(57)【要約】【課題】円筒形試料の内面の分析を簡単かつ正確に行えるグロー放電発光分光分析装置および分析方法を提供する。【解決手段】陽極管３ｄを有する陽極ブロック３と、陽極管３ｄを収納する内方空間を有する支持ブロック２と、この支持ブロック２の内方空間を真空引きする減圧手段３ｂ，３ｃと、円筒形試料１２が陽極管３ｄと同軸に配置されるように挿入される保持孔１１ａを有する試料台１１と、陽極ブロック３と試料台１１との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極管を有する陽極ブロックと、
前記陽極管を収納する内方空間を有する支持ブロックと、
この支持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段と、
円筒形試料が前記陽極管と同軸に配置されるように挿入される保持孔を有する試料台と、
前記陽極ブロックと試料台との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えたグロー放電発光分光分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のグロー放電発光分光分析装置において、
前記試料台が、円筒形試料と内径および外径が等しい円筒形で分析対象元素を含まないスペーサを有するグロー放電発光分光分析装置。
【請求項３】
陽極管を収納する支持ブロックの内方空間を真空引きし、
前記陽極管を有する陽極ブロックと試料台との間に電圧を印加してグロー放電を発生させて、
前記陽極管と同軸に配置されるように前記試料台の保持孔に挿入された円筒形試料の内面をスパッタリングするグロー放電発光分光分析方法。
【請求項４】
請求項３に記載のグロー放電発光分光分析方法において、
円筒形試料と内径および外径が等しい円筒形で分析対象元素を含まないスペーサを前記試料台の保持孔に挿入して、円筒形試料の軸方向の位置調整を行うグロー放電発光分光分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料をスパッタリングしながら、発生した光を分析するグロー放電発光分光分析装置および分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体圧力が５００〜１３００Ｐａ程度のアルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、二つの電極間に直流または高周波の高電圧を印加すると、グロー放電が起こり、Ａｒイオンが生成される。生成したＡｒイオンは高電界で加速され、陰極表面に衝突し、そこに存在する物質をたたき出す。この現象をスパッタリングと呼ぶが、スパッタされた粒子（原子、分子、イオン）はプラズマ中で励起され、基底状態に戻る際にその元素に固有の波長の光を放出する。この発光を分光器で分光して元素を同定する分析法が、グロー放電発光分光分析方法と呼ばれている。
【０００３】
上述のグロー放電発光分光分析方法を具現化した分析装置におけるグロー放電管として、図４に示すような中空陽極型のグリムグロー放電管１が一般的に用いられている。このグリムグロー放電管１では、支持ブロック２（試料５が当接される支持部であって、この例では同時に陰極である）と陽極ブロック３とが、絶縁部４を介して接合されている。陽極ブロック３は、アルゴンガス供給孔３ａと、減圧手段である第１および第２真空排気孔３ｂ，３ｃとを有しており、管内Ｖがアルゴンの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）とされている。陽極ブロック３は、中空陽極管３ｄを有しており、この陽極管３ｄは、絶縁部４を貫通して、試料５の表面（測定面）５ａに近接している。この試料５は、シール部材であるＯリング６を介し支持ブロック２に気密状態で押し付けられている。さらに支持ブロック２と絶縁部４を一体とし、すべて絶縁物で形成されている場合もある。なお、陽極管３ｄは円筒形で、その先端面は円筒形の軸に垂直であり、図示しないが、内径および／または外径の相異なる複数の陽極管が、試料に応じて交換可能に備えられることもある。
【０００４】
このグリムグロー放電管１は、陽極ブロック３と支持ブロック２との間に給電手段である電源部９により高電圧を印加してグロー放電を発生させるとともに、一般に銅からなる支持ブロック２を通じ試料５に負電圧を印加し、グロー放電の発生により生成されるアルゴンの陽イオンを試料５の表面５ａに衝突させて、試料５をスパッタリングするものである。また、冷却液Ｋを、支持ブロック２の冷却液導入路２ａからジャケット２ｂ内に導入して冷却液排出路２ｃまで送給して、支持ブロック２および支持ブロック２を介し試料５と中空陽極管３ｄを冷却している。
