(57)【要約】【課題】レーザ光の照射位置を超音速分子ジェットに合わせることが容易な超音速分子ジェット分光分析装置を提供する。【解決手段】超音速分子ジェット分光分析装置は、試料導入部１０と、真空チャンバ２０と、レーザ光源３０と、標的４０と、分析部５０とからなる。試料導入部１０は、試料ガスを噴出するノズル孔１１を有する。真空チャンバ２０は、試料導入部１０を接続するための接続孔２１と、レーザ光を導入するための真空窓２２とを有する。レーザ光源３０は、真空チャンバ２０の真空窓２２から真空チャンバ２０内にレーザ光を照射する。標的４０は、試料導入部１０のノズル孔１１近傍に配置され、少なくとも試料導入部１０のノズル孔１１の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせるために用いられる。分析部５０は、レーザ光源３０から照射されるレーザ光を利用して試料ガスを分析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音速分子ジェットを用いて試料ガスの分光分析が可能な超音速分子ジェット分光分析装置であって、該超音速分子ジェット分光分析装置は、
試料ガスを噴出するノズル孔を有する試料導入部と、
前記試料導入部を接続するための接続孔と、レーザ光を導入するための真空窓とを有する真空チャンバであって、試料導入部がノズル孔の軸方向に移動可能に接続孔に接続され、真空チャンバ内に噴出される試料ガスが超音速分子ジェットとなる、真空チャンバと、
前記真空チャンバの真空窓から真空チャンバ内にレーザ光を照射可能なレーザ光源と、
前記試料導入部のノズル孔近傍に配置され、少なくとも試料導入部のノズル孔の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせるために用いられる標的と、
レーザ光源から照射されるレーザ光を利用して試料ガスを分析する分析部と、
を具備することを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音速分子ジェット分光分析装置において、前記標的は、ノズル孔近傍からノズル孔の軸に平行に延在する棒状体からなり、レーザ光の照射位置合わせ時にはノズル孔の軸と棒状体の延在方向の軸とがレーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置されると共に、レーザ光の照射位置合わせ後にはノズル孔の軸を中心に試料導入部が回転され棒状体の延在方向の軸がレーザ光の光路から外れるように構成されることを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音速分子ジェット分光分析装置において、前記標的は、さらに、試料導入部のノズル孔の軸方向に対するレーザ光の照射位置も合わせられるように、ノズル孔からノズル孔の軸方向の距離が分かるように構成されることを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の超音速分子ジェット分光分析装置において、前記標的は、レーザ光の照射位置合わせ後には分析部に影響を及ぼさない位置に移動されることを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音速分子ジェット分光分析装置において、前記標的は、試料導入部の先端の側面部に配置され、レーザ光の照射位置合わせ時には試料導入部の先端がレーザ光の光路に交差するような位置まで移動されると共に、レーザ光の照射位置合わせ後は試料導入部がノズル孔の軸方向に沿って試料ガス噴出方向の反対方向に移動され試料導入部の先端がレーザ光の光路から外れるように構成されることを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音速分子ジェット分光分析装置において、前記標的は、ノズル孔近傍からノズル孔の軸に平行に延在する板状体からなり、該板状体はレーザ光が通過可能なスリット又は孔を有し、ノズル孔の軸と板状体の延在方向の軸とがレーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置されることを特徴とする超音速分子ジェット分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音速分子ジェット分光分析装置に関し、特に、レーザ光の照射位置合わせを容易にした超音速分子ジェット分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音速分子ジェット分光分析装置は、スペクトル構造を極めて単純にできるため分子構造の研究等において有力な手段として知られている。超音速分子ジェットは、ノズルから試料を真空中に噴出させて極低温分子を作ることで、試料の分子固有の性質を理想的な環境にすることができるものである。このため、超音速分子ジェット分光分析装置は、シグナル強度が飛躍的に強くなると共に、他の物質の干渉を受けにくいことから、高感度分析装置として知られている。
【０００３】
