(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然雰囲気中で、同時に、分析されるサンプル（６）上へのガスジェットの吹付けと、前記サンプルの表面上にプラズマ（１２）を発生させるように、分析される前記サンプル上へのレーザビーム（４）の集束と、を行い、
これにより、レーザーアブレーションとプラズマ発光とをもたらし、
前記プラズマ発光の光放射線のスペクトル（Ｓ’）の分析を行い、
前記スペクトル分析に基づいたサンプルの元素構成の決定を行うことを特徴とするサンプルの元素分析方法。
【請求項２】
サンプル上に吹き付けられるガスジェットがアルゴンジェットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
サンプル上に吹き付けられるガスジェットが、サンプル表面上で得られたプラズマの直径よりも大きい直径を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
サンプル上に吹き付けられたアルゴンジェットが約３ｌ／ｍｎの流速を有することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
レーザビームが、サンプル上に約１０μｍの直径の集束スポットを形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルゴン存在下でのレーザにより発生したプラズマでの光学発光分光測定法による元素分析の方法に関するものである。それは、サンプルの自然位での確認と検査と、機械部品の特定に適用される。放射性物質の検査用の核工業に特に使用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
レーザにより発生したプラズマの発光放射線を使用する分光化学分析による元素の元素濃度の測定は知られている。この分析方法は、レーザアブレーション、即ち、高熱レベルの効果下の材料の剥離に基づいている。
【０００３】
レーザにより発生したプラズマの光学発光分光測定法による分析法は、そのようなレーザアブレーションを使用する。それは、表面の第１ミクロン中に存在する化学元素により構成されたプラズマを発生させるように、高いピーク力（典型的には、数ＧＷ／ｃｍ２）を有するパルスレーザビームの、研究される固体表面上での集束からなる。このプラズマは光放射線を発光し、その原子線の分析は、固体中の異なる元素の濃度の情報を得ることを可能とする。
【０００４】
しかしながら、そのような方法は、極めて高い感度を有さず、任意の分析の場合、完全には不適当である。加えて、任意のガスがスペクトル分析において自然雰囲気（即ち、空気）よりもより好ましい雰囲気を構成することが知られている。
【０００５】
スペクトル分析中の強度線の改善と、そのための測定精度の改善の手順は、ガス、特にアルゴンで満たされた密閉容器中で分析されたサンプルの配置からなる。
【０００６】
この手順によれば、測定は一定の雰囲気中で行われるので、実験室中でのみ実施される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの不具合を回避し、アルゴンジェットを使用する、普通の場所で実施され得る元素の濃度の測定のための方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
特には、本発明はサンプルの元素分析の方法に関するものである。自然雰囲気中で実施されるこの方法は、同時に、分析されるサンプル上へのジェットガスの吹付けと、前記サンプルの表面上にプラズマを発生させるように分析される前記サンプル上へのレーザビームの集束と、プラズマにより発光された放射光線のスペクトルの分析と、前記スペクトル分析に基づいた、サンプルの元素構成の決定とからなる。
【０００９】
望ましくは、サンプル上に吹付けられるジェットガスは、アルゴンジェットである。
ここで、この方法は、自然雰囲気（若しくは、不特定な雰囲気）中で実施される特長がある。さらに、サンプルと接触することが要求されず、またサンプルの化学的前処理が要求されない特長がある。さらに、その実施と作業は、簡易で、その感度は良好で、測定値は迅速に得られる。そこで、この方法は、自然の場所で容易に実施され得る。
【００１０】
加えて、前記方法は、導体または非導体材料の多くの種類に適用することができる特長があり、分析が困難とされる材料、例えば、セラミックス、ガラス、複合または放射性材料に適用できる。なぜならば、いかなる接触を伴うことなく実施されるからである。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明に従った方法を実施する装置の基本的概略を示すものである。レーザ源２はサンプル６の方向にパルスレーザビーム４を発光する。このレーザビーム４は数ＧＷ／ｃｍ２の高ピークパワーを有する。実施例に従って、レーザビーム４は直接、サンプル６に向けられる。図１に示されるもう１つの実施例によれば、レーザビーム４は、反射によりビーム４がサンプル６に向けられる鏡８に向けられる。
【００１２】
ビーム４は集束対物またはレンズ１０によりサンプル６の方に集束される。レンズは、例えば、簡易集束レンズまたはカセグレイン型の反射マイクロスコープ対物レンズ若しくは多くの他の集束型である。
【００１３】
レーザビーム４によりサンプル６上に集められたエネルギは、数ジュール／ｃｍ２であり、材料の剥離と光線プラズマ１２の生発生をもたらす。少なくともプラズマ１２により発光された光の部分は、光学システム１４により集束され、そしてスペクトルメータ１６により集められる。
【００１４】
このスペクトロメータ１６は、プラズマ１２からの異なる放射線の分離を確実にする。図１に示されていない方法手段では、スペクトルメータ１６の出力で得られた発光線のスペクトル分析を確実にする。こうして、サンプルを形成する異なる元素の濃度を決定することが可能となる。
【００１５】
