(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧プラズマを生成し、試料に前記大気圧プラズマを照射し、試料を原子化するアトマイザーと、
前記試料中の目的元素の輝線スペクトルを発光し、原子化された試料に照射する光源と、
原子化された試料を透過した前記光源の光を受光して分析する分析装置と、
前記アトマイザーおよび前記光源を駆動する電源装置と、
を有し、
前記電源装置は、交流電源と、前記交流電源からの出力の一部を半波整流する半波整流回路と、を有し、前記アトマイザーには前記交流電源からの出力を供給し、前記光源には、半波整流回路からの出力を供給する、
ことを特徴とする原子吸光分析装置。
【請求項２】
前記分析装置は、
原子化された試料を透過した前記光源の光と前記大気圧プラズマの発光とを合わせた光の第１の発光強度と、前記大気圧プラズマの発光のみである第２の発光強度とを測定し、
第１の発光強度から第２の発光強度を差し引くことで、原子化された試料を透過した前記光源の光の発光強度を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の原子吸光分析装置。
【請求項３】
前記アトマイザーは、
棒状の第１電極と、
管状であって、その管内に、前記第１電極の軸回りにおいて管内壁から前記第１電極が離間した状態となるように前記第１電極の先端部を保持し、管内壁と前記第１電極との隙間に、前記第１電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、
前記第１電極の先端部から一定距離隔てて配置された第２電極と、
試料を保持する凹部を有し、その凹部底面に前記第２電極が露出した絶縁材からなる試料保持部と、
を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子吸光分析装置。
【請求項４】
交流電圧の印加によって大気圧プラズマを生成し、試料に前記大気圧プラズマを照射して、試料を原子化し、
前記交流電圧を半波整流した電圧を印加することによって、前記試料中の目的元素の輝線スペクトルの発光を生成し、その発光を原子化された試料に照射して透過させ、
前記大気圧プラズマの発光と、原子化された試料を透過した光とを合わせた光の第１の発光強度と、前記大気圧プラズマの発光のみである第２の発光強度とを測定し、
第１の発光強度から第２の発光強度を差し引くことで、原子化された試料を透過した前記光源の光の発光強度を算出する、
ことを特徴とする原子吸光分析法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマを用いたアトマイザーと目的元素の共鳴線スペクトルを発光する光源とで構成された原子吸光分析装置、および原子吸光分析法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子吸光分析では、試料を原子化する装置（アトマイザー）として、黒鉛炉などが広く用いられている。また、特許文献１のように、大気圧プラズマを用いたアトマイザーも知られており、吸光分析に用いることができると記載されている。特許文献１のアトマイザーにおける大気圧プラズマの発生には、商用のＡＣ電源の電圧を昇圧して電極に印加することが記載されている。そのため、大気圧プラズマは離散的に発生することになる。
【０００３】
また、原子吸光分析では、目的元素の共鳴線スペクトルを発光する光源として、ホローカソードランプを用いる。ホローカソードランプの電源は直流電源である。ここで、大気圧プラズマが離散的に発生しているため光源を常時点灯させておくことはできず、光源は、大気圧プラズマが発生している期間内に離散的に点灯させる必要がある。もし大気圧プラズマが発生せずに光源が点灯している状態があると、光源に吸収が伴わない状態が存在し、あたかも吸収率が悪い、すなわち目的元素の濃度が低い状態とみなされてしまい、測定結果に誤りが生じてしまう。そこで、ホローカソードランプの電源は、直流電源をパルス化してアトマイザーの電源に同期させることが必要となる。
【０００４】
