元素分析装置および元素分析方法
【課題】レーザー誘起ブレイクダウン分光法による元素分析装置及び方法で、空間分解能及び時間分解能を考慮し、高精度、効率的に分析を行う元素分析装置及び分析方法を提供する。
【解決手段】パルスレーザー光３のレーザー源ユニット５０、前記パルスレーザー光３を試料７に照射しプラズマ８を発生させるレーザー光照射ユニット６０、発生する蛍光９を測定用蛍光検出器２０を含む蛍光測定ユニット７０、前記試料７に含まれる元素の濃度の分析表示、レーザー電源２の制御用表示制御ユニット６０、を備える元素分析装置で、前記レーザー光照射ユニット６０は前記プラズマ８からの蛍光９のうち前記試料７表面から所定の長さ離れた計測領域から出る蛍光９を前記蛍光測定ユニット７０に導く入射位置調整可能な蛍光入射スリット１０を備え、前記蛍光測定ユニット７０は、前記蛍光入射スリット１０を透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子１９を備える。
【解決手段】パルスレーザー光３のレーザー源ユニット５０、前記パルスレーザー光３を試料７に照射しプラズマ８を発生させるレーザー光照射ユニット６０、発生する蛍光９を測定用蛍光検出器２０を含む蛍光測定ユニット７０、前記試料７に含まれる元素の濃度の分析表示、レーザー電源２の制御用表示制御ユニット６０、を備える元素分析装置で、前記レーザー光照射ユニット６０は前記プラズマ８からの蛍光９のうち前記試料７表面から所定の長さ離れた計測領域から出る蛍光９を前記蛍光測定ユニット７０に導く入射位置調整可能な蛍光入射スリット１０を備え、前記蛍光測定ユニット７０は、前記蛍光入射スリット１０を透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子１９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に含有される元素の濃度を分析する元素分析装置および元素分析方法に関し、特に、レーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いて試料に含有される元素の濃度を高精度で分析する元素分析装置および元素分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料中に含まれる各種元素を検出し定量する元素分析は、多くの生産現場で用いられている。例えば鉄鋼生産ラインでは、含有する不純物元素の管理に元素分析は無くてはならない技術である。
【０００３】
鉄鋼成分の分析では、まず銑鉄をサンプリングし、分析装置に合わせた形に試料を切り出す。その後、スパーク分光分析装置で含有する炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）などの軽元素から重金属元素までをオフラインで分析している。このような元素分析では、サンプリングや試料の加工、その後のオフライン分析などに長時間が必要である。
【０００４】
一方、鉄鋼生産や鉄鋼取り扱いの現場では、その場で短時間で構成元素の成分が分析可能な手法が求められている。
【０００５】
この手法の一つとして、レーザー光を用いた新しい技術であるレーザー誘起ブレイクダウン分光法（Laser-induced Breakdown Spectroscopy；ＬＩＢＳ法）が開発されている。このＬＩＢＳ法では、パルスレーザー光を測定試料に直接照射してプラズマを発生させる。このプラズマから発生するプラズマ光を分光し、原子固有の波長の発光を検出することによって、試料中の元素種、量が検出できる。このため、鉄鋼生産ライン等の生産現場では、近年、試料の前処理が不要で、迅速・簡便な元素分析が可能なレーザー誘起ブレイクダウン分光法が用いられている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１０５９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー誘起ブレイクダウン分光法は、元素から発せられる蛍光を測定対象としている。この蛍光発光には、空間分布および時間分布があり、分析対象元素により、発光強度の高い位置や発光強度の高い時間が異なる。発光位置に関しては１ミリメートル程度の高さの違いで、また、発光時間に関してはマイクロ秒の違いで、検出感度への影響が生ずる。このため、生成される蛍光中に含まれる元素毎の発光を詳細に測定するためには空間分解能および時間分解能を有した計測装置が必要である。
【０００７】
しかしながら、従来のレーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いた元素分析装置は、上述した空間分解能および時間分解能を考慮しておらず、精度の高い元素分析が困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、レーザー照射によって生じるプラズマから放出される蛍光強度から元素分析を行う際に、空間分解能および時間分解能を考慮することにより、高精度で、かつ、効率的に元素分析を行うことができる元素分析装置および元素分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明に係る元素分析装置は、パルスレーザー光を生成するレーザー源ユニットと、前記パルスレーザー光を試料に照射しプラズマを発生させるレーザー光照射ユニットと、前記プラズマから発生する蛍光を測定する蛍光検出器を有する蛍光測定ユニットと、前記試料に含有される元素の濃度を分析表示するとともにレーザー源を制御する表示制御ユニットと、を備える元素分析装置において、前記レーザー光照射ユニットは前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料の表面から所定の長さ離れた計測領域から放出される蛍光を前記蛍光測定ユニットに導く入射位置調整可能な蛍光入射スリットを備え、前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子を備えることを特徴する。
【００１０】
また、本発明に係る元素分析方法は、分析対象の元素が含まれる模擬試料にパルスレーザー光を照射し、発生した蛍光の位置分布及び蛍光強度の時間的変化から計測領域と計測時間を決定するステップと、試料にパルスレーザー光を照射しプラズマを発生させるステップと、前記計測領域にあるプラズマから放出される蛍光を前記計測領域に対応して配置された蛍光入射スリットをとおして波長選択素子に導くステップと、前記波長選択素子により前記透過した蛍光のうち特定波長の蛍光のみを透過させるステップと、前記決定された計測時間に基づいて前記特定波長の蛍光の強度を計測するステップと、前記計測された蛍光の強度に基づいて分析対象とする元素の濃度を求めるステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いた元素分析装置およびその方法において、空間分解能および時間分解能を考慮することにより、高精度で、かつ、効率的に元素分析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る元素分析装置の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図であり、図２（ａ）、（ｂ）は元素分析装置主要部の縦断面図及び平面断面図である。
