説明

ICP発光分光分析方法

【課題】被測定試料溶液が、被測定元素以外の元素を含有している場合においても、容易にかつ効率的に、高精度で被測定元素の定量分析をすることができるICP発光分光分析方法を提供する。
【解決手段】試料溶液を霧状にした後、高周波プラズマ中に導入することにより、前記試料溶液中の成分を励起して各元素に固有の波長の光を放出させ、その光を分光して得られた発光スペクトルに基づいて前記試料溶液中の元素の定量分析を行うICP発光分光分析方法であって、被測定元素の濃度が既知の標準試料溶液、および被測定試料溶液の双方に、被測定元素以外の同一の元素を両溶液において同一濃度となるように添加して、両者の被測定元素の発光強度から、被測定元素の定量分析を行うことを特徴とするICP発光分光分析方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ICP発光分光分析方法に関し、詳しくは、ICP発光分光分析方法を用いた定量分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
無機分析の手法として、被測定試料溶液を霧状にした後、高周波プラズマ中に導入し、被測定試料溶液中の元素を励起して、その元素特有のスペクトル線を発光させて元素の定性・定量分析を行うICP発光分光分析方法が利用されている。
この方法は、被測定元素を添加して所定の濃度に調整した標準試料溶液を用いて、その発光強度から検量線を作製し、その後、被測定試料溶液についても発光強度を測定し、前記検量線に基づいて被測定元素の定量値を求めるものである。
【0003】
特許文献1には、このようなICP発光分光分析方法を用いる定性・定量分析方法が示されている。
【特許文献1】特開平1−250045号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかながら、特許文献1に示された定量分析方法においては、被測定試料溶液によっては、必ずしも高い精度での測定結果を得ることができなかった。
【0005】
そこで本発明においては、どのような被測定試料溶液に対しても、高精度で被測定元素の定量分析をすることができるICP発光分光分析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、検討の結果、上記、被測定試料溶液が、被測定元素以外の元素を含有している場合に、高い精度での測定結果を得ることができないことを見出し、その原因につき検討した結果、以下のことが分かった。
即ち、被測定試料溶液に、被測定元素以外の元素が共存していると、被測定元素以外の元素(以下、「共存元素」と言う)もプラズマに導入されてイオン化され、被測定元素のイオンと互いに影響し合い(即ち、「イオン化干渉」)、発光強度を変化させている。
【0007】
一方、検量線を作成するための標準試料溶液では、被測定元素しか存在していないため、前記のイオン化干渉が生じることがなく、発光強度が変化することがない。
【0008】
その結果、被測定元素以外の元素が含有された被測定試料溶液による測定結果を用いて、標準試料溶液により作成した検量線による定量分析を行うと、精度の低い定量値しか得ることができなかったことが分かった。
【0009】
ICP発光分光分析を用いて精度の高い定量値を得る方法として、特開平5−45287号公報には、補正係数算出用の試料を同時に測定する方法が示されている。また、特開2007−78640号公報には、標準試料の測定から得られた中性原子線とイオン線の組合せや基準強度を記憶し、被測定試料における強度比との比較によりイオン化干渉の影響の程度を評価して定量値を算出する方法が示されている。
【0010】
しかし、前者の方法は、複数化学種の存在下におけるイオン化干渉の影響を考慮していないため、近接するスペクトル線の重なりによる影響だけしか補正することができず、また測定毎に補正係数算出用試料を同時に測定する必要があるため、手間がかかる。
【0011】
また、後者の方法は、補正のため事前にその組合せに対する基準強度データを収集しておく必要があり、手間がかかると共に、個々の測定データを補正するためのデータ解析を行う必要がある。
【0012】
本発明者は、手間のかかるこれらの方法に代えて、より容易に精度の高い定量値を得る方法につき、鋭意検討した結果、測定データを補正するのではなく、標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、被測定元素とは異なる同一の元素を同一濃度添加するという極めて簡便な手段を用いることにより、標準試料溶液にもイオン化干渉を生じさせて、前記した被測定試料溶液による共存元素のイオン化干渉による影響を低減させることができ、高い精度での定量値を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0013】
すなわち、本発明は、その請求項1において、
試料溶液を霧状にした後、高周波プラズマ中に導入することにより、前記試料溶液中の成分を励起して各元素に固有の波長の光を放出させ、その光を分光して得られた発光スペクトルに基づいて前記試料溶液中の元素の定量分析を行うICP発光分光分析方法であって、
被測定元素の濃度が既知の標準試料溶液、および被測定試料溶液の双方に、被測定元素以外の同一の元素を両溶液において同一濃度となるように添加して、両者の被測定元素の発光強度から、被測定元素の定量分析を行うことを特徴とするICP発光分光分析方法を提供する。
