JP2000310596A

JP2000310596A - 元素分析装置

Info

Publication number: JP2000310596A
Application number: JP11119326A
Authority: JP
Inventors: Masayo Nakane; 昌代中根; Kunihiko Nakayama; 邦彦中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】固体、液体、気体などの試料形態を問わず、
また、複雑な前処理工程を必要とせず、多種類の元素を
オンラインで、かつリアルタイムにて検出し、定量する
こと。【解決手段】元素分析装置はレーザ光の波長、出力お
よびレーザ光の照射タイミングを最適に保つ制御信号を
出力する制御装置１、与えられる指令に応じてレーザパ
ルスを発振する複数個のパルスレーザ装置３ａ、３ｂ、
３ｃ…３ｎ、試料照射用レーザ光を合成する合成装置
４、レーザ光を集光して試料に照射するレーザ集光レン
ズ５およびプラズマからの放射光を集光する蛍光集光レ
ンズ７を有する分析セル６、測定対象元素の固有の波長
を有する光を検出する蛍光測定装置８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は元素分析装置に係
り、特に試料へのレーザ照射により生じたプラズマから
の蛍光を測定することにより試料中に含まれる特定の元
素を定量する元素分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料中に含まれる各種元素を検出し、定
量する技術は、今日、様々な分野において利用が進み、
所期の目的を達成している。例としては、工業プラント
からの排煙、排水中に含まれる有害物質の分析、火力発
電、原子力発電の分野における冷却水中の不純物元素や
排気ガス中の成分分析などがあげられる。各種元素の分
析は主にオフラインで多くの専門の技術者および作業員
の手を煩わして分析し、定量することにより行われてい
る。

【０００３】たとえば、原子力発電プラントを例にとっ
て説明すると、従来の元素分析作業はフィルターに分析
対象元素をトラッピングすることによる濃縮作業と、各
種分析装置に応じたフィルターの前処理作業と、実際の
分析作業という、３つの段階から構成されている。この
ような元素分析においては原子力発電プラント特有の厳
しい水質管理基準に適合する精度の高い測定が求められ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した元素分析では
目的とする元素の検出および定量に３段階を経る必要が
ある。扱う試料が放射性物質のためにすべての作業は慎
重に進める必要があり、技術者および作業員は、作業
中、常時緊張を強いられる。

【０００５】また、多くの段階を綿密に決められた手順
を踏んで処理しなければならず、分析結果が判明するま
でに長時間を要し、タイムリーに分析データを提供する
ことができない。

【０００６】さらに、複雑な判定機器を扱う必要があ
り、作業が長引けば、それだけ被爆の危険性が増し、ま
た、作業員には法的規制によって１日の放射線被曝量が
制限されているため、同じ作業員が同一作業に長く従事
できなくなり、能率よく作業を進めることができない。
また、濃縮で使用したフィルタ等の廃棄物が発生し、多
量の廃棄物の処理に苦しむことが多くなる。

【０００７】本発明の目的は固体、液体、気体などの試
料形態を問わず、また、複雑な前処理工程を必要とせ
ず、多種類の元素をオンラインで、かつリアルタイムに
て検出し、定量することのできる元素分析装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に係る発明は試料に照射するレーザ光の波
長、出力およびレーザ光の照射タイミングを最適に保つ
制御信号を出力する装置と、与えられる指令に応じてレ
ーザパルスを発振する複数個のパルスレーザ装置と、与
えられる試料照射用レーザ光を合成する合成装置と、レ
ーザ光を集光して器内に導入した試料に照射するレーザ
集光レンズおよびレーザ光の照射された試料で発生した
プラズマからの放射光を集光する蛍光集光レンズを有す
る分析セルと、蛍光集光レンズで集光される光のうち、
測定対象元素の固有の波長を有する光を検出する蛍光測
定装置とを備えるものである。

【０００９】上記構成からなる元素分析装置においては
複数個のレーザパルス装置を用いて測定対象の元素の光
学特性に適合するレーザ光を発振させ、分析セル内の試
料に照射する。このとき、試料は分解して電離し、発生
したプラズマが当該元素固有の蛍光を放出する。このプ
ラズマからの放射光を蛍光測定装置において分光分析す
る。この蛍光測定装置による分光分析によって元素を同
定することが可能になり、さらに定量することができ
る。

