JPH0452551A - 成分分析方法及び装置 - Google Patents

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〕 本発明は気体または液体中の測定対象元素の全濃度と、
その元素から成る化学物質濃度並びにその化学物質の存
在比を求める成分分析方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、気体中の元素の全濃度を分析方法については、ア
ナリティ力ル　ケミストリー、５５（１９８３年）第１
２５２頁から第１２５６頁（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　　
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、　　５５（１９８３）、ＰＰ１２
５２−１２５６）において論じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は測定対象元素により構成される化学物質
濃度を測定する点について配慮がされておらず、試料中
の測定対象元素の全濃度しか測定できないという問題が
あった。

本発明の目的は気体または液体試料中の測定対象元素の
全濃度と測定対象元素により構成される化学物質濃度を
同時に測定することにある。

本発明の他の目的は、気体または液体試料中の測定対象
中の特定化学物質の存在比及び当該化学物質以外の化学
形態の物質の存在量を求めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の成分分析方法及び
装置は、液体または気体試料の一部に、光学的破壊が生
じる光密度より低い密度の励起光を照射し、該試料中で
測定対象元素により構成される化学物質から蛍光、光音
響信号を発生させ、検出した蛍光または光音響信号の強
度から試料中の化学物質の濃度を求めるとともに、試料
の他部に光学的破壊が生じる高い密度の励起光を照射し
、該試料を光学的に破壊してプラズマを発生させ、該プ
ラズマの発光の中から測定対象元素の発光強度を検出し
、該発光強度から試料中の測定対象元素の全濃度を求め
るようにしたものである。

さらに、測定対象元素中の特定化学物質の存在比を求め
るために、？ｌ＠定対象元素の全濃度と特定化学物質濃
度の比及び差を求めるようにしたものである。

〔作用〕

気体または液体試料および一部に光学的破壊の生じない
低密度の励起光を照射し、また試料の他部には励起光を
集光手段により集光して試料が光学的破壊を生じる高密
度の励起光を照射する。光学破壊が生じる部分では試料
の光学的破壊により試料がプラズマ化し、試料が原子状
となり元素固有の波長を有する発光が生じる。この発光
強度を測定することにより試料中の測定対象元素の全濃
度を求める。一方、光学的破壊が生じない部分では、測
定対象元素で構成される化学物質の光吸収波長にあらか
じめ一致させた光が照射されることにより、その光を吸
収し、その化学物質より蛍光や光音響信号が発生する。

それら蛍光や光音響信号を検出すれば化学物質の濃度が
求まる。次に、測定した全元素濃度と化学物質濃度との
比及び差をとり、測定対象元素中で測定した化学物質が
存在する比率が求められ、また、その測定した化学物質
以外の形態で存在している測定元素の量を求めることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

光源１は高出力パルスレーザを用いる。例えばパルスＹ
ＡＧレーザに色素レーザを組合わせたものを用い、高出
力であると共に、波長を変化できることが必要である。

この波長は測定対象の化学物質の蛍光を誘起できる波長
に設定する。この励起光２１を測定試料の入ったセル２
，３に照射する。まずセル２では励起光２１は集光され
ていないので試料の光学的な破壊は生じず、試料は励起
光２１を吸収して、蛍光２２を発生する。この発生した
蛍光２２をレンズ５で集光して、分光器６により分光し
て光検出器７により検出する。光検出器７には多チャン
ネル検出器や光電子増倍管などが用いられる。検出した
蛍光強度はデータ処理装置に送られ、蛍光強度に比例し
た化学物質の濃度を算出する。

一方、セル３ではセル３前方に設置されたレンズ４によ
り励起光２１は集光され、そのスポット部において、試
料が光学的に破壊するように光出力濃度を設定する。具
体的には気体の場合は５×１０”ｗ／ａｊ、液体の場合
は３Ｘ１０”ｗ／ａ＃以上に設定すれば光学的破壊を誘
起でき、試料はプラズマ化し、プラズマ発光２３を生じ
る。そのプラズマ発光２３をレンズ５′で集光して、分
光器６′で分光し、光検出器７′で、測定元素固有の波
長を有する発光輝線を検出する。このプラズマ発光を検
出する検出器７′はプラズマ中の電子の制動輻射などに
起因する連続光と測定したい発光輝線とを分離するため
時間分解測定ができることが望ましい。測定した発光輝
線強度はデータ処理袋［８に送られ、その強度に比例し
た元素濃度が求められる。

