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JP2000249655A - Laser-excitaed plasma emission spectrophotometer - Google Patents

Laser-excitaed plasma emission spectrophotometer

Info

Publication number
JP2000249655A
JP2000249655A JP11050133A JP5013399A JP2000249655A JP 2000249655 A JP2000249655 A JP 2000249655A JP 11050133 A JP11050133 A JP 11050133A JP 5013399 A JP5013399 A JP 5013399A JP 2000249655 A JP2000249655 A JP 2000249655A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
sample
light
chamber
plasma
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.)
Pending
Application number
JP11050133A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Fukui
勲 福井
Takao Miyama
隆男 深山
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.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP11050133A priority Critical patent/JP2000249655A/en
Publication of JP2000249655A publication Critical patent/JP2000249655A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a high-accuracy analysis by preventing a contamination inside an analytical chamber. SOLUTION: In a main chamber 20, a sample opening 21 is formed in the opposite position of a window plate 23 for laser transmission, and a sample 5 is pressed by a pressure body 31 so at to be brought into close contact in such a way that a sample face is exposed in the opening 21. In addition, an auxiliary chamber 27 is brought into close contact with the main chamber 20 so as to surround the sample 5. The inside of the main chamber 20 and the inside of the auxiliary chamber 27 are kept independently airtight by keeping a gap from the sample 5. Since only a part of the sample 5 is exposed inside the main chamber 20, a contamination due to an undesired component which sticks to the sample 5 can be suppressed to a minimum.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体試料を発光さ
せるためのエネルギ源としてレーザを利用したレーザ励
起プラズマ発光分光分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser-excited plasma emission spectrometer using a laser as an energy source for emitting light from a solid sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光分光分析の一手法として、減圧条件
下でレーザを固体試料に照射し、その照射領域から発生
するプラズマの発光光を取り出して分光分析するという
方法が知られている(「N2レーザー励起プラズマによ
る発光分光分析」香川喜一郎ほか、分光研究 第34巻
第5号(1985年)参照)。
2. Description of the Related Art As one method of emission spectroscopy, there is known a method of irradiating a solid sample with a laser under reduced pressure conditions, taking out emission light of plasma generated from the irradiated area, and performing spectral analysis (refer to ""). Emission Spectroscopy Using N2 Laser Excited Plasma ", see Kiichiro Kagawa et al., Spectroscopic Research, Vol. 34, No. 5, (1985)).

【0003】図6は上記文献に記載の発光分光分析装置
における発光部の概略構成図である。図示しないレーザ
光源から放出された高出力のN2レーザはレンズ40で
集光され、図示しない真空ポンプにより約1Torrに減圧
されているチャンバ41内へと導入される。チャンバ4
1内には試料42がモータ43により回転自在に収容さ
れている。試料42にレーザが照射されると、照射領域
の上部近傍に小径の白色のプラズマ(1次プラズマ)が
発生する。更にそれに引き続き、1次プラズマを取り囲
むように半球状に2次プラズマ44が広がってゆく。こ
の2次プラズマ44は試料42の構成元素に応じた色
(波長)の発光線を放出するので、この発光線をチャン
バ41の外部へと取り出し分光分析部45へと導入す
る。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a light emitting unit in the emission spectrometer described in the above-mentioned document. A high-power N2 laser emitted from a laser light source (not shown) is condensed by a lens 40 and introduced into a chamber 41 evacuated to about 1 Torr by a vacuum pump (not shown). Chamber 4
A sample 42 is rotatably accommodated in the motor 1 by a motor 43. When the sample 42 is irradiated with the laser, a small-diameter white plasma (primary plasma) is generated near the upper portion of the irradiation region. Subsequently, the secondary plasma 44 spreads hemispherically so as to surround the primary plasma. Since the secondary plasma 44 emits an emission line of a color (wavelength) corresponding to the constituent elements of the sample 42, the emission line is taken out of the chamber 41 and introduced into the spectral analysis unit 45.

【0004】試料42の同一領域にレーザを照射し続け
ると、照射位置近傍の試料が液状化してきて窪みが生
じ、プラズマの発光強度が減少してくる。そこで、モー
タ43により試料42をゆっくりと回転させ、レーザの
照射位置がリング状に形成されるようにする。これによ
り、長時間に亘って形状や発光強度の安定したプラズマ
を得ることができる。
If the same area of the sample 42 is continuously irradiated with the laser, the sample near the irradiation position becomes liquefied, causing a depression, and the emission intensity of the plasma decreases. Therefore, the sample 42 is slowly rotated by the motor 43 so that the laser irradiation position is formed in a ring shape. This makes it possible to obtain plasma having a stable shape and emission intensity over a long period of time.

