JPH01259242A - ブレイクダウン分光分析プローブ - Google Patents

ブレイクダウン分光分析プローブ

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JPH01259242A
JPH01259242A JP63085101A JP8510188A JPH01259242A JP H01259242 A JPH01259242 A JP H01259242A JP 63085101 A JP63085101 A JP 63085101A JP 8510188 A JP8510188 A JP 8510188A JP H01259242 A JPH01259242 A JP H01259242A
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JP
Japan
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light
breakdown
spectroscopic analysis
probe
sample
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Pending
Application number
JP63085101A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Matsui
哲也 松井
Takehiko Kitamori
武彦 北森
Kenji Yokose
横瀬 賢次
Masaharu Sakagami
坂上 正治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01259242A publication Critical patent/JPH01259242A/ja
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G01N21/71Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/718Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Plasma & Fusion (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブレイクダウン分光分析装置に係り、特に、ブ
レイクダウン分光分析のその場測定、遠隔測定に好適な
ブレイクダウン分光分析装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、ブレイクダウン分光分析については、アプライ1
− スペク1−ロスコピー第38巻 第5号(1984
年)第721頁から第729頁(AppliedSpe
ctroscopy、 Vofl 38. Numbe
r 5.(1984)pp721−729)において論
じられているように、レーザ光を固定されたミラーとレ
ンズにより試料の入ったセル部へ送光し、ブレイクダウ
ンにより発生した光を固定されたレンズで集光して分光
器へ送っていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術は、ブレイクダウンを発生するために照
射する光の光路は固定されていないため、測定したいポ
イントへ光を照射するための光学系を組むための時間を
要し、その変更は困難であった。また、試料の入ったセ
ルは光学窓を設けておく必要があった。また、遠隔分析
をするための考慮はされておらず、光源や検出器を測定
したいポイントの近くに設置する必要があった。
本発明の目的は、ブレイクダウン分光分析のその場測定
及び遠隔測定を可能とし、測定点の変更も容易なブレイ
クダウン分光分析プローブを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ブレイクダウンを発生させるための光を送
光する手段として、光ファイバのような損失が少なく、
かつ、容易に曲げることができる光伝送手段を用い、ブ
レイクダウンの発生位置の近くに、音響波の検出器や、
発光を受光して送光する光ファイバに備えたプローブ部
を設置することにより達成される。
〔作用〕
光源は、ブレイクダウンを発生させるのに必要なエネル
ギの光を発生しうるちのを用い、その光源からの光を光
ファイバのように光伝送手段を用いて、測定したいポイ
ンI〜へと送光する。ここで、用いる光伝送手段は、損
失が少なく、かつ、曲げることも容易なものであるため
、狭い場所でも容易に光路を設定でき、遠くまで光を送
光することができ、かつ、光路の変更も容易となる。光
ファイバなどを光伝送手段に用いるときは、大口径コア
の単心ファイバや、二本以上の光ファイバを用いれば、
ブレイクダウンを発生させるに足る高エネルギの光をフ
ァイバの端面を損傷させることなく送光できる。ブレイ
クダウンの発生位置には、音響波を測定する場合は検出
器が、発光を測定する場合は受光部と受光送光用の光フ
ァイバが設置され、必要な情報を測定し、それらの信号
は信号ケーブルや光ファイバにより信号処理系に送られ
〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
まず、本発明の全体構成を記す。光源として用いられる
レーザ1から励起光21が発生され、その励起光21送
光手段として用いられる光ファイバ2によりプローブ4
へ送光する。プローブ4において光ファイバ2から出射
された励起光21はレンズ8により集光され、測定した
い媒質のブレイクダウンを発生させ、ブレイクダウンに
より発生する音響波22を圧電素子3により検出し、そ
の電気信号をケーブル5で信号処理装置6へ送り、記録
計7に記録する。図中31は槽、32は試料。
次に、本発明の原理及び各部の詳細を以下に記す。
本発明で実施するブレイクダウン分光分析は、レーザ光
を集光して、エネルギ密度を高くし、高い電場をつくる
ことにより、媒質のブレイクダウン(一種の絶縁破壊)
