(57)【要約】  【課題】  スパッタリングによる測定レベルの低下を防止して、高精度の測定結果を短時間で取得可能にする。  【解決手段】  グロー放電発光分析装置１は、試料Ｓへ高周波電圧を断続的に印加する電源部３を備えると共に、分光器７から第１基板１６が断続印加中の単位印加の時期に同期して測定値の取得を行い、断続印加中の非印加時に係るノイズが混入した測定値の取得を防止すると共に、試料Ｓの電圧印加に対する悪影響を低減して高電圧値を試料Ｓへ印加し、高レベルの測定値を得る。また、第１基板１６は単位印加の時期に測定値を複数回取得することで、分析制御部８は短時間に多数の測定値を得て、測定時間の短縮化を図る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分析材へ交流電圧を印加して生じさせたグロー放電に係る発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析装置において、
被分析材への交流電圧の印加を断続的に行う断続印加手段と、
該断続印加手段が行う断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を取得する測定値取得手段と
を備えることを特徴とするグロー放電発光分析装置。
【請求項２】
前記測定値取得手段は、断続印加に係る１サイクル中の印加ごとに前記分光器から測定値を複数回取得するようにしてある請求項１に記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項３】
断続印加に係る１サイクル中の印加ごとに測定値を取得する回数を受け付ける回数受付手段を備え、
前記測定値取得手段は、前記回数受付手段が受け付けた回数で前記分光器から測定値を取得するようにしてある請求項１又は請求項２に記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項４】
前記測定値取得手段が取得した各測定値を断続印加中の印加時の時間に対応して連続させたグラフデータを作成する手段を備える請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項５】
前記想定値取得手段が取得した各測定値の印加時間又は測定回数に対する平均測定値を算出する手段を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項６】
断続印加に係る１サイクルの印加に対する印加時期の指示を前記断続印加手段に行う時期指示手段を備え、
前記測定値取得手段は、前記時期指示手段が指示を行う時期に測定値を取得するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項７】
被分析材への交流電圧の印加を検知する印加検知手段を備え、
前記測定値取得手段は、前記印加検知手段が交流電圧の印加を検知した時期に測定値を取得するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項８】
断続印加に係る１サイクル中の印加時間の割合を受け付ける時間受付手段を備え、
前記断続印加手段は、前記時間受付手段が受け付けた印加時間の割合に基づき断続印加を行うようにしてあることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項９】
断続印加に対する単位時間当たりの印加回数を受け付ける回数受付手段を備え、
前記断続印加手段は、前記回数受付手段が受け付けた印加回数に基づき断続印加を行うようにしてあることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載のグロー放電発光分析装置。
【請求項１０】
電圧印加部と、分光器と、分析制御部とを有するグロー放電発光分析装置の該電圧印加部で被分析材へ交流電圧を印加してグロー放電を発生し、グロー放電に係る発光の強度を前記分光器で測定し、該分光器が測定した値を前記分析制御部で取得するグロー放電発光分析方法において、
前記電圧印加部で被分析材への交流電圧の印加を断続的に行い、
被分析材への断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を前記分析制御部で取得することを特徴とするグロー放電発光分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波電圧の印加と非印加とをパルス的に切り替える断続印加を行うと共に、印加時期に同期したタイミングで測定値を取得することにより、高レベルで且つ高精度の測定値を短時間で得られるようにしたグロー放電発光分析装置、及びグロー放電発光分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料に高周波電圧を印加することでグロー放電による発光を生じさせ、この発光を分光器で波長毎に分光して強度を測定し、測定した値をコンピュータのような分析機器に取り込んで試料成分の分析を行うグロー放電発光分析装置が存在する。
【０００３】
