光のパルス幅がフェムト秒オーダーのフェムト秒パルスレーザー光を出力する前記レーザー光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光を前記試料に向けて反射する光学系であって、第１の軸を中心に回転可能な第１のミラーと、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心に回転可能な第２のミラーと、前記第１のミラーを前記第１の軸を中心に回転させる第１の駆動源と、前記第２のミラーを前記第２の軸を中心に回転させる第２の駆動源と、を有し、前記レーザー光源からのレーザー光を前記第１のミラーで反射し、前記第１のミラーで反射されたレーザー光を前記第２のミラーで前記試料の分析位置に向けて反射する前記光学系と、
前記試料の分析位置の２次元上の座標位置に基づいて、前記第１の駆動源と前記第２の駆動源を制御して、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの反射角を変更して、前記分析位置に前記レーザー光を照射させる照射制御手段と、
を備え、
複数の分析位置の前記試料を混合して分析する場合に、前記試料に照射されるレーザー光の間隔を予め定められた高周波数に設定するとともに、複数の分析位置をそれぞれ個別に分析する場合に、前記試料に照射されるレーザー光の間隔を前記高周波数よりも低い予め定められた低周波数に設定する
ことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザーアブレーション装置において、
前記分析位置に応じて前記各駆動源を駆動する場合に、前記駆動源を停止位置に向けて駆動した後に、前記停止位置に停止させる際に前記停止位置に向けて移動する方向とは逆方向の駆動を行って、前記各ミラーを前記停止位置に停止させる前記照射制御手段、
を備えたことを特徴とする。
前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の発明の分析装置は、
試料が収容されるセルと、
前記試料をアブレーションする請求項１または２に記載のレーザーアブレーション装置と、
アブレーションされて前記セルから送り出された試料が導入され、導入された試料を誘導結合プラズマ方式で分析を行う分析計と、
を備えたことを特徴とする。
請求項１，３に記載の発明によれば、２つの駆動源で２つのミラーを作動させて、レーザー光の照射位置を２次元的に移動させることができ、従来の構成に比べて、試料を設置する位置や分析可能な位置を広くすることができる。
また、請求項１，３に記載の発明によれば、レーザー光の間隔を変えることで、異なる分析を１つのレーザーアブレーション装置で行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、逆方向の駆動を行わない場合に比べて、レーザー光が照射される位置の精度を向上させることができる。
図１は本発明の実施例１の分析装置の全体説明図である。 図２は実施例１のレーザーアブレーション装置の要部説明図である。 図３は実施例１のセルの説明図である。 図４は実施例１のコンピュータ装置が備えている各機能をブロック図で示した図である。 図５は実施例１の分析装置で可能な分析モードの説明図であり、図５Ａは統合分析モードの説明図、図５Ｂは混合分析モードの説明図、図５Ｃはイメージング分析モードの説明図、図５Ｄは定量分析モードの説明図である。 図６はセルから導出されたエアロゾルに含まれるアブレーションされた試料の分布の説明図である。 図７は従来のセルにおけるガスの流れる領域の説明図である。 図８はセルの拡散部の変更例の説明図であり、図８Ａは変更例１の説明図、図８Ｂは変更例２の説明図である。
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図１は本発明の実施例１の分析装置の全体説明図である。
図１において、実施例１の分析装置１は、分析計の一例としての質量分析計２を有する。実施例１の質量分析計２は、誘導結合プラズマ方式の質量分析計（ＩＣＰ－ＭＳ：Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometer）で構成されている。なお、分析計は、ＩＣＰ－ＭＳに限定されず、例えば、誘導結合プラズマ方式の発光分析計（ＩＣＰ－ＯＥＳ：Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy）を使用することも可能である。なお、ＩＣＰ－ＭＳやＩＣＰ－ＯＥＳは、従来公知のものを使用可能であり、例えば、特開２０１３－１３０４９２号公報等に記載されており、公知であるため、詳細な説明は省略する。