【００１０】測定対象元素によってはレーザパルスを適
当な間隔をおいて連続的に照射する。この方法によれ
ば、蛍光量は大きく増加し、分析感度を良好に保つこと
が可能になる。たとえば、ボロン（Ｂ）、酸素（Ｏ）等
では最初のパルスに続いて２０μｓ程度遅延させて２つ
目のパルスを照射すると、放射光が増し、感度が向上す
ることが実験で確認されている。また、１パルスの照射
で得られる蛍光が少ない場合、複数回分の蛍光を積算し
てもよい。これによりＳ／Ｎ比（対象とする信号Ｓに対
するノイズ信号Ｎの比）を向上させることができる。

【００１１】さらに、請求項２に係る発明は分析セルが
検出可能な感度域に試料濃度を保つように試料濃度調整
装置を備えることを特徴とするものである。

【００１２】上記構成からなる元素分析装置において
は、元素分析中、流体試料濃度が濃くなり、測定レンジ
を超えたとき、試料濃度調整装置によって試料濃度をレ
ーザ光の照射で分光分析可能なある値まで下げる。この
試料濃度を下げることで、常に検出可能な感度域に保持
することが可能になる。

【００１３】また、請求項３に係る発明は分析セルが大
気または希ガス雰囲気において試料の薄膜状態を保持す
る薄膜生成装置を備えることを特徴とするものである。

【００１４】上記構成からなる元素分析装置においては
分析に掛けられる流体試料の性質からレーザ光または蛍
光の吸収が大きくて分光分析が難しいとき、液体薄膜生
成装置によって試料を薄膜状態に保持する。試料を薄膜
状態に保つことによりプラズマ生成効率が高くなり、ま
た蛍光の損失が減少し、検出感度を良好に保つことが可
能になる。

【００１５】さらに、請求項４に係る発明は薄膜生成手
段に代えて、大気または希ガス雰囲気で試料のミスト状
態を保つミスト生成装置を設けたことを特徴とするもの
である。

【００１６】上記構成からなる元素分析装置においては
分析に掛けられる流体試料の性質からレーザ光または蛍
光の吸収が大きくて分光分析が難しいとき、ミスト生成
装置によって試料をミスト状態に保持する。試料をミス
ト状態に保つことによりプラズマ生成効率が高くなり、
また蛍光の損失が減少し、検出感度を良好に保つことが
可能になる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は蛍光測定装置
がレーザ光の照射によって発生したプラズマからの照射
光のうち、測定対象元素の固有の波長の光を分光する分
光器と、この分光器からの光を検出する光電子増倍管と
を備えることを特徴とするものである。

【００１８】上記構成からなる元素分析装置においては
分光器と光電子増倍管との簡素な組み合わせにより分光
分析の検出感度を良好に保つことができる。

【００１９】また、請求項６に係る発明は分光器が測定
対象元素の波長に対応するプリズムまたは回析格子ある
いは干渉フィルタを備えることを特徴とするものであ
る。

【００２０】上記構成からなる元素分析装置においては
プリズムまたは回析格子あるいは干渉フィルタと光電子
増倍管との簡素な組み合わせにより分光分析の検出感度
を良好に保つことができる。

【００２１】また、請求項７に係る発明は分光器に代え
て、ハンドパスフィルタを設けたことを特徴とするもの
である。

【００２２】上記構成からなる元素分析装置においては
バンドパスフィルタと光電子増倍管との簡素な組み合わ
せにより分光分析の検出感度を良好に保つことができ
る。

【００２３】さらに、請求項８に係る発明は光電子増倍
管に代えて、フォトダイオートアレイまたはフォトトラ
ンジスタアレイもしくは電荷結合素子を設けたことを特
徴とするものである。

【００２４】上記構成からなる元素分析装置においては
分光器とフォトダイホードアレイまたはフォトトランジ
スタアレイもしくは電荷結合素子との簡素な組み合わせ
により分光分析の検出感度を良好に保つことができる。

【００２５】また、請求項９に係る発明は、さらに、合
成装置から分析セルのレーザ集光レンズにかけての光伝
送路にレーザ光伝送用光ファイバを具備すると共に、分
析セルの蛍光集光レンズから蛍光測定装置にかけての光
伝送路に蛍光伝送用光ファイバを備え、元素分析に伴う
作業を遠隔操作で行うようにしたことを特徴とするもの
である。