従来のグロー放電発光分析装置は、分析対象の試料をグロー放電管に配置し、試料表面に不活性ガスを供給してから電源部より１３ＭＨｚ程度の高周波電圧（交流電圧）を印加することでグロー放電を起こし、このグロー放電に伴うスパッタリングによる発光のスペクトルを測定することで試料の分析を行っていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−４５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のグロー放電発光分析装置で、金属材料の定量分析（バルク分析）、即ち、鉄鋼、アルミニウム等の各種金属材料にどのような元素がどのような濃度で含まれているかと云う測定を行う場合、良好な測定結果を得にくいと云う問題があった。
【０００５】
詳しくは、グロー放電管に配置された測定対象の金属材料は一定の距離を隔てて電極と対向し、電圧の印加開始に伴い電極との間にスパッタを生じさせるが、金属材料の測定では一般に連続した電圧印加を長時間行うため、スパッタの発生も長時間続く。また、スパッタは金属材料の表面を損耗させるため、印加時間の経過につれてスパッタによる影響で金属材料の表面から電極までの間隔が伸長する。
【０００６】
その結果、スパッタの発生条件が変化して発光が不安定になると共に、金属材料と電極との間隔の伸長により金属材料に対する測定強度が徐々に低下し（図１２参照）、安定した測定結果を得ることが困難になり、不慣れな測定者等に対しては測定値が変化したような錯誤を与えるおそれもある。
【０００７】
さらに、グロー放電発光分析装置では、試料へ印加される電圧値が高いほど発光強度が上昇し、高レベルの良好な測定値を得られるが、電圧値を上昇させると、金属材料と電極との間に生じるスパッタが増大し、スパッタによる金属材料の損耗が短時間で進行するため、測定が不安定になる時期も早くなる。よって、従来のグロー放電発光分析装置では、スパッタによる損耗の程度を抑えるように低い電圧値で測定を行う必要があり、短時間で良好な測定結果を得られなかったと云う問題がある。
【０００８】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、高い電圧値でも試料の損耗が短時間で進行しないように断続的に電圧印加を行うと共に、断続印加に同期させて測定値を取得することで、ノイズ成分の少ない良好な測定結果を短時間で得られるようにしたグロー放電発光分析装置、及びグロー放電発光分析方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、様々な種類の試料に対しても、良好で且つ測定者が理解しやすい測定結果が得られるようにしたグロー放電発光分析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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１発明に係るグロー放電発光分析装置は、被分析材へ交流電圧を印加して生じさせたグロー放電に係る発光の強度を分光器で測定するグロー放電発光分析装置において、被分析材への交流電圧の印加を断続的に行う断続印加手段と、該断続印加手段が行う断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を取得する測定値取得手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明に係るグロー放電発光分析装置は、前記測定値取得手段は、断続印加に係る１サイクル中の印加ごとに前記分光器から測定値を複数回取得するようにしてあることを特徴とする。
さらに、第３発明に係るグロー放電発光分析装置は、断続印加に係る１サイクル中の印加ごとに測定値を取得する回数を受け付ける回数受付手段を備え、前記測定値取得手段は、前記回数受付手段が受け付けた回数で前記分光器から測定値を取得するようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、第４発明に係るグロー放電発光分析装置は、前記測定値取得手段が取得した各測定値を断続印加中の印加時の時間に対応して連続させたグラフデータを作成する手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５発明に係るグロー放電発光分析装置は、前記想定値取得手段が取得した各測定値の印加時間又は測定回数に対する平均測定値を算出する手段を備えることを特徴とする。
さらに、第６発明に係るグロー放電発光分析装置は、断続印加に係る１サイクルの印加に対する印加時期の指示を前記断続印加手段に行う時期指示手段を備え、前記測定値取得手段は、前記時期指示手段が指示を行う時期に測定値を取得するようにしてあることを特徴とする。
さらにまた、第７発明に係るグロー放電発光分析装置は、被分析材への交流電圧の印加を検知する印加検知手段を備え、前記測定値取得手段は、前記印加検知手段が交流電圧の印加を検知した時期に測定値を取得するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
また、第８発明に係るグロー放電発光分析装置は、断続印加に係る１サイクル中の印加時間の割合を受け付ける時間受付手段を備え、前記断続印加手段は、前記時間受付手段が受け付けた印加時間の割合に基づき断続印加を行うようにしてあることを特徴とする。
