(57)【要約】  本発明の目的は、プラズマ状態の分析対象物質から発せられる光を分析して分析対象物質を分析する分析装置において、粉状の物質を分析対象物質とする場合に、分析対象物質の分析期間における分析対象物質の飛散を抑制することである。本発明は、空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナから放射する電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成手段が電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域に位置するプラズマ状態の分析対象物質から発せられるプラズマ光を分析して、前記分析対象物質を分析する光分析手段とを備え、前記プラズマ生成手段は、前記プラズマ維持期間中に前記放射アンテナから電磁波を連続波で放射することを特徴とする分析装置である。
2013039036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナから放射する電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成手段と、
前記プラズマ生成手段が電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域に位置するプラズマ状態の分析対象物質から発せられるプラズマ光を分析して、前記分析対象物質を分析する光分析手段とを備え、
前記プラズマ生成手段は、前記プラズマ維持期間中に前記放射アンテナから電磁波を連続波で放射する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記プラズマ維持期間に前記プラズマ領域に前記分析対象物質を移動させる
ことを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記プラズマ生成手段は、電圧値が一定のパルス信号を受けて前記放射アンテナから電磁波を放射し、
前記光分析手段は、前記プラズマ維持期間のうち、前記プラズマ光の発光強度の変動量が所定値以下の発光強度一定期間内で分析期間を設定し、前記分析期間のプラズマ光の発光強度に基づいて前記分析対象物質を分析する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項において、
前記分析対象物質は、粉状の物質であり、
前記プラズマ生成手段では、前記プラズマ維持期間の電磁波の出力が、前記分析対象物質が飛散しない値に設定されている
ことを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記プラズマ生成手段では、電磁波の放射前のプラズマ光の発光強度の最大値より、前記プラズマ維持期間のプラズマ光の発光強度の最大値の方が大きくなるように、前記プラズマ維持期間の電磁波の出力が設定されている
ことを特徴とする分析装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項において、
前記光分析手段は、前記プラズマ維持期間のプラズマ光を分析して、前記分析対象物質中に含まれる成分の混合比を算出する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項において、
前記プラズマ生成手段は、マイクロチップレーザーから出力したレーザー光により生成されたプラズマを電磁波のエネルギーにより維持する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６の何れか１項において、
前記プラズマ生成手段は、スパーク放電により生成されたプラズマを電磁波のエネルギーにより維持する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項９】
空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナから放射する電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成ステップと、
前記電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域に位置するプラズマ状態の分析対象物質から発せられるプラズマ光を分析して、前記分析対象物質を分析する光分析ステップとを備え、
前記プラズマ維持期間中は、前記放射アンテナから電磁波を連続波で放射する
ことを特徴とする分析方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記プラズマ維持期間に、前記プラズマ領域に前記分析対象物質を移動させる移動ステップを備えている