【００２６】上記構成からなる元素分析装置においては
試料照射用レーザ光およびプラズマからの放射光を光フ
ァイバによって伝送することで、元素分析に伴う多くの
作業を遠隔操作によって行うことができる。これによ
り、測定対象の試料を扱う場所と分析室との完全な隔離
を図ることが可能になり、人体に有害な試料を扱うよう
なときも、人体が危険にさらされるのを回避することが
できる。

【００２７】さらに、請求項１０に係る発明はレーザ光
伝送用光ファイバおよび蛍光伝送用光ファイバに代え
て、多バンドル光ファイバを設けたことを特徴とするも
のである。

【００２８】上記構成からなる元素分析装置においては
試料照射用レーザ光およびプラズマからの放射光を伝送
する光伝送路を多バンドル光ファイバによって構成する
ので、それぞれの光伝送路を専用の光ファイバを用いて
構成するものと比べて、光伝送路を簡素化することが可
能になる。また、元素分析装置全体を小型化することが
できる。

【００２９】また、請求項１１に係る発明は分析セルの
レーザ集光レンズおよび蛍光集光レンズに代えて、試料
照射用レーザ光を集光すると共に、試料で発生したプラ
ズマからの放射光を集光する集光レンズを設け、合成装
置から集光レンズにかけてのレーザ光用光伝送路および
集光レンズから合成装置にかけての蛍光用光伝送路を単
一の光ファイバによって構成し、レーザ光および蛍光の
双方を単一の光ファイバを通して伝送するようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００３０】上記構成からなる元素分析装置においては
合成装置から集光レンズにかけてのレーザ光用光伝送路
および集光レンズから合成装置にかけての蛍光用光伝送
路を単一の光ファイバによって構成するので、試料照射
用レーザ光およびプラズマからの放射光を伝送する光伝
送路をそれぞれ専用の光ファイバを用いて構成するもの
と比べて、光伝送路を簡素化することができる。また、
元素分析装置全体を小型化することが可能になる。

【００３１】さらに、請求項１２に係る発明はパルスレ
ーザ装置が次の群から運ばれる１つないし複数のレーザ
光源を有することを特徴とするものである。

【００３２】パルスＮｄ：ＹＡＧレーザ（基本波および
高調波）、エキシマレーザ、ＯＰＯレーザ、色素レー
ザ、半導体レーザ、銅蒸気レーザ、炭素ガスレーザ、窒
素ガスレーザ上記構成からなる元素分析装置においては多種類にわた
る元素の分析において広範な波長および出力を有するパ
ルスレーザを発振することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態を図１を参照して説明する。この元素分
析装置は制御装置１、タイミング制御装置２、パルスレ
ーザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎ、合成装置４、レーザ
集光レンズ５、分析セル６、蛍光集光レンズ７、蛍光測
定装置８、表示装置９、光ファイバ１０およびケーブル
１１ａ、１１ｂ、１１ｃから構成されている。

【００３４】制御装置１は測定対象元素に従い照射方式
およびパルスレーザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎを選定
する。また、パルスタイミング、試料濃度および蛍光測
定タイミングを制御する。さらに、制御装置１は蛍光測
定装置８からの出力信号を入力し、内蔵の計算機で濃度
を算出し、得られた結果を表示装置９に表示する。

【００３５】タイミング制御装置２は照射方式およびパ
ルスタイミング信号に合わせてパルスレーザ装置３ａ、
３ｂ、３ｃ…３ｎにレーザ発射信号を出力する。また、
パルスタイミング信号と同期した蛍光測定タイミング信
号を出力する。

【００３６】パルスレーザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎ
はそれぞれ短波長から長波長までの異なるレーザパルス
を発振する。また、レーザ出力がそれぞれのパルスレー
ザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎにおいて相違する。さら
に、パルスレーザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎはレーザ
光源として、望ましくは、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザ
（基本波および高調波）を有する。上記ＹＡＧレーザに
代わる望ましいレーザ光源はエキシマレーザ（ＸｅＣ
ｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ等の希ガスハライド）、ＯＰＯレー
ザ、色素レーザ、半導体レーザ、銅蒸気レーザ、炭酸ガ
スレーザ、窒素ガスレーザ等のパルスレーザである。