【0005】他の発光分光分析の手法としては、レーザ
励起による誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled
Plazma=ICP)発光分光分析がよく知られているが、
この分析方法では、アルゴンプラズマ中に試料の微細粒
子を導入して発光させるため、アルゴンガスに含まれる
各種炭化水素(CnHm)や残留大気に含まれる一酸化炭
素、二酸化炭素の影響により鋼中の微量炭素の測定精度
が十分に高くない。また、金属に含まれる窒素や酸素の
測定を行うことができない。これに対し、上記レーザ励
起プラズマ発光分光分析によれば、これら各元素を含
め、そのほかの方法では分析できない元素まで幅広い元
素の分析が可能であるという利点がある。
[0005] As another emission spectroscopy technique, inductively coupled plasma (Inductively coupled plasma) by laser excitation is used.
Plazma = ICP) Emission spectroscopy is well known,
In this analysis method, fine particles of a sample are introduced into an argon plasma to emit light. Therefore, various kinds of hydrocarbons (CnHm) contained in argon gas, carbon monoxide contained in residual air, and carbon dioxide are contained in steel. Measurement accuracy of trace carbon is not high enough. In addition, measurement of nitrogen and oxygen contained in the metal cannot be performed. On the other hand, the laser-excited plasma emission spectroscopy has the advantage that it is possible to analyze a wide range of elements including these elements and elements that cannot be analyzed by other methods.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ励起プラズマ発光分光分析装置には次のようない
くつかの問題があり、実用化が進んでいないのが現状で
ある。 (1)試料自体を回転させるという上記構成はチャンバ
41の壁面に軸を貫通させなければならないなど問題が
多いため、それに代わる方法として、光学的にレーザの
照射位置を変えることが考えられる。しかしながら、そ
の場合、プラズマの発生位置が水平方向に移動してしま
うため、分光器に導入される光の光軸が変わり誤差の要
因となる。 (2)側光の対象である2次プラズマは1次プラズマに
引き続いて発生するが、1次プラズマは元素に特有な光
を放出しないため背景雑音の一因となる。 (3)上記分光分析において高精度の分析を行うには、
プラズマの発光光の空間分布が安定していることが好ま
しいが、実際にはその分布はチャンバ41内の圧力の影
響を受けるため、レーザを複数回照射する際に得られる
結果にばらつきが生じることがある。 (4)チャンバ41内に試料を収容する構成とすると、
チャンバ41内に露出する試料の表面積が大きいため、
この表面に付着している大気中の成分などがチャンバ4
1内に拡散して汚染の原因となり、精度低下をもたら
す。
However, the conventional laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer has several problems as described below, and has not been put into practical use at present. (1) The above-described configuration in which the sample itself is rotated has many problems, such as having to penetrate an axis through the wall surface of the chamber 41. Therefore, as an alternative method, it is conceivable to optically change the laser irradiation position. However, in this case, since the position where the plasma is generated moves in the horizontal direction, the optical axis of the light introduced into the spectroscope changes and causes an error. (2) The secondary plasma, which is the object of the side light, is generated following the primary plasma, but the primary plasma does not emit light peculiar to the element and thus contributes to background noise. (3) To perform high-precision analysis in the above spectroscopic analysis,
It is preferable that the spatial distribution of the emitted light of the plasma is stable, but in practice, the distribution is affected by the pressure in the chamber 41, so that the results obtained when the laser is irradiated a plurality of times may vary. There is. (4) Assuming that the sample is accommodated in the chamber 41,
Because the surface area of the sample exposed in the chamber 41 is large,
Atmospheric components and the like adhering to this surface are removed from the chamber 4
1 to cause contamination, resulting in a decrease in accuracy.

【0007】本発明はこれらの課題を解決するために成
されたものであり、レーザ励起プラズマ発光分光分析装
置において分析精度を向上させることを主たる目的とし
ている。
[0007] The present invention has been made to solve these problems, and has as its main object to improve the analysis accuracy in a laser-excited plasma emission spectrometer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された第1発明は、減圧条件下で固体試料にレーザ
を照射し、それにより発生するプラズマから放出される
光を分光分析するレーザ励起プラズマ発光分光分析装置
において、 a)レーザの照射位置に近接して配置され、半球状に広が
るプラズマの中心部分及び頭頂部から発する光を除去す
るべく試料面に略平行に細長い形状の開口を有する入射
光制限手段と、 b)該入射光制限手段の開口を通過した光を集光する集光
手段と、 c)光の分散方向が前記開口の延在方向と同一方向になる
ように配置された凹面回折格子を含む光分散手段と、 を備えることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, a solid sample is irradiated with a laser under reduced pressure, and light emitted from plasma generated by the laser is spectrally analyzed. In a laser-excited plasma emission spectrometer, a) an elongated aperture that is placed in close proximity to the laser irradiation position and is approximately parallel to the sample surface to remove light emitted from the center and top of the hemispherical plasma. B) light collecting means for condensing the light passing through the opening of the incident light limiting means, and c) the light dispersion direction is the same as the extending direction of the opening. Light dispersing means including an arranged concave diffraction grating.

【0009】上記課題を解決するために成された第2発
明は、減圧条件下で固体試料にレーザを照射し、それに
より発生するプラズマから放射される光を検出器により
検出して分光分析するレーザ励起プラズマ発光分光分析
装置において、 a)レーザの照射時点から所定の遅延時間が経過した後に
所定の時間幅の信号を生成する信号生成手段と、 b)前記所定の時間幅の信号の期間中、検出器に到達した
光による受光信号を積算する積算手段と、 を備えることを特徴としている。
A second aspect of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In the second aspect, a solid sample is irradiated with a laser under reduced pressure conditions, and light emitted from plasma generated by the solid sample is detected by a detector to perform spectral analysis. In the laser-excited plasma emission spectrometer, a) a signal generating means for generating a signal of a predetermined time width after a predetermined delay time has elapsed from the laser irradiation time, and b) during a period of the signal of the predetermined time width. And integrating means for integrating the light receiving signal by the light that has reached the detector.

