(57)【要約】【課題】パルスレーザ光Ｌを透過するガラスや樹脂、パルスレーザ光Ｌを反射する鏡や金属などの試料12をレーザ光ブレイクダウン分光分析によって再現性よく安定して元素分析できる分析装置11を提供する。【解決手段】試料12の表面に、パルスレーザ光Ｌを吸収するレーザ光吸収層を設ける。レーザ光吸収層は、金メッキ材料のメッキ処理、カーボン材料の塗装処理、テープの接着処理のいずれかで設ける。試料12にパルスレーザ光Ｌを集光照射することにより、レーザ光吸収層により試料12の表面での安定したパルスレーザ光Ｌの吸収およびプラズマの生成が可能となる。試料12がパルスレーザ光Ｌを受けて生成するプラズマＰから放出される蛍光Ｆを検出し、検出した蛍光Ｆから試料12の元素分析をする。【選択図】図１
2009288068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面にレーザ光を吸収するレーザ光吸収層を設け、
前記試料にレーザ光を集光照射し、
前記試料が前記レーザ光を受けて生成するプラズマから放出される蛍光を検出し、検出された蛍光から前記試料の元素分析をする
ことを特徴とする分析方法。
【請求項２】
レーザ光吸収層は、試料の表面にレーザ光吸収材料のメッキ処理、塗装処理および接着処理のいずれかで設けている
ことを特徴とする請求項１記載の分析方法。
【請求項３】
表面にレーザ光を吸収するレーザ光吸収層を設けた試料と、
レーザ光を発生するレーザ発振器と、
前記レーザ光を前記試料に集光照射する光学系と、
前記試料が前記レーザ光を受けて生成するプラズマから放出される蛍光を検出し、検出された蛍光から前記試料の元素分析をする分析手段と
を具備していることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
レーザ光吸収層は、試料の表面にレーザ光吸収材料のメッキ処理、塗装処理および接着処理のいずれかで設けられている
ことを特徴とする請求項３記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料にレーザ光を照射し、試料に含まれる元素を検出し定量する分析方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、試料に含まれる各種の元素を検出し定量する分析技術は、多くの分野で適用されている。例えば、電子機器のガラス表面に付着した物質や内部に混入した物質の元素を検出して定量化することは、機器の信頼性向上や性能向上のために重要になっている。また、食品の品質管理や廃棄物に含まれる元素を検出し定量することは、食品安全性や環境汚染防止のうえで大切である。
【０００３】
この分析技術としては、蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ発光分析などがあるが、レーザ光を用いた新しい分析技術としてレーザ光ブレイクダウン（Laser Induced Breakdown：ＬＩＢ）分光分析がある（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
このレーザ光ブレイクダウン分光分析は、パルスレーザ光を試料に集光照射して生じるプラズマからの蛍光をスペクトル分光分析するもので、簡便で多種の元素分析に適用できるという特長がある。
【特許文献１】特開平１１−３１１６０６号公報（第３頁、図１−５）
【特許文献２】特開２０００−１２１５５８号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーザ光ブレイクダウン分光分析においては、元素から発せられる蛍光を検出しているが、パルスレーザ光を透過するガラスや樹脂、あるいはパルスレーザ光を反射する鏡や金属では、レーザ光ブレイクダウンの発生に大きな変動が生じ、これにより生成される蛍光強度のばらつきが大きく、測定精度およびその再現性に問題がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、レーザ光を透過するガラスや樹脂、あるいはレーザ光を反射する鏡や金属などの試料をレーザ光ブレイクダウン分光分析によって再現性よく安定して元素分析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】
【０００７】
本発明の分析方法は、試料の表面にレーザ光を吸収するレーザ光吸収層を設け、前記試料にレーザ光を集光照射し、前記試料が前記レーザ光を受けて生成するプラズマから放出される蛍光を検出し、検出された蛍光から前記試料の元素分析をするものである。
【０００８】