【００３７】また、合成装置４はパルスレーザ装置３
ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎからのレーザ光を合成する。レー
ザ集合レンズ５はレーザ光を集光し、分析セル６内に導
入する流体試料に照射する。蛍光集光レンズ７はレーザ
光の照射で発生したプラズマからの放射光を集光し、蛍
光測定装置８に導く。さらに、蛍光測定装置８は分光器
と光電子増倍管とを備え、プラズマからの放射光のう
ち、測定対象元素の固有の波長のみを分光器で分光し、
光電子増倍管で検出する。表示装置９は制御装置１の計
算機で表示処理された測定データを表示する。

【００３８】分析セル６は流体試料濃度が常に安定に推
移し、分光分析に影響を与えないものであれば、後記の
試料濃度調整装置を設ける必要はない。しかし、採取す
る流体試料が常時濃度に関し変動することが予想される
場合、何らかの試料濃度調整のための手段を備えること
が望ましい。

【００３９】本実施の形態は上記構成からなり、制御装
置１において測定対象の元素に応じて照射方法が選択さ
れ、いずれかのパルスレーザ装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３
ｎに発振指令が与えられる。たとえば、ダブルパルス照
射による検出が望ましいとき、発振指令がパルスレーザ
装置３ａ、３ｂに与えられたとすると、パルスレーザ装
置３ａ、３ｂからレーザパルスが間隔をおいて発射され
る。このレーザ光は合成装置４において合成され、さら
に光ファイバ１０を通して伝送され、レーザ集光レンズ
５において集光されて分析セル６内に流れた流体試料に
照射される。

【００４０】このとき、セル１５内ではレーザ光の照射
によってプラズマが発生する。プラズマからの放射光は
蛍光集光レンズ７で集光され、蛍光測定装置８に伝えら
れる。この光は様々な波長の光を含むため測定対象の元
素固有の波長の光のみを分光器で分光する。続いて、分
光で取り出された元素固有の波長を有する光が光電子増
倍管の光電面を照射し、このとき放出された光電子量に
応じて電流が発生し、光電子量に応じた出力信号が得ら
れる。この出力信号は制御装置１の計算機に与えられ
る。

【００４１】計算機には内蔵のデータベースにレファレ
ンスデータが保存されており、得られた出力信号をＡ−
Ｄ変換した値に基づいて濃度が算出される。さらに、計
算機において表示のための処理を行って結果が表示装置
９に表示される。濃度確認により流体試料中にレーザ光
を照射して分光分析が可能と決定したならば、次のステ
ップで元素分析に入る。

【００４２】本実施の形態においては測定する試料の採
取箇所と連絡する分析セル６に試料を導入しつつ、多種
類の元素をオンラインで、かつリアルタイムにて検出す
ることが可能になる。

【００４３】さらに、オンラインでの元素分析が可能に
なることによりオフライン方式のものと比べて、作業を
格段に簡素化することができ、また、廃棄物の発生量を
著しく低減することが可能になる。

【００４４】また、リアルタイムでの元素分析が可能に
なることで、分析結果を得るまでの時間が短縮され、タ
イムリーに分析データを提供することができる。

【００４５】さらに、元素分析に伴う多くの作業を遠隔
操作によって行うことが可能になる。これにより、測定
対象の試料を扱う場所と分析室との完全な隔離を図るこ
とができ、たとえば、人体に致命的な危害を及ぼす試料
を扱うようなときも、人体が危険にさらされるのを回避
することが可能になる。

【００４６】なお、本実施の形態の蛍光測定装置８は分
光器に代えて、バンドパスフィルタを用いてもよい。ま
た、光電子増倍管に代わる、光電子検出手段としてフォ
トダイオードアレイまたはフオトトランジスタアレイも
しくは電荷結合素子（ＣＣＤ）を使用することができ
る。

【００４７】また、蛍光測定装置８の分光器には入射す
る光を元素の波長に対応する分散素子を用いて元素総合
の干渉効果を少なくする。望ましい分散素子はプリズ
ム、回析格子、干渉フィルタなどである。