を発生させ、ブレイクダウンにより発生する音響波を検
出する。第2図にブレイクダウン音響波を検出し、超純
水中の0.038μmのポリスチリレン超微粒子を計数
した実験結果の一例を示す。ここでは、液体である超純
水はブレイクダウンを起こさず、超微粒子のみブレイク
ダウンさせるようにエネルギ密度を設定して測定したも
のであるが、計数値は粒子数密度に比例して増加してお
り、微粒子を計数できていることがわかる。
上記のことから、了解されるように、ブレイクダウンを
誘起するためには高エネルギの光が必要である。実用的
な値としては、例えば、パルスレーザの出力30mJ/
パルス幅Ions程度の光を要し、これだけの光を容易
に遠隔分析できるように送光するのは容易ではなかった
。例えば、コア径800μm程度の単心の光ファイバー
本のみでは、光ファイバの入射側のコア面が高エネルギ
のレーザ光により損傷を受けてしまう。また、コア径の
小さいファイバを数十水束ねたバンドルファイバでは、
ファイバをたばねるための接着剤が損傷を受けるなどの
問題があった。
そこで本実施例では、コア径の大きい単心ファイバを光
ファイバ2に適用することにより高エネルギのレーザ光
を送光する方法を示している。すなわち、光フアイバ入
射端面の実用に耐えるエネルギ密度はコア材に純粋石英
を用いた場合、106W/nw112以下であることを
用い、コア直径をd(IlITl)、パルスレーザ光の
1パルスのエネルギをE (J) 、パルス幅をt (
see)、ファイバコアに入射するビームスポット径は
コア径の80%にすると、 の関係が成り立つ。従って、この式のE=30mJ、J
=10nsを代入して、コア径を求めると、d≧2.4
4mm となる。この値は、単心ファイバとしては非常
に大きいものであるが、技術的には製作可能な値であり
、本発明に利用することが可能となる。
次に、プローブ部について論じる。プローブ4は光ファ
イバ2の出射口に取付けられ、ブレイクダウンを発生、
検出する部分である。光ファイバ2から出射された光は
約20°の角度が広がっているので、レンズ8により集
光して、ブレイクダウンを発生させるためのエネルギ密
度(107W/m2以上)にする。レンズ8は、−枚で
も二枚以上でも良い。そして、ブレイクダウンの発生位
置の側面部に圧電素子3等の音検出器をプローブ4に固
定して設置する。このプローブ4の大きさは10cln
以下にできるので、小型で使い易い大きさにすることが
できる。圧電素子4からの電気信号は信号ケーブル5で
信号処理装置6に送る。
本実施例によれば、レーザ光、信号処理装置6、及び記
録計7とプローブ4部とを光ファイバ2と信号ケーブル
5によりつなぐことができるので、遠隔測定が可能とな
り、また、プローブ4は容易に移動可能であるが、その
場測定が可能となるという効果がある。
次に、本発明の第二の実施例を第3図を用いて説明する
本実施例は、ブレイクダウンにより発生する音響波では
なく、発光を検出し、媒質の成分や濃度を分析するもの
である。従ってブレイクダウンを発光するためのレーザ
、光ファイバ2.レンズ8は前述と同様のものを用いる
。そして、プローブ4には、ブレイクダウンによる発光
を受光して分光器10へ送光するための受光ファイバを
設置する。この受光ファイバ9に入ってくる光は、レー
ザ光はど強いものではないので、受光ファイバ9のコア
径は、特に、指定する必要はないがバンドルにするなど
して受光面積を広くした方が、検出感度が向上する。受
光ファイバ9の設置位置は第3図に示すように、励起光
の散乱光が少ない側面が望ましい。
受光ファイバ9により送られた光は、分光器10により
分光され、光検出器11により検出され、信号処理装置
12により処理され、記録計7に記録される。
本実施例によれば、媒質の成分分析、定量分析可能なブ
レイクダウン分光分析を、遠隔測定、及−11〜 び、その場測定できるという効果がある。
本発明の第三の実施例を第4図を用いて説明する。
本実施例は、プローブ4に圧電素子3と受光ファイバ9
とを設置したもので、ブレイクダウンにより発光する音
響波と発光とを同時に測定できるようにしたものである
。各部の詳細は前述した実施例と同様である。
本実施例によれば、ブレイクダウンにより発光する音響
波と光とを同時に測定することができ、かつ、遠心測定
、その場測定できるという効果がある。
次に本発明の第四の実施例を第5図により説明する。
前述のようにレーザ光のエネルギ密度がしきい値を越え
ると光ファイバの端面に損傷を与える。
その損傷を避けるにはコアの断面積を大きくすれば良い
が、あまり大きくすると、今度は光ファイバを曲げるこ
とができなくなり、プローブ4の移動が不可能となる。
そこで、第5図に示すように、曲げることが可能な単心
の光ファイバ13を二本以上用いて、それぞれにハーフ
ミラ−15やミラー16により分岐した励起光を入射さ
せて送光し、それらの光ファイバ13を出射側で束ねて
、−本のファイバロッド14に接続する。このファイバ
ロッド14のコア径は大きいが曲げることはできない一
種の光ファイバで、光ファイバ13によって送られてき
た光は、このファイバロッド14の中で一本化され、プ
ローブ4へ送光され、ブレイクダウンを起こす。
本実施例によれば高いエネルギの光を送光でき、ブレイ
クダウン分光分析の遠隔測定、その場測定ができるとい
う効果がある。
本発明の第五の実施例を第6図を用いて説明する。
本実施例ではレーザ1からの励起光21をファイバ切換
装置17へ送光し、光ファイバ2へ入射されるが、この
ファイバ切換装置17を駆動装置18により回転させ、
二本以上の光ファイバ2への励起光21の入射を切換え
る。これらの光ファイバ2の出射口には、それぞれ、プ
ローブ4が接続しており、得られた信号はファイバ切換
装置17を径由して、信号処理装置6に送られる。図中
33はプロセス配管、34は反応管、35はプロセスフ
ローである。
本実施例によれば、数ケ所の測定点を瞬時に切換えて測
定できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、励起光の光路を容易に変更でき、測定