このように、大気圧プラズマを用いたアトマイザーを有する原子吸光分析装置では、アトマイザー用の交流電源と、光源用の直流電源とをそれぞれ用意して用いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４１２９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の大気圧プラズマを用いた原子吸光分析装置では、上記のようにアトマイザー用の交流電源と光源用の直流電源とをそれぞれ用意する必要があり、さらに光源用の直流電源はパルス化してアトマイザー用の交流電源と同期を取る必要があり、同期用の回路装置が必要となる。このような電源装置を実現しようとすると、電源装置の容積、重量が大きくなってしまう。そのため、原子吸光分析装置の小型化ができず、携帯型を実現することができなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、大気圧プラズマを用いたアトマイザーを有する原子吸光分析装置の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、大気圧プラズマを生成し、試料に前記大気圧プラズマを照射し、試料を原子化するアトマイザーと、試料中の目的元素の輝線スペクトルを発光し、原子化された試料に照射する光源と、原子化された試料を透過した光源の光を受光して分析する分析装置と、アトマイザーおよび光源を駆動する電源装置と、を有し、電源装置は、交流電源と、交流電源からの出力の一部を半波整流する半波整流回路と、を有し、アトマイザーには交流電源からの出力を供給し、光源には、半波整流回路からの出力を供給する、ことを特徴とする原子吸光分析装置である。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、分析装置は、原子化された試料を透過した光源の光と大気圧プラズマの発光とを合わせた光の第１の発光強度と、大気圧プラズマの発光のみである第２の発光強度とを測定し、第１の発光強度から第２の発光強度を差し引くことで、原子化された試料を透過した光源の光の発光強度を算出する、ことを特徴とする原子吸光分析装置である。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、アトマイザーは、棒状の第１電極と、管状であって、その管内に、第１電極の軸回りにおいて管内壁から第１電極が離間した状態となるように第１電極の先端部を保持し、管内壁と第１電極との隙間に、第１電極の先端部側の軸方向に放電ガスが流される絶縁管と、第１電極の先端部から一定距離隔てて配置された第２電極と、試料を保持する凹部を有し、その凹部底面に第２電極が露出した絶縁材からなる試料保持部と、を有する、ことを特徴とする原子吸光分析装置である。
【００１１】
放電ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、窒素、酸素、空気などを用いることができる。
【００１２】
第１電極および第２電極の材料は、ＳＵＳ、銅、タングステンなどを用いることができる。ただし、第２電極には、分析の目標となる元素を含む材料を用いないようにするか、もしくは分析の目標となる元素を含まない材料によって被膜、めっき等を施す必要がある。第２電極が原子化されて分析に影響を与えてしまうのを避けるためである。
【００１３】
第４の発明は、交流電圧の印加によって大気圧プラズマを生成し、試料に大気圧プラズマを照射して、試料を原子化し、交流電圧を半波整流した電圧を印加することによって、試料中の目的元素の輝線スペクトルの発光を生成し、その発光を原子化された試料に照射して透過させ、大気圧プラズマの発光と、原子化された試料を透過した光とを合わせた光の第１の発光強度と、大気圧プラズマの発光のみである第２の発光強度とを測定し、第１の発光強度から第２の発光強度を差し引くことで、原子化された試料を透過した光源の光の発光強度を算出する、ことを特徴とする原子吸光分析法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の原子吸光分析装置では、簡易な電源構成によってアトマイザーと光源との同期をとることができ、電源装置の小型化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の原子吸光分析装置の構成を示した図。
【図２】アトマイザー１の構成を示した図。
【図３】アトマイザー１および光源２と電源装置４との接続構成を示した図。
【図４】印加電圧波形と発光波形との対応を示した図。
【図５】発光強度の時間依存性を示した図。
【図６】発光強度の時間依存性を示した図。
【図７】吸収率と濃度との関係を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１の原子吸光分析装置の構成を示した図である。原子吸光分析装置は、アトマイザー１と、光源２と、分析装置３と、電源装置４と、によって構成されている。
【００１８】
アトマイザー１は、電源装置４による電圧印加によって大気圧プラズマを発生し、大気圧プラズマを試料に照射して原子化する。