質量分析計２には、接続部の一例としての接続チューブ３の下流端が接続されている。接続チューブ３の上流端には、合流ジョイント４が接続されている。合流ジョイント４には、付加ガス供給部の一例としての付加ガスチューブ６の下流端が接続されている。実施例１では、付加ガスチューブ６には、付加ガス（メイクアップガス）の一例としてのアルゴン（Ａｒ）ガスが供給される。なお、実施例１では、アルゴンガスは、一例として、０．５～１．２Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。
合流ジョイント４には、セル接続部の一例としてセル接続チューブ７の下流端が接続されている。セル接続チューブ７の上流端には、セル１１が接続されている。セル１１は、内部に試料Ｓが収容可能に構成されている。セル１１には、搬送ガス供給部の一例としての搬送ガスチューブ１２が接続されている。実施例１では、搬送ガスチューブ１２には、搬送ガス（キャリアガス）の一例としてのヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給される。なお、実施例１では、キャリアガスは、一例として、０．２ ～ １Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。
また、セル１１の上方には、レーザーアブレーション装置２１が配置されている。レーザーアブレーション装置２１は、セル１１の試料Ｓにレーザー光を照射して、試料Ｓをアブレーションする。
実施例１の分析装置１は、情報処理装置の一例としてのコンピュータ装置３１を有する。コンピュータ装置３１は、コンピュータ本体３２と、表示部の一例としてのディスプレイ３３と、入力部の一例としてのキーボード３４およびマウス３５を有する。コンピュータ本体３２は、レーザーアブレーション装置２１の駆動を制御する信号を出力すると共に、質量分析計２から検出結果を受信して、ディスプレイ３３に表示可能である。
（レーザーアブレーション装置の説明）
図２は実施例１のレーザーアブレーション装置の要部説明図である。
図２において、実施例１のレーザーアブレーション装置２１は、レーザー光源の一例としてのフェムト秒レーザー２２を有する。フェムト秒レーザー２２は、レーザー光の一例として、パルス幅がフェムト秒オーダーのフェムト秒レーザー光２２ａを出力する。実施例１のフェムト秒レーザー２２は、一例として、パルス幅が２３０ｆｓのフェムト秒レーザー光２２ａを出力するが、パルス幅は、例示した数値に限定されず、変更可能である。
実施例１のフェムト秒レーザー２２は、内部に図示しないシャッタが配置されており、フェムト秒レーザー光２２ａを出力する周波数（フェムト秒レーザー光２２ａが出力される間隔の逆数）を制御可能に構成されている。実施例１では、一例として、周波数を１００Ｈｚ～１０００Ｈｚの間で制御可能である。すなわち、フェムト秒レーザー２２からは、１０００Ｈｚでフェムト秒レーザー光２２ａを出力し、１０００Ｈｚの場合はシャッタを常時開放状態にしておき、１００Ｈｚの場合は、１０発の内９発のフェムト秒レーザー光２２ａをシャッタで遮ることで、１００Ｈｚの出力とすることが可能である。
フェムト秒レーザー光２２ａは、光学系の一例としてのガルバノ光学系２３に導入される。実施例１のガルバノ光学系２３は、第１のミラーの一例としての第１ガルバノミラー２４と、第２のミラーの一例としての第２ガルバノミラー２５とを有する。第１ガルバノミラー２４は、フェムト秒レーザー２２からのフェムト秒レーザー光２２ａを第２ガルバノミラー２５に向けて反射し、第２ガルバノミラー２５は第１ガルバノミラー２４からのフェムト秒レーザー光２２ａを試料Ｓに向けて反射する。
第１ガルバノミラー２４は、第１のミラー軸２４ａを中心として回転可能に支持されている。第１のミラー軸２４ａには、第１の駆動源の一例としての第１ガルバノモータ２４ｂから駆動が伝達される。したがって、第１ガルバノモータ２４ｂからの駆動に応じて、第１ガルバノミラー２４は第１のミラー軸２４ａを中心に回転、傾斜して、フェムト秒レーザー光２２ａの反射方向を変化させる。
第２ガルバノミラー２５も、第１ガルバノミラー２４と同様に、第２のミラー軸２５ａ、第２の駆動源の一例としての第２ガルバノモータ２５ｂを有し、フェムト秒レーザー光２２ａの反射方向を変化させる。なお、実施例１では、一例として、第１ガルバノミラー２４は、試料Ｓの表面において、主としてガス流れ方向に沿ったＸ方向の照射位置を制御し、第２ガルバノミラー２５は、主としてガス流れ方向に交差するＹ方向の照射位置を制御する。したがって、２つのガルバノミラー２４，２５の制御で、２次元的にフェムト秒レーザー光２２ａを走査することが可能である。実施例１では、一例として、２０ｃｍ×２０ｃｍの範囲でフェムト秒レーザー光２２ａを照射可能に構成されている。