また、本発明の分析装置は、表面にレーザ光を吸収するレーザ光吸収層を設けた試料と、レーザ光を発生するレーザ発振器と、前記レーザ光を前記試料に集光照射する光学系と、前記試料が前記レーザ光を受けて生成するプラズマから放出される蛍光を検出し、検出された蛍光から前記試料の元素分析をする分析手段とを具備しているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レーザ光を透過するガラスや樹脂、あるいはレーザ光を反射する鏡や金属などの試料をレーザ光ブレイクダウン分光分析によって再現性よく安定して元素分析できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、分析装置（元素分析装置）11は、元素分析する試料12に対しレーザ光ブレイクダウン用のレーザ光としてのパルスレーザ光Ｌを照射し、この試料12がプラズマ化して発生する蛍光Ｆを集光し、この蛍光Ｆの波長および強度から試料12に含有する元素およびその含有量を定量する。
【００１２】
分析装置11は、主要な構成として、試料12を配置する移動機構14、パルスレーザ光Ｌを発生するレーザ発振器15、このパルスレーザ光Ｌを試料12に集光照射するとともに試料12がパルスレーザ光Ｌを受けて生成するプラズマＰから放出される蛍光Ｆを取り出す光学系16、この取り出される蛍光Ｆを検出し、検出された蛍光Ｆから試料12の元素分析をする分析手段17を備えている。
【００１３】
移動機構14は、試料12を上面に保持してレーザ光照射位置を移動させるステージ19を備えている。このステージ19は、例えばＸＹステージや回転ステージが用いられ、ステージコントローラ20によって制御される。
【００１４】
レーザ発振器15は、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザ光を発振するＹＡＧレーザ発振器が用いられている。このレーザ発振器15にはレーザ電源22が接続され、タイミングコントローラ23からパルスレーザ光Ｌを発振するタイミングを規定するレーザ制御信号がレーザ電源22に入力されることにより、このレーザ電源22によってレーザ発振器15からパルスレーザ光Ｌを発振させる。
【００１５】
また、光学系16は、筒状の光学系本体25を備え、この光学系本体25の側部に、レーザ発振器15から発振したパルスレーザ光Ｌを伝送してくるレーザ伝送用光ファイバ26が接続されているとともに、取り出した蛍光Ｆを分析手段17に伝送する蛍光伝送用光ファイバ27が接続されている。
【００１６】
光学系本体25には、光学系本体25の側部からレーザ伝送用光ファイバ26によって伝送されてくるパルスレーザ光Ｌを光学系本体25の先端側へ向けて反射させるとともに光学系本体25の先端側から取り込まれる可視光を透過させてパルスレーザ光Ｌと可視光とを分離するダイクロイックミラー28、光学系本体25の先端側へ向かうパルスレーザ光Ｌを透過させるとともに光学系本体25の先端側から取り込まれる蛍光Ｆを光学系本体25の側部の蛍光伝送用光ファイバ27へ向けて反射させてパルスレーザ光Ｌと蛍光Ｆとを分離するダイクロイックミラー29、光学系本体25の先端に配置されてパルスレーザ光Ｌを試料12に集光照射させるとともに蛍光Ｆを取り込むレーザ集光レンズ30、およびダイクロイックミラー29で反射する蛍光Ｆを集光して蛍光伝送用光ファイバ27に導入する蛍光集光レンズ31が設置されている。
【００１７】
光学系本体25の基端には、ダイクロイックミラー28を通過した可視光が入射し、試料12の表面の状態やレーザ光ブレイクダウンの発生状況を撮影するカメラ32が配設されている。
【００１８】
また、分析手段17は、蛍光伝送用光ファイバ27で伝送される蛍光Ｆを分光する分光器34、この分光器34で分光された蛍光Ｆを電気信号に変換する蛍光検出器35、およびこの蛍光検出器35で電気信号に変換された蛍光Ｆの波長および強度を収録するとともにこの蛍光Ｆの波長および強度から元素分析して試料12に含有する元素およびその含有量を定量するデータ収録計算機36を備えている。
【００１９】
蛍光検出器35およびデータ収録計算機36は、タイミングコントローラ23から上述したレーザ制御信号の出力のタイミングに一定の遅れをもったタイミングで蛍光検出のタイミングを規定する検出制御信号が入力され、所定の時間帯で生成される蛍光Ｆのみを測定する。
【００２０】
データ収録計算機36は、ステージコントローラ20を通じてステージ19を制御し、光学系16に対して試料12を移動させることにより、試料12のレーザ光照射位置を移動させる。そして、データ収録計算機36は、試料12のレーザ光照射位置を移動させて測定した測定結果から試料12の表面における元素の分布を求める。
【００２１】
次に、図２には試料12を示す。
【００２２】
この試料12は、例えば、パルスレーザ光Ｌが透過するガラスや樹脂、あるいはパルスレーザ光Ｌが反射する鏡や金属などであり、この試料12の表面にレーザ光吸収層41が形成されている。このレーザ光吸収層41は、レーザ光吸収材料としての金メッキ材料のメッキ処理、レーザ光吸収材料としてのカーボン材料の塗装処理、およびレーザ光吸収材料としてのテープの接着処理などで形成されている。
【００２３】
そして、試料12の分析方法について説明する。
【００２４】
表面にレーザ光吸収層41を形成した試料12をステージ19にセットする。
【００２５】
レーザ発振器15で発振したパルスレーザ光Ｌを光学系本体25のレーザ集光レンズ30によって試料12の表面に集光照射する。
【００２６】