【0010】また、上記課題を解決するために成された
第3発明は、減圧条件下で固体試料にレーザを照射し、
それにより発生するプラズマから放射される光を分光器
で波長分散し、複数の検出器により複数の分散光を同時
に検出するレーザ励起プラズマ発光分光分析装置におい
て、 a)所定の波長において得られる主成分元素スペクトル強
度と他の元素スペクトル強度との比率を計算する演算手
段と、 b)複数回のレーザ照射に際し前記演算手段により算出さ
れた各スペクトル強度の比率に基づいて解析を実行する
解析処理手段と、を備えることを特徴としている。ここ
で、解析処理手段は、例えば定性分析や定量分析などの
処理を行うものとすることができる。
A third aspect of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and comprises irradiating a solid sample with a laser under reduced pressure conditions.
In a laser-excited plasma emission spectrometer that disperses the wavelength of light emitted from the generated plasma with a spectroscope and simultaneously detects a plurality of dispersed lights with a plurality of detectors, a) a main component obtained at a predetermined wavelength Calculation means for calculating the ratio between the elemental spectrum intensity and the other elemental spectrum intensities; andb) analysis processing means for executing an analysis based on the ratio of each spectrum intensity calculated by the calculation means during a plurality of laser irradiations. , Are provided. Here, the analysis processing means may perform processing such as qualitative analysis or quantitative analysis.

【0011】更に、上記課題を解決するために成された
第4発明は、減圧雰囲気にあるチャンバ内に設置された
固体試料にレーザを照射し、それにより発生するプラズ
マから放射される光を分光分析するレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置において、前記チャンバは、 a)レーザの照射位置に開口が形成された主チャンバと、 b)該主チャンバの外側より前記開口を閉塞するように試
料を主チャンバの外壁に押し付ける試料保持手段と、 c)主チャンバの外壁に密着した試料を取り囲んで主チャ
ンバに密着して配設される副チャンバと、を備えること
を特徴としている。
A fourth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem is to irradiate a solid sample placed in a chamber in a reduced-pressure atmosphere with a laser and to separate light emitted from plasma generated by the laser. In the laser-excited plasma emission spectrometer for analysis, the chamber includes: a) a main chamber having an opening formed at a laser irradiation position; and b) a main chamber having a sample closed so as to close the opening from outside the main chamber. And c) a sub-chamber surrounding the sample in close contact with the outer wall of the main chamber and being disposed in close contact with the main chamber.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態及び発明の効果】レーザの照射領域
から半球状に広がるプラズマのうち、その中心部近傍に
存在する1次プラスマは試料に含まれる元素特有の光を
放出せず、一方、頭頂部近傍では発光が不安定になる傾
向にある。そこで、第1発明に係るレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置においては、入射光制限手段によりそ
れらの部位から放出される光を除去して、安定的に大き
な発光強度を有する光のみを集光手段により集めて光分
散手段に導入している。そのため、プラズマから発生す
る元素特有の光を確実に且つ安定的に分析することがで
きる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Among the plasmas that spread in a hemispherical shape from the laser irradiation area, the primary plasma existing near the center of the plasma does not emit light peculiar to the elements contained in the sample. Light emission tends to be unstable near the top of the head. Therefore, in the laser-excited plasma emission spectrometer according to the first invention, the light emitted from those portions is removed by the incident light restricting means, and only the light having a stable large emission intensity is collected by the focusing means. Collected and introduced into light dispersion means. Therefore, the light peculiar to the element generated from the plasma can be reliably and stably analyzed.

【0013】また、入射光制限手段の開口は試料面に対
して平行な方向に細長くなっているので、レーザの照射
位置が試料面上で水平方向に移動し、それに伴いプラズ
マの発生位置が移動しても、必要な光が殆ど欠けること
なく集光手段に導入される。更に、凹面回折格子の分散
方向が前記開口の延在方向と一致しているので、プラズ
マの発生位置が水平移動しても、同一波長を有する光は
常に同一の検出器に到達する。したがって、例えばレー
ザの照射位置が変動しても、その影響を受けることなく
安定した分析が可能となる。
Further, since the aperture of the incident light restricting means is elongated in a direction parallel to the sample surface, the irradiation position of the laser moves in the horizontal direction on the sample surface, and the plasma generation position moves accordingly. Even so, the necessary light is introduced into the light condensing means with almost no loss. Further, since the dispersion direction of the concave diffraction grating coincides with the extension direction of the aperture, even if the plasma generation position moves horizontally, light having the same wavelength always reaches the same detector. Therefore, even if the irradiation position of the laser changes, stable analysis can be performed without being affected by the change.

【0014】また、第2発明に係るレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置において、信号生成手段は、レーザが
照射された直後に発生する1次プラズマの発光が終了す
るか或いは発光強度が弱まった時点から、2次プラズマ
の発光が終了するか或いは発光強度が弱まる時点までの
時間幅を有する信号を生成する。積算手段はこの信号の
期間中のみ受光信号を積算するので、その積算結果は1
次プラズマの発光の影響を殆ど受けない。すなわち、こ
の第2発明に係るレーザ励起プラズマ発光分光分析装置
によれば、1次プラズマに起因する背景雑音を排除し
て、より精度の高い信号を取得することができる。
In the laser-excited plasma emission spectrometer according to the second aspect of the present invention, the signal generation means may be configured to stop the emission of the primary plasma generated immediately after the laser irradiation or to reduce the emission intensity. And generating a signal having a time width until the emission of the secondary plasma ends or the emission intensity decreases. The integrating means integrates the received light signal only during the period of this signal.
It is hardly affected by the emission of the secondary plasma. That is, according to the laser-excited plasma emission spectrometer according to the second aspect of the invention, it is possible to eliminate background noise caused by the primary plasma and obtain a more accurate signal.