ことを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマから発せられる光を分析することにより分析対象物質を分析する分析装置及び分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマから発せられる光を分析することにより分析対象物質を分析する分析装置及び分析方法が知られている。例えば特開２００９−７０５８６号公報には、この種の分析装置が開示されている。【０００３】
具体的に、特開２００９−７０５８６号公報には、レーザー誘起ブレイクダウン分光法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）を利用した計測装置が記載されている。この計測装置は、レーザー光を用いたブレイクダウンにより生じる電子を契機として、マイクロ波のエネルギーを用いたプラズマ生成を行うプラズマ生成装置を備えている。プラズマ生成装置では、マイクロ波発振器からマイクロ波パルスが発振され、そのマイクロ波パルスがアンテナから放射される。これにより、レーザー光によりプラズマが生成されるプラズマ生成領域では、プラズマがマイクロ波のエネルギーを吸収し、プラズマが拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の分析装置では、プラズマを維持するために、分析対象物質が存在するプラズマ領域に放射アンテナからマイクロ波パルスが繰り返し放射される。プラズマ領域では、マイクロ波のエネルギーが脈動した状態で与えられ、マイクロ波パルスにより衝撃波が生じる。従って、粉状の物質を分析する場合に、その物質が衝撃波により飛散し、正確な分析を行うことが困難であった。【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマ状態の分析対象物質から発せられる光を分析して分析対象物質を分析する分析装置において、粉状の物質を分析対象物質とする場合に、分析対象物質の分析期間における分析対象物質の飛散を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナから放射する電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成手段と、上記プラズマ生成手段が電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域に位置するプラズマ状態の分析対象物質から発せられる光を分析して、前記分析対象物質を分析する光分析手段とを備え、前記プラズマ生成手段は、前記プラズマ維持期間中に前記放射アンテナから電磁波を連続波で放射する分析装置である。【０００８】
第１の発明では、プラズマ生成手段が、電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に電磁波を連続波（ＣＷ）で放射する。分析対象物質が存在するプラズマ領域では、電磁波のエネルギーが電磁波パルスのように脈動することなく安定的に与えられる。従って、プラズマ維持期間にプラズマ領域で電磁波に起因する衝撃波が生じることが抑制される。【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記プラズマ維持期間に前記プラズマ領域に前記分析対象物質を移動させる。【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記プラズマ生成手段は、電圧値が一定のパルス信号を受けて前記放射アンテナから電磁波を放射し、前記光分析手段は、前記プラズマ維持期間のうち、前記プラズマ光の発光強度の変動量が所定値以下の発光強度一定期間内で分析期間を設定し、前記分析期間のプラズマ光の発光強度に基づいて前記分析対象物質を分析する。【００１１】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記分析対象物質は、粉状の物質であり、前記プラズマ生成手段では、前記プラズマ維持期間の電磁波の出力が、前記分析対象物質が飛散しない値に設定されている。【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、前記プラズマ生成手段では、電磁波の放射前のプラズマ光の発光強度の最大値より、前記プラズマ維持期間のプラズマ光の発光強度の最大値の方が大きくなるように、前記プラズマ維持期間の電磁波の出力が設定されている。【００１３】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記光分析手段は、前記プラズマ維持期間のプラズマ光を分析して、前記分析対象物質中に含まれる成分の混合比を算出する。【００１４】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記プラズマ生成手段は、マイクロチップレーザーから出力したレーザー光により生成されたプラズマを電磁波のエネルギーにより維持する。【００１５】