第２ガルバノミラー２５とセル１１との間には、光学部材の一例としてのレンズ２６が配置されている。レンズ２６は、フェムト秒レーザー光２２ａの焦点の位置が試料Ｓの表面となるように、通過するフェムト秒レーザー光２２ａを集光する。
（セルの説明）
図３は実施例１のセルの説明図である。
図３において、実施例１のセル１１は、試料Ｓが収容される収容部４１を有する。また、セル１１には、導入部の一例としてのガス流入部４２と、導出部の一例としてのエアロゾル流出部４３が形成されている。ガス流入部４２は、搬送ガスチューブ１２に接続され、エアロゾル流出部４３はセル接続チューブ７に接続されている。ガス流入部４２と収容部４１との間には、拡散部４４が形成されている。拡散部４４は、仕切部材の一例としてのフェンス４４ａ，４４ｂを有する。フェンス４４ａ，４４ｂは、拡散部４４のガス流入部４２側と収容部４１側に配置されている。なお、実施例１のフェンス４４ａ，４４ｂは、網状の部材で構成されている。
フェンス４４ａ，４４ｂの間には、ガラス製の球であるガラスビーズ４４ｃが充填されている。なお、ガラスビーズ４４ｃは、粒径が０．５ｍｍ～２ｍｍ程度のものが好適に使用可能である。したがって、ガス流入部４２から流入したキャリアガスは、拡散部４４を通過する際に、ガラスビーズ４４ｃに連続的に衝突して、ガス流れ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に拡散される。
（実施例１の制御部の説明）
図４は実施例１のコンピュータ装置が備えている各機能をブロック図で示した図である。
図４において、制御部の一例としてのコンピュータ本体３２は、外部との信号の入出力等を行う入出力インターフェースＩ／Ｏを有する。また、コンピュータ本体３２は、必要な処理を行うためのプログラムおよび情報等が記憶されたＲＯＭ：リードオンリーメモリを有する。また、コンピュータ本体３２は、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ：ランダムアクセスメモリを有する。また、コンピュータ本体３２は、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ：中央演算処理装置を有する。よって、コンピュータ本体３２は、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
（コンピュータ本体３２の機能）
コンピュータ本体３２は、キーボード３４やマウス３５、質量分析計２、その他の図示しないセンサ等の信号出力要素からの入力信号に応じた処理を実行して、ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂやフェムト秒レーザー２２のシャッタ等の各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。すなわち、コンピュータ本体３２は次の機能を有している。
図５は実施例１の分析装置で可能な分析モードの説明図であり、図５Ａは統合分析モードの説明図、図５Ｂは混合分析モードの説明図、図５Ｃはイメージング分析モードの説明図、図５Ｄは定量分析モードの説明図である。
Ｃ１：分析モードの判別手段
分析モードの判別手段Ｃ１は、キーボード３４やマウス３５からの入力に基づいて、分析を行うモードを判別する。図５において、実施例１の分析装置１では、図５Ａに示す統合分析モードと、図５Ｂに示す混合分析モードと、図５Ｃに示すイメージング分析モードと、図５Ｄに示す定量分析モードとが可能に構成されている。
図５Ａにおいて、統合（integration）分析モードでは、試料Ｓの所定の位置を高速でアブレーションしていくことで、試料Ｓのアブレーションした領域全体の化学組成を統合して、質量分析計２で分析を行う。したがって、アブレーションされた領域の化学組成の平均量が測定される。
図５Ｂにおいて、混合（mixing）分析モードでは、複数の試料Ｓまたは１つの試料の複数の箇所を交互に高速でアブレーションすることで、２つの試料Ｓまたは複数の箇所の化学組成を混合して測定される。なお、混合分析モードでは、２つの試料Ｓを混合する場合、一方の試料と他方の試料で、アブレーションする回数（スポットの数）を変えることで、混合比率を変えることも可能である。すなわち、一方の試料を５回アブレーションする度に、他方の試料を１回アブレーションすることで、５：１の割合で混合することも可能である。これは、他方の試料が標準試料（予め化学組成が既知の試料）を使用する場合に、標準試料が測定の基準となるので、特に好適に利用可能である。
図５Ｃにおいて、イメージング（elemental imaging）分析モードでは、試料Ｓの所定の領域を順に低速でアブレーションしていくことで、試料Ｓのアブレーションされた位置（スポット、分析位置）のそれぞれの化学組成を個別に測定、分析することが可能である。すなわち、所定の領域における化学組成の分布を地図状に分析、測定することが可能である。