【００１４】
本実施形態の元素分析装置は、固体の試料７に含まれる成分元素を分析する装置である。この元素分析装置は、レーザー源ユニット５０、レーザー光照射ユニット６０、蛍光測定ユニット７０、及び表示制御ユニット８０から構成される。
【００１５】
レーザー源ユニット５０は、レーザー発振器１、レーザー電源２、反射ミラー４及び集光レンズ５から構成される。レーザー発振器１は、例えばＹＡＧレーザー発振器からなり、レーザー電源２に接続されている。レーザー電源２は、表示制御ユニット８０を構成する計測制御用コンピュータ２３、及びタイミングコントローラ２５に接続されている。また、反射ミラー４および集光レンズ５は、レーザー発振器１から射出されるパルスレーザー光３が試料７の表面に集光するように配置されている。
【００１６】
なお、本実施形態では、レーザー発振器１としてＹＡＧレーザー発振器を用いているが、レーザーブレイクダウンが可能なパルスレーザーであればエキシマレーザやＣＯ2レーザーなどを用いることができる。
【００１７】
レーザー光照射ユニット６０は、内部の雰囲気を所望のバッファガスに置換するためのバッファガス導入口１２およびバッファガス排出口１３と、分析対象をとする試料を設置する試料台１４と、レーザー光照射によって発生するプラズマ８から発生する蛍光９のうち、試料７の表面から所定の距離の所定の大きさの領域で発生した蛍光のみを蛍光測定ユニット７０に入射させるための入射位置調整可能な蛍光入射スリット１０から構成される。
【００１８】
蛍光測定ユニット７０は、レーザー光照射ユニット１１の蛍光入射スリット１０を通過した蛍光９の光軸高さを上方に上げて観測しやすくするための反射プリズム１６、蛍光９の計測位置を規定するための蛍光出射ユニット１８、分析対象とする元素の特定波長のみを通過させる波長選択素子１９および蛍光を電気信号に変換する蛍光検出器２０から構成される。
【００１９】
この蛍光測定ユニット７０において、蛍光９の計測高さは、蛍光９と蛍光入射スリット１０および蛍光出射スリット１８の相対位置に応じて、試料７にパルスレーザー光３が照射されることにより発生したプラズマ８から発生する蛍光９のうち、試料７の表面から所定の距離の所定の大きさの領域で発生した蛍光のみを蛍光検出器２０に到達させることができる。
【００２０】
ここで、蛍光入射スリット１０および蛍光出射スリット１８で規定され、蛍光検出器２０に到達する蛍光９が発生しているプラズマ８の内部の領域を計測領域９１と呼び、計測領域９１と試料７の表面との距離を計測高さと呼ぶ。
【００２１】
タイミングコントローラ２５は、パルスレーザー光３を発振するタイミング信号２６を生成する。このタイミング信号２６は、タイミングコントローラ２５からレーザー電源２に伝達され、タイミング信号２６を受信したレーザー電源２は、レーザー発振器１に電力を供給し、例えばパルスエネルギーが１０ｍＪ程度で、パルス幅５ｎｓ程度のパルスレーザー光３を発生させる。このようなパルスレーザー光３の出力は、パルス的に２ＭＷ程度となる。
【００２２】
次に、本元素分析装置を用いた元素分析手法について説明する。
パルスレーザー光３が、反射ミラー４および集光レンズ５を介して試料７に集光照射されると、いわゆるブレイクダウンが生じ、試料７の表面の一部がプラズマ化する。このようにしてプラズマ８が発生すると、このプラズマ８はパルスレーザー光３の照射終了とともに再結合が始まり、数μｓないし数十μｓの間は照射試料の構成元素が励起状態の原子となる。この励起状態の原子は、下準位に遷移するときに原子数に比例した蛍光９を放出する。この蛍光９のうち、プラズマ８の計測領域９１で発生したもののみが蛍光入射および出射スリットを通って蛍光検出器２０に入射する。蛍光検出器２０に入射した蛍光９は、電気信号に変換された後、計測制御用コンピュータ２３に伝達される。
【００２３】
また、計測制御用コンピュータ２３には、タイミングコントローラ２５からタイミング信号２６から所定の時間遅れた蛍光測定用のゲート信号３０が伝達される。このゲート信号３０によって計測制御用コンピュータ２３は、レーザー照射後の特定の時間帯に生成された蛍光９のみを計測する。この蛍光９を計測する特定の時間帯を計測期間と呼ぶこととする。
【００２４】
プラズマ８から発生する蛍光９の発光強度は、元素ごとにプラズマ８中の位置又は試料表面からの距離によって異なる。また、蛍光９の発光強度の時間変化も元素ごとに異なる。
【００２５】
例えば、鉄鋼中の炭素濃度は、鉄と炭素の成分比から求めることができる。このため、炭素からの蛍光強度および鉄からの蛍光強度がともに大きいと、鉄鋼中の炭素濃度の分析精度が高い。また、バックグラウンドのレベルは小さいほうが好ましい。
【００２６】
そこで、本実施形態に係る元素分析装置を用いる際には、分析対象の試料に応じて、予め分析精度が高い計測領域を設定しておく。
すなわち、パルスレーザー光３が試料７に照射されて発生するプラズマ８から放出される蛍光９の波長ごとの強度の計測高さに対する変化に基づいて、所定の分析精度が得られる計測領域を設定する。
【００２７】
例えば、分析したい成分元素を含有する模擬試料にレーザー光を照射してプラズマを発生させ、それぞれの成分元素に対応する蛍光の強度の計測高さに対する変化を計測する。この蛍光強度の計測高さに対する変化に基づいて、計測領域を設定することができる。
【００２８】
また、試料にレーザー光を照射して発生したプラズマから放出される蛍光の強度の時間変化は、レーザー光の照射後、強いバックグウラウンド光が発生した後、特定元素の蛍光は時間の経過に伴って一旦上昇した後に小さくなっていく。この蛍光強度の時間変化は、蛍光を発する元素によって異なる。
【００２９】
このため、バックグラウンド成分の蛍光強度が小さく、かつ、測定対象元素の蛍光強度が高い期間にプラズマから発生する蛍光を測定することにより、測定対象の濃度を精度よく分析できる。
そこで、本実施の形態の元素分析装置を用いる際には、分析対象の試料に応じて、予め分析精度が高い計測期間を設定しておく。
【００３０】
このようにして設定した計測領域および計測期間において、プラズマ８から放出される蛍光９を測定する。この計測領域および計測期間における蛍光９の強度のうち、分析対象の元素に対する波長の強度を用いて、分析対象の元素の濃度を求めることができる。
【００３１】
