(57)【要約】  【課題】分析対象物12の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析できる分析装置11を提供する。  【解決手段】分析対象物12の同一位置にレーザ光Ｌを多重に照射し、分析対象物12にレーザ光Ｌを照射して発生する蛍光Ｆから定量される元素の蛍光強度の変化を監視する。レーザ光Ｌの少ないショット数で蛍光強度が急激に低下すれば、分析対象物12の表面に分析対象元素が付着していることを検知する。レーザ光Ｌのショット数を重ねても蛍光強度が低下しなければ、分析対象物12の内部深くまで分析対象元素が存在していることを検知する。分析対象物12の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析できる。  【選択図】図１
2006023092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射し、
レーザ光の照射で発生する蛍光を集光し、
集光した蛍光から元素を定量する
ことを特徴とする分析方法。
【請求項２】
分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射して定量する元素の蛍光強度の変化を監視し、分析対象物の表面からの深さ方向の元素分布を判別する
ことを特徴とする請求項１記載の分析方法。
【請求項３】
分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射するレーザ光照射手段と、
前記分析対象物にレーザ光を照射して発生する蛍光を集光する蛍光集光手段と、
この蛍光集光手段で集光した蛍光から元素を定量する分析手段と
を具備していることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射したときの分析手段で定量される元素の蛍光強度の変化を監視し、分析対象物の表面からの深さ方向の元素分布を判別する分布判別手段を具備している
ことを特徴とする請求項３記載の分析装置。
【請求項５】
分析対象物はリチウムイオン電池であり、このリチウムイオン電池からの電解液の漏洩を検査する
ことを特徴とする請求項３または４記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析対象物にレーザ光を照射して発生するプラズマからの蛍光を集光し、この蛍光から分析対象物中に含まれる元素を定量する分析方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析対象物にレーザ光を集光照射して発生するプラズマからの蛍光を集光し、この蛍光から分析対象物中に含まれる元素に由来する蛍光のスペクトルを分光し、その蛍光の波長および蛍光強度から元素を同定および定量するLIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)手法を利用した分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３１０５９６号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の分析装置では、分析対象物の表面における二次元的な元素の分布は分析できるが、分析対象物の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができなかった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、分析対象物の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができる分析方法およびその装置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】
【０００５】
本発明の分析方法は、分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射し、レーザ光の照射で発生する蛍光を集光し、集光した蛍光から元素を定量するものである。
【０００６】
また、本発明の分析装置は、分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射するレーザ光照射手段と、前記分析対象物にレーザ光を照射して発生する蛍光を集光する蛍光集光手段と、この蛍光集光手段で集光した蛍光から元素を定量する分析手段とを具備しているものである。
【０００７】