図５Ｄにおいて、定量（Quantitative Imaging）分析モードは、分析対象の試料Ｓ１の分析領域と、標準試料Ｓ２とを交互にアブレーションすることで、分析領域の各スポットの化学組成を標準試料に対する比率で分析が可能であり、定量分析が可能である。
Ｃ２：レーザー光の出力間隔の制御手段
レーザー光の出力間隔の制御手段Ｃ２は、分析モードに応じて、フェムト秒レーザー光２２ａの出力間隔（周波数）を制御する。実施例１では、統合分析モードと混合分析モードが選択された場合は、高速（高頻度、１０００Ｈｚ）でフェムト秒レーザー光２２ａを出力し、イメージング分析モードや定量分析モードが選択された場合は、低速（低頻度、１０～５００Ｈｚ）でフェムト秒レーザー光２２ａを出力する。
Ｃ３：照射制御手段
照射制御手段Ｃ３は、第１ガルバノモータの制御手段Ｃ３Ａと、第２ガルバノモータの制御手段Ｃ３Ｂとを有し、各ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂを制御して、各ガルバノミラー２４，２５の反射角を変更して、試料Ｓの目的の分析位置にフェムト秒レーザー光２２ａを照射させる。
第１ガルバノモータの制御手段Ｃ３Ａは、試料Ｓの分析位置のＸ座標に基づいて、第１ガルバノモータ２４ｂを制御して、第１ガルバノミラー２４の反射角を制御する。第２ガルバノモータの制御手段Ｃ３Ｂは、試料Ｓの分析位置のＹ座標に基づいて、第２ガルバノモータ２５ｂを制御して、第２ガルバノミラー２５の反射角を制御する。なお、各ガルバノモータの制御手段Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂは、分析位置に応じて各ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂを駆動する場合に、各ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂを停止する位置に向けて駆動した後に、停止位置に停止させる際に停止位置に向けて移動する方向とは逆方向の駆動（カウンター駆動）を行って、各ガルバノミラー２４，２５を停止位置に停止させる。なお、ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂは、フェムト秒レーザー光２２ａの出力間隔（周波数）に対応して、高速（１０００Ｈｚ）で照射位置を変更可能である。
Ｃ４：分析結果の処理手段
分析結果の処理手段Ｃ４は、質量分析計２からの信号を処理して、ディスプレイ３３に表示する。実施例１の分析結果の処理手段Ｃ４は、統合分析モードや混合分析モードでは、測定された化学組成の分析結果を表示し、イメージング分析モードや定量分析モードでは、アブレーションされた領域のマップ画像とマップ上の各分析位置が選択された場合に化学組成を表示する画像とを表示する。
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の分析装置１では、試料Ｓにおいて目的の分析位置をアブレーションする場合、ガルバノ光学系２３でフェムト秒レーザー光２２ａが照射される位置が制御される。ここで、実施例１のガルバノ光学系２３は、２つのガルバノミラー２４，２５が、ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂでそれぞれ独立して制御される（２軸制御）。したがって、試料Ｓにおいて２次元上の任意の位置をアブレーションして、測定、分析することが可能である。よって、従来技術のように、試料を直線に沿って並べる必要がなくなる。したがって、実施例１の分析装置１は、従来の構成に比べて、試料Ｓを設置する位置や分析可能な位置を広くすることができる。
また、従来技術では、分析したい位置が直線上に並べられない場合は、分析したい目的の位置を、レーザが照射可能な位置（直線上）に置き直して分析する必要があり、分析全体の時間が長くなる問題があった。これに対して、実施例１では、２次元上の任意の位置にフェムト秒レーザー光２２ａを照射可能であり、試料Ｓを置き直すことが減り、分析全体の時間を短くすることができる。
図６はセルから導出されたエアロゾルに含まれるアブレーションされた試料の分布の説明図である。
また、実施例１の分析装置１では、分析モードに応じて、フェムト秒レーザー光２２ａを照射する間隔が変更される。アブレーションされた試料は、キャリアガスによりエアロゾルとしてセル１１から導出されるが、フェムト秒レーザー光２２ａの照射間隔が短い場合は、ガルバノ光学系２３も連動して高速で移動し、複数の分析位置が短時間でアブレーションされる。したがって、図６において、導出されたエアロゾルは、ガス流れ方向に沿って領域５１を区分けすると、各領域５１に同時期にアブレーションされた試料が混在することとなる。したがって、複数の領域からアブレーションされた試料が混在した状態で質量分析計２に送られることとなり、平均値（統合分析モード）や混合されて（混合分析モード）検出される。