このように、パルスレーザー光３の照射後の特定の時間帯での、プラズマ８中の特定の位置における蛍光９を計測することにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）で計測することができる。これにより、レーザー誘起ブレイクダウン分光法による元素分析の精度が向上する。
【００３２】
また、反射ミラー４を用いることにより、パルスレーザー光３の進路を変化させることができるため、試料７に対するレーザー発振器１の配置の自由度が高まる。また、集光レンズ５を用いることにより、パルスレーザー光３のエネルギー密度が高まるため、プラズマ８の発生効率が向上する。
【００３３】
さらに、蛍光伝送用の反射プリズム１６を用いることにより蛍光検出器２０に入射する蛍光９の強度を高めることができるため、蛍光９の計測精度が向上し、最終的な分析精度が高まる。なお、この反射プリズム１６の代わりに反射ミラーで代用することも可能である。
【００３４】
また、波長選択素子１９としては特定の波長のみを透過する干渉フィルターやエタロン、等を用いることにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）で計測することができる。なお、干渉フィルターやエタロン、等の波長選択素子を使用する場合には、入射光を平行光とすることが必要で、このために蛍光集光レンズ１７を用いる。この蛍光集光レンズ１７の焦点距離ｆはレンズとプラズマ光までの距離を選ぶことにより、プラズマ光を平行光として波長選択素子１９に入射することが可能である。
【００３５】
また、所望の波長選択素子を選択可能にするために、複数の波長選択素子１９を選択可能に設置してもよい。例えば、図５に示すように、複数の波長選択素子１９を円周上に固定したホルダに設置し回転して選択する方式や、波長選択素子を直線上に並べたホルダをスライドさせて選択する方式を用いることができる。各波長選択素子の透過波長を適宜設定することにより、順次、異なる元素の蛍光を測定することができる。
【００３６】
また、試料７にパルスレーザー光３を照射して発生したプラズマ８の発光強度は試料の雰囲気ガス種によって異なる。このため、試料の測定の際には、分析対象とする元素に適したバッファガスをバッファガス導入口１２から導入することにより、蛍光９の強度を高めることができる。
【００３７】
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、予め設定された計測領域および計測期間においてプラズマ８から放出される蛍光９を測定することにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ比で計測することができるので、分析対象の元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図である。
【００３９】
本第２の実施形態では、第１の実施形態に係る蛍光測定ユニット７０と蛍光入射スリット１０を高さ方向に平行移動可能なものとしたものである。これにより、試料７にパルスレーザー光３を照射して発生したプラズマ８から放出される蛍光９のうち、所定の計測領域からの蛍光９のみを、蛍光測定器２０に入射させることができる。
【００４０】
本第２の実施形態によれば、蛍光測定ユニット７０と蛍光入射スリット１０を単に移動させることにより、所定の計測領域からの蛍光９のみを、蛍光測定器２０に入射させることができるので、分析対象の元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００４１】
［第３の実施形態］
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図及び平面断面図である。
【００４２】
本第３の実施形態の元素分析装置は、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の境界部に、両ユニットの内部を同一の雰囲気条件とするための貫通部を設けたものである。
【００４３】
一般に、測定対象元素の蛍光波長が２３０ｎｍ程度以下となると空気の透過率が著しく減少する。これは酸素による紫外光の吸収が高いためである。このため、この領域の蛍光波長を測定しようとする場合には、できるだけ光路長を短くして、光路中の酸素を排除することが望ましい。
【００４４】
本第３の実施形態では、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の境界部に両ユニットに連通するガス通気口３２を設けて、雰囲気ガスを共通にし、酸素を含まないバッファガスをバッファガス導入口１２から導入することにより、紫外波長領域の蛍光９の強度を、空気による減衰の影響を受けることなく計測することができる。
【００４５】
なお、バッファガスとしては、ＡｒやＨｅなどを用いることができる。
【００４６】
本第３の実施形態によれば、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０をガス通気口３２によって共通の雰囲気とすることにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ比で計測することができる。
【００４７】
［第４の実施形態］
図６および図７は、本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図である。
【００４８】
本第４の実施形態は、蛍光測定ユニット７０を複数設置したことを特徴とする。図６は蛍光測定ユニット７０を２台設けた例を示し、図７は蛍光測定ユニット７０を３台設けた例を示す。
【００４９】
追加した蛍光測定ユニット７０の波長選択素子１９の透過波長を別の波長に設定することにより、同時に異なる元素の蛍光を測定することができる。
【００５０】
また、この際、元素によって蛍光発光が強くなる高さが異なる場合もあり、その場合は、第２の実施形態で示したように、それぞれの蛍光測定ユニット７０の高さを測定対象元素に適した高さに設定すればよい。
【００５１】
本第４の実施形態によれば、複数の元素の濃度を同時に計測することができるので、分析対象の元素が複数であっても、元素の濃度を高精度で、かつ、短時間で効率よく求めることができる。
【００５２】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図である。
本第５の実施形態では、蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置し、蛍光測定ユニット６０内には蛍光伝送用光ファイバ２７を設置する。これにより、蛍光９の電気信号化を蛍光測定ユニット２１の外部で行うようにしたもので、蛍光９の光ファイバへの入射損失や伝送損失による減少が生じるものの、蛍光測定ユニット６０には電源供給が不要となるばかりでなく、その大きさを小さくすることが可能となる。
【００５３】
また、プラズマ生成用のレーザー光も光ファイバ伝送方式とすれば、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０を遠隔から操作することが可能となる。