【００４８】また、プラズマからの放射光を積分球ある
いは多重反射鏡を用いて集光し、光電子増倍管等の光電
子検出手段に効率よく集めるようにしてもよい。

【００４９】さらに、必要に応じて照射したレーザ光を
多重反射鏡を用いて集光し、再度試料に照射して効率よ
く加熱するようにしてもよい。

【００５０】本実施の形態によれば、複雑な前処理工程
を必要とせず、多種類の元素をオンラインで、かつリア
ルタイムに検出し、さらに定量することが可能になる。

【００５１】また、オンラインでの元素分析が可能にな
ることによりオンライン方式のものと比べて、作業を格
段に簡素化することができ、また廃棄物の発生量を著し
く低減することが可能になる。さらに、分析データをタ
イムリーに提供することができる。

【００５２】（第２の実施の形態）さらに、本発明の第
２の実施の形態を図２および図３を参照して説明する。
図２において、本実施の形態は分析セル６に設けられる
試料濃度調整装置を除いて主要な構成は第１の実施の形
態と同一である。この試料濃度調整装置は流体試料を試
料サンプリングライン１２を通して導く試料タンク１３
と、希釈用純水を貯留する純水タンク１４と、流体試料
と純水との混合流体を受け入れるセル１５と、セル１５
内の混合流体を汲み上げる一方、ドレンを排出するポン
プ１６と、ドレンを図示しないピットないし回収容器に
導くためのドレンライン１７とを備えている。このセル
１５にはレーザ光を集光するレーザ集光レンズ５および
蛍光を集光する蛍光集光レンズ７が設けられる。

【００５３】本実施の形態は上記構成からなり、流体試
料の濃度が、たとえば元素分析中に上昇し、測定レンジ
から外れてしまうようなとき、流体試料の濃度を調整す
る。この試料濃度の調整は分析セル６に導く純水タンク
１４からの純水によって希釈する方法で実施する。

【００５４】濃度決定手順は次のステップからなる。図
３において、初めに、蛍光量を測定する（ステップ１０
１）。次に、レファレンスの検量線と比較する（ステッ
プ１０２）。次に、検量可能か、否かを判定する（ステ
ップ１０３）。次に、判定の結果、検量可能なとき、試
料を１０倍に希釈する（ステップ１０４）。希釈回数を
保存し（ステップ１０５）、ステップ１０１に戻る。判
定の結果、検量不可のとき、測定濃度を読み取り（ステ
ップ１０６）、次に、濃度を希釈量で校正し（ステップ
１０７）、濃度を決定する（ステップ１０８）。

【００５５】本実施の形態においては、元素分析中、何
らかの理由により流体試料濃度が濃くなり、測定レンジ
を超えたとき、試料濃度調整装置によって試料濃度をレ
ーザ光の照射によって分光分析をなし得るある値まで下
げる。これにより、試料濃度を常に検出可能な感度域に
保持することが可能になる。

【００５６】本実施の形態によれば、特に分析セル６に
導入する流体試料の濃度が高くなるときも、検出可能な
感度域に調整することができる。さらに、測定ダイナミ
ックレンジをより広くすることが可能になる。

【００５７】（第３の実施の形態）さらに、本発明の第
３の実施の形態を図４および図５を参照して説明する。
図４において、元素分析装置の主要な構成は第１の実施
の形態のものと同一であるが、本実施の形態では上述し
た分析セルに代えて、検出におけるＳ／Ｎ比を良好に保
つ流体薄膜生成装置を備えた分析セル１８を用いる点が
異なる。また、蛍光集光レンズ７と蛍光測定装置８との
間の光伝送路が光ファイバ１９によって構成されてい
る。

【００５８】上記の流体試料の液体薄膜生成装置を備え
た分析セル１８の詳細を図５に示している。この分析セ
ル１８は試料の薄膜Ｆを生成するように流体を吹き出す
ノズル２０と、ノズル２０から吹き出した流体試料を回
収する試料タンク２１と、試料を汲み上げるポンプ２２
と、試料を測定ポイントにかけて循環させる循環ライン
２３と、薄膜生成を制御するコントローラ２４とから構
成されている。また、分析セル１８には薄膜Ｆにレーザ
光を照射し、プラズマＰを発生させるレーザ集光レンズ
５およびプラズマＰからの放射光を集光する蛍光集光レ
ンズ７が設けられている。