超音速分子ジェット分光分析装置による試料の測定には、多様なスペクトル計測法が利用可能である。例えば、レーザ光を用いて吸光測定するもの、励起スペクトルを測定するもの、レーザ光によりイオン化して２次イオンの質量スペクトルを測定するもの等がある（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０６９８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音速分子ジェット分光分析装置において、超音速分子ジェットを形成するためのノズル孔は、その直径が５０μｍ程度と非常に小さい。そして、超音速分子ジェットは、このノズル孔の直下にのみにしか形成されない。このノズル孔の直下にレーザ光の照射位置を合わせることは、従来非常に困難であった。従来、このような超音速分子ジェットにレーザ光を照射する際には、レーザ光の照射位置を最適な位置に合わせるために、例えば分析結果を見ながらスペクトルが強く出るような照射位置を探るような作業が必要であった。したがって、試料が無駄になったりセッティングに多くの時間が取られてしまう等の問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、レーザ光の照射位置を超音速分子ジェットに合わせることが容易な超音速分子ジェット分光分析装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による超音速分子ジェット分光分析装置は、試料ガスを噴出するノズル孔を有する試料導入部と、試料導入部を接続するための接続孔と、レーザ光を導入するための真空窓とを有する真空チャンバであって、試料導入部がノズル孔の軸方向に移動可能に接続孔に接続され、真空チャンバ内に噴出される試料ガスが超音速分子ジェットとなる、真空チャンバと、真空チャンバの真空窓から真空チャンバ内にレーザ光を照射可能なレーザ光源と、試料導入部のノズル孔近傍に配置され、少なくとも試料導入部のノズル孔の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせるために用いられる標的と、レーザ光源から照射されるレーザ光を利用して試料ガスを分析する分析部と、を具備するものである。
【０００８】
ここで、標的は、ノズル孔近傍からノズル孔の軸に平行に延在する棒状体からなり、レーザ光の照射位置合わせ時にはノズル孔の軸と棒状体の延在方向の軸とがレーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置されると共に、レーザ光の照射位置合わせ後にはノズル孔の軸を中心に試料導入部が回転され棒状体の延在方向の軸がレーザ光の光路から外れるように構成されるものであれば良い。
【０００９】
また、標的は、さらに、試料導入部のノズル孔の軸方向に対するレーザ光の照射位置も合わせられるように、ノズル孔からノズル孔の軸方向の距離が分かるように構成されるものであっても良い。
【００１０】
また、標的は、レーザ光の照射位置合わせ後には分析部に影響を及ぼさない位置に移動されるものであれば良い。
【００１１】
また、標的は、試料導入部の先端の側面部に配置され、レーザ光の照射位置合わせ時には試料導入部の先端がレーザ光の光路に交差するような位置まで移動されると共に、レーザ光の照射位置合わせ後は試料導入部がノズル孔の軸方向に沿って試料ガス噴出方向の反対方向に移動され試料導入部の先端がレーザ光の光路から外れるように構成されるものであっても良い。
【００１２】
また、標的は、ノズル孔近傍からノズル孔の軸に平行に延在する板状体からなり、該板状体はレーザ光が通過可能なスリット又は孔を有し、ノズル孔の軸と板状体の延在方向の軸とがレーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置されるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超音速分子ジェット分光分析装置には、レーザ光の照射位置を超音速分子ジェットに合わせることが容易であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の全体構成を説明するための概略図である。
【図２】図２は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第１実施例の標的を説明するための概略図である。
【図３】図３は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第２実施例の標的を説明するための概略側面図である。
【図４】図４は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第３実施例の標的を説明するための概略側面図である。
【図５】図５は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第４実施例の標的を説明するための概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の全体構成を説明するための概略図である。なお、図示例では、レーザ光を用いて吸光測定するものや励起スペクトルを測定するものを例に示したが、本発明はこれに限定されず、レーザ光によりイオン化してイオンの質量スペクトルを測定するもの等であっても良い。
【００１６】