【００５４】
本第５の実施形態によれば、蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置することにより、蛍光測定ユニット６０への電源供給が不要となり、また、その大きさを小さくすることが可能となるので、コンパクトな装置構成で元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００５５】
［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の横断面図と信号処理のブロック図を示したものである。この実施形態では、３台の蛍光測定ユニット７０を用い、また、各蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置する構成としている。
【００５６】
この第６の実施形態において、測定対象の元素に応じて、蛍光測定対象をλ１、λ２およびλ３の波長に設定した蛍光測定器２０に蛍光測定ユニット７０から光ファイバ２７を通過した蛍光を入射し、それぞれの蛍光時間波形２９に応じて、蛍光測定のゲート幅３０を設定して信号処理を行う。
【００５７】
この際、信号処理器３１では測定対象の元素検出のＳ／Ｎ比が高くなるような演算を行った後に、元素濃度の分析を行う。
この信号処理器３１の演算としては、λ１、λ２およびλ３の各信号に対して、例えば、λ２波長をバックグラウンドとした信号処理を行う。
【００５８】
具体的には、λ２波長をバックグラウンドとした引き算処理を行い、濃度信号＝λ１−λ２を求める。
又は、λ２波長をバックグラウンドとした引き算処理を行い、濃度信号＝（λ１−λ２）／（λ３−λ２）を求めることにより、基準元素濃度をλ３信号で評価を行う。
【００５９】
上記の信号処理手段は一例であって、測定対象に応じた各種演算が可能である。
また、蛍光測定ユニット７０も３台に限定するものではなく、２台又は４台以上設置してもよいことはもちろんである。
【００６０】
本第６の実施形態によれば、異なる計測高さにおいてプラズマ８から発生した蛍光９を検出し、信号処理することにより、分析対象の元素が複数であっても、元素の濃度を高精度、高Ｓ／Ｎ比で、かつ、短時間で検出することができる。
【００６１】
以上、本発明の元素分析装置および元素分析方法を、第１乃至第６の実施形態により説明したが、これらは単なる例示であり、これらに限定されるものではない。また、第１乃至第６の実施形態を適宜組み合わせてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置主要部の縦断面図、（ｂ）はその平面断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る元素分析装置の縦構成図、（ｂ）はその平面断面図。
【図５】本発明に係る元素分析装置の波長選択素子を示す図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【符号の説明】
【００６３】
１…レーザー発振器、２…レーザー電源、３…レーザー光、４…反射ミラー、５…レーザー光集光レンズ、６…レンズホルダ、７…試料、８…プラズマ、９…蛍光、１０…蛍光入射スリット、１２…バッファガス導入口、１３…バッファガス排出口、１４…試料台、１５…測定ベース、１６…反射プリズム、１７…蛍光集光レンズ、１８…蛍光出射スリット、１９…波長選択素子、２０…蛍光検出器、２２…蛍光信号、２３…計測制御用コンピュータ、２４…タイミングコントローラ制御信号、２５…タイミングコントローラ、２６…レーザー発振タイミング信号、２７…蛍光伝送用光ファイバ、２８…バックグラウンド信号、２９…蛍光時間波形、３０…蛍光測定ゲート幅、３１…信号演算機、３２…ガス通気口、５０…レーザー源ユニット、６０…レーザー光照射ユニット、７０…蛍光測定ユニット、８０…表示制御ユニット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に含有される元素の濃度を分析する元素分析装置および元素分析方法に関し、特に、レーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いて試料に含有される元素の濃度を高精度で分析する元素分析装置および元素分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料中に含まれる各種元素を検出し定量する元素分析は、多くの生産現場で用いられている。例えば鉄鋼生産ラインでは、含有する不純物元素の管理に元素分析は無くてはならない技術である。
【０００３】
鉄鋼成分の分析では、まず銑鉄をサンプリングし、分析装置に合わせた形に試料を切り出す。その後、スパーク分光分析装置で含有する炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）などの軽元素から重金属元素までをオフラインで分析している。このような元素分析では、サンプリングや試料の加工、その後のオフライン分析などに長時間が必要である。
【０００４】
一方、鉄鋼生産や鉄鋼取り扱いの現場では、その場で短時間で構成元素の成分が分析可能な手法が求められている。
【０００５】
この手法の一つとして、レーザー光を用いた新しい技術であるレーザー誘起ブレイクダウン分光法（Laser-induced Breakdown Spectroscopy；ＬＩＢＳ法）が開発されている。このＬＩＢＳ法では、パルスレーザー光を測定試料に直接照射してプラズマを発生させる。このプラズマから発生するプラズマ光を分光し、原子固有の波長の発光を検出することによって、試料中の元素種、量が検出できる。このため、鉄鋼生産ライン等の生産現場では、近年、試料の前処理が不要で、迅速・簡便な元素分析が可能なレーザー誘起ブレイクダウン分光法が用いられている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１０５９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー誘起ブレイクダウン分光法は、元素から発せられる蛍光を測定対象としている。この蛍光発光には、空間分布および時間分布があり、分析対象元素により、発光強度の高い位置や発光強度の高い時間が異なる。発光位置に関しては１ミリメートル程度の高さの違いで、また、発光時間に関してはマイクロ秒の違いで、検出感度への影響が生ずる。このため、生成される蛍光中に含まれる元素毎の発光を詳細に測定するためには空間分解能および時間分解能を有した計測装置が必要である。
【０００７】