【0014】
請求項1の発明によれば、標準試料溶液および被測定試料溶液の双方に被測定元素以外の同一の元素を同一濃度添加することにより、標準試料溶液にも添加元素によるイオン化干渉を生じさせ、被測定元素の発光強度を増加させたため、被測定試料溶液における共存元素の影響を抑制することができ、より精度の高い定量値を得ることができる。さらに、高感度で定量分析を行うことができる。
また、本発明に係るICP発光分光分析方法は、測定溶液(標準試料溶液および被測定試料溶液)が水溶液の場合のみならず、非水溶媒の測定溶液についても、適用することができる。
また、被測定元素以外の元素の添加方法としては、当該元素の純物質でなくとも、当該元素を含む化合物の塊、粉末等の固体を添加してもよいし、当該元素をあらかじめ溶解した溶液を標準試料溶液および被測定試料溶液に等量ずつ添加してもよい。
【0015】
請求項2に記載の発明は、
前記被測定元素以外の元素を含む化合物の溶液を予め作製し、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液の高周波プラズマ中への導入経路において、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液のそれぞれにおける前記被測定元素以外の元素の濃度が同一になるように、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液のそれぞれに混合した後、それぞれの混合溶液を前記高周波プラズマ中に導入することにより、被測定元素の定量分析を行うことを特徴とする請求項1に記載のICP発光分光分析方法である。
【0016】
請求項2の発明によれば、予め、標準試料溶液や被測定試料溶液に被測定元素以外の元素を添加した混合液を作製しておくのではなく、高周波プラズマ中への導入経路において、被測定元素以外の元素を添加した混合液を標準試料溶液や被測定試料溶液に混合するだけであるため、より簡便かつ効率的に定量分析を行うことができる。
【0017】
請求項3に記載の発明は、
添加する前記被測定元素以外の元素が、Caの第1イオン化ポテンシャル以下の第1イオン化ポテンシャルを有する元素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のICP発光分光分析方法である。
【0018】
第1イオン化ポテンシャルの低い元素は、プラズマに導入されたときにイオン化され易くなり、イオン化干渉が強く出るため、発光強度がさらに高くなり、共存元素の影響をより抑制することができる。
なお、添加元素の第1イオン化ポテンシャルとしては8eV程度以下が好ましいが、Caの第1イオン化ポテンシャル(6.113eV)以下であると、より確実に、共存元素の影響を抑制することができる。
【0019】
請求項4に記載の発明は、
添加する前記被測定元素以外の元素が、アルカリ金属元素、またはアルカリ土類金属元素であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法である。
【0020】
請求項4の発明においては、イオン化ポテンシャルの低い元素の代表である、アルカリ金属元素もしくはアルカリ土類金属元素を採用したため、プラズマに導入されたときにイオン化され易くなり、測定精度をさらに高めることができる。なお、アルカリ金属元素としてはLi、Na、K、Rb、Cs、Frがあり、アルカリ土類金属元素としてはCa、Sr、Ba、Raがある。
【0021】
請求項5に記載の発明は、
前記被測定元素以外の元素の添加は、前記被測定元素以外の元素を構成元素とする化合物として添加することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法である。
【0022】
請求項5の発明においては、前記被測定元素以外の元素を構成元素とする化合物として添加するため、添加濃度を容易に制御することができる。また、化合物であるため、取り扱いが容易で、容易に入手することができる。化合物としては、特に限定はされず、炭酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、水酸化物等、いかなる化合物であってもよい。
【0023】
請求項6に記載の発明は、
前記被測定元素以外の元素の添加は、被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素の濃度に対して、0.5倍以上の濃度で添加されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法である。
【0024】
被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素濃度が既知である場合、添加元素をこの既知の共存元素濃度に対して0.5倍以上の濃度にすることにより、十分精度の高い定量値が得られることが実験により分かった。
【0025】
請求項7に記載の発明は、
前記被測定元素以外の元素の添加は、被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素の濃度に対して、5倍以上の濃度で添加されることを特徴とする請求項6に記載のICP発光分光分析方法である。
【0026】