【００５９】本実施の形態は上記構成からなり、パルス
レーザ装置３ａ、３ｂ…３ｎのいずれかにより発射され
るレーザパルサがレーザ集光レンズ５から試料に照射さ
れる。ここで、試料は、たとえば塩化第二鉄の水溶液で
あり、試料中に含まれるＦｅを分析するものとする。Ｆ
ｅを分析する場合、試料溶液中に直接レーザ光を集光す
るやり方ではＦｅの蛍光を検出できないことが実験的に
確認されている。また、溶液上面にレーザ光を照射した
場合、蛍光は検出可能であるが、溶液の波立ちによりプ
ラズマが安定しないで、検出下限は１０００００ｐ．
ｐ．ｍ程度に留まっている。そこで、試料を高速で循環
させて薄膜化し、薄膜表面にレーザ光を集光するように
する。

【００６０】ノズル２０から吹き出した試料は薄膜Ｆと
なって下方に流れる。この薄膜Ｆにレーザ集光レンズ５
で集光されたレーザ光が照射され、プラズマＰが発生す
る。このプラズマＰは試料の薄膜化により安定に発生す
る。放射光は蛍光集光レンズ７で集光されて光ファイバ
１９を通して蛍光測定装置８に伝送される。蛍光測定装
置８での元素の検出方法は先の第１の実施の形態で説明
したものと基本的に同一である。

【００６１】かくして、流体試料のための液体薄膜生成
装置を用いて安定してプラズマを発生させることが可能
になり、検出下限値を格段に小さい３ｐ．ｐ．ｍ程度に
下げることができる。

【００６２】本実施の形態においては、特に試料を高速
で吹き出して薄膜化し、自由表面上にレーザを照射する
ことにより溶液中に集光する方法と比べて溶液によるレ
ーザ光および蛍光の吸収が激減し、プラズマ生成効率が
格段に高くなる。また、蛍光の損失が少なくなり、検出
感度を良好に保持することが可能になる。

【００６３】また、試料照射用レーザ光およびプラズマ
からの放射光を光ファイバ１０、１９によって伝送する
ので、元素分析に伴う多くの作業を遠隔操作で行うこと
ができる。これにより、測定対象の試料を扱う場所と分
析室との完全な隔離を図ることができ、たとえば人体に
致命的な危害を及ぼす試料を扱うようなときも、人体が
危険にさらされるのを回避することが可能になる。

【００６４】また、遠隔操作により多くの測定場所で多
数の試料を同時に分析することができる。

【００６５】なお、本実施の形態はプラズマ発生がより
効果的に果たされるように雰囲気ガスとして希ガスを分
析セル２５内に供給してもよい。

【００６６】本実施の形態によれば、特にレーザ光また
は蛍光の吸収が大きい流体試料を分析するときも、液体
薄膜生成装置によって試料を薄膜状態に保持することが
できる。これにより、プラズマ生成効率が高くなり、ま
た、蛍光の損失が減少し、検出感度を良好に保つことが
可能になる。

【００６７】（第４の実施の形態）さらに、本発明の第
４の実施の形態を図６を参照して説明する。本実施の形
態の元素分析装置はＳ／Ｎ比を良好に保つために第３の
実施の形態の分析セルと異なるミスト生成装置を有する
分析セル２５を備えている。この分析セル２５を除いて
他の構成は第１の実施の形態と同一である。このミスト
生成装置は試料のミストＭを吹き出すノズル２６と、ノ
ズル２６から吹き出した流体を回収する試料タンク２７
と、ミストを生成する超音波振動子２８と、試料を測定
ポイントにかけて循環させる循環ライン２９とからな
る。また、分析セル２５にはミストＭにレーザ光を照射
し、プラズマＰを発生させるレーザ集光レンズ５および
プラズマＰの放射光を集光する蛍光集光レンズ７が設け
られている。

【００６８】本実施の形態は上記構成からなり、先に述
べた第３の実施の形態と同様な働きを得ることができ
る。すなわち、ここでは流体試料の薄膜を生成するのに
代えて、塩化第二鉄水溶液に含まれるＦｅを分析するの
に流体試料をミスト状に保持する。超音波振動子２８が
動作すると、試料タンク２７内の流体試料は細かなミス
トとなり、循環ライン２９を通ってノズル２６に達す
る。次いで、ミストはノズル２６から下方に吹き出す。
この細かなミストＭにレーザ光が当たってプラズマＰが
発生する。このプラズマＰは試料のミスト化によって安
定に発生する。プラズマＰからの放射光は蛍光集光レン
ズ７で集光されて光ファイバ１９を通して蛍光測定装置
８に伝送される。