しかしながら、従来のレーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いた元素分析装置は、上述した空間分解能および時間分解能を考慮しておらず、精度の高い元素分析が困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、レーザー照射によって生じるプラズマから放出される蛍光強度から元素分析を行う際に、空間分解能および時間分解能を考慮することにより、高精度で、かつ、効率的に元素分析を行うことができる元素分析装置および元素分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明に係る元素分析装置は、パルスレーザー光を生成するレーザー源ユニットと、前記パルスレーザー光を試料に照射しプラズマを発生させるレーザー光照射ユニットと、前記プラズマから発生する蛍光を測定する蛍光検出器を有する蛍光測定ユニットと、前記試料に含有される元素の濃度を分析表示するとともにレーザー源を制御する表示制御ユニットと、を備える元素分析装置において、前記レーザー光照射ユニットは前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料の表面から所定の長さ離れた計測領域から放出される蛍光を前記蛍光測定ユニットに導く入射位置調整可能な蛍光入射スリットを備え、前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子を備えることを特徴する。
【００１０】
また、本発明に係る元素分析方法は、分析対象の元素が含まれる模擬試料にパルスレーザー光を照射し、発生した蛍光の位置分布及び蛍光強度の時間的変化から計測領域と計測時間を決定するステップと、試料にパルスレーザー光を照射しプラズマを発生させるステップと、前記計測領域にあるプラズマから放出される蛍光を前記計測領域に対応して配置された蛍光入射スリットをとおして波長選択素子に導くステップと、前記波長選択素子により前記透過した蛍光のうち特定波長の蛍光のみを透過させるステップと、前記決定された計測時間に基づいて前記特定波長の蛍光の強度を計測するステップと、前記計測された蛍光の強度に基づいて分析対象とする元素の濃度を求めるステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザー誘起ブレイクダウン分光法を用いた元素分析装置およびその方法において、空間分解能および時間分解能を考慮することにより、高精度で、かつ、効率的に元素分析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る元素分析装置の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図であり、図２（ａ）、（ｂ）は元素分析装置主要部の縦断面図及び平面断面図である。
【００１４】
本実施形態の元素分析装置は、固体の試料７に含まれる成分元素を分析する装置である。この元素分析装置は、レーザー源ユニット５０、レーザー光照射ユニット６０、蛍光測定ユニット７０、及び表示制御ユニット８０から構成される。
【００１５】
レーザー源ユニット５０は、レーザー発振器１、レーザー電源２、反射ミラー４及び集光レンズ５から構成される。レーザー発振器１は、例えばＹＡＧレーザー発振器からなり、レーザー電源２に接続されている。レーザー電源２は、表示制御ユニット８０を構成する計測制御用コンピュータ２３、及びタイミングコントローラ２５に接続されている。また、反射ミラー４および集光レンズ５は、レーザー発振器１から射出されるパルスレーザー光３が試料７の表面に集光するように配置されている。
【００１６】
なお、本実施形態では、レーザー発振器１としてＹＡＧレーザー発振器を用いているが、レーザーブレイクダウンが可能なパルスレーザーであればエキシマレーザやＣＯ2レーザーなどを用いることができる。
【００１７】
レーザー光照射ユニット６０は、内部の雰囲気を所望のバッファガスに置換するためのバッファガス導入口１２およびバッファガス排出口１３と、分析対象をとする試料を設置する試料台１４と、レーザー光照射によって発生するプラズマ８から発生する蛍光９のうち、試料７の表面から所定の距離の所定の大きさの領域で発生した蛍光のみを蛍光測定ユニット７０に入射させるための入射位置調整可能な蛍光入射スリット１０から構成される。
【００１８】
蛍光測定ユニット７０は、レーザー光照射ユニット１１の蛍光入射スリット１０を通過した蛍光９の光軸高さを上方に上げて観測しやすくするための反射プリズム１６、蛍光９の計測位置を規定するための蛍光出射ユニット１８、分析対象とする元素の特定波長のみを通過させる波長選択素子１９および蛍光を電気信号に変換する蛍光検出器２０から構成される。
【００１９】
この蛍光測定ユニット７０において、蛍光９の計測高さは、蛍光９と蛍光入射スリット１０および蛍光出射スリット１８の相対位置に応じて、試料７にパルスレーザー光３が照射されることにより発生したプラズマ８から発生する蛍光９のうち、試料７の表面から所定の距離の所定の大きさの領域で発生した蛍光のみを蛍光検出器２０に到達させることができる。
【００２０】
ここで、蛍光入射スリット１０および蛍光出射スリット１８で規定され、蛍光検出器２０に到達する蛍光９が発生しているプラズマ８の内部の領域を計測領域９１と呼び、計測領域９１と試料７の表面との距離を計測高さと呼ぶ。
【００２１】
タイミングコントローラ２５は、パルスレーザー光３を発振するタイミング信号２６を生成する。このタイミング信号２６は、タイミングコントローラ２５からレーザー電源２に伝達され、タイミング信号２６を受信したレーザー電源２は、レーザー発振器１に電力を供給し、例えばパルスエネルギーが１０ｍＪ程度で、パルス幅５ｎｓ程度のパルスレーザー光３を発生させる。このようなパルスレーザー光３の出力は、パルス的に２ＭＷ程度となる。
【００２２】
次に、本元素分析装置を用いた元素分析手法について説明する。
パルスレーザー光３が、反射ミラー４および集光レンズ５を介して試料７に集光照射されると、いわゆるブレイクダウンが生じ、試料７の表面の一部がプラズマ化する。このようにしてプラズマ８が発生すると、このプラズマ８はパルスレーザー光３の照射終了とともに再結合が始まり、数μｓないし数十μｓの間は照射試料の構成元素が励起状態の原子となる。この励起状態の原子は、下準位に遷移するときに原子数に比例した蛍光９を放出する。この蛍光９のうち、プラズマ８の計測領域９１で発生したもののみが蛍光入射および出射スリットを通って蛍光検出器２０に入射する。蛍光検出器２０に入射した蛍光９は、電気信号に変換された後、計測制御用コンピュータ２３に伝達される。
【００２３】
また、計測制御用コンピュータ２３には、タイミングコントローラ２５からタイミング信号２６から所定の時間遅れた蛍光測定用のゲート信号３０が伝達される。このゲート信号３０によって計測制御用コンピュータ２３は、レーザー照射後の特定の時間帯に生成された蛍光９のみを計測する。この蛍光９を計測する特定の時間帯を計測期間と呼ぶこととする。