被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素濃度が既知である場合、添加元素をこの既知の共存元素濃度に対して5倍以上の濃度にすることにより、より精度の高い定量値が得られることが実験により分かった。
【0027】
なお、被測定試料溶液中の被測定元素以外の元素の濃度が未知の場合、添加元素の濃度については、一般的に予測される濃度の5倍以上の濃度となるように添加して、測定を行えば、良好な測定結果を得ることができる。
【0028】
請求項8に記載の発明は、
前記被測定元素の定量分析は、軸方向からの測光に基づいて行われることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法である。
【0029】
プラズマの軸方向から測光すると、軸方向に対して直角の方向からの測光よりも、高い発光強度を得ることができ、高感度の測定ができる。そして、本発明においては、標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、被測定元素以外の元素を添加しているため、共存元素の影響を抑制しながら、より高感度の測定ができ、測定精度のより一層の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、被測定元素以外の元素を添加するという極めて簡便な操作により測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明の最良の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【0032】
本発明のICP発光分光分析方法を実施するためにICP発光分光分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のiCAP6500Duo)を用い、軸方向測光方式により測定した。
このICP発光分光分析装置は、測定対象となる試料溶液をエーロゾルの形に微細粒子化する霧化手段、アルゴンプラズマ発生手段、検出手段などを備えている。
試料溶液のエーロゾルがアルゴンプラズマ中に導入されると、試料溶液中の元素(原子)は熱エネルギーを吸収して高いエネルギー準位に励起され、その励起された原子が元の低いエネルギー準位に戻る際に、エネルギーの差を光として放射して発光する。この光は元素固有の波長(スペクトル線)を示すので、そのスペクトル線の大きさ(発光強度)から試料中の元素の含有量が求められる。
【0033】
実験例1
比較例1と対比しつつ、実施例1について説明する。比較例1および実施例1は、測定対象となる被測定元素をAl、共存元素をKとし、実施例1は添加元素をCsとして添加してICP発光分光分析を行ったものである。
【0034】
(比較例1)
0.00ppm、1.00ppm、3.00ppmの3段階のAl濃度に調整された各標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、Al濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、濃度1.00ppm相当のAl溶液に、共存元素としてのKの濃度が0.01mol/lとなるようにKClを加え、さらに、pH調整用として60%HNOを5ml加えた後、超純水で100mlに希釈して被測定試料溶液を作製した。これをプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてAlの定量値を求めたところ、測定値は1.31ppmとなって、真値(1.00ppm)に対して31%の誤差が認められた。
【0035】
(実施例1)
比較例1に用いたと同じ標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、Cs濃度が0.005mol/lとなるようにCsCOを添加した。そして、Csが添加された標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、Al濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、Csが添加された被測定試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてAlの定量値を求めたところ、測定値は1.03ppmとなって、真値(1.00ppm)に近い値が得られ、良好な結果が得られた。
【0036】
さらに、Cs濃度が0.01mol/l及び0.05mol/lとなるようにCsCO溶液の添加量を増加させて同様にAlの定量値を求めたところ、Alの定量値は、1.03ppm及び1.00ppmとなり、添加量を増加させることにより、より良好な結果が得られることが分かった。
表1はこれらをまとめたものである。
【0037】
図1は、上記の実施例1における測定を説明する図であり、1、2、3は標準試料溶液、4は被測定試料溶液、5は添加元素であり、添加元素5が添加された標準試料溶液1〜3および被測定試料溶液4が順次プラズマへの導入経路6からプラズマ8中へ導入されることを示している。
【0038】
【表1】

【0039】
実験例2
比較例2と対比しつつ、実施例2について説明する。比較例2および実施例2は、測定対象となる被測定元素をAl、共存元素をKとし、実施例2は添加元素をCsとして予め濃度を調整したCs化合物の溶液を添加してICP発光分光分析を行ったものである。
【0040】
(比較例2)