第８の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記プラズマ生成手段は、スパーク放電により生成されたプラズマを電磁波のエネルギーにより維持する。【００１６】
第９の発明は、空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナから放射する電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成ステップと、前記電磁波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域に位置するプラズマ状態の分析対象物質から発せられるプラズマ光を分析して、前記分析対象物質を分析する光分析ステップとを備え、前記プラズマ維持期間中は、前記放射アンテナから電磁波を連続波で放射する分析方法である。【００１７】
第１０の発明は、第９の発明において、前記プラズマ維持期間に、前記プラズマ領域に前記分析対象物質を移動させる移動ステップを備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、プラズマ維持期間において、プラズマ領域に電磁波のエネルギーが安定的に与えられるので、電磁波に起因する衝撃波が生じることが抑制される。光分析手段が分析を行う分析期間は、プラズマ維持期間に存在している。そのため、粉状の物質を分析対象物質とする場合に、分析期間にプラズマ領域内の分析対象物質が飛散することを抑制することができる。プラズマ領域内の分析対象物質を物質の移動がほとんどない状態で分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態１の分析装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１のパルス発振信号と電磁波駆動信号との時間関係を示すタイムチャートである。
【図３】図３は、実施形態１のプラズマ生成装置により生成されたプラズマから発せられる光の発光強度の時系列変化を示すグラフである。
【図４】図４は、実施形態１のプラズマ生成装置により生成されたプラズマから発せられる光に対して、波長に応じた発光強度の時間積算値を示すスペクトル図である。
【図５】図５は、実施形態２の分析装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《実施形態１》
【００２１】
実施形態１の分析装置１０は、粉状の物質を分析対象物質１００として、その分析対象物質１００の成分分析を行う装置である。分析装置１０は、例えば不純物の検出に利用される。分析装置１０は、図１に示すように、分析対象物質１００を移動させるベルトコンベア１０１に対して設置されている。分析装置１０は、プラズマ生成装置１１１、キャビティー１１２、光分析装置１１３及び制御装置１１４を備えている。
【００２２】
キャビティー１１２は、マイクロ波の共振構造を有する容器である。キャビティー１１２は、下側が開放された略円筒状に形成されている。キャビティー１１２は、メッシュ状の部材により構成されている。キャビティー１１２は、後述する放射アンテナ１２８からキャビティー１１２の内部空間へ放射されたマイクロ波が外部へ漏れないように、メッシュの大きさが設定されている。キャビティー１１２の上面には、レーザー用プローブ１２３及びアンテナ用プローブ１２６が取り付けられている。また、制御装置１１４は、プラズマ生成装置１１１及び光分析装置１１３を制御する。
−プラズマ生成装置の構成−
【００２３】
プラズマ生成装置１１１は、空間中においてプラズマを生成し、放射アンテナ１２８から放射するマイクロ波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ生成手段を構成している。プラズマ生成装置１１１は、空間中の物質に瞬間的にエネルギーを与えて、その物質をプラズマ状態にした初期プラズマを生成し、その初期プラズマにマイクロ波を所定の時間に亘って照射してプラズマ状態を維持する。
【００２４】
プラズマ生成装置１１１は、図１に示すように、レーザー発振装置１１５と電磁波放射装置１１６とを備えている。レーザー発振装置１１５は、レーザー光源１２１、光ファイバー１２２、及びレーザー用プローブ１２３を備えている。電磁波放射装置１１６は、マイクロ波発振器１２４、マイクロ波伝送線路１２５、及びアンテナ用プローブ１２６を備えている。
【００２５】
レーザー光源１２１は、制御装置１１４からレーザー発振信号を受けると、初期プラズマを生成するためのレーザー光を発振する。レーザー光源１２１は、光ファイバー１２２を介してレーザー用プローブ１２３に接続されている。レーザー用プローブ１２３の先端には、光ファイバー１２２を通過したレーザー光を集光させる集光光学系１２７が設けられている。レーザー用プローブ１２３は、その先端がキャビティー１１２の内部空間に望むようにキャビティー１１２に取り付けられている。集光光学系１２７の焦点は、キャビティー１１２の下側の開口より少しだけ下側に位置している。レーザー光源１２１から発振されたレーザー光は、レーザー用プローブ１２３の集光光学系１２７を通過して、集光光学系１２７の焦点に集光される。