さらに、第９発明に係るグロー放電発光分析装置は、断続印加に対する単位時間当たりの印加回数を受け付ける回数受付手段を備え、前記断続印加手段は、前記回数受付手段が受け付けた印加回数に基づき断続印加を行うようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
また、第１０発明に係るグロー放電発光分析方法は、電圧印加部と、分光器と、分析制御部とを有するグロー放電発光分析装置の該電圧印加部で被分析材へ交流電圧を印加してグロー放電を発生し、グロー放電に係る発光の強度を前記分光器で測定し、該分光器が測定した値を前記分析制御部で取得するグロー放電発光分析方法において、前記電圧印加部で被分析材への交流電圧の印加を断続的に行い、被分析材への断続印加に同期させて前記分光器が測定した値を前記分析制御部で取得することを特徴とする。
【００１５】
第１発明及び第１０発明にあっては、被分析材への交流電圧の印加を断続的に行うことで、電圧印加により発生するスパッタが散発的になり被分析材を損耗させる程度を抑制でき、それに伴い、従来に比べて高い電圧値を支障無く印加可能となり、高レベルの測定値を得られるようになる。また、分光器で連続的に測定される値は断続印加に同期させて取得され、断続印加中の非印加時には測定値が取得されないので、非印加時に生じる様々なノイズ成分を測定結果から排除できる。なお、測定値の取得を断続印加に同期させることは、ハード的な構成又はソフト的な処理のいずれでも実現可能である。
【００１６】
第２発明にあっては、断続印加中の１サイクルを構成する印可時ごとに測定値を複数回取得するので、断続印加を行っても短時間で多数の測定結果を得られるようになり、スパッタによる被分析材への悪影響が顕著になる前に短時間で測定を完了できる。なお、断続印加に係る１サイクルとは、断続印加中の１回の印加及び１回の非印加で構成されるサイクルを意味する。
第３発明にあっては、１サイクル中の印加時ごとに測定値を取得する回数を受付可能にして、受け付けた回数で測定値の取得を行うため、断続的に行われる電圧印加に係る周波数、１サイクルに係る印加時間、及び被分析材の種類等に応じて測定値の取得回数を柔軟に変更して測定を行えるようになる。
【００１７】
第４発明にあっては、時間的に分断された各測定値をもとにして、電圧印加が行われた時間に対応させて連続させたグラフデータを作成するので、個々の印加時間を合わせた時間軸に対して、各測定値を繋ぎ合わせたグラフを測定者が確認できるようになり、断続的な電圧印加を行っても測定結果の判断を容易に行える。
第５発明にあっては、各測定値に対して印加時間又は測定回数に基づき平均測定値を算出するので、測定結果を一段と把握しやすくなり被分析材の分析も容易に行えるようになる。
【００１８】
第６発明にあっては、各サイクルに対して電圧印加の指示を行う時期に測定値を取得することにより、容易且つ確実に測定値の取得を断続的な電圧印加に同期させて行える。なお、印加時期の指示を行う時期指示手段にはハード的な構成を適用することが好ましく、例えば、交流電圧の断続的な印加を行う断続印加手段に対する印加時期の制御の信号を出力する機器等が適用できる。
第７発明にあっては、被分析材への交流電圧の印加を検知して、検知した時期に測定値を取得することにより、発光が行われるタイミングに近い時期で確実に測定値の取得を行えるようになり、測定レベルの精度向上に貢献できる。なお、交流電圧の印加を検知する印加検知手段にはハード的な構成を適用することが、確実に測定値を取得できるようにすることから好適である。
【００１９】
第８発明にあっては、１サイクル中の印加時間の割合を受付可能にして、受け付けた１サイクルに対する印加時間の割合で断続的な電圧印加を行うため、様々な被分析材の材質の特性に応じて最適な電圧印加形態を提供できるようになる。即ち、被分析材の種類によりスパッタによる損耗の程度が異なるので、被分析材の特定に応じた印加時間の割合に調整することで良好な測定及び分析を行えるようになる。
【００２０】
第９発明にあっては、単位時間当たりの印加回数、即ち、断続印加に係る周波数を受付可能にして、受け付けた内容で断続的な印加を行うため、被分析材の特性に応じた電圧印加形態を確保し、短時間で測定を完了させることに貢献できる。また、被分析材は、材質を構成する元素が検出しやすくなると云う分析に適した周波数が存在するため、周波数を適宜調整することで分析しやすい条件を設定できるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
第１発明及び第１０発明にあっては、被分析材への交流電圧の印加を断続的に行うことで、従来に比べて高い電圧値で印加が可能となりと共に、断続印加に同期して測定値を取得することで、ノイズ成分を排除可能となり、結果として高レベルで且つ高精度の測定結果を得ることができる。
【００２２】
第２発明にあっては、断続印加中の１サイクルを構成する印可時ごとに測定値を複数回取得するので、スパッタによる被分析材への悪影響が顕著になる前に、短時間で測定を完了できる。
第３発明にあっては、１サイクル中の印加時ごとに測定値を取得する回数を変更できるので、断続的に行われる電圧印加に係る周波数、１サイクルに係る印加時間、及び被分析材の種類等に応じて測定値の取得回数を柔軟に変更できる。