【００６９】本実施の形態においては、特に試料がミス
ト状態となって測定ポイントに達し、そこに照射される
レーザ光によってプラズマが生じることから、ミスト化
した試料によって自由表面積が拡大する。これにより、
溶液中にレーザ光を集光する方法と比べて溶液によるレ
ーザ光および蛍光の吸収が激減し、プラズマ生成効率が
格段に高くなる。また、蛍光の損失が減少し、検出感度
を良好に保つことが可能になる。

【００７０】本実施の形態によれば、特にレーザ光また
は蛍光の吸収の大きい流体試料を分析するときも、ミス
ト生成装置によって試料をミスト状態に保持することが
できる。これにより、プラズマ生成効率が高くなり、ま
た、蛍光の損失が減少し、検出感度を良好に保つことが
可能になる。

【００７１】（第５の実施の形態）さらに、本発明の第
５の実施の形態を図７を参照して説明する。この元素分
析装置の光伝送路は多バンドル光ファイバ３０によって
構成されている。これは上述したレーザ光伝送用光ファ
イバ１０および蛍光伝送用光ファイバ１９に代えて用い
られる。

【００７２】このような構成からなる元素分析装置にお
いては試料照射用レーザ光およびプラズマからの放射光
を導く光伝送路が多バンドル光ファイバ３０で構成され
るので、それぞれの光伝送路を専用の光ファイバを用い
て構成するものと比べて、光伝送路を簡素化することが
できる。また、元素分析装置全体を小型化することが可
能になる。

【００７３】本実施の形態によれば、試料照射用レーザ
光およびプラズマからの放射光を伝送する光伝送路を多
バンドル光ファイバ３０によって構成したので、光伝送
路を簡素化することができる。また、元素分析装置全体
を小型化することが可能になる。

【００７４】（第６の実施の形態）さらに、本発明の第
６の実施の形態を図８を参照して説明する。この元素分
析装置はレーザ光伝送用光ファイバ１０と蛍光用伝送用
光ファイバ１９と結ばれる、レーザ光を合成する合成装
置３１と、分析セル８に設けられるレーザ光および蛍光
を集光する集光レンズ３２と、これらの合成装置３１と
集光レンズ３２との間に光伝走路を構成する光ファイバ
３３とを備えている。

【００７５】このような構成からなる元素分析装置にお
いてはレーザ光合成を合成装置３１によって、また、レ
ーザ光および蛍光の集光を単一の集光レンズ３２によっ
てそれぞれ果たすことができる。このため、光伝送路は
１本の光ファイバ３３のみによって構成することが可能
になる。したがって、試料照射用レーザ光およびプラズ
マからの放射光を伝送する光伝送路をそれぞれ専用の光
ファイバを用いて構成するものと比べて、光伝走路を簡
素化することができる。また、元素分析装置全体を小型
化することが可能になる。

【００７６】本実施の形態によれば、レーザ光用光伝送
路および蛍光用光伝送路を単一の光ファイバ３３によっ
て構成したので、光伝送路を簡素化することができる。
また、元素分析装置全体を小型化することが可能にな
る。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、複雑な前処理工程を必
要としないで、多種類の元素をオンラインで、かつリア
ルタイムにて検出することができる。さらに、定量する
ことが可能になる。

【００７８】さらに、オンラインでの元素分析が可能で
あって、作業を格段に簡素化することができ、また、廃
棄物の発生量を著しく低減することが可能になる。

【００７９】また、分析データをタイムリーに提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による元素分析装置の第１の実施の形態
を示す構成図。