【００２６】
なお、レーザー光源２１には、例えば、マイクロチップレーザーが用いられる。集光光学系１２７には、例えば、凸レンズが用いられる。
【００２７】
レーザー発振装置１１５では、集光光学系１２７の焦点に集光されたレーザー光のエネルギー密度が分析対象物質１００のブレイクダウン閾値以上になるようにレーザー光源１２１の出力が設定されている。すなわち、レーザー光源１２１の出力は、焦点に存在する分析対象物質１００がプラズマ化するのに必要な値以上に設定されている。
【００２８】
マイクロ波発振器１２４は、制御装置１１４からマイクロ波駆動信号を受けると、その電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波を連続的に出力する。電磁波駆動信号は、電圧値が一定のパルス信号である。マイクロ波発振器１２４におけるマイクロ波の出力は、粉状の分析対象物質１００が飛散しないように、１００ワット以下の出力値（例えば、８０ワット）に設定されている。マイクロ波発振器１２４は、マイクロ波伝送線路１２５を介してアンテナ用プローブ１２６に接続されている。アンテナ用プローブ１２６には、マイクロ波伝送線路１２５を通過したマイクロ波を放射するための放射アンテナ１２８が設けられている。アンテナ用プローブ１２６は、放射アンテナ１２８の先端が集光光学系１２７の焦点を向くように取り付けられている。放射アンテナ１２８は、マイクロ波による強電界領域が集光光学系１２７の焦点を含んで形成されるように設けられている。
【００２９】
なお、マイクロ波発振器１２４は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力する。マイクロ波発振器１２４では、半導体発振器がマイクロ波を生成する。なお、他の周波数帯域のマイクロ波を発振する半導体発振器を使用してもよい。
−光分析装置の構成−
【００３０】
光分析装置１１３は、プラズマ生成装置１１１がマイクロ波のエネルギーによりプラズマを維持するプラズマ維持期間に、プラズマ領域Ｐ内に位置するプラズマ状態の分析対象物質１００から発せられるプラズマ光を分析して、分析対象物質１００を分析する光分析手段を構成している。光分析装置１１３は、プラズマ維持期間のうち後述する分析期間のプラズマ光の発光強度の時間積分値を用いて、分析対象物質１００を分析する。光分析装置１１３は、光学プローブ１３０、光ファイバー１３１、分光器１３２、光検出器１３３、及び信号処理装置１３４を備えている。
【００３１】
光学プローブ１３０は、キャビティー１１２の内部空間のプラズマ光を導出するための装置である。光学プローブ１３０は、筒状のケーシングの先端部に、比較的広い範囲の光を取り込み可能なレンズを取り付けたものである。光学プローブ１３０は、プラズマ領域Ｐの全体から発せられるプラズマ光をレンズに導入できるように、キャビティー１１２の側面に取り付けられている。
【００３２】
分光器１３２は、光ファイバー１３１を介して光学プローブ１３０に接続されている。分光器１３２には、光学プローブ１３０に入射したプラズマ光が取り込まれる。分光器１３２は、回折格子又はプリズムを用いて、入射したプラズマ光を波長に応じて異なる向きに分散させる。
【００３３】
なお、分光器１３２の入口には、プラズマ光を分析する分析期間を区切るためのシャッターが設けられている。シャッターは、制御装置１１４により、分光器１３２に光が入射することを許容する開状態と、分光器１３２に光が入射することを禁止する閉状態との間で切り替えられる。なお、光検出器１３３の露光タイミングを制御できる場合には、光検出器１３３を制御して分析期間を区切るようにしてもよい。
【００３４】
光検出器１３３は、分光器１３２により分散された光のうち所定の波長帯域の光を受光するように配置されている。光検出器１３３は、制御装置１１４から出力された指令信号に応答して、受光した波長帯域の光を波長毎に電気信号に光電変換して出力する。光検出器１３３には、例えば電荷結合素子（Charge Coupled Device）が用いられる。光検出器１３３から出力された電気信号は、信号処理装置１３４に入力される。
【００３５】
信号処理装置１３４は、光検出器１３３から出力された電気信号に基づいて、波長毎に発光強度の時間積算値を算出する。信号処理装置１３４は、シャッターが開状態になっている分析期間に分光器１３２に入射したプラズマ光に対して、波長毎の発光強度の時間積分値（発光スペクトル）を算出する。信号処理装置１３４は、波長毎の発光強度の時間積算値から、発光強度が強い波長成分を検出し、検出した波長成分に対応する物質を分析対象物質１００の成分として同定する。
