特許 5717995 分析光発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5717995

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】分析光発生装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/67 20060101AFI20150423BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/67 C

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-170341(P2010-170341)

(22)【出願日】2010年7月29日

(65)【公開番号】特開2012-32210(P2012-32210A)

(43)【公開日】2012年2月16日

【審査請求日】2013年5月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000142425

【氏名又は名称】アズビル金門株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】内海 慶也

(72)【発明者】

【氏名】結城 興仁

(72)【発明者】

【氏名】山崎 猛

(72)【発明者】

【氏名】吉野 達哉

(72)【発明者】

【氏名】布村 崇裕

【審査官】 波多江 進

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−２３２０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１０６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−０８２８５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５５−１３７０５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−０５７１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−００５１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１５９３７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／６６ − ２１／７４

Ｇ０１Ｎ １／２８ − １／４４

Ｂ０５Ｂ １７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導入される液体試料に超音波を加えて噴霧化し、この噴霧化された液体試料にキャリアガスを混合して試料ガスとし、この試料ガスをプラズマ発生部に導いて前記液体試料中の元素を特定するための分析光を生成する分析光発生装置であって、
前記液体試料が導入される容器と、
前記容器に導入された液体試料に超音波を加えて噴霧化する超音波振動子と、
前記超音波振動子によって噴霧化され前記キャリアガスと混合されて前記プラズマ発生部に向かう前記容器内の試料ガスの流路中に当該試料ガスの通過方向に間隔を設けて、かつ当該試料ガスの通過方向に移動可能に設置された複数の防御壁とを備え、
前記複数の防御壁は、
前記超音波振動子の中心部に対向する位置から離れた位置に前記試料ガスを通過させる通路として貫通孔を有し、隣接する防御壁が有する前記貫通孔が重ならないように離隔して設置されている
ことを特徴とする分析光発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載された分析光発生装置において、
前記防御壁および前記プラズマ発生部は、前記容器に対して着脱可能に設けられている
ことを特徴とする分析光発生装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された分析光発生装置において、
前記容器を加熱する加熱手段を備える
ことを特徴とする分析光発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、導入される液体試料に超音波を加えて噴霧化し、この噴霧化された液体試料にキャリアガスを混合して試料ガスとし、この試料ガスをプラズマ発生部に導いて液体試料中の元素を特定するための分析光を生成する分析光発生装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、液体試料中の元素を分析するための装置として、ＩＣＰ発光分光分析装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このＩＣＰ発光分光分析装置では、液体試料を超音波を加えて噴霧化し、この噴霧化された液体試料にキャリアガスを混合して試料ガスとし、この試料ガスを高周波プラズマ中に導いて、液体試料中の元素を特定するための分析光を生成する。

【0003】

このＩＣＰ発光分光分析装置は、高周波発生用の設備が必要となるため、機器が大型となり、消費電力も大きい。また、大型のため、据え置きタイプとなり、現場配管などに直接繋げて元素分析を行うことができない。

【0004】

このため、ＩＣＰ発光分光分析装置では、現場で直接、工場排水などの液体試料中の元素を分析したいという近年の要望に応えることができない。また、取り扱いやメンテナンス（試料導入部の洗浄など）の容易性の観点からも、ＩＣＰ発光分光分析装置の現場での使用は不向きである。

【0005】

そこで、本出願人は、マイクロホローカソード放電を利用したプラズマ発生部を用いることにより、装置の小型化を図ることを試みている。

【0006】

図５はマイクロホローカソード放電を利用したプラズマ発生部の電極構造の概略を示す図である。同図において、１−１および１−２は平行平板電極であり、２はこの電極１−１，１−２間にサンドイッチ状に挟み込まれた絶縁板である。電極１−１，１−２および絶縁板２の中央には小径の孔３が形成されている。

【0007】

このような電極構造を有するプラズマ発生部では、電極１−１，１−２間に所定の直流電圧を印加することにより、試料ガスが導かれる小径の孔３にプラズマを発生させ、分析光を生成させる。

【0008】

これにより、大気圧下、小電力、小空間で、高い電流密度のプラズマを発生させることができ、液体試料が導入される容器とプラズマ発生部とを直結させるようにして、装置を小型化することが可能となる。

【0009】

なお、マイクロホローカソード放電については、特許文献２などにもその使用例があるので、ここでの詳細な説明は省略する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平５−２３２０２５号公報