一方、フェムト秒レーザー光２２ａの照射間隔が長い場合は、複数の分析位置がある程度の時間間隔をあけてアブレーションされる。したがって、各領域５１には、分析位置それぞれでアブレーションされた試料が個別に存在した状態のまま質量分析計２に送られる。したがって、各分析位置の化学組成を個別に測定、分析できる（イメージング分析モード、定量分析モード）。
よって、実施例１では、フェムト秒レーザー光２２ａを照射する間隔、周波数を変更することで、１つの分析装置１でさまざまな分析を行うことができる。
さらに、実施例１の分析装置１では、混合分析モードでは、一方の試料と他方の試料で照射するスポットの比率を変えることで混合比率を変えることができる。したがって、混合比率が変えられない従来技術に比べて、利用者が分析を行いたい任意の混合比率で分析を行うこともできる。
また、実施例１の分析装置１では、ガルバノミラー２４，２５を分析位置に対応する停止位置で停止させる際に、ガルバノモータ２４ｂ，２５ｂでカウンター駆動を行っている。カウンター駆動を行わずにガルバノモータ２４ｂ，２５ｂを停止させると、ガルバノミラー２４，２５の位置が慣性で停止位置から行きすぎてしまう（オーバーシュートする）恐れがある。オーバーシュートが発生すると、フェムト秒レーザー光２２ａが分析位置に正確に照射されず、分析精度が低下する問題がある。これに対して、実施例１では、カウンター駆動でガルバノミラー２４，２５を停止位置に正確に停止させることができる。したがって、カウンター駆動を行わない場合に比べて、分析精度を向上させることができる。
図７は従来のセルにおけるガスの流れる領域の説明図である。
図７において、セル１１に拡散部４４が設けられていない従来技術では、収容部０１に支持された試料０２に対して、粘性の低いＨｅガスが使用されると、拡散しにくく、導入部０１ａから導出部０１ｂに向かうほぼ直線状の領域０３しかキャリアガスが流れない。したがって、ガスが流れる領域０３の外側の領域０４では、試料０２がアブレーションされてもキャリアガスでほとんど送られず、測定が困難である。したがって、従来は、領域０３上に試料０２の分析対象位置が来るように試料０２を設置する必要があった。よって、従来技術では、試料０２の広い範囲を測定することができず、試料０２の位置を変えるために置き換え等をすると、分析に時間がかかる問題があった。
これに対して、実施例１の分析装置１では、セル１１に拡散部４４が設けられている。したがって、キャリアガスとして粘性の低いＨｅガスが導入されても、図３に示すように、ガス流れ方向（Ｘ方向）に交差する幅方向（Ｙ方向）に拡散し、ほぼ一様に流れる。よって、試料Ｓの広い範囲を対象として、アブレーションされた試料Ｓを下流側に送ることが可能である。したがって、試料Ｓの置き換え等の必要がなく、分析にかかる時間を短縮できる。
（拡散部の変更例）
図８はセルの拡散部の変更例の説明図であり、図８Ａは変更例１の説明図、図８Ｂは変更例２の説明図である。
前記実施例において、図３に示すようにガラスビーズ４４ｃを使用する拡散部４４を例示したがこれに限定されない。図８Ａに示すように、拡散部４４として、ガス流れ方向の下流側に末広がりとなる衝立状の拡散壁４４ｄを複数配置する構成とすることも可能である。また、図８Ｂに示すように、キャリアガスを通過させるが、流路抵抗となるフィルタ部材４４ｅを複数設置する構成とすることも可能である。
なお、図８に例示した構成の他にも、導入されるキャリアガスの流路抵抗となる部材を配置することで、ガスの流れを幅方向（Ｙ方向）に拡散可能な任意の構成を採用可能である。
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）～（Ｈ08）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、試料Ｓとして、１つの試料または２つの試料の場合を例示したが、３つ以上とすることも可能である。
（Ｈ02）前記実施例において、ガルバノ光学系２３は、２軸制御の構成を例示したが、３軸以上の構成とすることも可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、具体的な形状については、設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。例えば、セル１１の収容部４１の形状等は任意に変更可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、拡散部４４にガラスビーズ４４ｃを使用することが好ましいが、ガラス以外の材料を使用することも可能である。例えば、金属製の粒（ビーズ）やプラスチック製のビーズを使用することも可能である。なお、プラスチックビーズを使用すると、プラスチックビーズに付着した水銀（Ｈｇ)が質量分析計で検出されやすいため、ガラスビーズを使用することが望ましい。