−分析装置の動作−
【００３６】
分析装置１０が分析対象物質１００の成分分析を行う分析動作について説明する。分析動作は、ベルトコンベア１０１の動作中に行われる。分析動作では、プラズマ生成装置１１１によるプラズマ生成維持動作と、光分析装置１１３による光分析動作とが連動して行われる。
【００３７】
まず、プラズマ生成維持動作について説明する。プラズマ生成維持動作は、プラズマ生成装置１１１がプラズマを生成して維持する動作である。プラズマ生成装置１１１は、制御装置１１４の指示に従って、レーザー光源１２１を駆動して初期プラズマを生成し、マイクロ波発振器１２４を駆動して初期プラズマにマイクロ波を照射してプラズマ状態を維持するプラズマ生成維持動作を行う。
【００３８】
具体的に、制御装置１１４は、レーザー光源２１へレーザー発振信号（短パルスの信号）を出力する。レーザー光源１２１は、レーザー発振信号を受けると、パルス状のレーザー光を１発だけ発振する。レーザー光源１２１から発振されたレーザー光は、集光光学系１２７により分析対象物質１００の表層に集光される。分析対象物質１００には、瞬間的に高密度のエネルギーが与えられる。
【００３９】
分析対象物質１００の表層では、レーザー光の照射領域のエネルギー密度が上昇して分析対象物質１００のブレイクダウン閾値を超える。そうすると、レーザー光の照射領域の物質が電離し、プラズマ状態になる。すなわち、分析対象物質１００を原料とするプラズマ（初期プラズマ）が生成される。
【００４０】
続いて、制御装置１１４は、図２に示すように、レーザー発振信号の立ち下がりの直後に、マイクロ波発振器１２４へマイクロ波駆動信号を出力する。マイクロ波発振器１２４は、マイクロ波駆動信号を受けると、マイクロ波の連続波（ＣＷ）を放射アンテナ１２８へ出力する。マイクロ波は、放射アンテナ１２８からキャビティー１１２の内部空間へ放射される。マイクロ波は、マイクロ波駆動信号のパルス幅の時間に亘って放射アンテナ１２８から放射される。なお、レーザー発振信号の立ち下がり時点から電磁波駆動信号の立ち上がり時点までの時間Ｘは、初期プラズマが消滅する前にマイクロ波の放射が開始されるように設定されている。
【００４１】
キャビティー１１２の内部空間では、集光光学系１２７の焦点を中心とする領域が強電界領域（キャビティー１１２の内部空間において電界強度が相対的に強い領域）となる。初期プラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大し、ボール状のマイクロ波プラズマになる。キャビティー１１２の内部空間では、分析対象物質１００の表層部を含むように、マイクロ波プラズマが存在するプラズマ領域Ｐが形成される。マイクロ波プラズマは、マイクロ波の放射期間Ｙに亘って維持される。マイクロ波の放射期間Ｙはプラズマ維持期間となる。
【００４２】
その後、電磁波駆動信号の立ち下がりタイミングにおいて、マイクロ波発振器１２４がマイクロ波の出力を停止すると、マイクロ波プラズマが消滅する。マイクロ波の放射期間Ｙは、例えば、数十マイクロ秒から数十秒である。マイクロ波発振器１２４は比較的長い時間に亘ってマイクロ波を出力する場合であっても、マイクロ波プラズマが熱プラズマにならないように、マイクロ波の出力値が所定値（例えば、８０ワット）に設定されている。
【００４３】
ここで、初期プラズマの生成からマイクロ波プラズマの消滅までの期間において、プラズマから発せられるプラズマ光の発光強度の時系列変化を見ると、図３に示すように、まず初期プラズマの発光強度のピークが瞬間的に見られ、発光強度がゼロ近くの極小値まで低下する。そして、発光強度が極小値となった後、マイクロ波プラズマの発光強度が増加する発光強度増加期間が見られ、その発光強度増加期間に引き続き、マイクロ波発光強度がほぼ一定値になる発光強度一定期間（プラズマ光の発光強度の変動量（増加量）が所定値以下の期間）が見られる。
【００４４】
なお、本実施形態１のプラズマ生成装置１１１では、図３に実線で示すように、マイクロ波の放射前のプラズマ光の発光強度の最大値より、プラズマ維持期間のプラズマ光の発光強度の最大値の方が大きくなるように、プラズマ維持期間のマイクロ波の出力が設定されている。これにより、分析対象物質１００の飛散を防止しつつ、プラズマ光から大きな発光強度が得られるので、分析対象物質１００の分析をより正確に行うことができる。ただし、十分な発光強度が得られるのであれば、図３に破線で示すように、マイクロ波の放射前のプラズマ光の発光強度の最大値の方が、プラズマ維持期間のプラズマ光の発光強度の最大値より大きくなるように、プラズマ維持期間のマイクロ波の出力を設定してもよい。
【００４５】