【００２４】
プラズマ８から発生する蛍光９の発光強度は、元素ごとにプラズマ８中の位置又は試料表面からの距離によって異なる。また、蛍光９の発光強度の時間変化も元素ごとに異なる。
【００２５】
例えば、鉄鋼中の炭素濃度は、鉄と炭素の成分比から求めることができる。このため、炭素からの蛍光強度および鉄からの蛍光強度がともに大きいと、鉄鋼中の炭素濃度の分析精度が高い。また、バックグラウンドのレベルは小さいほうが好ましい。
【００２６】
そこで、本実施形態に係る元素分析装置を用いる際には、分析対象の試料に応じて、予め分析精度が高い計測領域を設定しておく。
すなわち、パルスレーザー光３が試料７に照射されて発生するプラズマ８から放出される蛍光９の波長ごとの強度の計測高さに対する変化に基づいて、所定の分析精度が得られる計測領域を設定する。
【００２７】
例えば、分析したい成分元素を含有する模擬試料にレーザー光を照射してプラズマを発生させ、それぞれの成分元素に対応する蛍光の強度の計測高さに対する変化を計測する。この蛍光強度の計測高さに対する変化に基づいて、計測領域を設定することができる。
【００２８】
また、試料にレーザー光を照射して発生したプラズマから放出される蛍光の強度の時間変化は、レーザー光の照射後、強いバックグウラウンド光が発生した後、特定元素の蛍光は時間の経過に伴って一旦上昇した後に小さくなっていく。この蛍光強度の時間変化は、蛍光を発する元素によって異なる。
【００２９】
このため、バックグラウンド成分の蛍光強度が小さく、かつ、測定対象元素の蛍光強度が高い期間にプラズマから発生する蛍光を測定することにより、測定対象の濃度を精度よく分析できる。
そこで、本実施の形態の元素分析装置を用いる際には、分析対象の試料に応じて、予め分析精度が高い計測期間を設定しておく。
【００３０】
このようにして設定した計測領域および計測期間において、プラズマ８から放出される蛍光９を測定する。この計測領域および計測期間における蛍光９の強度のうち、分析対象の元素に対する波長の強度を用いて、分析対象の元素の濃度を求めることができる。
【００３１】
このように、パルスレーザー光３の照射後の特定の時間帯での、プラズマ８中の特定の位置における蛍光９を計測することにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）で計測することができる。これにより、レーザー誘起ブレイクダウン分光法による元素分析の精度が向上する。
【００３２】
また、反射ミラー４を用いることにより、パルスレーザー光３の進路を変化させることができるため、試料７に対するレーザー発振器１の配置の自由度が高まる。また、集光レンズ５を用いることにより、パルスレーザー光３のエネルギー密度が高まるため、プラズマ８の発生効率が向上する。
【００３３】
さらに、蛍光伝送用の反射プリズム１６を用いることにより蛍光検出器２０に入射する蛍光９の強度を高めることができるため、蛍光９の計測精度が向上し、最終的な分析精度が高まる。なお、この反射プリズム１６の代わりに反射ミラーで代用することも可能である。
【００３４】
また、波長選択素子１９としては特定の波長のみを透過する干渉フィルターやエタロン、等を用いることにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）で計測することができる。なお、干渉フィルターやエタロン、等の波長選択素子を使用する場合には、入射光を平行光とすることが必要で、このために蛍光集光レンズ１７を用いる。この蛍光集光レンズ１７の焦点距離ｆはレンズとプラズマ光までの距離を選ぶことにより、プラズマ光を平行光として波長選択素子１９に入射することが可能である。
【００３５】
また、所望の波長選択素子を選択可能にするために、複数の波長選択素子１９を選択可能に設置してもよい。例えば、図５に示すように、複数の波長選択素子１９を円周上に固定したホルダに設置し回転して選択する方式や、波長選択素子を直線上に並べたホルダをスライドさせて選択する方式を用いることができる。各波長選択素子の透過波長を適宜設定することにより、順次、異なる元素の蛍光を測定することができる。
【００３６】
また、試料７にパルスレーザー光３を照射して発生したプラズマ８の発光強度は試料の雰囲気ガス種によって異なる。このため、試料の測定の際には、分析対象とする元素に適したバッファガスをバッファガス導入口１２から導入することにより、蛍光９の強度を高めることができる。
【００３７】
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、予め設定された計測領域および計測期間においてプラズマ８から放出される蛍光９を測定することにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ比で計測することができるので、分析対象の元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図である。
【００３９】
本第２の実施形態では、第１の実施形態に係る蛍光測定ユニット７０と蛍光入射スリット１０を高さ方向に平行移動可能なものとしたものである。これにより、試料７にパルスレーザー光３を照射して発生したプラズマ８から放出される蛍光９のうち、所定の計測領域からの蛍光９のみを、蛍光測定器２０に入射させることができる。
【００４０】
本第２の実施形態によれば、蛍光測定ユニット７０と蛍光入射スリット１０を単に移動させることにより、所定の計測領域からの蛍光９のみを、蛍光測定器２０に入射させることができるので、分析対象の元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００４１】
［第３の実施形態］
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図及び平面断面図である。
【００４２】
本第３の実施形態の元素分析装置は、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の境界部に、両ユニットの内部を同一の雰囲気条件とするための貫通部を設けたものである。
【００４３】
一般に、測定対象元素の蛍光波長が２３０ｎｍ程度以下となると空気の透過率が著しく減少する。これは酸素による紫外光の吸収が高いためである。このため、この領域の蛍光波長を測定しようとする場合には、できるだけ光路長を短くして、光路中の酸素を排除することが望ましい。
【００４４】
本第３の実施形態では、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の境界部に両ユニットに連通するガス通気口３２を設けて、雰囲気ガスを共通にし、酸素を含まないバッファガスをバッファガス導入口１２から導入することにより、紫外波長領域の蛍光９の強度を、空気による減衰の影響を受けることなく計測することができる。
【００４５】