【0015】また、第3発明に係るレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置では、複数回のレーザ照射を行う毎に
得られるデータをそのまま利用するのではなく、所定の
波長において得られる主成分元素スペクトル強度と他の
元素スペクトル強度との比率を計算し、それに基づいて
定性分析や定量分析が行われる。したがって、レーザ照
射の際の分析条件、例えばチャンバ内のガス圧力、レー
ザ強度などに予期せぬ変動が生じていた場合であって
も、そのような変動の影響を抑制して精度の高い分析を
行うことができる。
In the laser-excited plasma emission spectrometer according to the third aspect of the present invention, the data obtained each time a plurality of laser irradiations are performed is not used as it is, but the spectral intensity of the main component element obtained at a predetermined wavelength is obtained. Calculate the ratio between the intensity and the intensity of other elemental spectra, and perform qualitative analysis or quantitative analysis based on the ratio. Therefore, even when unexpected fluctuations occur in the analysis conditions at the time of laser irradiation, for example, gas pressure in the chamber, laser intensity, etc., the effects of such fluctuations are suppressed and highly accurate analysis is performed. It can be carried out.

【0016】更に、第4発明に係るレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置では、主チャンバ内には試料のごく一
部の面しか露出せず、その面を除く他の面は副チャンバ
内に露出している。したがって、発光を行わせる主チャ
ンバの内部が汚染される可能性は従来よりも大幅に減少
し、精度の高い分析が可能となる。
Further, in the laser-excited plasma emission spectrometer according to the fourth aspect of the invention, only a very small portion of the sample is exposed in the main chamber, and the other surface is exposed in the sub-chamber. ing. Therefore, the possibility that the inside of the main chamber that emits light is contaminated is greatly reduced as compared with the related art, and highly accurate analysis becomes possible.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の一実施例であるレーザ励起プ
ラズマ発光分光分析装置について図を参照して説明す
る。図1はこのレーザ励起プラズマ発光分光分析装置の
要部の構成図である。レーザ光源1から発せられるレー
ザはガルバノ走査部2を介してレンズ3にて集光され、
チャンバ4内に配設された試料5に照射される。ガルバ
ノ走査部2は圧電コイルなどにより駆動されるガルバノ
ミラーを含んで構成されており、これによりレーザの照
射位置がX軸及びY軸方向に走査できるようになってい
る。また、チャンバ4内に試料5を配設する際に、X軸
及びY軸方向に所定範囲で任意の位置に試料5を装着で
きるようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A laser-excited plasma emission spectrometer according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer. A laser emitted from a laser light source 1 is condensed by a lens 3 via a galvano scanning unit 2,
The sample 5 provided in the chamber 4 is irradiated. The galvano scanning section 2 is configured to include a galvanometer mirror driven by a piezoelectric coil or the like, so that the irradiation position of the laser can be scanned in the X-axis and Y-axis directions. When the sample 5 is disposed in the chamber 4, the sample 5 can be mounted at an arbitrary position within a predetermined range in the X-axis and Y-axis directions.

【0018】レーザ照射によって試料5の上方に発生し
たプラズマから放出される光はチャンバ4の外部へ取り
出され、レンズ7を介して分光器8に導入される。分光
器8は、ローランド円の円周上に入射スリット9、凹面
回折格子10、複数の出射スリット11及び光検出器1
2などを並設した、いわゆるパッシェン−ルンゲ方式の
分光器であって、凹面回折格子10で波長分散及び焦点
化された光は各光検出器12に到達する。出射スリット
11及び光検出器12は、それぞれ特定の波長を有する
光を検出可能な位置に配設されており、その受光信号は
信号取得部13へと送られる。なお、図1では、出射ス
リット11及び光検出器12は3組のみ記載されている
が、実際には測定対象の波長に対応した数だけ配設され
る。
Light emitted from the plasma generated above the sample 5 by the laser irradiation is taken out of the chamber 4 and introduced into the spectroscope 8 through the lens 7. The spectroscope 8 includes an entrance slit 9, a concave diffraction grating 10, a plurality of exit slits 11, and a photodetector 1 on the circumference of the Rowland circle.
2 are arranged side by side, that is, a so-called Paschen-Runge type spectroscope, in which light whose wavelength is dispersed and focused by the concave diffraction grating 10 reaches each photodetector 12. The exit slit 11 and the photodetector 12 are arranged at positions where light having a specific wavelength can be detected, respectively, and the received light signal is sent to the signal acquisition unit 13. In FIG. 1, only three sets of the exit slit 11 and the photodetector 12 are described. However, in actuality, the exit slits 11 and the photodetectors 12 are provided in a number corresponding to the wavelength to be measured.