そして、分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射するため、分析対象物にレーザ光を照射して発生する蛍光から定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、分析対象物の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、分析対象物の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析可能とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分析対象物の同一位置にレーザ光を多重に照射するため、分析対象物にレーザ光を照射して発生する蛍光から定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、分析対象物の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、分析対象物の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１に、LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)手法を利用した分析装置11を示し、この分析装置11は、分析対象物12を保持する保持機構13、レーザ光（パルスレーザ光）Ｌを発生するレーザ装置14、このレーザ装置14で発生したレーザ光Ｌを分析対象物12に照射するレーザ光照射手段15、分析対象物12にレーザ光Ｌを照射することで発生するプラズマＰからの蛍光Ｆを集光する蛍光集光手段16、この蛍光集光手段16で集光した蛍光Ｆから特定元素の波長を分光して検出する蛍光検出手段17、この蛍光検出手段17で検出された蛍光Ｆに基づいて所定の処理をする処理装置18を備えている。
【００１１】
レーザ装置14は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器21、このレーザ発振器21に電源を供給するレーザ電源22、レーザ発振器21を冷却するレーザ冷却器23、レーザ発振器21を制御する発振制御装置24などを備えたＹＡＧレーザ装置が用いられる。レーザ発振器21からは、例えばパルス幅が５ｎｓｅｃ程度、ピークパワーが１４〜２０ＭＷ、伝送エネルギーが７０〜１００ｍＪ（ピークパワー密度で２ＧＷ／ｃｍ２程度）のレーザ光Ｌを出力する。
【００１２】
レーザ光照射手段15は、レーザ装置14から発振されたレーザ光Ｌを伝送するミラーや光ファイバなどを有する伝送光学系25、この伝送光学系25で伝送されるレーザ光Ｌを分析対象物12に集光照射する集光光学系26を備えている。集光光学系26には、例えば所定の焦点距離を有する少なくとも１枚の集光レンズ27、この集光レンズ27の位置調整によってレーザ光Ｌの照射位置を調整する照射位置調整機構28を有している。
【００１３】
蛍光集光手段16は、分析対象物12にレーザ光Ｌを照射することで発生するプラズマＰからの蛍光Ｆを集光する少なくとも１枚の凸レンズを有する集光光学系29、この集光光学系29で集光された蛍光Ｆを伝送するミラーや光ファイバなどを有する伝送光学系30を備えている。
【００１４】
蛍光検出手段17は、蛍光Ｆの特定元素の波長を分光する例えばグレーティングや波長フィルタなどの波長分散素子を有する分光光学系31、この分光光学系31を透過した蛍光Ｆを電気信号に変換する光電変換素子32を備えている。
【００１５】
処理装置18は、蛍光検出手段17からの出力信号を入力して処理する元素同定プログラムおよび元素定量プログラムなどを有し、蛍光検出手段17で検出された蛍光Ｆから元素を同定および定量する分析手段33の機能、分析対象物12の同一位置にレーザ光Ｌを多重に照射したときの分析手段33で定量される元素の蛍光強度の変化を監視し、分析対象物12の表面からの深さ方向の元素分布を判別する分布判別手段34の機能を有している。分析手段33は、同条件で予め測定した指標元素データと比較することで分析対象元素を同定および定量する。
【００１６】
次に、分析装置11による分析動作について説明する。
【００１７】
レーザ装置14から発振したレーザ光Ｌを、レーザ光照射手段15の伝送光学系25および集光光学系26を通じて大気または希ガス雰囲気中の分析対象物12に集光照射する。
【００１８】
分析対象物12にレーザ光Ｌを集光照射することにより、分析対象物12の表面がプラズマ化し、このプラズマＰから各元素に特有の波長の蛍光Ｆが発生する。
【００１９】
プラズマＰからの蛍光Ｆを蛍光集光手段16の集光光学系29で集光して伝送光学系30を通じて蛍光検出手段17に伝送し、蛍光検出手段17の分光光学系31で蛍光Ｆのうちの特定元素の波長を分光して光電変換素子32で電気信号に変換し、この電気信号を処理装置18に伝送する。
【００２０】
処理装置18は、分析手段26の機能により検出された蛍光Ｆから元素を同定および定量する。
【００２１】
また、レーザ光照射手段15からレーザ光Ｌを分析対象物12に照射するときには、レーザ光Ｌを分析対象物12の同一位置に重畳して多重に照射する。そして、分析対象物12にレーザ光Ｌを多重に照射して発生する蛍光Ｆから定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、分析対象物12の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、分析対象物12の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができる。
【００２２】
図２に示すように、分析対象元素Ｘが分析対象物12の表面に薄く付着している場合には、レーザ光Ｌを多重に照射し、アブレーション効果によって分析対象物12の表面から深さ方向への掘り進んでいくと、図４のＡに示すように、分析対象元素Ｘの蛍光強度はレーザ光Ｌの比較的少ないショット数で急激に低下し、レーザ光Ｌが分析対象物12の表面の分析対象元素Ｘの膜を突き破った段階で分析対象元素Ｘの蛍光強度は０または０近くまで無くなってしまう。