【００２３】
第４発明にあっては、時間的に分断された各測定値をもとに電圧印加が行われた時間に対応させて連続させたグラフデータを作成するので、断続的な電圧印加を行っても判断の容易な測定結果を提供できる。
第５発明にあっては、各測定値に対して印加時間又は測定回数に基づき平均測定値を算出するので、測定者に対して測定結果の把握性を高めて被分析材の分析の容易化を図れる。
【００２４】
第６発明にあっては、各サイクルに対して電圧印加の指示を行う時期に測定値を取得することにより、測定値の取得を断続的な電圧印加に確実に同期させて行える。
第７発明にあっては、被分析材への交流電圧の印加を検知して、検知した時期に測定値を取得することにより、発光が行われるタイミングに近い時期で確実に測定値を取得して発光に対する測定レベルの向上に貢献できる。
【００２５】
第８発明にあっては、１サイクル中の印加時間の割合を受付可能にして、受け付けた内容に基づき断続印加を行うため、様々な被分析材の材質の特性に応じて最適な電圧印加形態を提供できる。
第９発明にあっては、断続印加に係る周波数を受付可能にして、受け付けた内容で断続的な印加を行うため、被分析材の特性に応じた電圧印加形態を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の実施形態に係るグロー放電発光分析装置１の全体構成を示す概略図である。グロー放電発光分析装置１は、被分析材である試料Ｓに対しグロー放電を発生させるグロー放電管２、グロー放電管２に対して高周波電圧を印加する電源部３、測定に必要なガスをグロー放電管２に供給するガス供給部６、グロー放電管２から生じる光Ｌを分光すると共に各分光の強度を測定する分光器７、及び、測定値を取得して試料成分の分析等を行う分析制御部８を備える。なお、電源部３は、交流電源ＡＣ（本実施形態では２２０Ｖ）に接続され、高周波電圧を生成するジェネレータ４及びマッチングボックス５を有する。
【００２７】
グロー放電管２は、図２に示すように内部に貫通孔１０ａを形成したランプボディ１０に、絶縁材１１を介在させた陽極１２及びセラミックス１３を押圧ブロック１４により取り付けた構成にしており、ガス供給部６からの不活性ガスが導かれる貫通孔１０ａの分光器７側には集光レンズ１５を配置している。またセラミックス１３には試料Ｓが試料押圧部材９により押圧された状態で取り付けられる。試料押圧部材９は電圧印加電極も兼ねており、電圧印加部に相当する電源部３と電源線Ｄにより接続され、電源部３からの高周波電圧を試料Ｓに印加する。
【００２８】
電源部３に係るジェネレータ４は、図３に示すように高周波電圧生成部４ａ、制御部４ｂ及び電圧計測部４ｃを内蔵する。高周波電圧生成部４ａは交流電源ＡＣと接続されて電圧が正及び負に高周波状に変化する高周波電圧（交流電圧）を生成するものである。また、高周波電圧生成部４ａは第１内部接続線４ｄにより制御部４ｂと接続されており、制御部４ｂの制御により高周波電圧の出力形態及び電圧値等を調整する。なお、本実施形態の高周波電圧生成部４ａは１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を生成している。
【００２９】
ジェネレータ４の制御部４ｂはＩＣ（集積回路）で構成されており、第１接続コードＷ１を通じて分析制御部８から出力される電圧印加形態を指示する信号に基づき高周波電圧生成部４ａで生成された高周波電圧の出力形態を２種類の中から切り替える制御を行う。
【００３０】
一つ目の出力形態は、図４に示すように、電圧の印加及び印加停止を交互にパルス的にＩＣで切り替えを行うことにより断続的に高周波電圧を印加するパターン（以降、断続印加モードと称す）である。断続印加モードでは、ジェネレータ４は断続印加手段として機能し、高周波電圧生成部４ａで生成された高周波電圧が、図４で示される棒状に突出する１回の単位印加Ｋに対する単位印加時間Ｔ１の間だけ試料Ｓへ印加される。また、断続印加モードにおいては、１回の単位印加Ｋ及び１回の非印加で１サイクルが構成され、１サイクルにかかる時間はＴ２になる（図４参照）。なお、二つ目の出力形態は、最初から最後まで連続的に電圧印加が行われるパターン（以降、連続印加モードと称す）である。
【００３１】
また、ジェネレータ４の制御部４ｂは、断続印加モードの場合、分析制御部８から出力される信号に基づき断続印加に対する単位時間（１秒間）当たりの印加回数（印加周波数に相当）を調節する制御を行う。本実施形態の制御部４ｂは１Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲で印加周波数を調節可能にしている。なお、印加周波数が変更されると、図４のグラフにおいて１サイクルの時間Ｔ２も変化する。
【００３２】
さらに、制御部４ｂは、断続印加モードの場合、分析制御部８から出力される信号に基づき単位印加時間Ｔ１を変更する制御を行う。具体的に制御部４ｂは、図４に示す断続印加の中で１サイクルに対応する時間Ｔ２における１回分の電圧印加に係る単位印加時間Ｔ１が占める割合（Ｔ１／Ｔ２。電圧印加に対する占有率と称す）を示す信号を、第１接続コードＷ１を通じて分析制御部８から受け付け、その信号に基づき調整を行う。
【００３３】