【0019】信号取得部13は後述のように各受光信号
による電荷を所定時間蓄積して(つまり積分して)検出
信号を得ると共に、それをデジタル信号に変換しデータ
処理部14へ送出する。データ処理部14は、それらデ
ータを受け取って所定のアルゴリズムに従って演算処理
することにより、試料の定性又は定量分析を実行する。
制御部15は各部の動作を制御する機能を有する。この
制御部15とデータ処理部14の機能の多くは、パーソ
ナルコンピュータで所定のプログラムを実行することに
より達成される。
The signal acquiring section 13 accumulates (accumulates) the electric charge of each light receiving signal for a predetermined time to obtain a detection signal, converts the signal into a digital signal, and sends it to the data processing section 14 as described later. The data processing unit 14 performs qualitative or quantitative analysis of the sample by receiving the data and performing arithmetic processing according to a predetermined algorithm.
The control unit 15 has a function of controlling the operation of each unit. Many of the functions of the control unit 15 and the data processing unit 14 are achieved by executing predetermined programs on a personal computer.

【0020】図2はチャンバ4の詳細構造を示す縦断面
図である。チャンバ4は、プラズマを発生させる内部空
間を備える主チャンバ20と、該主チャンバ20に着脱
自在に設けられ、試料5を収納するための内部空間を備
える副チャンバ27とを備えている。主チャンバ20
は、試料5の測定面が覗く試料開口21と、該試料開口
21の外壁周囲に設けられた気密維持用のOリング22
と、試料開口21に対面する位置に設けられた光学的に
透明な窓板23と、内部空間に連通する不活性ガス導入
路24及び排気路25と、プラズマから放出される光を
外部へ取り出すための光導出路26とを有している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the detailed structure of the chamber 4. The chamber 4 includes a main chamber 20 having an internal space for generating plasma, and a sub-chamber 27 which is detachably provided in the main chamber 20 and has an internal space for storing the sample 5. Main chamber 20
Is a sample opening 21 from which the measurement surface of the sample 5 is viewed, and an O-ring 22 for maintaining airtightness provided around the outer wall of the sample opening 21.
And an optically transparent window plate 23 provided at a position facing the sample opening 21, an inert gas introduction passage 24 and an exhaust passage 25 communicating with the internal space, and taking out light emitted from the plasma to the outside. And a light lead-out path 26.

【0021】一方、副チャンバ27は主チャンバ20に
密着する面に気密維持用のOリング28を有し、壁面に
不活性ガス導入路29及び排気路30を備えている。ま
た、試料5を主チャンバ20の外壁面に対して押し付け
るための押圧体31が気密維持用のOリング32を備え
た壁面を貫通して摺動自在に設けられている。更に、副
チャンバ27の外側には副チャンバ27を主チャンバ2
0に対して押し付けるための押圧体33が備えられてい
る。
On the other hand, the sub-chamber 27 has an O-ring 28 for maintaining airtightness on a surface in close contact with the main chamber 20, and has an inert gas introduction passage 29 and an exhaust passage 30 on the wall surface. Further, a pressing body 31 for pressing the sample 5 against the outer wall surface of the main chamber 20 is slidably provided through a wall surface provided with an O-ring 32 for maintaining airtightness. Further, the sub-chamber 27 is provided outside the sub-chamber 27 with the main chamber 2.
A pressing body 33 for pressing against zero is provided.

【0022】このチャンバ4に試料5を装着する際の手
順は次の通りである。試料装着前には押圧体33による
押えは解除されており、副チャンバ27は主チャンバ2
0から離れている。その状態で、図2に示すように押圧
体31により試料5を試料開口21に測定面が露出する
ように押し付ける。試料5と試料開口21外縁部との間
の隙間はOリング22により封止される。更に、試料5
全体を覆うように副チャンバ27を取り付け、押圧体3
1により強く押し付ける。主チャンバ20の外壁面と副
チャンバ27の密着面との間の隙間はOリング28によ
り封止される。そして、図示しない排気ポンプを駆動し
て、排気路25、30を介して主チャンバ20及び副チ
ャンバ27内の残留空気を吸引すると共に、不活性ガス
導入路24、29を介して微流量でArガスを流し込
む。これにより、主チャンバ20及び副チャンバ27内
の不所望のガスは排出され、低圧力のArガス雰囲気と
なる。
The procedure for mounting the sample 5 in the chamber 4 is as follows. Before the sample is mounted, the pressing by the pressing body 33 is released, and the sub-chamber 27 is
Away from zero. In this state, the sample 5 is pressed by the pressing body 31 so that the measurement surface is exposed to the sample opening 21 as shown in FIG. The gap between the sample 5 and the outer edge of the sample opening 21 is sealed by an O-ring 22. Sample 5
The sub-chamber 27 is attached so as to cover the whole,
Press firmly on 1. The gap between the outer wall surface of the main chamber 20 and the contact surface of the sub-chamber 27 is sealed by an O-ring 28. Then, an exhaust pump (not shown) is driven to suck the residual air in the main chamber 20 and the sub-chamber 27 through the exhaust paths 25 and 30, and Ar at a small flow rate through the inert gas introduction paths 24 and 29. Pour the gas. As a result, the undesired gas in the main chamber 20 and the sub chamber 27 is exhausted, and a low-pressure Ar gas atmosphere is obtained.

