JPH02231552A - プラズマ分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、発光するプラズマを生成して微量気体の分
光分析を行うプラズマ分光分析装置に関するものである
。

［従来の技術］ プラズマ分光分析装置は、気体試料にプラズマを発生さ
せ、このプラズマが発生する光を、光の波長分析器で検
出して気体試料の成分分析を行う装置であり、従来のこ
の種の装置としては第２図，第３図に示すものがあった
． 第２図，第３図は、それぞれ従来のプラズマ分光分析装
置の原理構成を説明するための図で、各図において（１
）は測定試料である気体を導入する試料管で、例えば石
英ガラスが用いられる．（５）は発生したプラズマ、（
６》はプラズマ（５）からでて検出される光線の方向、
（７）は光の波長分析器、（１０）は試料導入口、（１
１）は二一ドルバルブ、（１２》は試料排出口、（１４
）は高周波放電用のコイル、（１５）はマイクロ波を導
くための導波管または共鳴空洞である。

次に動作について説明する。第２図．第３図に示すプラ
ズマ分光分析装置は、いずれも高周波放電あるいはマイ
クロ波放電を利用してプラズマを発生させる装置であり
、試料導入口（１０）より分析を目的とする気体試料を
導入し、試料管（１〉へ封じ込め、あるいは試料管ク１
）を通過させ、外部に設置したコイル（１４）．導波管
または共鳴空洞（１５）などの装置により、高周波放電
あるいはマイクロ波放電を起こさしめ、即ち外部機器に
より発生させた高周波あるいはマイクロ波のエネルギー
を、試料管（１）内部の気体試料に吸収させてプラズマ
（５）を発生させ、このプラズマ（５）が放出する光線
（６）を光の波長分析器（７）で分析し、気体試料の成
分分析を行っており、これらの装置でプラズマが発生す
る動作領域は、気体の圧力としては１〜１　０−３Ｔｏ
ｒｒ程度が必要であり、また発生するプラズマ密度は１
０１０〜１０１１個／ｃｍ３程度である．なお、各バル
ブ（１１）は試料管（１）内の気体の圧力を調整するた
めに用いられており、また第２図に示す装置ではコイル
（１４）で、第３図に示す装置では導波管または共鳴空
洞（１５）で、高周波あるいはマイクロ波を導入するこ
ととしている．そして成分分析を終えた気体は試料排出
口（１２）より排出される． ［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のプラズマ分光分析装置は以上のよう
に構成されているが、更に分析性能を向上させ、微量成
分の分析を可能とし、分子結合力の強い気体成分の分析
も可能な装置の開発が望まれていた． この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、微量成分の分析を行うことができるとともに、分析可
能な気体成分の範囲を広げ、且つ正確な分析を行うこと
ができるプラズマ分光分析装置を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるプラズマ分光分析装置は、マイクロ波
を放射させるアンテナ付近の試料管外周にマグネットを
配設し、試料管の内部で磁場を発生させることとした。

［作用コ この発明においては、マイクロ波を放射させるアンテナ
付近の試料管外周にマグネットを配設し、試料管の内部
で磁場を発生させることとしたので、電子サイクロトロ
ン共鳴を利用して動作圧力を下げ、発生するプラズマの
プラズマ温度を高めプラズマ密度を大きくすることが可
能となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面について説明する．第１
図はこの発明によるプラズマ分光分析装置の一実施例を
示す断面図で、図において第２図，第３図と同一符号は
同一又は相当部分を示し、（２）はマグネット、（３）
はマイクロ波放射用のアンテナ、（４）はマイクロ波を
導く同軸ケーブル、（８）は真空槽、（９）は排気装置
、（１３）はマイクロ波発振器である． 次に動作について説明する．気体試料はバルブ（１１）
を通り試料導入口（１０）から試料管（１）を通り、試
料管（１）の中央部近辺に至り、ここでアンテナ（３）
によりマイクロ波が放射される．またこのアンテナ（３
）付近の試料管（１）外周には、マグネット（２）が配
設されており、試料管（１）内部に所定の強度の磁場を
発生させ、電子サイクロトロン共鳴を起こさせるような
構造となっている．電子サイクロトロン共鳴を利用する
プラズマ発生方法は、イオン源の技術として確立された
ものがあり、この発明におけるプラズマ分光分析装置に
おいても、この技術を原理的に応用している。