【０００５】
ところで、上述のグロー放電発光分光分析装置は、試料５の表面５ａを、支持ブロック２に埋設されたＯリング６で真空シールして支持ブロック２に押し付けて、その試料５により中空陽極管３ｄを収納する支持ブロック２の内方空間を閉塞し、この内方空間を真空引きするようになっているので、通常、分析対象となる試料５は、Ｏリング６の全周に接合できる大きな外径を有するとともに、表面５ａが平面となった形状のものとなる。表面が平面でない試料については、例えば、線形試料を試料台に立設状態に取り付けて陽極管の中空部の中央部に挿入して、線形試料の表面のめっき層等の分析を行うグロー放電発光分光分析装置がある（特許文献１の図２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７２３４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、パイプなどの円筒形試料の内面の分析については、適切なグロー放電発光分光分析装置および分析方法がなかった。例えば、図５に示すように、従来の装置を用い、縦割りにした円筒形試料１９の内面を陽極管３ｄの先端部に対向するように配置して分析することが考えられるが、分析対象面である円筒形試料１９の内面において、陽極管３ｄの先端面との距離、いわゆる放電ギャップが一定でないため、均一なスパッタリングが望めない。これを改善するために、図６に示すように、円筒形試料１９の軸方向から見て、先端面が円筒形試料１９の内面１９ａに倣った円弧状である陽極管３ｅを用いることが考えられるが、内径が異なる試料ごとに、このような特殊な形状の陽極管３ｅを準備することは現実的でない。また、図５、図６のいずれの場合についても、円筒形試料を縦割りにする作業や、縦割りにした円筒形試料１９を寝かせた状態で保持して支持ブロックに気密状態で押し付けるための試料台が必要になる。
【０００８】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、円筒形試料の内面の分析を簡単かつ正確に行えるグロー放電発光分光分析装置および分析方法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】
前記目的を達成するために、本発明のグロー放電発光分光分析装置は、陽極管を有する陽極ブロックと、前記陽極管を収納する内方空間を有する支持ブロックと、この支持ブロックの内方空間を真空引きする減圧手段と、円筒形試料が前記陽極管と同軸に配置されるように挿入される保持孔を有する試料台と、前記陽極ブロックと試料台との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えている。
【００１０】
本発明のグロー放電発光分光分析装置では、試料台の保持孔に、円筒形試料が陽極管と同軸に配置されるように挿入されるので、特殊形状の陽極管や円筒形試料を縦割りにする作業が不要で、しかも分析対象面である円筒形試料の内面を均一にスパッタリングできる。本発明の装置において、試料台が、円筒形試料と内径および外径が等しい円筒形で分析対象元素を含まないスペーサを有してもよい。
【００１１】
本発明のグロー放電発光分光分析方法は、陽極管を収納する支持ブロックの内方空間を真空引きし、前記陽極管を有する陽極ブロックと試料台との間に電圧を印加してグロー放電を発生させて、前記陽極管と同軸に配置されるように前記試料台の保持孔に挿入された円筒形試料の内面をスパッタリングする。
【００１２】
本発明のグロー放電発光分光分析方法によっても、前記本発明のグロー放電発光分光分析装置と同様の作用効果が得られる。また、本発明の方法において、円筒形試料と内径および外径が等しい円筒形で分析対象元素を含まないスペーサを試料台の保持孔に挿入して、円筒形試料の軸方向の位置調整を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である分析装置におけるグリムグロー放電管を示す断面図である。
【図２】同分析装置の概略構成図である。
【図３】同分析装置の試料台の変形例を示す断面図である。
【図４】従来の分析装置におけるグリムグロー放電管を示す断面図である。
【図５】陽極管の先端部と縦割りにした円筒形試料の内面との位置関係の一例を示す断面図である。
