特許 7602838 レーザーアブレーション用セル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-11

(45)【発行日】2024-12-19

(54)【発明の名称】レーザーアブレーション用セル

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20241212BHJP

   G01N 21/71 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 F

G01N21/71

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024086302

(22)【出願日】2024-05-28

【審査請求日】2024-06-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524188284

【氏名又は名称】ジェイ・エス・ティ有限会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002055

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＲｉｆｙ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 淳一

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０３５９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８０５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２４－５２０５４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／６０ － Ｇ０１Ｎ ２７／７０

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ － Ｇ０１Ｎ ２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セル本体と、
前記セル本体の搬送ガスの導入側に接続される導入部と、
前記セル本体の搬送ガスの導出側に接続される導出部と、
前記セル本体と前記導入部の接続端に介在するスリット部材と、を備え、
前記スリット部材は、前記導入部の導入口の一部を遮蔽することで前記搬送ガスの前記セル本体への導入量を制御し、
前記スリット部材は、前記導入部側に装着され、前記導入部への装着位置を高さ方向に調整することで、前記遮蔽の大きさを調整する
レーザーアブレーション用セル。

【請求項2】

前記セル本体の内部に、底面と平行となる位置関係で挿入されるインナー部材を更に備え、前記インナー部材は、前記セル本体の内部の前記搬送ガスの充填空間の大きさを規制することで、前記搬送ガスの前記セル本体の内部での流速を制御する
請求項１に記載のレーザーアブレーション用セル。

【請求項3】

上部に開口部を備えたセル本体と、
前記開口部に配設される窓部と、
前記セル本体に設置される設置台と、
前記セル本体の搬送ガスの導入側に接続される導入部と、
前記セル本体の搬送ガスの導出側に接続される導出部と、
前記セル本体の内部に、前記窓部と前記設置台との位置関係を変えることなく前記設置台と対向するように挿入され前記窓部と前記設置台との間に介在するもので、中央部に孔部が設けられたインナー部材と、
を備え、
前記インナー部材は、前記セル本体の内部の前記搬送ガスの充填空間の大きさを規制することで、前記搬送ガスの前記セル本体の内部での流速を制御する
レーザーアブレーション用セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザーアブレーション用セルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザーアブレーションによる元素分析法（所謂ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）においては、レーザーにより測定対象物面を照射することにより測定対象物をエアロゾル化（粒子化）する。このエアロゾル（粒子）を後段のＩＣＰ－ＭＳやＩＣＰ－ＯＥＳ等の分析装置に導入することにより、元素分析を行う。

【0003】

これらＩＣＰ－ＭＳやＩＣＰ－ＯＥＳ等の分析装置の導入口は、ガス雰囲気化でプラズマが発生している。そのため、対象物をレーザー照射し、直接分析装置へエアロゾル（粒子）を搬送するために、照射面もガス雰囲気化するためにセルが必要となる。また、エアロゾルの搬送のために、ガスはセル入り口から出口を介して分析装置へと流れる。

【0004】

このとき、分析装置側の制限により、ガスの流量上限は制限されるため、セル内の流速が十分に上がらず、サンプル周辺ではガスの対流等が生じ、測定対象物の設置場所によって精度に影響が発生することがある。例えば、図１０は従来技術に係るセルにおける上下方向の対流の様子を、図１１は従来技術に係るセルにおける奥行き方向の対流の様子を示している。図１０，図１１に示されるセル１００では、セル本体１０２の導入側、導出側にそれぞれポートブロック１０１Ａ，１０１Ｂが接続されており、セル本体１０２の上面は開口され、窓部１０６がカバー部材１０５により固定されている。セル本体１０２の凹部１０２Ａには、試料台１０３が置かれ、その上に測定対象の試料１０４が置かれている。ポートブロック１０１Ａの導入路１０１Ａ－１から導入された搬送ガスは、セル本体２の内部に導かれ、エアゾルは導出路１０１Ｂ－１を介して導出される。導出された搬送ガスは、図１０において符号Ｔ１で示すように上下方向に対流し、図１１において符号Ｔ２，Ｔ３で示すように奥行方向に対流する。

【0005】

２次元または３次元の分布（イメージング）分析を行う場合、セル内の流速が上げられないため、空間分解能を上げるためには、隣接する箇所のレーザー照射までの時間を十分空ける必要があり、測定に時間がかかるといった欠点がある（間隔が短いと前段のエアロゾルと混ざってしまう）。