なお、バッファガスとしては、ＡｒやＨｅなどを用いることができる。
【００４６】
本第３の実施形態によれば、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０をガス通気口３２によって共通の雰囲気とすることにより、測定対象の元素から放出される蛍光を高感度、かつ、高Ｓ／Ｎ比で計測することができる。
【００４７】
［第４の実施形態］
図６および図７は、本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の縦断面図である。
【００４８】
本第４の実施形態は、蛍光測定ユニット７０を複数設置したことを特徴とする。図６は蛍光測定ユニット７０を２台設けた例を示し、図７は蛍光測定ユニット７０を３台設けた例を示す。
【００４９】
追加した蛍光測定ユニット７０の波長選択素子１９の透過波長を別の波長に設定することにより、同時に異なる元素の蛍光を測定することができる。
【００５０】
また、この際、元素によって蛍光発光が強くなる高さが異なる場合もあり、その場合は、第２の実施形態で示したように、それぞれの蛍光測定ユニット７０の高さを測定対象元素に適した高さに設定すればよい。
【００５１】
本第４の実施形態によれば、複数の元素の濃度を同時に計測することができるので、分析対象の元素が複数であっても、元素の濃度を高精度で、かつ、短時間で効率よく求めることができる。
【００５２】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図である。
本第５の実施形態では、蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置し、蛍光測定ユニット６０内には蛍光伝送用光ファイバ２７を設置する。これにより、蛍光９の電気信号化を蛍光測定ユニット２１の外部で行うようにしたもので、蛍光９の光ファイバへの入射損失や伝送損失による減少が生じるものの、蛍光測定ユニット６０には電源供給が不要となるばかりでなく、その大きさを小さくすることが可能となる。
【００５３】
また、プラズマ生成用のレーザー光も光ファイバ伝送方式とすれば、レーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０を遠隔から操作することが可能となる。
【００５４】
本第５の実施形態によれば、蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置することにより、蛍光測定ユニット６０への電源供給が不要となり、また、その大きさを小さくすることが可能となるので、コンパクトな装置構成で元素の濃度を高精度で、かつ、効率よく求めることができる。
【００５５】
［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施形態に係る元素分析装置のレーザー照射ユニット６０と蛍光測定ユニット７０の横断面図と信号処理のブロック図を示したものである。この実施形態では、３台の蛍光測定ユニット７０を用い、また、各蛍光検出器２０を蛍光測定ユニット６０の外部に配置する構成としている。
【００５６】
この第６の実施形態において、測定対象の元素に応じて、蛍光測定対象をλ１、λ２およびλ３の波長に設定した蛍光測定器２０に蛍光測定ユニット７０から光ファイバ２７を通過した蛍光を入射し、それぞれの蛍光時間波形２９に応じて、蛍光測定のゲート幅３０を設定して信号処理を行う。
【００５７】
この際、信号処理器３１では測定対象の元素検出のＳ／Ｎ比が高くなるような演算を行った後に、元素濃度の分析を行う。
この信号処理器３１の演算としては、λ１、λ２およびλ３の各信号に対して、例えば、λ２波長をバックグラウンドとした信号処理を行う。
【００５８】
具体的には、λ２波長をバックグラウンドとした引き算処理を行い、濃度信号＝λ１−λ２を求める。
又は、λ２波長をバックグラウンドとした引き算処理を行い、濃度信号＝（λ１−λ２）／（λ３−λ２）を求めることにより、基準元素濃度をλ３信号で評価を行う。
【００５９】
上記の信号処理手段は一例であって、測定対象に応じた各種演算が可能である。
また、蛍光測定ユニット７０も３台に限定するものではなく、２台又は４台以上設置してもよいことはもちろんである。
【００６０】
本第６の実施形態によれば、異なる計測高さにおいてプラズマ８から発生した蛍光９を検出し、信号処理することにより、分析対象の元素が複数であっても、元素の濃度を高精度、高Ｓ／Ｎ比で、かつ、短時間で検出することができる。
【００６１】
以上、本発明の元素分析装置および元素分析方法を、第１乃至第６の実施形態により説明したが、これらは単なる例示であり、これらに限定されるものではない。また、第１乃至第６の実施形態を適宜組み合わせてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る元素分析装置主要部の縦断面図、（ｂ）はその平面断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る元素分析装置の縦構成図、（ｂ）はその平面断面図。
【図５】本発明に係る元素分析装置の波長選択素子を示す図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る元素分析装置の構成図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る元素分析装置の全体構成図。
【符号の説明】
【００６３】
１…レーザー発振器、２…レーザー電源、３…レーザー光、４…反射ミラー、５…レーザー光集光レンズ、６…レンズホルダ、７…試料、８…プラズマ、９…蛍光、１０…蛍光入射スリット、１２…バッファガス導入口、１３…バッファガス排出口、１４…試料台、１５…測定ベース、１６…反射プリズム、１７…蛍光集光レンズ、１８…蛍光出射スリット、１９…波長選択素子、２０…蛍光検出器、２２…蛍光信号、２３…計測制御用コンピュータ、２４…タイミングコントローラ制御信号、２５…タイミングコントローラ、２６…レーザー発振タイミング信号、２７…蛍光伝送用光ファイバ、２８…バックグラウンド信号、２９…蛍光時間波形、３０…蛍光測定ゲート幅、３１…信号演算機、３２…ガス通気口、５０…レーザー源ユニット、６０…レーザー光照射ユニット、７０…蛍光測定ユニット、８０…表示制御ユニット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光を生成するレーザー源ユニットと、前記パルスレーザー光を試料に照射しプラズマを発生させるレーザー光照射ユニットと、前記プラズマから発生する蛍光を測定する蛍光検出器を有する蛍光測定ユニットと、前記試料に含有される元素の濃度を分析表示するとともにレーザー源を制御する表示制御ユニットと、を備える元素分析装置において、