【特許文献2】特開２００８−１８１７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、マイクロホローカソード放電を利用し、液体試料が導入される容器とプラズマ発生部とを直結させるようにした場合、図６にその概略図を示すように、噴霧化された液体試料６とキャリアガス７との混合ガス（試料ガス）がダイレクトにプラズマ発生部５に導かれることになる。

【0012】

このため、プラズマ発生部５に導かれる試料ガス中に液滴の大きな液体試料が含まれるものとなり、分析光の発光強度にバラツキが生じ、分析が不安定となるという問題があった。

【0013】

なお、図６において、４−１は液体試料導入口、４−２はキャリアガス導入口、４−３は液体試料導出口、８は超音波振動子であり、超音波振動子８によって容器４内の液体試料６が噴霧化される。

【0014】

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プラズマ発生部に導かれる試料ガス中に含まれる液体試料の液滴を微細化し、安定した分析を連続的に行わせることが可能な分析光発生装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

このような目的を達成するために本発明は、プラズマ発生部に向かう容器内の試料ガスの流路中に当該試料ガスの通過方向に間隔を設けて、かつ当該試料ガスの通過方向に移動可能に設置された複数の防御壁を備え、複数の防御壁は、超音波振動子の中心部に対向する位置から離れた位置に試料ガスを通過させる通路として貫通孔を有し、隣接する防御壁が有する貫通孔が重ならないように離隔して設置されていることを特徴とする。

【0016】

この発明において、超音波振動子によって噴霧化された液体試料は、キャリアガスと混合されて試料ガスとされ、容器内の流路中をプラズマ発生部に向かう。この途中、試料ガスは、容器内に設置されている防御壁に当たる。

【0017】

この際、噴霧化された液体試料は超音波振動子の中心部から吹き上げられ、この吹き上げられた液体試料とキャリアガスとの混合ガス（試料ガス）が防御壁に当たり、試料ガス中に含まれている液滴の大きな液体試料が振り落とされる。

【0018】

これにより、試料ガスには液滴の小さな液体試料が残り、この試料ガスが超音波振動子の中心部に対向する位置から離れた位置にある複数の防御壁（試料ガスの通過方向に間隔を設けて設置された複数の防御壁）の通路（貫通孔）を通過して、容器内の流路中をプラズマ発生部に向かう。

【0020】

本発明では、試料ガス中に含まれる液体試料の液滴をより小さくするために、試料ガスの通過方向に間隔を設けて防御壁を複数設置している。また、隣接する防御壁が有する通路（貫通孔）を重ならないように離隔して設置している。例えば、１段目の防御壁が有する通路（貫通孔）に対して、２段目の防御壁が有する通路（貫通孔）を１８０゜離隔した位置とする。

【0021】

また、本発明では、試料ガスの通過方向に防御壁を移動可能に設置し、その位置を調整できるようにしている。なお、防御壁およびプラズマ発生部は、部品の交換やメンテナンスの観点から、容器に対して着脱可能に設けるようにした方がよい。また、容器を加熱する加熱手段を設け、試料ガス中に含まれる液体試料の液滴の微細化を促進するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、プラズマ発生部に向かう容器内の試料ガスの流路中に、超音波振動子の中心部に対向する位置から離れた位置に試料ガスを通過させる通路（貫通孔）を有する防御壁を試料ガスの通過方向に間隔を設けて複数設置するようにしたので、試料ガス中に含まれている液滴の大きな液体試料を振り落とし、液滴の小さな液体試料を通過させるようにして、プラズマ発生部に導かれる試料ガス中に含まれる液体試料の液滴を微細化し、安定した分析を連続的に行わせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る分析光発生装置の一実施の形態の要部を示す構成図である。

【図2】コーナ部に超音波振動子を設けるようにした分析光発生装置の要部を示す図である。

【図3】防御壁を分割構造としその間に通路を形成するようにした分析光発生装置の要部を示す図である。

【図4】容器の周囲にヒータを設けるようにした分析光発生装置の要部を示す構成図である。

【図5】マイクロホローカソード放電を利用したプラズマ発生部の電極構造の概略を示す図である。

【図6】液体試料が導入される容器とマイクロホローカソード放電を利用したプラズマ発生部とを直結させるようにした場合の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明の権利範囲に含まれないものも実施の形態として記載されているが、ここでは全て実施の形態として説明する。図１はこの発明に係る分析光発生装置の一実施の形態の要部を示す構成図である。同図において、図６と同一符号は、図６を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示す。