（Ｈ05）前記実施例において、キャリアガスとしてＨｅガスを使用することが好ましいが、これに限定されない。分析対象の試料の種類や要求される精度等に応じて、例えば、水素ガスやネオンガス、アルゴンガス等に変更可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、４つの分析モードが可能な構成を例示したが、これに限定されない。分析モードが１つまたは２つあるいは３つの構成とすることも可能であるし、５つ以上のモードを有する構成とすることも可能である。よって、分析モードが１つしかない場合や、実行可能な分析モードでフェムト秒レーザー光２２ａの照射間隔が共通の場合、照射間隔を調整しない、すなわち、フェムト秒レーザー２２のシャッタを有しない構成とすることも可能である。
（Ｈ07）前記実施例において、フェムト秒レーザー光２２ａの照射間隔を調整する構成として、シャッタを使用する構成を例示したがこれに限定されない。例えば、フェムト秒レーザー２２とガルバノ光学系２３との間にフェムト秒レーザー光２２ａを試料Ｓに照射されない方向に反射する遮蔽用の光学系を配置したり、ガルバノ光学系２３で試料Ｓに照射しない方向に反射するように構成することも不可能ではない。
（Ｈ08）前記実施例において、粘性の比較的高いキャリアガスを使用する場合は拡散部を有しない構成とすることも可能である。
１…分析装置、
２…誘導結合プラズマ質量分析装置、
１１…セル、
２１…レーザーアブレーション装置、
２２…レーザー光源、
２２ａ…レーザー光、
２３…光学系、
２４…第１のミラー、
２４ａ…第１の軸、
２４ｂ…第１の駆動源、
２５…第２のミラー、
２５ａ…第２の軸、
２５ｂ…第２の駆動源、
Ｃ３…照射制御手段、
Ｓ…試料。

Claims (3)

  1. セルに収容された試料をアブレーションするレーザー光を出力するレーザー光源であって、レーザー光のパルス幅がフェムト秒オーダーのフェムト秒パルスレーザー光を出力する前記レーザー光源と、
    前記レーザー光源からのレーザー光を前記試料に向けて反射する光学系であって、第１の軸を中心に回転可能な第１のミラーと、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心に回転可能な第２のミラーと、前記第１のミラーを前記第１の軸を中心に回転させる第１の駆動源と、前記第２のミラーを前記第２の軸を中心に回転させる第２の駆動源と、を有し、前記レーザー光源からのレーザー光を前記第１のミラーで反射し、前記第１のミラーで反射されたレーザー光を前記第２のミラーで前記試料の分析位置に向けて反射する前記光学系と、
    前記試料の分析位置の２次元上の座標位置に基づいて、前記第１の駆動源と前記第２の駆動源を制御して、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの反射角を変更して、前記分析位置に前記レーザー光を照射させる照射制御手段と、
    を備え、
    複数の分析位置の前記試料を混合して分析する場合に、前記試料に照射されるレーザー光の間隔を予め定められた高周波数に設定するとともに、複数の分析位置をそれぞれ個別に分析する場合に、前記試料に照射されるレーザー光の間隔を前記高周波数よりも低い予め定められた低周波数に設定する
    ことを特徴とするレーザーアブレーション装置。
  2. 前記分析位置に応じて前記各駆動源を駆動する場合に、前記駆動源を停止位置に向けて駆動した後に、前記停止位置に停止させる際に前記停止位置に向けて移動する方向とは逆方向の駆動を行って、前記各ミラーを前記停止位置に停止させる前記照射制御手段、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーアブレーション装置。
  3. 試料が収容されるセルと、
    前記試料をアブレーションする請求項１または２に記載のレーザーアブレーション装置と、
    アブレーションされて前記セルから送り出された試料が導入され、導入された試料を誘導結合プラズマ方式で分析を行う分析計と、
    を備えたことを特徴とする分析装置。