【００２３】
一方、図３に示すように、分析対象元素Ｘが分析対象物12の表面から内部深くまで均一に存在する場合には、レーザ光Ｌを多重に照射し、アブレーション効果によって分析対象物12の表面から深さ方向に掘り進んでいっても、分析対象元素Ｘが分析対象物12の表面から内部深くまで均一に存在することから、図４のＢに示すように、分析対象元素Ｘの蛍光強度はレーザ光Ｌのショット数が重ねても０にはならず一定値で収束しやすい。
【００２４】
したがって、分析対象物12にレーザ光Ｌを多重に照射して発生する蛍光Ｆから定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、分析対象物12の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、分析対象物12の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができる。
【００２５】
次に、分析装置11を、リチウムイオン電池の電解液の漏洩を検査する漏洩検知装置に用いた場合の分析方法について説明する。
【００２６】
リチウムイオン電池は、容器本体と蓋体とを溶接して構成される金属製の容器内にリチウムイオンを含む電解液を収容した構造をとっており、容器の溶接不具合などによってその溶接部分から電解液の漏洩が発生することがある。
【００２７】
LIBS手法を利用することにより容器内からの電解液の漏洩の有無を検査することが可能となるが、製造工程においては雰囲気に存在するリチウムが容器の表面に付着することがあり、容器内からの漏洩によるリチウムか、容器の表面に付着しただけのリチウムかを区別することが困難であった。
【００２８】
そこで、分析装置11を漏洩検知装置に用いた場合、容器の溶接部分にレーザ光Ｌを重畳して多重に照射し、発生する蛍光Ｆから定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、容器の溶接部分の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、容器の溶接部分の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができ、容器の表面に付着しただけのリチウムと容器内から漏れ出ているリチウムとの区別が可能となる。
【００２９】
すなわち、図５のC1およびC2に示すように、レーザ光Ｌを多重に照射し、アブレーション効果によって容器の溶接部分の表面から深さ方向への掘り進んでいくと、リチウムの蛍光強度がレーザ光Ｌの比較的少ないショット数で急激に低下し、リチウムの蛍光強度は０または０近くまで無くなってしまう場合には、リチウムが容器の表面に付着していただけであったことが判別できる。
【００３０】
一方、図５のC3に示すように、レーザ光Ｌを多重に照射し、アブレーション効果によって容器の溶接部分の表面から深さ方向に掘り進んでいっても、リチウムの蛍光強度がレーザ光Ｌのショット数を重ねても低下しない場合には、リチウムが容器内から漏洩していることが判別できる。
【００３１】
したがって、容器の溶接部分にレーザ光Ｌを重畳して多重に照射し、発生する蛍光Ｆから定量される元素の蛍光強度の変化を監視することにより、容器の溶接部分の表面からの深さ方向の元素分布を判別することが可能となり、容器の溶接部分の表面からの深さ方向を含んだ三次元的な元素の分布を分析することができ、容器の表面に付着しただけのリチウムと容器内から漏れ出ているリチウムとの区別ができる。
【００３２】
容器の表面に付着しただけのリチウムの場合の蛍光強度と容器内から漏れ出ているリチウムの場合の蛍光強度とを判別するためには、少なくとも５回以上のレーザ光Ｌのショット数が必要であり、好ましくは１０回以上のレーザ光Ｌのショット数であれば確実に判別できる。
【００３３】
なお、分析装置11は、リチウムイオン電池からの電解液の漏洩有無を検知する漏洩検知装置に限らず、その他の分析対象物について分析対象物中に含まれる元素を定量する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態を示す分析装置の構成図である。
【図２】同上分析装置の検査対象元素が表面に付着している場合の説明図である。
【図３】同上分析装置の検査対象元素が内部にも存在している場合の説明図である。
【図４】同上分析装置のレーザ光のショット数と蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図５】同上分析装置をリチウムイオン電池における電解液の漏洩検査に使用した場合のレーザ光のショット数と蛍光強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
11    分析装置
12    分析対象物
15    レーザ光照射手段
16    蛍光集光手段
33    分析手段
34    分布判別手段
Ｆ    蛍光
Ｌ    レーザ光
【図１】
2006023092.tif 000003
【図２】
2006023092.tif 000004
【図３】
2006023092.tif 000005
【図４】
2006023092.tif 000006
【図５】
2006023092.tif 000007