光分析動作は、光分析装置１１３がプラズマ状態の分析対象物質１００から発せられる光（プラズマ光）を分析する動作である。光分析装置１１３は、制御装置１１４の指示に従って、プラズマ光を分光分析して分析対象物質１００の成分分析を行う光分析動作を行う。また、光分析装置１１３では、プラズマ維持期間のうち前記発光強度一定期間内で分析期間が設定され、分析期間のプラズマ光の発光強度に基づいて分析対象物質が分析される。制御装置１１４は、発光強度安定期間の全体が分析期間に設定されるように、その分光器のシャッターを制御すると共に、光検出器１３３が光電変換を行う期間を制御する。なお、発光強度安定期間の一部を分析期間に設定してもよい。
【００４６】
ところで、初期プラズマの生成時には、レーザー光による衝撃波により分析対象物質１００が飛散する。しかし、ベルトコンベア１０１が動作しているので、分析対象物質１００が飛散した箇所は、発光強度一定期間の開始時点ではプラズマ領域Ｐを通過している。発光強度一定期間の開始時点でプラズマ領域Ｐに存在している分析対象物質１００は、プラズマ維持期間にプラズマ領域Ｐに入っている。プラズマ維持期間にプラズマ領域Ｐに入った分析対象物質１００は、飛散による影響を受けておらず、物質の移動がほとんどない状態である。
【００４７】
光分析装置１１３では、図３に示す発光強度一定期間（分析期間）中だけ、プラズマ領域Ｐに位置するプラズマ状態の分析対象物質１００から発せられるプラズマ光が、光学プローブ１３０、光ファイバー１３１を順番に通過して分光器１３２に入射する。
【００４８】
分光器１３２では、入射したプラズマ光が波長に応じて異なる向きに分散される。そして、所定の波長帯域のプラズマ光が光検出器１３３に到達する。光検出器１３３では、受光した波長帯域のプラズマ光が波長毎に電気信号に光電変換される。信号処理装置１３４では、光検出器１３３の出力信号に基づいて、波長毎に発光強度一定期間（分析期間）における発光強度の時間積算値が算出される。信号処理装置１３４は、図４に示すような、波長に応じた発光強度の時間積算値を示すスペクトル図を作成する。信号処理装置１３４は、波長毎の発光強度の時間積算値から、発光強度のピークが現れる波長を検出し、検出した波長に対応する物質（原子又は分子）を分析対象物質１００の成分として同定する。
【００４９】
信号処理装置１３４は、例えば３７９．４ｍｍに発光強度のピークが現れた場合は、分析対象物質１００の成分としてモリブデンを同定する。例えば４２２．７ｍｍに発光強度のピークが現れた場合は、分析対象物質１００の成分としてカルシウムを同定する。例えば３４５．２ｍｍに発光強度のピークが現れた場合は、分析対象物質１００の成分としてコバルトを同定する。例えば３５７．６ｍｍに発光強度のピークが現れた場合は、分析対象物質１００の成分としてクロムを同定する。
【００５０】
なお、信号処理装置１３４、図４に示すようなスペクトル図を分析装置１０のモニターに表示してもよい。分析装置１０の使用者はこのスペクトル図を見ることにより、分析対象物質に含まれる成分を同定することができる。
−実施形態１の効果−
【００５１】
本実施形態１では、プラズマ維持期間において、プラズマ領域Ｐにマイクロ波のエネルギーが安定的に与えられるので、マイクロ波に起因する衝撃波が生じることが抑制される。光分析装置１１３が分析を行う分析期間は、プラズマ維持期間に存在している。そのため、粉状の物質を分析対象物質１００とする場合に、分析期間にプラズマ領域Ｐ内の分析対象物質１００が飛散することを抑制することができる。プラズマ領域Ｐ内の分析対象物質１００を物質の移動がほとんどない状態で分析することができる。
【００５２】
また、本実施形態１では、粉状の物質をそのまま分析できる。ここで、従来は、粉状の物質を分析対象物質１００とする場合に、粉状の物質をバインダで固めたペレットの状態で分析が行われていた。しかし、本実施形態１では、粉状の物質をそのまま分析できるので、バインダに起因するノイズが発光強度に表れることなく、ノイズを除去するフィルタを省略することができる。
【００５３】
また、本実施形態１では、プラズマ維持期間のマイクロ波プラズマの強度がそれほど強くない。従って、放射アンテナ１２８を構成する金属がほとんど励起されることなく、そのような金属に起因するノイズを抑制することができる。
−実施形態１の変形例−
【００５４】
変形例では、信号処理装置１３４が、分析対象物質１００における複数成分の混合比を算出する。実施形態１のプラズマ生成装置１１１が維持するプラズマは、レーザー光だけで生成するプラズマに比べて大きい。従って、大きい領域のプラズマ光を取り込むことで、その領域の成分の混合比の算出が可能になる。
【００５５】
信号処理装置１３４は、複数の物質に対して、発光強度と含有量の関係を示す検量線のデータを記憶している。信号処理装置１３４は、発光強度のピークが現れる波長に対応する物質を複数検出し、検量線のデータに基づいて、検出した物質の含有量を算出する。信号処理装置１３４は、発光強度のピークが現れる波長に対応する物質の含有量の比率を算出して、分析対象物質に含まれる成分の混合比を算出する。
【００５６】