試料12の表面にパルスレーザ光Ｌを照射すると、試料12の表面に存在する元素が瞬間的に気化し、その一部がプラズマ化する。いま、パルスレーザ光Ｌとして例えばパルスエネルギーを数十ｍＪ程度でパルス幅数ｎｓのＹＡＧレーザ光とすると、その出力はパルス的に１ＭＷの出力となる。このようなパルスレーザ光Ｌを試料12の表面に集光照射すると、いわゆるブレイクダウンが発生し、試料12の表面に存在する元素が電離されてプラズマＰが発生する。
【００２７】
このプラズマＰから蛍光Ｆが放出され、この蛍光Ｆを、レーザ集光レンズ30から光学系本体25内に取り込み、ダイクロイックミラー29で反射させるとともに蛍光集光レンズ31により蛍光伝送用光ファイバ27に導入し、分光器34に伝送する。
【００２８】
分光器34で蛍光Ｆを分光し、この分光器34で分光された蛍光Ｆを蛍光検出器35で電気信号に変換する。そして、データ収録計算機36により、電気信号に変換された蛍光Ｆの波長および強度を収録するとともに、この蛍光Ｆの波長および強度から元素分析して試料12に含有する元素およびその含有量を定量する。
【００２９】
なお、データ収録計算機36では、ブレイクダウン用のパルスレーザ光Ｌにより発生したプラズマＰの発光強度ないしは特定元素の発光ライン強度により、試料12の元素の含有率を補正する。これは、パルスレーザ光Ｌにより試料12がプラズマＰを生成する際のプラズマＰの大きさや温度特性は、試料12の表面の微細な凹凸などによって影響されるためである。
【００３０】
一般に、パルスレーザ光Ｌが透過するガラスや樹脂を測定する場合、図３の比較例に示すように、試料12の表面からパルスレーザ光Ｌを照射しても、このパルスレーザ光Ｌが透過するため、安定した測定を困難にしている。また、パルスレーザ光Ｌを反射する鏡や金属を測定する場合、図４の比較例に示すように、試料12の表面からパルスレーザ光Ｌを照射しても、このパルスレーザ光Ｌが反射するため、安定した測定を困難にしている。
【００３１】
これらの試料12を安定して測定するためには、試料12の表面での安定したパルスレーザ光Ｌの吸収およびプラズマの生成が有効である。
【００３２】
図５には、表面にカーボンが付着しているガラス製の試料12について測定を行った測定結果を示す。ガラスの主成分であるシリコンＳｉの蛍光強度が測定されている箇所は、付着物であるカーボンＣが存在している箇所のみであり、カーボンＣが付着していない箇所はパルスレーザ光Ｌが透過して、主成分のシリコンＳｉの蛍光が得られていないため、カーボンＣの濃淡によるレーザ光吸収量の多い箇所が蛍光強度が高くなっている。そのため、パルスレーザ光Ｌの透過した箇所とカーボンＣが付着してパルスレーザ光Ｌを吸収した箇所の測定結果に大きな変動が生じるため、カーボンＣの付着が少ないと測定が困難であった。
【００３３】
したがって、図２に示すように、試料12の表面にレーザ光吸収層41を形成することにより、試料12の表面での安定したパルスレーザ光Ｌの吸収およびプラズマの生成が可能となり、試料12の元素を安定して測定でき、レーザ光ブレイクダウン分光分析によって再現性よく安定して元素分析できる。
【００３４】
このとき、パルスレーザ光Ｌの照射によりレーザ光吸収層41の元素が検出される場合があっても、このレーザ光吸収層41の組成元素は明確であるため、レーザ光吸収層41の元素と他の物質の元素との区別が可能である。
【００３５】
また、試料12の表面の所定範囲での物質の付着を分析するような場合には、ステージ19によって試料12を移動させ、試料12の表面のレーザ光照射位置を逐次または連続的に変更しながら測定することにより、試料12の表面における元素の分布を測定できる。
【００３６】
なお、蛍光計測には分光器34を用いるのが一般的であるが、特定元素のみの計測でよければ、干渉フィルタを設置した光電子増倍管での計測も可能である。また、試料12中の検出すべき元素の含有率については標準試料と並行した測定により、当該波長の強度比で分析を行うことも可能である。
【００３７】
また、レーザ発振器15については、ＹＡＧレーザ光に限らず、レーザ光ブレイクダウンが可能なパルスレーザ光Ｌあればエキシマレーザ光などのレーザ光も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】同上分析装置においてレーザ光吸収層を設けた試料の側面図である。
【図３】比較例であってレーザ光を透過する試料の側面図である。
【図４】比較例であってレーザ光を反射する試料の側面図である。
【図５】試料の位置に対するシリコンおよびカーボンの蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
11    分析装置
12    試料
15    レーザ発振器
16    光学系
17    分析手段
41    レーザ光吸収層
Ｆ    蛍光
Ｌ    レーザ光としてのパルスレーザ光
Ｐ    プラズマ
【図１】
2009288068.tif 000003
【図２】
2009288068.tif 000004
【図３】
2009288068.tif 000005
【図４】
2009288068.tif 000006
【図５】
2009288068.tif 000007