JP2020514850A 2018-04-18 2018-04-18 レーザーアブレーション装置および分析装置 Ceased JP7146905B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/016026 WO2019202689A1 (ja) 2018-04-18 2018-04-18 レーザーアブレーション装置および分析装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019202689A1 JPWO2019202689A1 (ja) 2021-05-20
JP7146905B2 true JP7146905B2 (ja) 2022-10-04

Family

ID=68239981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020514850A Ceased JP7146905B2 (ja) 2018-04-18 2018-04-18 レーザーアブレーション装置および分析装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11892428B2 (ja)
EP (1) EP3779399A4 (ja)
JP (1) JP7146905B2 (ja)
WO (1) WO2019202689A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021173553A (ja) * 2020-04-21 2021-11-01 株式会社エス・テイ・ジャパン 分析装置
JP7508361B2 (ja) 2020-12-18 2024-07-01 株式会社エス・テイ・ジャパン 分析装置
JP2022131579A (ja) 2021-02-26 2022-09-07 キオクシア株式会社 分析装置および分析方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003247920A (ja) 2002-02-26 2003-09-05 Tdk Corp 軽元素を含有する固体試料の組成比分析方法
JP2014071160A (ja) 2012-09-27 2014-04-21 Brother Ind Ltd ２軸型ガルバノミラーデバイス
JP2015504161A (ja) 2011-12-29 2015-02-05 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド 分光データ表示システム及び方法
JP2016517523A (ja) 2013-03-15 2016-06-16 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド 熱的影響を低減するためのレーザサンプリング方法
JP2016522887A (ja) 2013-04-17 2016-08-04 フリューダイム カナダ インコーポレイテッド マス・サイトメトリーのための試料分析
JP2017193060A (ja) 2016-04-18 2017-10-26 株式会社ソディック 積層造形装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3206761B2 (ja) * 1991-10-24 2001-09-10 興和株式会社 ミラー反転機構
JP2870364B2 (ja) 1993-06-29 1999-03-17 日本鋼管株式会社 レーザー気化分析方法及び装置
JP3138954B2 (ja) * 1995-06-09 2001-02-26 住友重機械工業株式会社 バイアホール形成方法
DE60030195T2 (de) * 1999-04-02 2006-12-14 Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo Laserverfahren zur Bearbeitung von Löchern in einer keramischen Grünfolie
JP2004053550A (ja) 2002-07-24 2004-02-19 Suruga Seiki Kk 半導体デバイス検査装置
FR2883977B1 (fr) * 2005-04-05 2007-06-22 Centre Nat Rech Scient Machine laser d'analyse directe
FR2929011B1 (fr) 2008-03-20 2013-01-04 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif de mesure quantitative a haute cadence de cibles biomoleculaires presentes sur ou dans un support d'analyse biologique.