0.00ppm、1.00ppm、3.00ppmの3段階のAl濃度に調整された各標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、Al濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、濃度1.00ppm相当のAl溶液に、共存元素としてのKの濃度が0.01mol/lとなるようにKClを加え、さらに、pH調整用として60%HNOを5ml加えた後、超純水で100mlに希釈して被測定試料溶液を作製した。これをプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてAlの定量値を求めたところ、測定値は1.35ppmとなって、真値(1.00ppm)に対して35%の誤差が認められた。
【0041】
(実施例2)
比較例2に用いたと同じ標準試料溶液と被測定試料溶液に加え、Cs濃度が0.01mol/lとなるようにCsCOを溶解して添加元素溶液を予め作製した。この添加元素溶液をプラズマ導入前に標準試料溶液と装置内で混合した後、プラズマ中に導入して測光を行い、Al濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、前記添加元素溶液をプラズマ導入前に被測定試料溶液と装置内で混合した後、プラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてAlの定量値を求めたところ、測定値は1.04ppmとなって、真値(1.00ppm)に近い値が得られ、良好な結果が得られた(図2参照)。
【0042】
さらに、Cs濃度がそれぞれ、0.02mol/l、0.1mol/lとなるようにCsCOを溶解して添加元素溶液を予め作製し、同様にAlの定量値を求めたところ、Alの定量値は、それぞれ1.04ppm、1.00ppmとなり、添加元素溶液の濃度を増大させることにより、より良好な結果が得られることが分かった。
表2はこれらをまとめたものである。
【0043】
図2は、上記の実施例2における測定を説明する図であり、1、2、3は標準試料溶液、4は被測定試料溶液、9は添加元素を含む化合物の溶液であり、添加元素を含む化合物の溶液9が順次、装置内のプラズマへの導入経路6において標準試料溶液1〜3および被測定試料溶液4に混合された後プラズマ8中へ導入されることを示している。
【0044】
【表2】

【0045】
実験例3
比較例3と対比しつつ、実施例3について説明する。比較例3および実施例3は、測定対象となる被測定元素をK、共存元素をBaとし、実施例3は添加元素をCsとしてICP発光分光分析を行ったものである。
【0046】
(比較例3)
0.00ppm、1.00ppm、3.00ppmの3段階のK濃度に調整された各標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、K濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、濃度3.00ppm相当のK溶液に、共存元素としてのBaの濃度が0.01mol/lとなるようにBaClを加え、さらに、pH調整用として60%HNOを5ml加えた後、超純水で100mlに希釈して被測定試料溶液を作製した。これをプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてKの定量値を求めたところ、4.47ppmとなって、真値(3.00ppm)に対して49%の誤差が認められた。
【0047】
(実施例3)
比較例3に用いたと同じ標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、Cs濃度が0.005mol/lとなるようにCsCOを添加した。そして、Csが添加された標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、K濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、Csが添加された被測定試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてKの定量値を求めたところ、測定値は3.41ppmとなって改善された。
【0048】
さらに、Cs濃度が0.01mol/l及び0.05mol/lとなるようにCsCO溶液の添加量を増加させて同様にKの定量値を求めたところ、Kの定量値は、3.48ppm及び3.12ppmとなり、添加量を増加させることにより、より良好な結果が得られることが分かった。
表3はこれらをまとめたものである。
【0049】
【表3】

【0050】
実験例4
比較例4と対比しつつ、実施例4について説明する。比較例4および実施例4は、測定対象となる被測定元素をLi、共存元素をNaとし、実施例4は添加元素をBaとしてICP発光分光分析を行ったものである。
【0051】
(比較例4)
0.00ppm、1.00ppm、3.00ppmの3段階のLi濃度に調整された各標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、Li濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、濃度1.00ppm相当のLi溶液に、共存元素としてのNaの濃度が0.01mol/lとなるようにNaCOを加え、さらに、pH調整用として60%HNOを5ml加えた後、超純水で100mlに希釈して被測定試料溶液を作製した。これをプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてLiの定量値を求めたところ、2.68ppmとなって、真値(1.00ppm)に対して168%の誤差が認められた。