【図６】同位置関係の別の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析装置について、図にしたがって装置の構成から説明する。この装置では、図２に示すように、グロー放電を利用したスパッタリングにより元素に固有の波長の光を発生するグリムグロー放電管１０から放出されて、その窓板１３を透過した光Ｌが、分光器１５に入射する。分光器１５は、入射スリット１４、この入射スリット１４から入射した光Ｌを波長に応じて異なった回折角度で回折する分光器１６、回折光を通過させる出射スリット１７および回折光の強度を測定する光電子増倍管１８を備えている。あるいは、出射スリット１７の位置にＣＣＤ素子を配置させたＣＣＤ分光器であってもよい。
【００１５】
図１は、図２の分析装置におけるグリムグロー放電管１０を示す断面図である。図１において図４と同等のものには同一の符号を付して、説明を省略する。相違する点は、円筒形試料１２が陽極管３ｄと同軸に配置されるように挿入される保持孔１１ａを、試料台１１が有することである。換言すると、円筒形試料１２は、例えば内径４ｍｍ、外径６ｍｍ、高さ（長さ）１０ｍｍであり、試料台１１には、その表面１１ｂと直交する方向に、円筒形試料１２の外径および高さに応じた径および深さの保持孔１１ａが設けられている。この試料台１１は、分析対象外の既知の元素を有する導電性材料からなり、シール材としてのＯリング６の全周部にわたり接合できる表面を有する形状に形成されている。陽極管３ｄは、円筒形で従来と同様に先端面は円筒形の軸に垂直であり、円筒形試料１２の内径以下の内径をもつもの、ここでは内径２．５ｍｍのものが用いられる。
【００１６】
つぎに、この装置の動作、つまり、この装置を用いたグロー放電発光分光分析方法について説明する。通常の放電法では陽極管内径２．５ｍｍの場合、図１の支持ブロック２と陽極ブロック３との間に、電源部９により６００〜１２００Ｖの高電圧を印加し、５〜２０ｍＡの電流を流すのに対して、本手法では、より低い２００〜３５０Ｖの高電圧を印加し、３０〜１５０ｍＡの電流を流すことにより、グロー放電を生じ、アルゴンの陽イオンが生成される。生成されたＡｒイオンは、陰極である円筒形試料１２の内面１２ａの陽極管３ｄ側の部分に衝突して、その部分を全周面にわたり均一にスパッタリングする。
【００１７】
上述のように円筒形試料１２の内面１２ａからたたき出されて剥離した原子は、Ａｒイオンまたは電子によって励起され、再び基底状態に戻る際に元素固有の光を放出する。この光Ｌは、窓板１３を透過し、図２の入射スリット１４を通して、分光器１５の回析格子１６に向かう。この回析格子１６は、所定の波長の光を回析させ、出射スリット１７を通して、光電子増倍管１８に入射させる。光電子増倍管１８は入射した光の強度を測定する。
【００１８】
一方、円筒形試料１２の内面１２ａは、前記Ａｒイオンの衝突によりスパッタリングされ、円筒形試料１２の内径は時間の経過とともに徐々に大きくなる。こうして、前記測定強度をスパッタリング時間の経過とともに測定して、分析元素の時間経過に対するスペクトルを得て、このスペクトルから、周知の方法により円筒形試料１２の内面１２ａについて外径方向の深さに対する元素の濃度分布を得る。ここで、試料台１１を形成する元素は既知であって、その元素を示す光の測定強度が除外されることにより、円筒形試料１２の内面１２ａのみの元素の分析を正確に行える。
【００１９】
このように、本実施形態の装置によれば、試料台１１の保持孔１１ａに、円筒形試料１２が陽極管３ｄと同軸に配置されるように挿入されるので、特殊形状の陽極管や円筒形試料を縦割りにする作業が不要で、しかも分析対象面である円筒形試料の内面１２ａを均一にスパッタリングできる。
【００２０】
なお、本実施形態の装置において、図３に示すように、試料台１１が、円筒形試料１２と内径および外径が等しい円筒形で分析対象元素を含まないスペーサ１１ｃを有してもよい。このようなスペーサ１１ｃであって高さの相異なるものを用意しておき、適宜円筒形試料１２の前後に連ねて試料台１１の保持孔１１ａに挿入することにより、円筒形試料１２の軸方向Ｚの位置を、スパッタリングを均一に行うための最適な位置に調整することができる。
【符号の説明】
【００２１】
２  支持ブロック
３  陽極ブロック
３ｂ，３ｃ  減圧手段（真空排気孔）
３ｄ  陽極管
９  給電手段（電源部）
１１  試料台
１１ａ  保持孔
１１ｃ  スペーサ
１２  円筒形試料
１２ａ  円筒形試料の内面
Ｚ  円筒形試料の軸方向
【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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