JP5240806B2 (ja) 2011-12-22 2013-07-17 独立行政法人産業技術総合研究所 プラズマを用いて試料をイオン化もしくは原子化して分析を行う分析装置用の噴霧器および分析装置
WO2018026910A1 (en) 2016-08-02 2018-02-08 Fluidigm Canada Inc. Sample imaging apparatus and method
JP6325646B1 (ja) * 2016-12-12 2018-05-16 ファナック株式会社 ロボットを用いてレーザ加工を行うレーザ加工ロボットシステム及びレーザ加工ロボットの制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003247920A (ja) 2002-02-26 2003-09-05 Tdk Corp 軽元素を含有する固体試料の組成比分析方法
JP2015504161A (ja) 2011-12-29 2015-02-05 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド 分光データ表示システム及び方法
JP2014071160A (ja) 2012-09-27 2014-04-21 Brother Ind Ltd ２軸型ガルバノミラーデバイス
JP2016517523A (ja) 2013-03-15 2016-06-16 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド 熱的影響を低減するためのレーザサンプリング方法
JP2016522887A (ja) 2013-04-17 2016-08-04 フリューダイム カナダ インコーポレイテッド マス・サイトメトリーのための試料分析
JP2017193060A (ja) 2016-04-18 2017-10-26 株式会社ソディック 積層造形装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
平田 岳史，レーザーアブレーション ICPMSの進歩と展望，ぶんせき，2016巻1号，日本，2016年，9頁－１６頁

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019202689A1 (ja) 2021-05-20
EP3779399A1 (en) 2021-02-17
EP3779399A4 (en) 2021-11-24
US20210162549A1 (en) 2021-06-03
US11892428B2 (en) 2024-02-06
WO2019202689A1 (ja) 2019-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7146905B2 (ja) レーザーアブレーション装置および分析装置
WO2019202690A1 (ja) レーザーアブレーション用のセルおよび分析装置
Carvalho et al. Osmar, the open-source microsyringe autosampler
CN110191775B (zh) 用于增材制造旋转构建平台的系统和方法
JP2008014861A (ja) 超小角ｘ線散乱測定装置
EP2859335B1 (en) Dual mode small angle scattering camera
JPH05504194A (ja) レーザー・ドップラー・スペクトル・イメージ・コンバータを利用した流体速度場測定システム
EP2788740A1 (en) Analyser
CN105699344A (zh) 一种获取剪切场下单个分子光谱及成像测量系统
CN110116497B (zh) 用于添加式地制造三维物体的设备
JP6322628B2 (ja) １ｄ及び２ｄビームを提供するｘ線ビームシステム
US20030098239A1 (en) Capillary array electrophoresis apparatus
JP2006239717A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2008014862A (ja) 超小角ｘ線散乱測定の測定結果表示方法、及び超小角ｘ線散乱測定に基づく配向度の解析方法
Diaz-Moreno et al. I20; the versatile X-ray absorption spectroscopy beamline at diamond light source
JP5514490B2 (ja) 粒子物性測定装置
JP7349632B2 (ja) レーザーアブレーション用のセルおよび分析装置
JP2022014165A (ja) 分析装置
JP7392252B2 (ja) Ｘ線蛍光分光法により製品を当該製品の組成に基づいて選択する装置、および対応する選択方法
JP2021173553A (ja) 分析装置
EP3851819A1 (en) Temperature measurement device, temperature measurement system, and temperature measurement method
JPH10319196A (ja) Ｘ線光軸調整装置
JP2007024782A (ja) 粒度分布測定装置
CN117705735B (zh) 一种等离子超连续白光纳秒激光光解测量系统
CN118655164B (zh) 一种基于多色x射线光源衍射的丝织构测定方法与系统

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211221

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220624

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220920

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220921

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7146905

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

RVOP Cancellation by post-grant opposition