【0052】
(実施例4)
比較例4に用いたと同じ標準試料溶液と被測定試料溶液の双方に、Ba濃度が0.005mol/lとなるようにBaClを添加した。そして、Baが添加された標準試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、Li濃度と発光強度との関係を示す検量線を作製した。一方、Baが添加された被測定試料溶液をプラズマ中に導入して測光を行い、前記検量線に基づいてLiの定量値を求めたところ、測定値は1.25ppmとなって改善された。
【0053】
さらに、Ba濃度が0.01mol/l及び0.05mol/lとなるようにBaCl溶液の添加量を増加させて同様にLiの定量値を求めたところ、Liの定量値は、1.15ppm及び0.96ppmとなり、添加量を増加させることにより、より良好な結果が得られることが分かった。
表4はこれらをまとめたものである。
【0054】
【表4】

【0055】
以上の各実施例の結果より、被測定元素以外の添加元素の添加量を、共存元素の濃度の0.5倍以上にすることによって測定精度が向上し、5倍以上にすることによって、より一層測定精度が向上することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明に係る実施例1における測定を説明する図である。
【図2】本発明に係る実施例2における測定を説明する図である。
【符号の説明】
【0057】
1、2、3 標準試料溶液
4 被測定試料溶液
5 添加元素
6 プラズマへの導入経路
7 ICP−OES
8 プラズマ
9 添加元素を含む化合物の溶液

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料溶液を霧状にした後、高周波プラズマ中に導入することにより、前記試料溶液中の成分を励起して各元素に固有の波長の光を放出させ、その光を分光して得られた発光スペクトルに基づいて前記試料溶液中の元素の定量分析を行うICP発光分光分析方法であって、
被測定元素の濃度が既知の標準試料溶液、および被測定試料溶液の双方に、被測定元素以外の同一の元素を両溶液において同一濃度となるように添加して、両者の被測定元素の発光強度から、被測定元素の定量分析を行うことを特徴とするICP発光分光分析方法。
【請求項2】
前記被測定元素以外の元素を含む化合物の溶液を予め作製し、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液の高周波プラズマ中への導入経路において、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液のそれぞれにおける前記被測定元素以外の元素の濃度が同一になるように、前記標準試料溶液および前記被測定試料溶液のそれぞれに混合した後、それぞれの混合溶液を前記高周波プラズマ中に導入することにより、被測定元素の定量分析を行うことを特徴とする請求項1に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項3】
添加する前記被測定元素以外の元素が、Caの第1イオン化ポテンシャル以下の第1イオン化ポテンシャルを有する元素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項4】
添加する前記被測定元素以外の元素が、アルカリ金属元素、またはアルカリ土類金属元素であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項5】
前記被測定元素以外の元素の添加は、前記被測定元素以外の元素を構成元素とする化合物として添加することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項6】
前記被測定元素以外の元素の添加は、被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素の濃度に対して、0.5倍以上の濃度で添加されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項7】
前記被測定元素以外の元素の添加は、被測定試料溶液中の被測定元素以外の共存元素の濃度に対して、5倍以上の濃度で添加されることを特徴とする請求項6に記載のICP発光分光分析方法。
【請求項8】
前記被測定元素の定量分析は、軸方向からの測光に基づいて行われることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のICP発光分光分析方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−85943(P2009−85943A)
【公開日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−225069(P2008−225069)
【出願日】平成20年9月2日(2008.9.2)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】