さらにまた、制御部４ｂは、スパッタリングによる試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応する調整に係る処理を行う。具体的な処理内容として、制御部４ｂは、ジェネレータ４に含まれる電圧計測部４ｃから伝送されてきた出力値Ｐｆ及び反射値Ｐｒとの差を演算し、演算された差に基づき高周波電圧生成部４ａで生成されて試料Ｓへ印加される高周波電圧の進行波の電圧値（出力値Ｐｆ）を変更する制御を行う。この際、制御部４ｂは演算された差（Ｐｆ−Ｐｒ）が分析制御部８から伝送されてくる基準電圧値と同等となるように高周波電圧の出力値Ｐｆを制御部４ｂが内蔵するＩＣでソフト的に調整している。
【００３４】
なお、制御部４ｂが試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応した調整を行うのは断続印加モードの場合であり、連続印加モードでは後述するように電源部３のマッチングボックス５が調整を行う。
【００３５】
ジェネレータ４の電圧計測部４ｃは、第２及び第３内部接続線４ｅ、４ｆにより制御部４ｂ、高周波電圧生成部４ａと接続されており、高周波電圧生成部４ａで生成されて試料Ｓへ向けて出力される高周波電圧の進行波の出力値Ｐｆ、及び試料Ｓから反射して戻ってくる反射波の電圧値である反射値Ｐｒを夫々検出する。また、電圧計測部４ｃは、制御部４ｂが上述した試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応した調整を行えるように、検出した出力値Ｐｆ及び反射値Ｐｒを制御部４ｂへ伝送する。
【００３６】
図５は、電源部３のマッチングボックス５の内部構成を示す。マッチングボックス５は、連続印加モードの場合、ジェネレータ４で生成された高周波電圧の出力形態を調整する可変コンデンサ５ａ、可変コンデンサ５ａの電気容量を調整するモータ５ｂ、モータ５ｂの駆動等の制御を行うコンデンサ制御部５ｃを備えている。
【００３７】
可変コンデンサ５ａはモータ５ｂの駆動に応じて自身の電気容量を変化してモジュール及びフェーズを調節する。コンデンサ制御部５ｃは、第２接続コードＷ２により分析制御部８と接続されており、分析制御部８からマッチングボックス５へ伝送される設定モードの通知信号に基づいてモータ５ｂの駆動を制御する。
【００３８】
具体的には、コンデンサ制御部５ｃが断続印加モードの通知信号を受け付けた場合、モータ５の回転を停止し可変コンデンサ５ａの電気容量を一定に固定する制御を行う。また、連続印加モードの通知信号を受け付けた場合、試料Ｓからの反射値Ｐｒが最小となるようにモータ５ｂの駆動を制御して可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する。なお、反射値Ｐｒが最小であれば、コンデンサ制御部５ｃは可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する制御は行わない。
【００３９】
また、図１に示すガス供給部６は、アルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベ（図示せず）、及び第３接続コードＷ３と接続されて分析制御部８の第２基板１７の制御により開閉されてボンベから不活性ガスの供給を行う電磁弁（図示せず）を備えている。なお、グロー放電発光分析装置１は図１で示していないが、ガス供給部６からのガス供給前に、グロー放電管２の内部の空気を吸引して真空にする真空引き装置を備えている。
【００４０】
グロー放電管２からの光Ｌを測定する分光器７は、図１に示すように光Ｌを透過させる第１スリット７ａ、第１スリット７ａを透過した光Ｌを分光する回折格子７ｂ、各測定対象成分に相当する波長に分光された光を透過させる第２スリット７ｃ、及び第２スリット７ｃを透過した光の強度を連続して測定する複数の光電子増倍管（フォトマルチプレクサ）７ｄを備えている。なお、各光電子増倍管７ｄは、複数のコードを束ねた接続線束Ｗ４により分析制御部８に接続されており、本発明では分析制御部８が光の強度の測定値を接続線束Ｗ４を通じて所要のタイミングで取得している。
【００４１】
一方、図１に示す分析制御部８にはコンピュータを適用しており、光電子増倍管７ｄから延在する接続線束Ｗ４と接続されて分光器７での測定値を取得する第１基板１６が装着されると共に、ジェネレータ４から延在する第１接続コードＷ１、マッチングボックス５から延在する第２接続コードＷ２及びガス供給部６から延在する第３接続コードＷ３との接続用に第２基板１７が装着されている。各基板１６、１７は内部バス８ａを介してＣＰＵ８ｂ、ハードディスク装置８ｃ、並びに処理に伴うファイル及びデータ等を一次的に記憶するメモリ８ｄと接続されている。なお、内部バス８ａは外部接続線Ｗ５を介してモニタ装置８ｅを接続し、また、第２基板１７には図示していない真空引き装置が接続されている。
【００４２】
第２基板１７は断続印加モードに対応した回路部及び連続印加モードに対応した回路部を夫々有しており、後述するようにＣＰＵ８ｂの制御によりユーザ（測定者）から入力されたモードの内容が第２基板１７へ伝送されると、伝送されたモードに対応する回路部が作動し、作動した回路部から受け付けたモードで電圧印加を行う指示信号がジェネレータ４へ出力される。
【００４３】