前記レーザー光照射ユニットは前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料の表面から所定の長さ離れた計測領域から放出される蛍光を前記蛍光測定ユニットに導く入射位置調整可能な蛍光入射スリットを備え、
前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子を備えることを特徴する元素分析装置。
【請求項２】
前記レーザー光照射ユニットは、レーザー照射領域にバッファガスを供給排出するためのバッファガス導入口およびバッファガス排出口を備えることを特徴とする請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記レーザー光照射ユニットと前記蛍光測定ユニットとの間に前記バッファガスを連通させるガス通気口を設けたことを特徴とする請求項２記載の元素分析装置。
【請求項４】
透過波長が異なる波長選択素子を選択可能に複数設けたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項５】
前記レーザー光照射ユニットの周囲に複数の蛍光測定ユニットを配置し、前記レーザー光照射ユニットは各蛍光測定ユニットに対応した蛍光入射スリットを備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項６】
前記複数の蛍光測定ユニットに配置された各波長選択素子の透過波長がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項７】
前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光の光路を変換するプリズムを備えるとともに、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の前記プリズムへの入射位置を調整可能とするために、前記レーザー光照射ユニットに対して変位可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項８】
前記蛍光測定器を前記蛍光測定ユニットの外部に配置し、光ファイバにより蛍光を前記蛍光測定器に伝送すること特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項９】
分析対象の元素が含まれる模擬試料にパルスレーザー光を照射し、発生した蛍光の位置分布及び蛍光強度の時間的変化から計測領域と計測時間を決定するステップと、試料にパルスレーザー光を照射しプラズマを発生させるステップと、前記計測領域にあるプラズマから放出される蛍光を前記計測領域に対応して配置された蛍光入射スリットをとおして波長選択素子に導くステップと、前記波長選択素子により前記透過した蛍光のうち特定波長の蛍光のみを透過させるステップと、前記決定された計測時間に基づいて前記特定波長の蛍光の強度を計測するステップと、前記計測された蛍光の強度に基づいて分析対象とする元素の濃度を求めるステップと、を有することを特徴とする元素分析方法。
【請求項１】
パルスレーザー光を生成するレーザー源ユニットと、前記パルスレーザー光を試料に照射しプラズマを発生させるレーザー光照射ユニットと、前記プラズマから発生する蛍光を測定する蛍光検出器を有する蛍光測定ユニットと、前記試料に含有される元素の濃度を分析表示するとともにレーザー源を制御する表示制御ユニットと、を備える元素分析装置において、
前記レーザー光照射ユニットは前記プラズマから発生する蛍光のうち前記試料の表面から所定の長さ離れた計測領域から放出される蛍光を前記蛍光測定ユニットに導く入射位置調整可能な蛍光入射スリットを備え、
前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の特定波長のみを透過させる波長選択素子を備えることを特徴する元素分析装置。
【請求項２】
前記レーザー光照射ユニットは、レーザー照射領域にバッファガスを供給排出するためのバッファガス導入口およびバッファガス排出口を備えることを特徴とする請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記レーザー光照射ユニットと前記蛍光測定ユニットとの間に前記バッファガスを連通させるガス通気口を設けたことを特徴とする請求項２記載の元素分析装置。
【請求項４】
透過波長が異なる波長選択素子を選択可能に複数設けたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項５】
前記レーザー光照射ユニットの周囲に複数の蛍光測定ユニットを配置し、前記レーザー光照射ユニットは各蛍光測定ユニットに対応した蛍光入射スリットを備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項６】
前記複数の蛍光測定ユニットに配置された各波長選択素子の透過波長がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項７】
前記蛍光測定ユニットは、前記蛍光の光路を変換するプリズムを備えるとともに、前記蛍光入射スリットを透過した蛍光の前記プリズムへの入射位置を調整可能とするために、前記レーザー光照射ユニットに対して変位可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項８】
前記蛍光測定器を前記蛍光測定ユニットの外部に配置し、光ファイバにより蛍光を前記蛍光測定器に伝送すること特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の元素分析装置。
【請求項９】
分析対象の元素が含まれる模擬試料にパルスレーザー光を照射し、発生した蛍光の位置分布及び蛍光強度の時間的変化から計測領域と計測時間を決定するステップと、試料にパルスレーザー光を照射しプラズマを発生させるステップと、前記計測領域にあるプラズマから放出される蛍光を前記計測領域に対応して配置された蛍光入射スリットをとおして波長選択素子に導くステップと、前記波長選択素子により前記透過した蛍光のうち特定波長の蛍光のみを透過させるステップと、前記決定された計測時間に基づいて前記特定波長の蛍光の強度を計測するステップと、前記計測された蛍光の強度に基づいて分析対象とする元素の濃度を求めるステップと、を有することを特徴とする元素分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１９６２６（Ｐ２０１０−１９６２６Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７９０８１（Ｐ２００８−１７９０８１）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
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