即ち磁場の中では、希薄気体中の自由電子は磁力線のま
わりでサイクロトロン運動と呼ばれる回転運動を行うが
、そこに周波数の一致する電磁波を入射することにより
、エネルギーを共鳴吸収して加速する．加速した自由電
子は、希薄気体中の原子と衝突して原子内の電子をはじ
き飛ばし、原子をイオン化してプラズマを発生させる。

プラズマ中のイオンは再び電子を補捉して中性に戻るが
、この時そのイオンを構成する、原子やラジカル，分子
に特有な波長を持った光を放射する。従って、この光の
波長を測定することにより気体試料の成分を知ることが
でき、電子サイクロトロン共り１を利用したプラズマ分
光分析を行うことが可能となる． なお上述したイオン源の技術と異なり、電子サイクロト
ロン共鳴を利用したプラズマ分光分析装置においては、
気体試料中に不純物の混入を防止するために、発生した
プラズマ（５）が、マグネッ｝（２），アンテナ（３）
，真空槽（８）などの、プラズマを発生させるための磁
場発生手段や電磁波放射手段および真空手段から分離さ
れている必要がある。

そのため、この発明では磁場発生手段と電磁波放射手段
とを試料管（１）外部に配設し、試料管（１）内部で発
生するプラズマ（５）とは試料管壁を隔てて完全に分離
するように構成されている。

以上のような電子サイクロトロン共鳴を利用した、この
発明によるプラズマ分光分析装置においては、従来の装
置に比べプラズマが発生する動作圧力が１０−３〜１　
０−’Ｔｏｒｒと低く、発生するプラズマ密度も１０１
２〜１０１３個／ｃｍ’と大きく、且つプラズマ温度が
高いことが本願出願人における実験結果において判明し
ている． 各バルブ（１１）は試料管（１）内の気体の圧力を調整
するために用いられており、成分分析を終えた気体は、
バルブ（１１）を通り試料排出口（１２）から排出され
、排気装置（９）で排気される。

なお上記実施例では、マグネット（２）とアンテナ（３
）とが排気装置（９）を持つ真空槽（８）内に設置され
ているが、試料管（１）の外部にプラズマが発生しない
ような構造であれば、排気装置（９）と切り離した構造
にすることができる。またマグネット（２）としては、
永久磁石，電磁石の双方を使用することができる。更に
上記実施例では、電磁波放出手段として同軸ケーブル（
４）とアンテナ（３）とを使用しているが、導波管ある
いは共鳴空洞を使用することもできる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、マイクロ波を放射させ
るアンテナ付近の試料管外周にマグネットを配設し、試
料管の内部で磁場を発生させて電子サイクロトロン共鳴
を利用することとしたので、動作圧力を下げ、発生する
プラズマのプラズマ温度を高めプラズマ密度を大きくす
ることができ、分析性能を向上させて微量成分の分析を
行うことができるとともに、不純物の混入を最小限に押
さえて正確な分析を行うことができ、且つプラズマ温度
が十分高くなるために従来では分析できなかったような
分子結合力の強い気体成分の分析も可能となる等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図，第
３図は従来のプラズマ分光分析装置の原理構成を示す図
。 （１）は試料管、（２）はマグネット、（３）はアンテ
ナ、（４）は同軸ケーブル、（５》はプラズマ、（６）
は検出される光線の方向、（７）は光の波長分析器、ク
８）は真空槽、（９）は排気装置、（１０）は試料導入
口、（１１）はバルブ、（１２）は試料排出口、（１３
）はマイクロ波発振器。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示すものと
する。 第２図 １：試料管 ５：プラズマ ６：光線の方向 １０：試料導入口 １１：パルブ １２：試料排出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分析を目的とする気体試料を通過させる試料管、この試
   料管へ電磁波を放射する電磁波放射手段、上記試料管外
   周にマグネットを配設して上記試料管内部に磁場を発生
   させる磁場発生手段を備え、上記磁場発生手段により発
   生した上記試料管内の磁場を通過する気体試料へ上記電
   磁波放射手段によって電磁波を放射し電子サイクロトロ
   ン共鳴を生じさせて上記気体試料をプラズマ化し、この
   プラズマの発する光の波長を分析することで該気体試料
   の成分分析を行うことを特徴とするプラズマ分光分析装
   置。