アルゴンジェット放出手段は、図１に示され、例えば、ガスの供給に必要な装置として従来から使用されたもののように、ガスダクト１８により構成され得る。しかしながら、前記ダクト１８は、サンプル６上のレーザビーム４の衝撃ポイントＰにアルゴンジェット２０を吹付けるのに十分な強度を有する必要がある。ポイントＰに吹き付けられる弱いアルゴンジェット２０は、プラズマ１２により発光された光のスペクトル分析により好適な創作条件に十分である。
【００１６】
そのようなアルゴンジェット２０は、レーザビームから剥離された材料の部分及び前記対物レンズ１０に放出されたものから集束する対物レンズ１０を防ぐ特長も有している。前記放出された部分はアルゴンジェットによりそれらの経路が偏向される。
【００１７】
最適結果を得るために、例えば、２６６ｎｍ線を供給する紫外線レーザビームと、サンプル上に直径１０μｍの集束スポットを得ることを可能とするカセグレイン反射マイクロスコープ対物レンズを使用することにより、この元素分析方法を実施することが可能である。これは、サンプル上に吹き付けられるアルゴンジェットの直径より小さくあるべきプラズマの直径である２００μｍを超えない直径を有するプラズマの発生を可能とする。
【００１８】
測定の感度は、最適のアルゴン流速、約３ｌ／ｍｎの選択によりさらに増加され得る。
【００１９】
図２は、サンプル上を流れるアルゴンジェットの流速の関数としての発光信号の強度に関する曲線を示す。より明確には、横軸には毎分当たりのリッターのアルゴンの流速がプロットされ、縦軸には、１つは発光強度が、もう１つには得られた測定値の標準偏差がプロットされている。こうして、曲線Ｃは、アルゴン流速が３ｌ／ｍｎで最大値の発光シグナルの強度を示している。点曲線Ｃ’は、３ｌ／ｍｎのアルゴン流速で測定における最小値の標準偏差を示すものである。
【００２０】
最適な流速の選択の重要性を表示するため、図３，４は、各々、不規則なアルゴン流速と３ｌ／ｍｎに近いアルゴン流速での、プラズマの発光スペクトルを示す。
【００２１】
より明確には、図３は、アルゴンジェットを有するまたは有さないものから作られた同じサンプルのプラズマ発光スペクトルを示す。連続線形で示されるスペクトルＳは、アルゴンジェットなしでの自然雰囲気（空気）中で分析されたサンプルのプラズマの発光スペクトルに対応する。点線のスペクトルＳ’は本発明の条件下で分析されたサンプルのプラズマの発光スペクトルに対応する。そこで、スペクトルＳとＳ’を出すサンプルは同一である。
【００２２】
横座標上に示された前記スペクトルの波長と縦軸上の発光強度を有すると共に、図３から、任意の単位（ａ．ｕ．）で与えられるスペクトルＳ’とＳの強度を読むことが可能である。スペクトルＳとＳ’が同波長で発光線を有することから、これらのスペクトルが得られたサンプルは同一であることが明瞭である。しかしながら、分析中にアルゴンジェットが吹き付けられたところでのサンプルから得られたスペクトルＳ’の強度は、アルゴンジェットなしに自然雰囲気中で分析されたサンプルから得られたスペクトルＳの強度よりも大きい。より明確には、アルゴンの存在なしに自然雰囲気中で分析されたサンプルにより発生された約５１８．２ｎｍでの発光線（スペクトルＳ）は、約４５００ａ．ｕ．の強度を有する。サンプルがアルゴンジェットの存在下で分析されたときの、この同じ約５１８．２ｎｍでの発光線は、約１２３００ａ．ｕ．の強度を有して発光されている。したがって、スペクトルＳとＳ’の強度比は、１２３００／４５００、即ち、約２．７３である。
【００２３】
図４は、同じサンプルから得られたプラズマの発光スペクトルを示すもので、それぞれは、アルゴンジェットなしに作られたものと、３ｌ／ｍｎのアルゴンジェットを有して作ったものである。連続線形で示されたスペクトルＰは、アルゴンジェットなしの自然雰囲気中で分析された鉄プラズマの発光スペクトルに対応するものである。点線形のスペクトルＰ’は、３ｌ／ｍｎのアルゴンジェットを有する本発明に準じた最適条件下で分析された鉄プラズマの発光スペクトルを示す。
【００２４】
鉄のこれらのスペクトルの波長は、横軸に示され、縦軸は発光強度で、同じ発光線においては、図４から、アルゴンジェットの吹き付けられていたところの鉄サンプルから得られたスペクトルＰ’は、スペクトルＰのそれよりも大きな強度を有することが推測され得る。
【００２５】
より明確には、約４３８ｎｍの発光線において、アルゴンなしに自然雰囲気中で得られた鉄のスペクトルＰは、約８００ａ．ｕ．の強度を有し、ここで、３ｌ／ｍｎのアルゴンジェットを有して得られたスペクトルＰ’は１６０００ａ．ｕ．よりも高い強度を有している。
【００２６】
図３と図４を同時に考慮するに、アルゴンジェットの流速が３ｌ／ｍｎで得られたスペクトルＰ’が、不規則な流速のアルゴンジェットで得られたスペクトルＳ’よりもより正確であることから、流速３ｌ／ｍｎでアルゴンジェットが最適になることが有効にみられる。
【００２７】
分析されるサンプル上へのアルゴンジェットの吹き付けからなる本発明に従った方法は、不規則な流速のアルゴンジェットで約２．５から３の因子で、また最適な流速で２０の因子により、発光線の強度の改善を可能とする。したがって、結果の正確性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する装置の概略図である。
【図２】アルゴンの流速に対する発光シグナルの強度曲線と標準偏差を示す。
【図３】アルゴンジェットを使用もしくは不使用の各々の方法により得られた同じサンプルのスペクトルを示す。
【図４】アルゴンジェット不使用と、３ｌ／ｍｎアルゴンジェットの使用の各々で得られた鉄サンプルのスペクトルを示す。
【符号の説明】
４  レーザビーム
６  サンプル
１２  プラズマ
Ｓ’  スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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