また、断続印加モードの場合、第２基板１７は時期指示手段として、図４に示す断続印加に係る１サイクルの印加時期（断続印加時間中の単位印加時間Ｔ１の時期）を指示する信号をジェネレータ４へ出力する制御を行う。なお、この信号には、高周波電圧のピーク電圧値、インピーダンス値に対応した調整に用いられる基準電圧値、ユーザが設定した印加周波数及び電圧印加の占有率等に係るパラメータが含まれている。さらに、第２基板１７は、印加時期を指示する信号をジェネレータ４へ出力する際、第１基板１６へも印加時期を知らせる信号を内部バス８ａを通じて同時に出力する処理を行う。
【００４４】
なお、第２基板１７は、断続印加モードを通知するマニュアル・アダプテーションと云う通知信号をマッチングボックス５へ出力する処理を行うと共に、ガス供給部６及び真空引き装置に対する制御に係る指示を各モードに関係なく同様に出力する処理等も行う。
【００４５】
第１基板１６は測定値取得手段に相当し、断続印加モードの場合、第２基板１７から出力される印加時期を知らせる信号を受け付けるタイミングで、分光器７から測定値を取得する処理を行う。このタイミングをグロー放電発光分析装置１全体で見ると、試料Ｓへの断続印加に同期して、即ち、断続印加に係る１サイクルの印加が指示される時期に第１基板１６が分光器７から測定値を取得することになる。よって、分析制御部８（第１基板１６）は断続印加中、図４に示す各単位印加時間Ｔ１における測定値のみを取得し、電圧印加が行われていない時間帯の測定値は取得しない。その結果、非印加時に係る各種ノイズが測定値に含まれることが防止され、高精度の測定値を得られる。
【００４６】
さらに、第１基板１６は、断続印加モードの場合、図６に示すように単位印加時間Ｔ１ごとに、ＣＰＵ８ｂから通知された回数（例えば、１５回）で測定値の取得を行う。具体的には、最初の取得時Ｃ１は単位印加時間Ｔ１の始点時期に合わせたタイミングで取得を行い、以下、２番目の取得時Ｃ２から１５番目の取得時Ｃ１５までを単位印加時間Ｔ１の終点時期に収まるタイミングで取得を行う。第１基板１６は、各取得時Ｃ１〜Ｃ１５の時間の間隔もＣＰＵ８ｂの指示に基づいている。このように単位印加時間Ｔ１ごとに１５回の測定値を取得するので、本発明のグロー放電発光分析装置１は、短時間で多数の測定値を得て試料Ｓのスパッタによる損耗による影響が顕著になる前に測定を完了できる。
【００４７】
図７（ａ）は、時間軸ｔに対して第１基板１６で取得した各測定値の測定強度を示すグラフである。上述したように第１基板１６は、単位印加時間Ｔ１ごとに１５回の測定を行うことにより、測定結果は単位印加時間Ｔ１ごとに柱状に立設したグラフになる。図７（ｂ）は、図７（ａ）における一つの単位印加時間Ｔ１に対する部分を拡大したグラフであり、１５回の取得時Ｃ１〜Ｃ１５で測定された値を結んだ線分になっている。なお、第１基板１６は取得した測定値をメモリ８ｄへ出力し、各測定値は後述するＣＰＵ８ｂの処理に基づき測定結果に対する所要の編集が行われる。
【００４８】
また、分析制御部８のＣＰＵ８ｂは、ハードディスク装置８ｃに記憶されたプログラムに基づいて各種処理を行う。例えば、ユーザにより入力された断続印加モード又は連続印加モードのいずれかの設定を受け付けて、設定されたモードに対応するように第１基板１６及び第２基板１７の所要回路を作動させる。また、ＣＰＵ８ｂは、第１基板１６で取得した測定値の編集処理を行い、試料Ｓの成分の濃度等に係る分析を行う。
【００４９】
ＣＰＵ８ｂが行う測定値の編集処理としては、図７（ａ）に示す形態の測定値を、単位印加時間Ｔ１に該当する測定値のみを抽出して繋ぎ合わせ、図８に示すように、各測定値が断続印加中の各印加時の合計時間に対応して連続したグラフのデータを作成することが挙げられる。図８のグラフにおいて、時間軸ｔにおける時間Ｔ３は、測定を行った単位印加時間Ｔ１に印加回数を乗じた時間になっている。ＣＰＵ８ｂは、図８に示すグラフのデータをモニタ装置８ｅへ出力して、測定結果をユーザが理解しやすい形態でモニタ装置８ｅに表示できるようにしている。
【００５０】
さらに、ＣＰＵ８ｂは、各測定値の測定強度を積算して時間Ｔ３で除することにより総印加時間に対する平均測定値を算出する処理を行うことができ、また、各測定値の測定強度を積算して総測定回数で除することにより総測定回数に対する平均測定値も算出でき、算出した結果をモニタ装置８ｅで表示させることも可能である。このように各種平均測定値を算出することで、試料Ｓの分析を容易に行うことができる。
【００５１】
また、ＣＰＵ８ｂは測定値に対する処理以外も、図９に示すメニュー画面２０をモニタ装置８ｅに表示させ、各種設定項目の受付処理を行う。メニュー画面２０自体のデータはハードディスク装置８ｃに記憶されており、モード選択、周波数設定、占有率設定、及び測定回数と云う各項目に対して所要の内容を選択できるデータ構造になっている。メニュー画面２０がモニタ装置８ｅに表示されると、ユーザは図１で示さない分析制御部（コンピュータ）８に接続されたマウス又はキーボード等を用いて項目の入力操作を行うことになる。
【００５２】