例えば、測定対象元素としてガス中のヨウ素を例にとり
、そのガス中に化学形態としては工２及び有機ヨウ素（
例えばＣＨ３Ｉ）の形で存在しているとする。ここで工
２は蛍光を発生するが、有機ヨウ素は蛍光を発しないの
で、励起光２１の波長をＩ２の蛍光を誘起できる６　３
２．８ｍｎに設定し、ガスの光学的破壊を誘起できる１
０ｍＪ／パルス（パルス巾Ｉｏｎｓ）程度の光出力の励
起光２１を照射する。すると、セル２の方では、６５０
〜８００ｎｍの間に発生する工２の蛍光を測定でき、一
方セル３では気体の光学的破壊によりＩ２や有機ヨウ素
はいずれも原子状となり、■原子の１７８．２８，２０
６．２４ｎｍの発光輝線が検出される。この結果、この
発光輝線強度から測定試料中に含まれる全ヨウ素原子濃
度が求められる。

そこで、データ処理装置８により、全ヨウ素原子濃度と
、■、蛍光強度から求めたＩ２の濃度との比から、全ヨ
ウ素のうち工２の化学形態をとる存在比が求められ、ま
た測定値の差をとることにより、有機ヨウ素濃度を求め
ることもできる。

以上のように、本実施例によれば測定対象元素の全濃度
及びその元素のある化学形態の濃度並びにその化学形態
の存在比及び他の化学形態の存在量を同時計測できる効
果がある。

次に、本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する。

この実施例においては、セル２に音検出器１０を設置し
、測定試料中のある化学物質が光を吸収した際に発生す
る光音響信号を検出するようにする。この音検出器１０
としては、試料が気体のときはマイクロホンが、また液
体のときは圧電素子が用いられる。検出した信号はボッ
クスカー積分器１１に送られ、ノイズを低減して、試料
の光音響信号のみをとりだすようにし、データ処理装置
８へ送る。この光音響信号強度が測定対象化学物質の濃
度に比例することから、その化学物質濃度を求めること
ができる。試料のプラズマ化によるブレイクダウン発生
時には音響波が発生するが、この音が光音響信号を訪客
しないようにセルを独立にし、セルをつなぐ管を十分細
くすることや。