本発明の超音速分子ジェット分光分析装置は、超音速分子ジェットを用いて試料ガスＧの分光分析が可能なものであり、試料導入部１０と、真空チャンバ２０と、レーザ光源３０と、標的４０と、分析部５０とから主に構成されている。
【００１７】
試料導入部１０は、試料ガスＧを噴出するノズル孔１１を有するものである。ノズル孔１１は、試料導入部１０の先端に設けられていれば良い。試料導入部１０は、ノズル孔１１から試料ガスＧを真空中に噴出させる。ノズル孔１１は、例えば５０μｍ程度の非常に小さい孔である。高圧の試料ガスＧを、ノズル孔１１から後述の真空チャンバ２０内、即ち、真空中に噴出すると、試料ガスＧの分子は、ノズル孔１１から出た直後は互いに激しく衝突し合いながら全体として分子流を形作る。このときの分子の速度は、音速の数十倍となっている。そして、気体状態で極低温状態、例えば絶対零度付近まで冷却される。これが超音速分子ジェットである。この超低温状態の分子は、互いに衝突せず分子間の相互作用も無視できる状態であり、またスペクトルには分子振動に基づく鋭いピークが現れるものである。超音速分子ジェット分光分析装置は、この超音速分子ジェットを用いて試料ガスを分光分析する装置である。試料導入部１０は、超音速分子ジェットを形成可能なノズル孔を有するものであれば、従来の又は今後開発されるべきあらゆるものが適用可能である。
【００１８】
真空チャンバ２０は、真空チャンバ２０内に噴出される試料ガスＧが超音速分子ジェットとなるように、内部が真空とされるものである。真空チャンバ２０は、真空ポンプ（図示せず）により真空チャンバ内のガスを引き内部を真空にする。そして、真空チャンバ２０は、接続孔２１と、真空窓２２とを有する。接続孔２１は、試料導入部１０を接続するための孔である。試料導入部１０は、ノズル孔１１の軸方向に移動可能に接続孔２１に接続される。即ち、接続孔２１から真空窓２２までの間で試料導入部１０の先端（ノズル孔１１）の位置を任意に移動可能に構成されている。真空チャンバ２０内が真空状態を保てるように、接続孔２１は適宜シールされる。そして、真空窓２２は、レーザ光を導入するために設けられるものである。真空窓２２は、偏向及び散乱の無い透過が得られるような窓材からなるものである。真空窓２２は、例えば真空チャンバに設けられるフランジに嵌合され固定されれば良い。また、図示例では、レーザ光を導入するために設けられる真空窓２２の他に、真空窓２３が設けられている。真空窓２３は、例えば超音速分子ジェットを通過してきたレーザ光を後述の分析部５０に導くための窓である。真空チャンバ２０についても、従来の又は今後開発されるべきあらゆるものが適用可能である。
【００１９】
レーザ光源３０は、真空チャンバ２０の真空窓２２から真空チャンバ２０内にレーザ光を照射可能なものである。レーザ光源３０は、例えばレーザ光の波長を掃引可能なものであれば良い。これにより、レーザ光によって超音速分子ジェットから発生する励起スペクトルを後述の分析部５０により分析可能となる。また、レーザ光源３０は、超音速分子ジェットの分子をイオン化可能なレーザ光を照射可能なものであっても良い。レーザ光源３０から照射されるレーザ光の照射位置は、少なくとも試料導入部１０のノズル孔１１の軸に交差する方向に対して制御可能であれば良い。レーザ光源３０についても、従来の又は今後開発されるべきあらゆるものが適用可能である。
【００２０】
そして、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の最も特徴的な部分である標的４０は、レーザ光の照射位置を合わせるために用いられるものである。より具体的には、標的４０は、少なくとも試料導入部１０のノズル孔１１の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせるために用いられる。標的４０は、試料導入部１０のノズル孔１１近傍に配置されるものである。ノズル孔１１近傍に配置される標的４０に対してレーザ光源３０から照射されるレーザ光の照射位置を合わせれば、超音速分子ジェットにレーザ光を確実に照射可能となる。
【００２１】
分析部５０は、レーザ光源から照射されるレーザ光を利用して試料ガスを分析するものである。例えば超音速分子ジェットから発生する励起スペクトル計測が可能なものであれば良い。また、飛行時間型質量分析装置等、２次イオンの質量スペクトルを測定可能な分析部５１を用いても良い。分析部も、従来の又は今後開発されるべきあらゆるものが適用可能である。
【００２２】