メニュー画面２０の周波数設定、占有率設定、及び測定回数設定の各項目に対する数値選択は、モード選択で断続印加モードが選択された場合にのみ行えるようになっている。本実施形態では、周波数設定の項目で印加周波数として１Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲から数値を選択でき、占有率設定の項目で０．１２５〜０．９３７５の範囲から数値を選択でき、測定回数設定の項目で単位印加Ｋに対する測定回数として１〜１００の範囲から数値を選択できるようになっている。なお、これらの選択範囲はあくまで一例であり、グロー放電発光分析装置１の仕様に応じて適宜変更可能である。
【００５３】
さらに、ＣＰＵ８ｂは、上述したメニュー画面２０で各項目が入力されると、入力内容を受け付けて項目の設定を行い、その設定に基づき第１基板１６及び第２基板１７に対し所要の制御を行うと共に設定された内容を各基板１６、１７に伝える。具体的にＣＰＵ８ｂは各基板１６、１７に対して設定されたモードを通知し、断続印加モードが設定された場合には各基板１６、１７に所要の設定項目の内容も通知する。
【００５４】
なお、ＣＰＵ８ｂは、上述した処理以外に、他のメニュー画面でユーザにより入力されるガス供給部６のガス供給圧、高周波電圧のピーク電圧値、分析に係る基準時間、基準電圧値等の各種パラメータを設定し各基板１６、１７へ通知する処理、設定内容をハードディスク装置８ｃ又はメモリ８ｄに記憶させる処理、分析結果に係る処理等も行う。
【００５５】
次に上述した構成のグロー放電発光分析装置１による分析に対する全体的な処理の流れを図１０の第１フローチャートに基づいて説明する。
先ず、図９に示すメニュー画面２０等でモード、電圧印加に係る周波数、占有率及び測定回数等の各種項目を設定し（Ｓ１）、試料Ｓを図１、２に示すようにグロー放電発光分析装置１のグロー放電管２にセットする（Ｓ２）。
【００５６】
その後、グロー放電管２の内部の真空引きを真空引き装置で行ってから、ガス供給部６より測定に必要な不活性ガス（アルゴンガス）を供給する（Ｓ３）。この状態で、設定されたモードに応じた電圧印加が行われ、試料Ｓに対する分析が行われる（Ｓ４）。
【００５７】
この分析に係る処理は、先ずグロー放電管２に供給したアルゴンガスから生じたアルゴンイオンが試料Ｓの表面に衝突することでスパッタリングが起こり、試料Ｓの表面からイオンを含む粒子が飛び出す。次に、この粒子がプラズマ中で励起されてから基底状態に戻る際に元素固有の発光が生じる。さらに、この発光による光Ｌを分光器７で分光し、分光した各光の強度を測定してから分析制御部８が測定値を分光器７から取得し、取得した測定値に基づき試料Ｓに含まれる元素等を分析する。このように分析した結果を分析制御部８は外部に出力し（Ｓ５）、モニタ装置８ｅで分析結果の表示等を行う。
【００５８】
また、図１１の第２フローチャートは、断続印加モードでの処理方法（グロー放電発光分析方法）に係る一連の内容を示しており、先ず、グロー放電発光分析装置１は、ユーザが入力した断続印加モード及び各項目の内容を設定し（Ｓ１０）、断続印加モードに設定されたこと、及び各設定項目の内容を分析制御部８のＣＰＵ８ｂが各基板１６、１７へ通知する（Ｓ１１）。
【００５９】
第２基板１７はＣＰＵ８ｂから通知を受けると、断続印加モード側の回路部が作動してジェネレータ４へ設定された内容で断続印加を行うことを指示する信号を出力し、指示を受けたジェネレータ４は、図４に示すような高周波電圧の印加及び印加停止を交互に繰り返す断続的な電圧印加形態で試料Ｓへ断続印加を行う（Ｓ１２）。なお、第２基板１７は、ジェネレータ４へ断続印加の時期を指示する際、第１基板１６へも単位印加ごとの時期を通知している。
【００６０】
一方、第１基板１６はＣＰＵ８ｂから通知を受けると、第２基板１７から出力される断続印加の時期に同期して分光器７から測定値の取得を行う（Ｓ１３）。この際、第１基板１６は、各単位印加時間Ｔ１に対して設定された回数で測定値の取得を行う。その後、ＣＰＵ８ｂは、取得された各測定値に基づき図８に示すようなグラフの作成及び平均値の算出に係る処理を行い（Ｓ１４）、それらの算出結果等に基づき試料の定量分析又は定性分析を行う（Ｓ１５）。
【００６１】
このように、本発明に係るグロー放電発光分析装置１は、断続印加モードの場合、断続印加に同期して測定値を短時間の間に多数取得するので、試料Ｓのスパッタリングの損耗の影響を従来に比べて大幅に低減でき、試料Ｓへ印加する電圧値も連続的に電圧印加を行うときに比べて大きくできる。よって、高電圧値の印加により高レベルの測定値を得られると共に、断続印加に同期して測定値を取得することで、非印加時の測定に含まれるノイズ成分を排除した測定値を取得でき、結果として高レベルで且つ高精度の測定値を短時間で多数取得することを実現している。
【００６２】
本発明者は、本発明の具体的な効果を確認するため、炭素（Ｃ）を０．１８４％含む試料（JIS153-13）に対して、比較のために従来の連続的な電圧印加で測定値を取得すると云う実験、及び本発明に係る断続印加に同期させて測定値を取得すると云う実験を行った。その結果、従来の連続印加に対する測定値取得の場合、測定に係る強度に相当する平均電圧値は０．９３０５Ｖであり、相対標準偏差（ＲＳＤ）は０．６４５％になった。一方、本発明の断続印加に係る測定値取得の場合、平均電圧値は３．８２２３５Ｖであり、相対標準偏差は０．０３０％になり、相対標準偏差の値が従来値から一桁下がった。このことから、断続印加に同期させて測定値を取得することにより、高電圧値の印加を支障無く行うことが可能になると共に、得られる測定値も高精度になることが判明した。