セルに試料を供給するラインを独立にすることにより、
訪客を抑えることができる。

本発明によれば、蛍光を発しない化学物質でも光音響信
号により計測できるという効果がある。

次に、本発明のさらに別な実施例を第３図を用いて説明
する。

本実施例では、セル２により測定する蛍光２２及びセル
３で測定するプラズマ発光２３を光ファイバ１２に集光
する。光はそれぞれの光ファイバ１２で分光器６に送光
されるが、この時ミラー１３を回転させて、分光器６に
送光する光を切換えるようにし、１台の分光器６で蛍光
２２とプラズマ発光２３を検出するようにする。本実施
例によれば、１台の分光器６及び光検出器７で蛍光とプ
ラズマ発光を検出できるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定試料中のプラズマ発光と蛍光また
は光音響信号を検出できるので、測定対象元素の全濃度
及びその元素で構成される化学物質濃度が測定でき、ま
た、それらの測定値から、測定対象元素のうち特定の化
学形態の物質の存在比及びそれ以外の化学形態の存在量
を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置構成図、第２図は本発
明の別な実施例の装置構成図、第３図は本発明のさらに
別な実施例の装置構成図である。 １・・・光源、２，３・・・セル、４，５・・・レンズ
、６・・・分光器、７・・・光検出器、８・・・データ
処理装置、９・・・記録装置、１０・・・音検出器、１
１・・・ボックスカー積分器、１２・・・光ファイバ、
１３・・・ミラー１４・・・レンズ、２１・・・励起光
、２２・・・蛍光、２３・・・プラズマ発光、３０・・
・試料の流れ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体または気体試料の成分分析方法において、該試
   料の一部に、該試料の光学的破壊が生じる光密度より低
   い密度の励起光を照射し、該試料中で測定対象元素によ
   り構成される化学物質から螢光を発生させ、該螢光の強
   度を検出し、検出した該螢光の強度から前記試料中の前
   記化学物質の濃度を求めるとともに、前記試料の他部に
   、該試料の光学的破壊が生じる光密度より高い密度の励
   起光を照射し、該試料を光学的に破壊してプラズマを発
   生させ、該プラズマの発光の中から前記測定対象元素の
   発光強度を検出し、該発光強度から前記試料中の前記測
   定対象元素の全濃度を求めることを特徴とする成分分析
   方法。 ２、液体または気体試料の成分分析方法において、該試
   料の一部に、該試料の光学的破壊が生じる光密度より低
   い密度の励起光を照射し、該試料中で測定対象元素によ
   り構成される化学物質から光音響信号を発生させ、該光
   音響信号の強度を検出し、検出した該光音響信号の強度
   から前記試料中の前記化学物質の濃度を求めるとともに
   、前記試料の他部に、該試料の光学的破壊が生じる光密
   度より高い密度の励起光を照射し、該試料を光学的に破
   壊してプラズマを発生させ、該プラズマの発光の中から
   前記測定対象元素の発光強度を検出し、該発光強度から
   前記試料中の前記測定対象元素の全濃度を求めることを
   特徴とする成分分析方法。 ３、請求項１または２記載の成分分析方法において、測
   定した測定対象元素の全濃度と該測定対象元素により構
   成される化学物質の濃度との比及び差をとることにより
   、測定対象元素のうち当該化学物質が占める存在比及び
   当該化学物質以外の化学形態の物質の存在量を求めるこ
   とを特徴とする成分分析方法。 ４、液体または気体試料の成分分析方法において、励起
   光を発生する光源と、該光源からの励起光を照射する前
   記試料の一部を貯える第１セルと、該第１セル中の試料
   に含まれ測定対象元素により構成された化学物質から発
   光する螢光強度を検出する第１光検出手段と、前記光源
   からの励起光を前記試料の光学的破壊を惹起するレベル
   にまで集光する集光手段と、前記レベルに集光された励
   起光を照射する前記試料の他部を貯える第２セルと、該
   第２セル中の試料の光学的破壊により生じるプラズマの
   中から前記測定対象元素が発光する発光強度を検出する
   第２検出手段と、該第２光検出手段で検出した発光強度
   から試料中の測定対象元素の全濃度を算出し、前記第１
   光検出手段で検出した螢光強度から試料中の化学物質の
   濃度を算出するデータ処理装置とから構成されたことを
   特徴とする成分分析装置。 ５、液体または気体試料の成分分析方法において、励起
   光を発生する光源と、該光源からの励起光を照射する前
   記試料の一部を貯える第１セルと、該第１セル中の試料
   に含まれ測定対象元素により構成された化学物質から発
   する光音響信号の強度を検出する音響信号検出手段と、
   前記光源からの励起光を前記試料の光学的破壊を惹起す
   るレベルにまで集光する集光手段と、前記レベルに集光
   された励起光を照射する前記試料の他部を貯える第２セ
   ルと、該第２セル中の試料の光学的破壊により生じるプ
   ラズマの中から前記測定対象元素が発光する発光強度を
   検出する第２検出手段と、該第２光検出手段で検出した
   発光強度から試料中の測定対象元素の全濃度を算出し、
   前記音響信号検出手段で検出した光音響信号の強度から
   試料中の化学物質の濃度を算出するデータ処理装置とか
   ら構成されたことを特徴とする成分分析装置。 ６、請求項４または５記載の成分分析装置において、算
   出した前記測定対象の元素の全濃度と前記化学物質の濃
   度との比及び差をとり、測定対象元素のうち当該化学物
   質が占める存在比及び当該化学物質以外の化学形態の物
   質の存在量を算出するデータ処理装置を設けたことを特
   徴とする成分分析装置。