【0025】

この分析光発生装置１００は、本体部１０１と、プラズマ発生部１０２と、コネクタ部１０３とから構成され、本体部１０１とプラズマ発生部１０２とを含めた高さ方向の寸法Ｈは１５０ｍｍ程度、幅方向の寸法Ｗは８０ｍｍ程度と小型・コンパクトな構造とされている。

【0026】

〔本体部〕
本体部１０１は、有底円筒状のステンレス製の容器４を備え、容器４の底部には試料導入口４−１とキャリアガス導入口４−２と試料導出口４−３が設けられている。試料導入口４−１とキャリアガス導入口４−２は、キャリアガス導入口４−２を試料導入口４−１よりも高い位置として、容器４の外周面に設けられている。試料導出口４−３は容器４の底面に設けられている。

【0027】

この本体部１０１において、試料導入口４−１からは液体試料６が容器４内に連続的に導入され、キャリアガス導入口４−２からはキャリアガス７が連続的に容器４内に導入される。キャリアガス７は、プラズマ発生部１０２での分析光の発光をし易くするために導入されるガスで、例えばアルゴンガス（Ａｒガス）が用いられる。また、容器４に導入された液体試料６は、容器４の底部を流れて、試料導出口４−３から連続的に排出される。

【0028】

容器４の底部には、容器４に導入された液体試料６、すなわち容器４の底部を流れる液体試料６に超音波を加えて噴霧化する超音波振動子８が設けられている。超音波振動子８は容器４の底部の中央に設けられている。すなわち、容器４の中心線Ｃに対して、超音波振動子８の中心部（振動中心）を一致させるようにして、超音波振動子８が容器４の底部に設けられている。

【0029】

また、容器４の内周面には、容器４の上端面からネジ部４−４が形成されている。このネジ部４−４はキャリアガス導入口４−２の上方まで続いている。そして、このネジ部４−４にその外周面に形成されたネジ部９ａを螺合させて、容器４内に円板状の防御壁９が設置されている。防御壁９も容器４と同じステンレス製とされている。

【0030】

防御壁９には、その中心部を避けた位置（超音波振動子８の中心部に対向する位置から離れた位置）に、試料ガスの通路として貫通孔９ｂが形成されている。この貫通孔９ｂは表面張力により液膜が張らない程度の大きさ（例えば、直径５ｍｍ以上）とされている。また、防御壁９の上面中央部には、この防御壁９の容器４内の上下方向の位置を調整可能とするための溝９ｃが形成されている。この例では、溝９ｃにドライバの先端を差し込んで回すことによって、防御壁９を回転させて容器４内の上下方向の位置を調整することができるものととされいる。

【0031】

容器４内の防御壁９は２段とされている。この例では、試料ガスの通過方向に間隔を設けて、容器４内に２つの防御壁９−１，９−２を設置している。この場合、防御壁９−１，９−２の回転角度位置を調整することにより、１段目の防御壁９−１の貫通孔９ｂに対して、２段目の防御壁９−２の貫通孔９ｂを１８０゜離隔した位置としている。また、防御壁９−１，９−２の容器４内における上下方向の位置を調整することにより、容器４の底部に設けられている超音波振動子８から防御壁９−１までの距離Ｌ１および防御壁９−１と防御壁９−２との間の距離Ｌ２を予め定められた距離としている。

【0032】

〔プラズマ発生部〕
プラズマ発生部１０２は、試料ガス導入部１０と、マイクロホローカソード電極部１１と、キャップ部１２とから構成されている。

【0033】

マイクロホローカソード電極部１１は、図５にその電極構造を示したように、電極１−１，１−２間に絶縁板２をサンドイッチ状に挟み込んだ構造とされ、その中央に小径の孔（プラズマ発生孔）３が形成されている。この例において、電極１−１，１−２は銅、モリブデン、白金などの部材で形成され、絶縁板２はセラミックとされている。また、プラズマ発生孔３は５００μｍ程度の孔とされている。