【００６３】
なお、上述した本発明の断続印加に係る測定値取得の実験の詳細な内容は、１秒間に１０００回測定値を取得することを計５秒行い、最初の１０００回の平均電圧値は３．８２２９３３Ｖ、１００１回から２０００回までの平均電圧値は３．８２３９５３Ｖ、２００１回から３０００回までの平均電圧値は３．８２２３０８Ｖ、３００１回から４０００回までの平均電圧値は３．８２１３１４Ｖ、４００１回から５０００回までの平均電圧値は３．８２１２３１Ｖであり、標準偏差（ＳＤ）は０．００１１４であった。
【００６４】
また、本発明に係るグロー放電発光分析装置１は、上述した実施形態以外に各種変形例の適用が可能であり、例えば、図６及び図７（ｂ）に示す計１５回の測定値の取得時Ｃ１〜Ｃ１５において、最初の時期（例えば、取得時Ｃ１）と最後の時期（例えば、取得時Ｃ１５）は測定値の取得を行わず、中間の時期（例えば、取得時Ｃ２〜Ｃ１４）の間だけ測定値の取得を行うようにしてもよい。
【００６５】
即ち、第１基板１６が第２基板１７からの通知に従って測定値を取得しても、分析制御部８のＣＰＵ８ｂの処理負担、信号の送受が多いときなどは、実際の試料Ｓへの断続印加に係る各単位印加を行うタイミングと少しずれることもある。そのため、上述したように、最初と最後の時期では測定値を取得しないようにすることで、非印加時に係るノイズ成分が混入した測定値を取得することを確実に防止できる。なお、このような測定値の取得は、ＣＰＵ８ｂの第２基板１７等へ制御内容、及び各基板１６、１７の処理内容等を変更することで対応可能である。
【００６６】
また、第１基板１６が測定値を取得する時期は、図３に示すジェネレータ４の電圧計測部４ｃが試料Ｓへの電圧印加を検知した時に合わせるようにしてもよい。この場合、電圧計測部４ｃは印加検知手段として機能し、試料Ｓへの電圧印加により反射して戻ってくる反射値Ｐｒを検知すると、検知した旨を制御部４ｂを介して第２基板１７へ伝える処理を行い、また、第２基板１７は検知した旨を第１基板１６へ伝える。よって、第１基板１６は、第２基板１７から電圧計測部４ｃが試料Ｓへの電圧印加を検知した旨の通知を受けると、その受けた時期に測定値を取得する。これにより、試料Ｓへの電圧印加の検知した時期に第１基板１６が分光器７から測定値を取得でき、測定値の取得時期が実際の断続印加のタイミングに一致する度合が高まり、発光に対応した測定を行える。
【００６７】
さらに、分光器７からの測定値取得は、ハードディスク装置８ｃに記憶されるプログラムが規定する処理に基づいてソフト的に行うことも可能である。この場合は、第１基板１６は、分光器７が測定した値を順次取得して一旦メモリ８に記憶し、これら一連の各測定値の中からＣＰＵ８ｂが図４に示す各単位印加Ｋに係る各単位印加時間Ｔ１にそれぞれ対応する測定値のみを抽出して図７（ａ）に示す測定結果を得ると云う処理になる。このように測定値を取得することで、第１基板１６と第２基板１７との間で通知する処理が不要となり、特に第２基板１７の回路部の処理負担を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係るグロー放電発光分析装置の全体的な概略図である。
【図２】グロー放電管の概略断面図である。
【図３】ジェネレータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】断続印加モードでのジェネレータによる断続印加の形態を示すグラフである。
【図５】マッチングボックスの内部構成を示すブロック図である。
【図６】断続印加中における測定値の取得時を示す図である。
【図７】（ａ）は、断続印加モードにおける測定値の測定強度を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の単位印加時間Ｔ１に対する部分を拡大したグラフである。
【図８】各測定値を繋ぎ合わせたグラフである。
【図９】メニュー画面を示す概略図である。
【図１０】グロー放電発光分析装置の全体的な処理手順を示す第１フローチャートである。
【図１１】断続印加モードでのグロー放電発光分析方法に係る処理手順を示す第２フローチャートである。
【図１２】従来の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１  グロー放電発光分析装置
２  グロー放電管
３  電源部
４  ジェネレータ
４ａ  高周波電圧生成部
４ｂ  制御部
４ｃ  電圧計測部
５  マッチングボックス
５ａ  可変コンデンサ
５ｂ  モータ
５ｃ  コンデンサ制御部
６  ガス供給部
７  分光器
８  分析制御部
８ｂ  ＣＰＵ
８ｃ  ハードディスク装置
８ｅ  モニタ装置
９  試料押圧部材
１６  第１基板
１７  第２基板
Ｓ  試料
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006078455.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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