【0023】図3はプラズマ発光部からの光の導出状態
を示す図、図4は発光部から凹面回折格子までの光路を
示す構成図である。主チャンバ20の内部空間からレン
ズ7に至る光導出路26の開口26aは、図3に示すよ
うに試料5の上面と平行な方向に細長い矩形状を有して
いる。すなわち、この開口26aはそれ自体が遮光機能
を有しており、半球状に広がる2次プラズマP12、P2
2、P32の中心部近傍及び頭頂部から放出される光が遮
蔽され、プラズマの中央部からの光が導出されるように
なっている。
FIG. 3 is a diagram showing the state of light emission from the plasma light emitting unit, and FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical path from the light emitting unit to the concave diffraction grating. The opening 26a of the light guide path 26 extending from the internal space of the main chamber 20 to the lens 7 has a rectangular shape elongated in a direction parallel to the upper surface of the sample 5, as shown in FIG. That is, the opening 26a itself has a light shielding function, and the secondary plasmas P12 and P2 which spread in a hemispherical shape.
2. Light emitted from the vicinity of the center and the top of P32 is shielded, and light from the center of the plasma is led out.

【0024】図3に示すように、レンズ7と凹面回折格
子10との間に配設される入射スリット9もそのスリッ
ト開口9aが試料5の上面と平行な方向、つまり開口2
6aと同方向に延在するように配設されている。また、
図4に示すように、凹面回折格子10はその波長の分散
方向が試料面と一致するように配設されている。
As shown in FIG. 3, the entrance slit 9 disposed between the lens 7 and the concave diffraction grating 10 also has a slit opening 9a in a direction parallel to the upper surface of the sample 5, that is, the opening 2
6a is provided so as to extend in the same direction as 6a. Also,
As shown in FIG. 4, the concave diffraction grating 10 is arranged such that the dispersion direction of the wavelength coincides with the sample surface.

【0025】ガルバノ走査部2によりレーザが走査さ
れ、図3に示すようにその照射位置が水平方向に移動す
るとき(照射位置S1、S2、S3)、その上方に発生
する2次プラズマP12、P22、P32は水平方向にずれる
ことになる。しかしながら、開口26aは2次プラズマ
P12、P22、P32の移動範囲をカバーするように細長く
なっているため、その範囲内でいずれの位置に2次プラ
ズマが存在しても十分な量の光が開口26aを通過して
レンズ7に到達する。また、2次プラズマの位置が水平
方向にずれても凹面回折格子10の波長の分散方向が一
致しているので、格子面で反射した特定の波長を有する
光は特定の光検出器に到達し、波長のずれを抑えること
ができる。
When the laser is scanned by the galvano scanning unit 2 and the irradiation position moves in the horizontal direction as shown in FIG. 3 (irradiation positions S1, S2, S3), secondary plasmas P12, P22 generated above the irradiation position. , P32 are shifted in the horizontal direction. However, since the opening 26a is elongated so as to cover the moving range of the secondary plasmas P12, P22, and P32, a sufficient amount of light is emitted no matter where the secondary plasma exists within the range. The light passes through 26a and reaches the lens 7. Further, even if the position of the secondary plasma is shifted in the horizontal direction, since the dispersion directions of the wavelengths of the concave diffraction grating 10 match, light having a specific wavelength reflected on the grating surface reaches a specific photodetector. , Wavelength shift can be suppressed.

【0026】次に、図5を参照して、分析時の本実施例
の装置の動作を説明する。上述のようにチャンバ4内の
準備が整った後に、制御部15によりレーザ照射トリガ
信号がレーザ光源1に与えられると(図5(a)参
照)、試料5に5mJ以上の出力を有するパルス状のレ
ーザが照射される。すると、試料5の一部が剥離して微
粒子状となり、その微粒子同士及び周囲のArガス分子
との衝突により原子スペクトルを放出するプラズマが発
生する。このプラズマは、まずレーザ照射の直後(数n
秒の期間)から、中央に小さな白色の1次プラズマP1
1、P21、P31として発生し、20n秒〜百数十n秒程
度で発光が終了する(図5(b)参照)。この1次プラ
ズマP11、P21、P31の発生部位から2次プラズマP1
2、P22、P32が発生し、時間の経過とともに半球状に
広がり、数十n秒〜数μ秒程度継続して発光が終了する
(図5(c)参照)。
Next, the operation of the apparatus of this embodiment at the time of analysis will be described with reference to FIG. After the preparation in the chamber 4 is completed as described above, when a laser irradiation trigger signal is given to the laser light source 1 by the control unit 15 (see FIG. 5A), the sample 5 has a pulse shape having an output of 5 mJ or more. Is irradiated. Then, a part of the sample 5 is separated into fine particles, and a plasma that emits an atomic spectrum is generated by collision of the fine particles with each other and surrounding Ar gas molecules. This plasma is generated immediately after laser irradiation (several n
Second period), a small white primary plasma P1 in the center
1, P21 and P31 occur, and the light emission ends in about 20 nsec to about one hundred and several tens nsec (see FIG. 5B). From the site where the primary plasmas P11, P21 and P31 are generated, the secondary plasma P1
2, P22 and P32 are generated, spread in a hemispherical shape with the lapse of time, and the light emission is continuously continued for several tens of nanoseconds to several microseconds (see FIG. 5C).