【００１９】
アトマイザー１のより詳細な構成について図２を参照に説明する。図２に示すように、棒状電極１０（本発明の第１電極）と、試料電極１１（本発明の第２電極）とを有している。棒状電極１０は、直径１．２ｍｍのＣｕ製の棒状であり、試料電極１１は、外径２ｍ、内径１ｍｍのステンレス製の管状である。
【００２０】
棒状電極１０には、Ｃｕ以外に、ステンレス、モリブデン、タングステンなどを用いることができる。また、試料電極１１には、ステンレス以外に、Ｃｕ、モリブデン、タングステンなどを用いることができる。ただし、試料電極１１自体が原子化してしまい、分析に影響を与えてしまうことを考慮して、試料電極１１には目的元素を含まない材料を用いるか、目的元素を含まない材料で被膜、めっき等を施す必要がある。
【００２１】
棒状電極１０の先端部は、セラミックス管１２の管内に軸方向を一致させて納められている。セラミックス管１２は、試料電極１１の先端側が一段階狭くなっていて、棒状電極１０は、この狭くなった管内まで伸びている。棒状電極１０とセラミックス管１２の内壁との間には隙間が設けられている。この棒状電極１０の軸回りの空間がＡｒガスの流路となる。
【００２２】
セラミックス管１２は、絶縁管１３と連結している。絶縁管１３は軸方向に垂直な方向に分岐１３ａを有しており、セラミックス管１２の管内から絶縁管１３の管内に伸びる棒状電極１０は、曲げられて絶縁管１３の分岐１３ａの管内に挿入され、外部に露出している。絶縁管１３には、フッ素樹脂などの絶縁材を用いることができる。
【００２３】
さらに、セラミックス管１２の試料電極１１先端部側には、外径がセラミックス管１２の内径にほぼ一致した短いセラミックス管１４がはめ込まれている。
【００２４】
絶縁管１３は放電用ガスであるＡｒが封入されたガスボンベ（図示しない）に、減圧・流量制御器などを介して接続されている。ガスボンベから供給されたＡｒガスは、絶縁管１３の管内からセラミックス管１２の管内へと軸方向に供給され、棒状電極１０とセラミックス管１２の内壁との間を棒状電極１０先端部側の軸方向に流れてセラミックス管１４の先端からＡｒガスが排出される。
【００２５】
放電ガスには、Ａｒ以外にもＨｅ、Ｎｅ、Ｎ、空気、などを用いることができる。
【００２６】
試料電極１１は、内径２ｍｍ、外径３ｍｍのセラミックス管１５によって覆われている。セラミックス管１５の先端は外径が拡張されており、すり鉢状の凹部１６を有している。凹部１６底面には、試料電極１１が露出している。この凹部１６によって、原子化する試料を保持する。また、試料電極１１を管状とすることで、その管内を通してセラミックス管１５先端の凹部１６に液体の試料を供給することが可能となっている。また、セラミックス管１５はフッ素樹脂材１７によってさらに覆われている。なお、凹部に一定量の試料を保持する場合には、試料電極１１を管状とする必要はなく、棒状などとしてもよい。
【００２７】
棒状電極１０、試料電極１１は電源装置４に接続されており、６０Ｈｚの交流電圧が印加される。Ａｒガスを棒状電極１０とセラミックス管１２の内壁との間に棒状電極１０先端部側の軸方向に流しながら、棒状電極１０、試料電極１１に電圧を印加することで、棒状電極１０の先端部に大気圧プラズマが生じ、その大気圧プラズマが試料電極１１に伸びていく。そして、大気圧プラズマが凹部１６に保持された試料に照射され、試料が原子化される。原子化された試料の一部は、大気圧プラズマに混入して発光する。
【００２８】
光源２は、目的元素の共鳴線スペクトルを発光するものであり、たとえばホローカソードランプである。この光源２の光は、アトマイザー１によって原子化された試料に照射される。
【００２９】
分析装置３は、原子化された試料を透過した光源２の光を受光して分光し、発光強度を測定する。
【００３０】
電源装置４は、図３に示すように、交流電源５と、半波整流回路６とによって構成されている。交流電源５は、商用の６０ＨｚのＡＣ電源を昇圧した電源であり、アトマイザー１と交流電源５は直接接続され、光源２は半波整流回路６を介して交流電源５に接続されている。アトマイザー１には、交流電源５からの６０Ｈｚの交流電圧がそのまま印加される。半波整流回路６は、たとえばダイオードなどを用いた回路であり、６０Ｈｚの交流電圧を半波整流して出力する。そして、その半波整流された電圧が光源２に印加される。
【００３１】