【0034】

プラズマ発生部１０２において、マイクロホローカソード電極部１１は試料ガス導入部１０の上面に配置され、マイクロホローカソード電極部１１を試料ガス導入部１０とで挟み込むような形でキャップ部１２が設けられている。なお、プラズマ発生部１０２は試料ガス導入部１０とキャップ部１２とを接合した一体構造としてもよいが、キャップ部１２をねじ蓋方式とするなど、キャップ部１２とプラズマ発生部１０２とを分割可能な構成として、マイクロホローカソード電極部１１を必要に応じて交換できるような構成としてもよい。

【0035】

試料ガス導入部１０およびキャップ部１２は絶縁部材とされている。試料ガス導入部１０の中央部には、ロート状の試料ガス導入孔１０ａが設けられ、この試料ガス導入孔１０ａよりマイクロホローカソード電極部１１のプラズマ発生孔３に試料ガスが導かれるものとされている。マイクロホローカソード電極部１１の上面はキャップ部１２によって覆われた空間１２ａとされている。

【0036】

また、試料ガス導入部１０の下端部には、その外周にネジ部１０ｂが設けられており、このネジ部１０ｂを容器４の内周面に形成されているネジ部４−４に螺合することによって、容器４の上面にプラズマ発生部１０２が着脱可能に取り付けられている。

【0037】

〔コネクタ部〕
コネクタ部１０３は、光ファイバ１３と、光ファイバ接合部１４とから構成されている。光ファイバ接合部１４は、キャップ部１２に取り付けられ、プラズマ発生部１０２内で生じた分析光を光ファイバ１３へ導く。光ファイバ１３に導かれた分析光は図示されていない外部の分析装置に送られる。

【0038】

〔分析光の生成〕
この分析光発生装置１００では、試料導入口４−１から液体試料６が連続的に導入され、容器４の底部を流れて、試料導出口４−３から連続的に排出される。この間、容器４の底部に導入された液体試料６は、超音波振動子８によって超音波が加えられることによって噴霧化される。

【0039】

この噴霧化された液体試料６は、キャリアガス導入口４−２から導入されるキャリアガス７と混合されて試料ガスとなり、容器４内の流路中をプラズマ発生部１０２に向かう。この途中、試料ガスは、先ず、容器４内に設置されている１段目の防御壁９−１に当たる。

【0040】

この際、噴霧化された液体試料６は超音波振動子８の中心部から吹き上げられ、この吹き上げられた液体試料６とキャリアガス７との混合ガス（試料ガス）が１段目の防御壁９−１に当たり、試料ガス中に含まれている液滴の大きな液体試料が振り落とされる。

【0041】

これにより、試料ガスには液滴の小さな液体試料が残り、この試料ガスが超音波振動子８の中心部に対向する位置から離れた位置にある防御壁９−１の貫通孔９ｂを通過して、１段目の防御壁９−１と２段目の防御壁９−２との間の空間ＡＲ１に入る。

【0042】

１段目の防御壁９−１と２段目の防御壁９−２との間の空間ＡＲ１に入った試料ガスは、この空間ＡＲ１を防御壁９−１，９−２に沿って進み、２段目の防御壁９−２の貫通孔９ｂを通過して、２段目の防御壁９−２と試料ガス導入部１０との間の空間ＡＲ２に入る。

【0043】

そして、２段目の防御壁９−２と試料ガス導入部１０との間の空間ＡＲ２に入った試料ガスは、試料ガス導入部１０の試料ガス導入孔１０ａに入る。そして、この試料ガス導入孔１０ａに入った試料ガスが、マイクロホローカソード電極部１１のプラズマ発生孔３に導かれて、分析光が生成される。

【0044】

この場合、１段目の防御壁９−１の貫通孔９ｂに対して、２段目の防御壁９−２の貫通孔９ｂは１８０゜離隔した位置にあり、試料ガス導入部１０の試料ガス導入孔１０ａは容器４の中央にあるので、試料ガスの中継経路が長くなる。これにより、試料ガスに含まれる液体試料の液滴が徐々に小さくなり、微細化されて行く。

【0045】

このようにして、本実施の形態では、プラズマ発生部１０２に導かれる試料ガス中に含まれる液体試料の液滴が微細化されるので、プラズマ発生部１０２での分析光の発光強度にバラツキが生じなくなり、安定した分析を連続的に行わせることができるようになる。