以下、標的についてより具体的に説明する。図２は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第１実施例の標的を説明するための概略図であり、図２（ａ）が照射位置合わせ前の状態の試料導入部の底面図及び側面図であり、図２（ｂ）が照射位置合わせ後の状態の試料導入部の底面図及び側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第１実施例の標的４０は、棒状体からなるものである。そして、棒状体の標的４０は、ノズル孔１１近傍からノズル孔１１の軸に平行に延在している。試料導入部１０は、ノズル孔１１の軸を中心に回転可能に構成されている。これは、真空チャンバ２０の接続孔２１に対して試料導入部１０が回転可能に挿入されれば良い。なお、棒状体の標的４０は、例えばステンレス等の金属から構成されれば良く、またレーザ光が照射されると散乱しレーザ光が当たったことが容易に目視可能なように構成されることが好ましい。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示されるように、レーザ光の照射位置合わせ時には、ノズル孔１１の軸と棒状体の標的４０の延在方向の軸とが、レーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置される。即ち、真空窓２２から真空窓２３の方向に向かってノズル孔１１の軸と標的４０の軸が並ぶように配置される。なお、図示例ではレーザ光源３０（真空窓２２）の側に標的４０が配置されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、分析部５０（真空窓２３）の側に標的４０が配置されても良い。
【００２４】
そして、レーザ光源３０のレーザ光の照射位置を動かして、レーザ光が標的４０に当たるようにレーザ光の照射位置を合わせる。具体的には、少なくとも試料導入部１０のノズル孔１１の軸に交差する方向（図２の底面図の図面上で上下方向）に対するレーザ光の照射位置を合わせる。これは、レーザ光が標的４０に当たり標的４０からレーザ光が散乱したこと等を、例えば目視により確認すれば良い。なお、真空チャンバ２０には、適宜目視可能な窓が設けられていれば良い。
【００２５】
また、標的として、例えばフォトダイオード等、光電変換素子を用いることで、電気的にレーザ光が標的に当たったことを判断可能なように構成しても良い。
【００２６】
レーザ光が標的４０に当たると、このレーザ光の光路に並ぶようにノズル孔１１の軸と標的４０の軸が配置されていることから、レーザ光はノズル孔１１の直下を通ることになる。
【００２７】
その後、図２（ｂ）に示されるように、レーザ光が標的４０に当たるようにレーザ光の照射位置を合わせた後は、ノズル孔１１の軸を中心に試料導入部１０が回転させられる。即ち、棒状体の標的４０の延在方向の軸がレーザ光の光路から外れるように試料導入部１０が回転させられる。具体的には、試料導入部１０を、ノズル孔１１の軸を中心に９０度回転させる。なお、試料導入部１０の回転は必ずしも図示例の状態に限定されるものではなく、標的４０の延在方向の軸がレーザ光の光路から外れるように回転させられれば良い。これにより、レーザ光の光路はノズル孔１１の直下を通り真空窓２３を通って分析部５０に到達することになる。したがって、分析時には標的４０の影響を受けることなく、レーザ光を超音速分子ジェットに照射可能となる。このように、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置は、容易にノズル孔１１の直下にレーザ光の照射位置を合わせることが可能となる。
【００２８】
上述の本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第１実施例の標的は、少なくとも試料導入部１０のノズル孔１１の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせるために利用可能なものである。ここで、ノズル孔１１からの距離が離れると、超音速分子ジェットの極低温状態が失われるため、用途によってはノズル孔１１までの距離も制御したい場合も生じ得る。そこで、以下に説明する第２実施例の標的は、さらにノズル孔の軸方向に対するレーザ光の照射位置も合わせられるように構成されるものである。
【００２９】
図３は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第２実施例の標的を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第２実施例の標的４０は、ノズル孔１１からノズル孔１１の軸方向の距離が分かるように構成されている。具体的には、標的４０には、例えば図３（ａ）に示されるように、目盛り４１が付されている。標的４０に付された目盛り４１を用いて照射位置を合わせることで、試料導入部１０のノズル孔１１の軸方向に対するレーザ光の照射位置も合わせることが可能となる。即ち、ノズル孔１１からノズル孔１１の軸方向の距離が正確に分かるようになる。したがって、例えば１０ｍｍといった具体的な距離にレーザ光の照射位置を合わせるように、試料導入部１０の抜き挿し位置を調整することが可能となる。
【００３０】
なお、試料導入部１０の抜き挿し位置は変えずに、レーザ光源のレーザ光の照射位置をノズル孔１１の軸方向に動かしても良い。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示されるように、標的４０は、先端に例えば的４２を有するように構成されても良い。的４２までの距離を超音速分子ジェットに対して最適な距離となるように構成しておけば、的４２に照射位置を合わせることで、試料導入部１０のノズル孔１１の軸方向に対するレーザ光の照射位置を合わせることが可能となる。
【００３２】