変形例によれば、例えば分析装置１０が薬品の品質管理に使用する場合に、薬品における特定成分の混合比が所定の範囲内にあるか否かを検出することができる。信号処理装置１３４は、例えば、薬品粉末に含まれるＡ成分及びＢ成分の各々に対応する波長の発光強度から、Ａ成分及びＢ成分の含有量をそれぞれ算出する。そして、信号処理装置１３４は、Ａ成分の含有量とＢ成分の含有量から、Ａ成分に対するＢ成分の混合比（含有量の重量比）を算出する。
【００５７】
なお、信号処理装置１３４は、電磁波放射装置１１６の放射アンテナ１２８におけるマイクロ波の反射波のエネルギーに基づいて、発光強度から得られる物質の含有量を補正してもよい。反射波が大きければ大きいほど、マイクロ波プラズマの維持に投入されるマイクロ波のエネルギーは少なくなり、発光強度は小さくなる。信号処理装置１３４は、マイクロ波の反射波のエネルギーが大きいほど、発光強度から計算される物質の含有量を大きな値に補正する。
《実施形態２》
【００５８】
実施形態２は、初期プラズマを生成する手段が実施形態１とは異なる。
【００５９】
実施形態２では、初期プラズマを生成するのに、図５に示すように、スパークプラグ２２３（放電器）が用いられる。制御装置１１４は、初期プラズマを生成する際に、パルス電圧生成器１２１にスパーク生成信号を出力する。そうすると、パルス電圧生成器１２１は、高電圧パルスをスパークプラグ２２３に出力し、スパークプラグ２２３の電極１５０間の放電ギャップでスパーク放電が生成される。スパーク放電の経路では、初期プラズマが生成される。なお、高電圧パルスは、ピーク電圧が例えば６ｋＶ〜４０ｋＶ程度のインパルス状の電圧信号である。
【００６０】
実施形態２では、放射アンテナ１２８がスパークプラグ２２３に埋設されている。制御装置１１４は、スパーク生成信号の立ち下がりの直後に、マイクロ波発振器１２４へマイクロ波駆動信号を出力する。マイクロ波発振器１２４は、実施形態１と同様に、放射アンテナ１２８からマイクロ波を連続波で出力する。その結果、スパーク放電により生成された初期プラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。なお、放射アンテナ１２８をスパークプラグ２２３とは別途に設けてもよい。
《その他の実施形態》
【００６１】
上記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００６２】
上記実施形態において、分析装置１０が粉状の物質以外のもの（例えば金属片）を分析対象物質１００としてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態において、分析装置１０をベルトコンベア１０１がない状態で使用する場合は、分析装置１０が、プラズマ維持期間にプラズマ領域Ｐに分析対象物質１００を移動させる移動機構を備えていてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態において、レーザー光源２１として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光源を用いてもよいし、液体レーザー光源、ガスレーザー光源、半導体レーザー光源、または、自由電子レーザー光源を用いてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、初期プラズマを生成する手段は、レーザー光源１２１やスパークプラグ２２３以外に、グロープラグなどの熱電子生成器などであってもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、分析装置１０は、不純物の検出、薬品の品質管理以外にも使用できる。例えば、食品に含まれるミネラルの含有量の算出、毒物の検出、金属合金やセラミック中の不純物の検出、放射性物質の検出などの安全管理にも適用できるし、環境光学、エネルギー光学、宇宙工学、地質学、生命化学の分野にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明は、プラズマから発せられる光を分析することにより分析対象物質を分析する分析装置及び分析方法について有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１０       分析装置
１１２    キャビティー
１１１    プラズマ生成装置（プラズマ生成手段）
１１３    光分析装置（光分析手段）
１１４    制御装置
１１５    レーザー発振装置
１１６    電磁波放射装置
１２３    レーザー用プローブ
１２６    アンテナ用プローブ
１３０    光学プローブ
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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