【0027】制御部15は、レーザ照射トリガ信号のパ
ルス発生時点から所定時間T1が経過した時点から所定
時間T2が経過するまでの期間だけハイレベルとなる電
荷蓄積信号を生成し(図5(d)参照)、信号取得部1
3へと送る。この所定時間T1、T2は自動的に設定され
るものであってもよいし、或いはオペレータの指示によ
り適宜に設定できるようにしてもよい。いずれにして
も、時間T1、T2を適切に設定すれば、2次プラズマが
発生する期間にのみ電荷蓄積信号が得られるようにする
ことができる。信号取得部13は、例えばこの電荷蓄積
信号がハイレベルである期間にのみ入力信号を積分する
ような積分回路を各光検出器12に対応して備えてい
る。したがって、信号取得部13では、1次プラズマか
ら放出される光を排除して2次プラズマから放出される
光のみによる検出信号を得ることができる。
The control unit 15 generates a charge accumulation signal that is at a high level only during a period from the time when a predetermined time T1 elapses to the time when a predetermined time T2 elapses from the time when the pulse of the laser irradiation trigger signal is generated (FIG. 5 (d)). )), Signal acquisition unit 1
Send to 3. The predetermined times T1 and T2 may be set automatically or may be set appropriately according to an instruction of the operator. In any case, by appropriately setting the times T1 and T2, it is possible to obtain the charge accumulation signal only during the period in which the secondary plasma is generated. The signal acquisition unit 13 includes, for each photodetector 12, an integration circuit that integrates an input signal only during a period when the charge accumulation signal is at a high level, for example. Therefore, the signal acquisition unit 13 can obtain a detection signal based on only the light emitted from the secondary plasma while excluding the light emitted from the primary plasma.

【0028】このようにして各波長毎に取得された検出
信号はデジタル信号に変換されてデータ処理部14で処
理される。データ処理部14では複数回のレーザ照射毎
に得られるデータのばらつきの影響を解消するため、次
のように処理を行う。すなわち、各波長毎に得られた信
号のうち、最大又は他に比べて非常に強くスペクトルが
現れている成分を基準とする。そして、他の各成分のス
ペクトル強度をその基準スペクトルに対する比率で表
す。同一試料に対して行われる複数回のレーザ照射にお
いて、基準とする主成分を同一とすることによって、他
の成分のスペクトル強度をいわば規格化する。同時に複
数の光検出器12で得られる信号における分析条件(チ
ャンバ4内の圧力、レーザ強度など)は同一であると看
做すことができるので、上述のような規格化を行うこと
によりレーザ照射毎の分析条件の差異を解消することが
できる。このような規格化されたデータを用いてそれ以
降の定量解析などの演算処理を実行することにより、誤
差の少ない分析が行える。
The detection signals thus obtained for each wavelength are converted into digital signals and processed by the data processing unit 14. The data processing unit 14 performs the following process in order to eliminate the influence of the variation in the data obtained for each of the plurality of laser irradiations. That is, among the signals obtained for each wavelength, the component whose spectrum appears very strongly compared to the maximum or the other components is used as a reference. Then, the spectrum intensity of each of the other components is represented by a ratio to the reference spectrum. In a plurality of laser irradiations performed on the same sample, the spectral intensities of the other components are standardized, so to speak, by using the same principal component as a reference. At the same time, the analysis conditions (such as the pressure in the chamber 4 and the laser intensity) in the signals obtained by the plurality of photodetectors 12 can be considered to be the same. The difference in the analysis conditions for each can be eliminated. By executing arithmetic processing such as quantitative analysis thereafter using such standardized data, analysis with less error can be performed.

【0029】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らか
である。
The above embodiment is merely an example, and it is apparent that changes and modifications can be made within the spirit of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例によるレーザ励起プラズマ
発光分光分析装置の全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer according to one embodiment of the present invention.

【図2】 本実施例のチャンバの詳細構造を示す縦断面
図。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed structure of a chamber of the present embodiment.

【図3】 本実施例におけるプラズマ発光部からの光の
導出状態を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which light is emitted from a plasma light emitting unit in the embodiment.

【図4】 本実施例における発光部から回折格子までの
光路を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical path from a light emitting unit to a diffraction grating in the present embodiment.

【図5】 本実施例における動作を説明するためのタイ
ミング図。
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation in the embodiment.