本発明の超音速分子ジェット分光分析装置は、上述のような標的を用いることで、容易にレーザ光の照射位置合わせが可能となる。そして、レーザ光の照射位置合わせ後には、標的４０が分析部５０に影響を及ぼさない位置に移動されれば良い。即ち、例えば試料導入部１０を９０度回転させて標的４０を移動するが、標的４０が移動される位置が、分析部５０に影響を与えない位置であることが好ましい。具体的には、例えば飛行時間型質量分析装置等を用いる場合には、２次イオンの放出方向や加速電極に影響を与える位置に標的４０が配置されないようにすれば良い。
【００３３】
次に、図４を用いてさらに他の標的について説明する。図４は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第３実施例の標的を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第３実施例の標的４０は、試料導入部１０の先端の側面部に配置されている。即ち、これまでの実施例では、試料導入部１０の直下側に標的が配置されるものであったが、第３実施例では、試料導入部１０のノズル孔１１よりも上側に標的が配置されるものである。具体的には、試料導入部１０のノズル孔１１が設けられるフランジ側面や、試料導入部１０の導入管側面等に、ノズル孔の軸方向を長手方向とする長方形の標的４０が配置されている。なお、図示例では長方形の標的４０を示したが、本発明はこれに限定されず、少なくとも試料導入部のノズル孔の軸に交差する方向に対するレーザ光の照射位置を合わせることができれば、円形等の標的であっても良い。また、標的４０は、レーザ光が照射されると散乱しレーザ光が当たったことが容易に目視可能なように構成されることが好ましい。
【００３４】
この例では、まず、レーザ光の照射位置合わせ時には、図４（ａ）に示されるように、試料導入部１０の先端がレーザ光の光路に交差するような位置まで移動される。即ち、試料導入部１０の抜き挿し位置を調整することで、レーザ光の光路に到達する程度奥まで試料導入部１０を配置する。なお、説明の都合上、図面上では左方向からレーザ光が照射されるように示されているが、実際には標的４０の正面に向かってレーザ光が照射される。標的４０は、レーザ光が照射されると散乱しレーザ光が当たったことが容易に目視可能なように構成されることが好ましい。
【００３５】
また、この例でも、標的として、例えばフォトダイオード等、光電変換素子を用いることで、電気的にレーザ光が標的に当たったことを判断可能なように構成しても良い。
【００３６】
そして、レーザ光の照射位置合わせ後は、図４（ｂ）に示されるように、試料導入部１０がノズル孔１１の軸方向に沿って試料ガス噴出方向の反対方向に移動される。これにより、試料導入部１０の先端がレーザ光の光路から外れるように構成されることになる。
【００３７】
本発明の超音速分子ジェット分光分析装置は、このように構成されても、容易にノズル孔１１の直下にレーザ光の照射位置を合わせることが可能となる。
【００３８】
さらに、図５を用いてさらに他の標的について説明する。図５は、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置の第４実施例の標的を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第４実施例の標的４０は、ノズル孔１１近傍からノズル孔１１の軸に平行に延在する板状体からなるものである。そして、板状体の標的４０は、レーザ光が通過可能なスリット４３（図５（ａ））又は孔４４（図５（ｂ））を有している。また、ノズル孔１１の軸と板状体の標的４０の延在方向の軸とが、レーザ光の光路に交差する方向に並ぶような位置に配置される。即ち、真空窓２２から真空窓２３の方向に向かってノズル孔１１の軸と標的４０の軸が並ぶように配置されれば良い。
【００３９】
この例では、レーザ光の照射位置合わせ時には、レーザ光の光路がスリット４３又は孔４４を通るようにレーザ光源３０及び／又は試料導入部１０を用いて調整する。そして、レーザ光の照射位置合わせ後は、試料導入部１０を回転したり移動したりすることなく、このままの状態で分光分析可能である。即ち、このように構成されると、レーザ光の照射位置合わせに用いる標的４０がレーザ光の光路に影響を及ぼさないため、レーザ光の照射位置合わせをした状態のまま、分光分析が可能となる。
【００４０】
このように、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置によれば、レーザ光の照射位置を超音速分子ジェットに合わせることが容易に可能となる。
【００４１】
なお、本発明の超音速分子ジェット分光分析装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    試料導入部
１１    ノズル孔
１２    スリット
１３    孔
２０    真空チャンバ
２１    接続孔
２２，２３    真空窓
３０    レーザ光源
４０    標的
４１    目盛り
４２    的
４３    スリット
４４    孔
５０    分析部
【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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