点を自由に設定できるので、粒子の計数や、成分の同定
や定量が可能なブレイクダウン分光分析のその場測定、
及び、遠隔測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の系統図、第2図はポリスチ
レン超微粒子の検量線特性図、第3図は本発明の第二の
実施例の系統図、第4図は本発明の第三の実施例の系統
図、第5図は本発明の第四の実施例の系統図、第6図は
本発明の第五の系統図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、試料に照射する光の光源と、照射された光により前
    記試料中に誘起されるブレイクダウンにより発生する音
    響波の検出器と、前記検出器からの信号を処理する信号
    処理装置とから成る分光分析装置において、 前記光源からの光を送光し前記試料に照射する手段と、
    前記音響波の前記検出器を取り付けたプローブ部とを設
    けたことを特徴とするブレイクダウン分光分析プローブ
    。 2、試料に照射する光の光源と、照射された光により前
    記試料中に誘起されるブレイクダウンにより発生する光
    を分光するための分光器と、分光された光を検出するた
    めの検出器と、前記検出器からの信号を処理する信号処
    理装置とから成る分光分析装置において、 前記光源からの光を送光し前記試料に照射する手段と、
    ブレイクダウンによる光を受光するプローブ部と、受光
    した光を前記分光器に送光する手段とを設けたことを特
    徴とするブレイクダウン分光分析プローブ。 3、特許請求の範囲第1項または第2項に記載のブレイ
    クダウン分光分析プローブにおいて、前記音響波検出器
    と前記ブレイクダウンによる光を受光する手段とを備え
    たプローブ部を設け、前記ブレイクダウンにより発生す
    る音響波と光とを同時測定することを特徴とするブレイ
    クダウン分光分析プローブ。 4、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項に記載
    のブレイクダウン分光分析プローブにおいて、 前記光源からの光を送光し試料に照射する手段として光
    ファイバを用いることを特徴とするブレイクダウン分光
    分析プローブ。 5、特許請求の範囲第2項または第3項に記載のブレイ
    クダウン分光分析プローブにおいて、受光した光を前記
    分光器に送光する手段として光ファイバを用いることを
    特徴とするブレイクダウン分光分析プローブ。 6、特許請求の範囲第4項に記載のブレイクダウン分光
    分析プローブにおいて、 前記光ファイバが大口径のコアを有する単心ファイバで
    あることを特徴とするブレイクダウン分光分析プローブ
    。 7、特許請求の範囲第4項に記載のブレイクダウン分光
    分析プローブにおいて、 前記光ファイバが中空ファイバであることを特徴とする
    ブレイクダウン分光分析プローブ。 8、特許請求の範囲第4項に記載のブレイクダウン分光
    分析において、 前記光ファイバが、光源からの光を入射させる側は複数
    の前記光ファイバから成り、照射側ではそれらを束ねて
    一本の大口径の光ファイバロッドに接続して、前記光フ
    ァイバロッドから光を出射させることを特徴とするブレ
    イクダウン分光分析プローブ。 9、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項までに
    記載のブレイクダウン分光分析プローブにおいて、 照射する光の前記光源がレーザ装置であることを特徴と
    するブレイクダウン分光分析プローブ。 10、特許請求の範囲第9項に記載のブレイクダウン分
    光分析プローブにおぃて、 照射する光の前記光源がパルス発振のレーザ装置である
    ことを特徴とするブレイクダウン分光分析プローブ。 11、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項に記
    載のブレイクダウン分光分析プローブにおいて、 測定対象が前記試料内の粒子状物質であることを特徴と
    するブレイクダウン分光分析プローブ。 12、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項まで
    に記載のブレイクダウン分光分析プローブにおいて、 複数の測定点のすべてに、前記光源からの光を送光し前
    記試料に照射する手段と、前記プローブ部と、受光した
    光を送光する手段とを設置し、前記光源の光を送光して
    照射する手段を選択あるいは切換えて、測定点を選択す
    ることを特徴とするブレイクダウン分光分析プローブ。
JP63085101A 1988-04-08 1988-04-08 ブレイクダウン分光分析プローブ Pending JPH01259242A (ja)

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JP (1) JPH01259242A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011080768A (ja) * 2009-10-02 2011-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス分析装置
JP2015038493A (ja) * 2014-10-01 2015-02-26 三菱重工業株式会社 ガス分析装置

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JP2011080768A (ja) * 2009-10-02 2011-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス分析装置
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