【0046】

本実施の形態では、防御壁９−１，９−２をねじ込み式としているので、プラズマ発生部１０２での分析光の発光強度にバラツキが生じないように、防御壁９−１，９−２の上下方向の位置を必要に応じて任意の高さに調整することが可能である。また、プラズマ発生部１０２や防御壁９−１，９−２をねじ込み式としているので、部品の交換やメンテナンスも容易であり、現場での使用にも適している。

【0047】

なお、上述した実施の形態では、試料ガスが通過する通路として貫通孔９ｂを防御壁９に形成するようにしたが、防御壁９の外周面に切欠を形成し、この切欠（防御壁９の外周面の一部と容器４の内周面との間の隙間）を試料ガスが通過する通路とするようにしてもよい。

【0048】

また、上述した実施の形態では、防御壁９を防御壁９−１と９−２の２段としたが、さらに防御壁９の段数を増やすようにしてもよい。防御壁９を３段以上設置する場合も、２段の場合と同様、前段の防御壁９の貫通孔９ｂに対して、後段の防御壁９の貫通孔９ｂを１８０゜離隔した位置とするように配置する。

【0049】

また、本実施の形態では、防御壁９を複数段配置する場合、貫通孔９ｂを１８０゜離隔した位置とするが、必ずしも１８０゜隔離した位置としなくてもよい。すなわち、隣接する防御壁９の貫通孔９ｂが重ならなければよく、できるだけ両者を遠ざけるようにした方がよい。また、防御壁９は１段であってもよく、固定されていてもよい。

【0050】

また、上述した実施の形態では、防御壁９（９−１，９−２）を容器４内に水平に配置するようにしているが、貫通孔９ｂ側が低くなるように少し傾けて配置するようにしてもよく、上面をそのような傾斜面とするようにしてもよい。このようにすることによって、防御壁９の上面に付着した試料ガス中の液体試料の液滴を貫通孔９ｂを通して落下させて、容器４の底部で回収することが可能となる。また、防御壁９−１と９−２との対向面に凹凸を設け、試料ガスが空間ＡＲ１を通過する際、その凹凸で試料ガスに含まれる液滴の大きな液体試料を捕捉するようにしてもよい。

【0051】

また、例えば図２に示すように、容器４を傾け、容器４のコーナ部に液体試料６を導入するようにし、この導入された液体試料６を容器４のコーナ部に設けた超音波振動子８によって噴霧化するようにしてもよい。

【0052】

この場合、防御壁９−１における超音波振動子８の中心部（振動中心）に対向する位置はＰ１点となる。したがって、防御壁９−１に設ける貫通孔９ｂは、このＰ１点から離れた位置にあればよい。

【0053】

また、図３に示すように、防御壁１５を第１の防御壁１５ａと第２の防御壁１５ｂとの分割構造とし、防御壁１５ａと防御壁１５ｂとの間に空間１５ｃを作り、この空間１５ｃを防御壁１５が有する通路としてもよい。

【0054】

また、図４に示すように、容器４の周囲にヒータ１６を設け、容器４を加熱するようにし、試料ガス中に含まれる液体試料の液滴の微細化を促進するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明の分析光発生装置は、導入される液体試料に超音波を加えて噴霧化し、この噴霧化された液体試料にキャリアガスを混合して試料ガスとし、この試料ガスをプラズマ発生部に導いて液体試料中の元素を特定するための分析光を生成する分析光発生装置として、現場で直接、工場排水などの液体試料中の元素の分析を行う際に利用することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

１−１，１−２…電極（平行平板電極）、２…絶縁板、３…小径の孔（プラズマ発生孔）、４…容器、４−１…液体試料導入口、４−２…キャリアガス導入口、４−３…液体試料導出口、４−４…ネジ部、６…液体試料、７…キャリアガス、８…超音波振動子、９（９−１，９−２）…防御壁、９ａ…ネジ部、９ｂ…貫通孔（通路）、９ｃ…溝、１０…試料ガス導入部、１０ａ…試料ガス導入孔、１０ｂ…ネジ部、１１…マイクロホローカソード電極部、１２…キャップ部、１２ａ…空間、１３…光ファイバ、１４…光ファイバ接合部、１５…防御壁、１５ａ…第１の防御壁、１５ｂ…第２の防御壁、１５ｃ…空間（通路）、１６…ヒータ、ＡＲ１，ＡＲ２…空間、１００…分析光発生装置、１０１…本体部、１０２…プラズマ発生部、１０３…コネクタ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】