【図２】本発明による元素分析装置の第２の実施の形態
を示す構成図。

【図３】本発明の試料濃度決定方法の一例を示すフロー
チャート。

【図４】本発明による元素分析装置の第３の実施の形態
を示す構成図。

【図５】本発明の液体薄膜生成装置の詳細を示す構成
図。

【図６】本発明による元素分析装置の第４の実施の形態
を示す構成図。

【図７】本発明による元素分析装置の第５の実施の形態
を示す構成図。

【図８】本発明による元素分析装置の第６の実施の形態
を示す構成図。

【符号の説明】

１制御装置３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎパルスレーザ装置４合成装置５レーザ集光レンズ６、１８、２５分析セル７蛍光集光レンズ８蛍光測定装置１０、３３光ファイバ１９蛍光伝送用光ファイバ３０多バンドル光ファイバ３４集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G043 AA01 CA01 CA02 CA07 DA01 DA02 DA05 EA01 GA07 GB01 GB09 GB21 HA01 HA05 JA03 JA05 KA08 KA09 LA02 LA03 NA04 NA06 NA11 NA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に照射するレーザ光の波長、出力お
よびレーザ光の照射タイミングを最適に保つ制御信号を
出力する装置と、与えられる指令に応じてレーザパルス
を発振する複数個のパルスレーザ装置と、与えられる試
料照射用レーザ光を合成する合成装置と、レーザ光を集
光して器内に導入した試料に照射するレーザ集光レンズ
およびレーザ光の照射された試料で発生したプラズマか
らの放射光を集光する蛍光集光レンズを有する分析セル
と、該蛍光集光レンズで集光される光のうち、測定対象
元素の固有の波長を有する光を検出する蛍光測定装置と
を備えてなる元素分析装置。
【請求項２】前記分析セルが検出可能な感度域に試料
濃度を保つように試料濃度調整装置を備えることを特徴
とする請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】前記分析セルが大気または希ガス雰囲気
において試料の薄膜状態を保持する薄膜生成装置を備え
ることを特徴とする請求項１記載の元素分析装置。
【請求項４】前記薄膜生成手段に代えて、大気または
希ガス雰囲気で試料のミスト状態を保つミスト生成装置
を設けたことを特徴とする請求項３記載の元素分析装
置。
【請求項５】前記蛍光測定装置がレーザ光の照射によ
って発生したプラズマからの照射光のうち、測定対象元
素の固有の波長の光を分光する分光器と、この分光器か
らの光を検出する光電子増倍管とを備えることを特徴と
する請求項１記載の元素分析装置。
【請求項６】前記分光器が測定対象元素の波長に対応
するプリズムまたは回析格子あるいは干渉フィルタを備
えることを特徴とする請求項５記載の元素分析装置。
【請求項７】前記分光器に代えて、ハンドパスフィル
タを設けたことを特徴とする請求項５記載の元素分析装
置。
【請求項８】前記光電子増倍管に代えて、フォトダイ
オートアレイまたはフォトトランジスタアレイもしくは
電荷結合素子を設けたことを特徴とする請求項５記載の
元素分析装置。
【請求項９】さらに、前記合成装置から前記分析セル
の該レーザ集光レンズにかけての光伝送路にレーザ光伝
送用光ファイバを具備すると共に、前記分析セルの該蛍
光集光レンズから前記蛍光測定装置にかけての光伝送路
に蛍光伝送用光ファイバを備え、元素分析に伴う作業を
遠隔操作で行うようにしたことを特徴とする請求項１記
載の元素分析装置。
【請求項１０】前記レーザ光伝送用光ファイバおよび
前記蛍光伝送用光ファイバに代えて、多バンドル光ファ
イバを設けたことを特徴とする請求項９記載の元素分析
装置。
【請求項１１】前記分析セルの該レーザ集光レンズお
よび該蛍光集光レンズに代えて、試料照射用レーザ光を
集光すると共に、試料で発生したプラズマからの放射光
を集光する集光レンズを設け、前記合成装置から前記集
光レンズにかけてのレーザ光用光伝送路および前記集光
レンズから前記合成装置にかけての蛍光用光伝送路を単
一の光ファイバによって構成し、レーザ光および蛍光の
双方を前記単一の光ファイバを通して伝送するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の元素分析装置。
【請求項１２】前記パルスレーザ装置が次の群から運
ばれる１つないし複数のレーザ光源を有することを特徴
とする請求項１ないし１１のいずれか１項記載の元素分
析装置。パルスＮｄ：ＹＡＧレーザ（基本波および高調波）、エ
キシマレーザ、ＯＰＯレーザ、色素レーザ、半導体レー
ザ、銅蒸気レーザ、炭酸ガスレーザ、窒素ガスレーザ