図４は、印加電圧波形と発光波形との対応を示した図である。図４（ａ）は、光源２に印加される電圧波形と光源の発光波形、図４（ｂ）は、アトマイザー１に印加される電圧波形と大気圧プラズマの発光波形、図４（ｃ）は、原子化された試料による吸収を受けた後の光源の発光波形を示している。図４（ｂ）のように、アトマイザー１は６０Ｈｚの交流電圧によって駆動されるため、６０Ｈｚで周期的に離散して大気圧プラズマが発光し、試料が原子化される。また、図４（ａ）のように、光源２は６０Ｈｚの交流電圧が半波整流されて印加されるため、大気圧プラズマの発光周期の半分の周期で同期して光源２が点灯する。
【００３２】
ここで、光源２と大気圧プラズマの双方が同期して発光している状態で発光強度を測定すると、図４（ｂ）の状態と図４（ｃ）の状態の双方を合わせた光の発光強度ＫＡが得られる。よって、大気圧プラズマのみが発光している状態（図４（ｂ）の状態）で発光強度Ａを測定し、発光強度ＫＡから発光強度Ａを差し引くことで、図４（ｃ）の状態の発光強度、すなわち、原子化された試料による吸収を受けた後の光源の発光強度ＫＡ−Ａを算出することができる。そして、図４（ａ）の状態での発光強度（光源２の発光強度）と発光強度ＫＡ−Ａを比較することで、吸収率がわかり、試料中の目的元素の濃度を測定することができる。
【００３３】
以上のように、実施例１の原子吸光分析装置では、大気圧プラズマの発光と光源２の発光との同期を簡易な構成の電源装置４によって実現させることができ、電源装置４の小型化、軽量化を図ることができる。その結果、原子吸光分析装置自体も小型化、軽量化することができる。
【００３４】
図５は、試料を１０ｐｐｍのＣｕを含む水として、実施例１の原子吸光分析装置を用いてＣｕの共鳴線スペクトル（波長３２４ｎｍ）の発光強度の時間依存性を測定した結果を示すグラフである。図５（ａ）は、光源２と大気圧プラズマの双方が発光している状態での発光強度ＫＡ、図５（ｂ）は、大気圧プラズマのみの発光における発光強度Ａ、図５（ｃ）は、発光強度ＫＡから発光強度Ａを差し引いた発光強度ＫＡ−Ａを示している。なお、発光強度ＫＡおよび発光強度Ａは、３秒間毎の各発光強度を積分した値をプロットしている。図５（ｃ）は、原子化されたＣｕの吸収を受けた光源２の光の強度を示している。
【００３５】
図５（ｃ）から、発光強度が最も弱くなる時間、すなわちＣｕによる吸収ピークが発光開始からおおよそ３秒後にみられることがわかる。また、おおよそ１５秒が経過すると、発光強度に変化がほぼ一定となっており、これは試料がすべて原子化されて飛散し、なくなってしまったためである。つまり、発光強度が一定となっている区間は、光源２の光強度そのものを示している。したがって、吸収のピーク時の吸収量を１５秒経過後の発光強度（光源２の光強度）で割ることによって吸収率が求まり、図５（ｃ）の場合は吸収率１００％となる。
【００３６】
図６は、試料を０．１ｐｐｍのＣｕを含む水として、実施例１の原子吸光分析装置を用いてＣｕの共鳴線スペクトルの発光強度の時間依存性を測定した結果を示すグラフである。図６（ａ）は、光源２と大気圧プラズマの双方が発光している状態での発光強度ＫＡ、図６（ｂ）は、大気圧プラズマのみの発光における発光強度Ａ、図６（ｃ）は、発光強度ＫＡから発光強度Ａを差し引いた発光強度ＫＡ−Ａを示している。なお、発光強度ＫＡおよび発光強度Ａは、１秒間毎の各発光強度を積分した値をプロットしている。図６（ｃ）は、原子化されたＣｕの吸収を受けた光源２の光の強度を示している。
【００３７】
図６（ｃ）から、上記図５（ｃ）の場合と同様の手法によって吸収率を求めると、約７０％となる。図７は、吸収率と試料中のＣｕの濃度との関係を理論的に算出した結果を示したグラフである。横軸は吸収率であり、縦軸は１ｃｍ3 当たりの原子個数である。常温、１気圧の水において１ｐｐｍのＣｕを含む場合、１ｃｍ3 当たりのＣｕ原子個数は７．５×１０12である。Ｃｕ濃度０．１ｐｐｍで吸収率７０％という図６の結果は、図７のグラフにおおよそ一致していることがわかる。また、図７から、０．００１〜１ｐｐｍの範囲でＣｕ濃度の測定が可能であることが示唆される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の原子吸光分析装置は、汚水などのモニタリングに利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１：アトマイザー
２：光源
３：分析装置
４：電源装置
５：交流電源
６：半波整流回路
１０：棒状電極
１１：試料電極
１２、１４、１５：セラミックス管
１３：絶縁管
１６：凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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