【図6】 従来のレーザ励起プラズマ発光分光分析装置
の発光部の構成図。
FIG. 6 is a configuration diagram of a light emitting unit of a conventional laser-excited plasma emission spectrometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光源 2…ガルバノ走
査部 3、7…レンズ 4…チャンバ 5…試料 8…分光器 9…入射スリット 9a…スリット
開口 10…凹面回折格子 11…出射スリ
ット 12…光検出器 13…信号取得
部 14…データ処理部 20…主チャン
バ 21…試料開口 22、28、3
2…Oリング 23…窓板 24、29…不
活性ガス導入路 25、30…排気路 26…光導出路 26a…開口 27…副チャン
バ 31、33…押圧体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source 2 ... Galvano scanning part 3, 7 ... Lens 4 ... Chamber 5 ... Sample 8 ... Spectroscope 9 ... Incident slit 9a ... Slit opening 10 ... Concave diffraction grating 11 ... Outgoing slit 12 ... Photodetector 13 ... Signal acquisition Unit 14 Data processing unit 20 Main chamber 21 Sample opening 22, 28, 3
2 O-ring 23 Window plate 24, 29 Inert gas introduction path 25, 30 Exhaust path 26 Light extraction path 26a Opening 27 Sub-chamber 31, 33 Pressing body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G020 BA02 CA01 CB03 CB23 CB54 CC05 CC42 CC46 CD03 CD06 CD11 CD22 DA12 2G043 AA01 CA02 CA05 DA06 DA08 EA10 FA01 FA03 GA02 GA08 GB05 GB17 GB21 HA01 HA05 JA04 KA09 LA01 MA01 NA01 NA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G020 BA02 CA01 CB03 CB23 CB54 CC05 CC42 CC46 CD03 CD06 CD11 CD22 DA12 2G043 AA01 CA02 CA05 DA06 DA08 EA10 FA01 FA03 GA02 GA08 GB05 GB17 GB21 HA01 HA05 JA04 KA09 LA01 MA01 NA01 NA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 減圧条件下で固体試料にレーザを照射
し、それにより発生するプラズマから放出される光を分
光分析するレーザ励起プラズマ発光分光分析装置におい
て、 a)レーザの照射位置に近接して配置され、半球状に広が
るプラズマの中心部分及び頭頂部から発する光を除去す
るべく試料面に略平行に細長い形状の開口を有する入射
光制限手段と、 b)該入射光制限手段の開口を通過した光を集光する集光
手段と、 c)光の分散方向が前記開口の延在方向と同一方向になる
ように配置された凹面回折格子を含む光分散手段と、 を備えることを特徴とするレーザ励起プラズマ発光分光
分析装置。
1. A laser-excited plasma emission spectrometer for irradiating a solid sample with a laser under reduced pressure and spectrally analyzing light emitted from plasma generated by the laser. An incident light restricting means which is disposed and has an elongated opening substantially parallel to the sample surface to remove light emitted from the central portion and the top of the plasma expanding in a hemispherical shape; b) passing through the opening of the incident light restricting means Light condensing means for condensing the light, and c) light dispersing means including a concave diffraction grating arranged so that the light is dispersed in the same direction as the direction in which the aperture extends. Laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer.
【請求項2】 減圧条件下で固体試料にレーザを照射
し、それにより発生するプラズマから放射される光を検
出器により検出して分光分析するレーザ励起プラズマ発
光分光分析装置において、 a)レーザの照射時点から所定の遅延時間が経過した後に
所定の時間幅の信号を生成する信号生成手段と、 b)前記所定の時間幅の信号の期間中、検出器に到達した
光による受光信号を積算する積算手段と、 を備えることを特徴とするレーザ励起プラズマ発光分光
分析装置。
2. A laser-excited plasma emission spectrometer for irradiating a solid sample with a laser under reduced pressure, detecting light emitted from a plasma generated thereby by a detector, and performing spectral analysis. Signal generating means for generating a signal of a predetermined time width after a predetermined delay time has elapsed from the irradiation time; andb) integrating a light receiving signal by light reaching the detector during the signal of the predetermined time width. A laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer comprising: an integrating means.
【請求項3】 減圧条件下で固体試料にレーザを照射
し、それにより発生するプラズマから放射される光を分
光器で波長分散し、複数の検出器により複数の分散光を
同時に検出するレーザ励起プラズマ発光分光分析装置に
おいて、 a)所定の波長において得られる主成分元素スペクトル強
度と他の元素スペクトル強度との比率を計算する演算手
段と、 b)複数回のレーザ照射に際し前記演算手段により算出さ
れた各スペクトル強度の比率に基づいて解析を実行する
解析処理手段と、 を備えることを特徴とするレーザ励起プラズマ発光分光
分析装置。
3. Laser excitation for irradiating a solid sample with a laser under reduced pressure conditions, dispersing light emitted from plasma generated by the laser with a spectroscope, and simultaneously detecting a plurality of dispersed lights with a plurality of detectors. In the plasma emission spectrometer, a) calculating means for calculating the ratio between the main component element spectral intensity obtained at a predetermined wavelength and the other element spectral intensity, and b) calculating by the calculating means upon a plurality of laser irradiations. Analysis processing means for performing an analysis based on the ratio of the respective spectral intensities, and a laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer.
【請求項4】 減圧雰囲気にあるチャンバ内に設置され
た固体試料にレーザを照射し、それにより発生するプラ
ズマから放射される光を分光分析するレーザ励起プラズ
マ発光分光分析装置において、前記チャンバは、 a)レーザの照射位置に開口が形成された主チャンバと、 b)該主チャンバの外側より前記開口を閉塞するように試
料を主チャンバの外壁に押し付ける試料保持手段と、 c)主チャンバの外壁に密着した試料を取り囲んで主チャ
ンバに密着して配設される副チャンバと、 を備えることを特徴とするレーザ励起プラズマ発光分光
分析装置。
4. A laser-excited plasma emission spectrometer for irradiating a solid sample placed in a chamber in a reduced-pressure atmosphere with a laser and performing spectral analysis of light emitted from plasma generated by the laser, wherein the chamber comprises: a) a main chamber having an opening formed at a laser irradiation position; b) sample holding means for pressing a sample against an outer wall of the main chamber so as to close the opening from outside the main chamber; c) an outer wall of the main chamber. And a sub-chamber which is disposed in close contact with the main chamber surrounding the sample which is in close contact with the laser-excited plasma emission spectroscopy analyzer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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