【0006】

例えば、図１０には、２次元または３次元の分布分析を行う際のエアロゾルの流れも併せて示している。図中、左側の一点をレーザーで照射すると、そのエアロゾルが分析装置に流れ込む（符号Ｕ１）。この分析装置にエアロゾルが流れ込み、分析が終わったタイミングをみて、隣の一点をレーザーで照射すると、そのエアロゾルが分析装置に流れ込む（符号Ｕ２）。この繰り返しにより、分布状況を分析することができる。このため、より空間分解能を向上させ、測定時間を短縮するために、従来技術では、セル内容量の小さなセルなどを別途用いて、セル内の流速を上げる工夫がなされていた。

【0007】

ここで、特許文献１では、試料ステージと、レーザー照射部と、気流搬送系と、イオン源と、分析部とを備えたレーザーアブレーション質量分析装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００８－１９１１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１等の従来技術では、セル内の対流や搬送ガスのセル内流速をセル側で制御することはできなかった。

【0010】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セル内の対流抑制を図り、搬送ガスの流速を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るレーザーアブレーション用セルは、セル本体と、前記セル本体の搬送ガスの導入側に接続される導入部と、前記セル本体の搬送ガスの導出側に接続される導出部と、前記セル本体と前記導入部の接続端に介在するスリット部材と、を備え、前記スリット部材は、前記導入部の導入口の一部を遮蔽することで前記搬送ガスの前記セル本体への導入量を制御し、前記スリット部材は、前記導入部側に装着され、前記導入部への装着位置を高さ方向に調整することで、前記遮蔽の大きさを調整する。

【0012】

本発明の他の態様に係るレーザーアブレーション用セルは、上部に開口部を備えたセル本体と、前記開口部に配設される窓部と、前記セル本体に設置される設置台と、前記セル本体の搬送ガスの導入側に接続される導入部と、前記セル本体の搬送ガスの導出側に接続される導出部と、前記セル本体の内部に、前記窓部と前記設置台との位置関係を変えることなく前記設置台と対向するように挿入され前記窓部と前記設置台との間に介在するもので、中央部に孔部が設けられたインナー部材と、を備え、前記インナー部材は、前記セル本体の内部の前記搬送ガスの充填空間の大きさを規制することで、前記搬送ガスの前記セル本体の内部での流速を制御する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、セル内の対流抑制を図り、搬送ガスの流速を向上させる技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザーアブレーション用セルの構成図である。

【図2】図２は、同レーザーアブレーション用セルにおける測定対象物の設置方法を説明する図である。

【図3】図３は、同レーザーアブレーション用セルにおけるスリット部材の装着状態と稼働方向などを示す構成図である。

【図4】図４は、同レーザーアブレーション用セルにおけるスリット部材周辺のガスの流れを示す図である。

【図5】図５（ａ）、図５（ｂ）は、同レーザーアブレーション用セルにおけるスリット部材の稼働状態を示す構成図である。

【図6】図６（ａ）、図６（ｂ）は、同レーザーアブレーション用セルにおけるスリット部材の改良例を示す構成図である。

【図7】図７は、本発明の第２実施形態に係るレーザーアブレーション用セルの構成図である。

【図8】図８は、同レーザーアブレーション用セルの一部断面図である。

【図9】図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、同レーザーアブレーション用セルのインナー部材の構成を示す図である。

【図10】図１０は、従来技術に係るセルにおけるガスの上下方向の対流を示す図である。

【図11】図１１は、従来技術に係るセルにおけるガスの奥行方向の対流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

【0016】

＜第１実施形態＞
本発明の第1実施形態に係るレーザーアブレーション用セルは、セル内に可変または脱着式のスリット部材を設けることでセル本体内のガス経路を制御するものである。

【0017】

図１には、本発明の第１実施形態に係るレーザーアブレーション用セルの構成を斜視図で示し、図２には、同セルの設置ブロックを引き出した様子を斜視図で示し説明する。

【0018】

図１，図２に示されるように、レーザーアブレーション用セル１は、セル本体２の搬送ガスの導入側側面に導入部としてのポートブロック３Ａ、導出側側面に導出部としてのポートブロック３Ｂがそれぞれ装着され、更にセル本体２に着脱自在の設置ブロック７が装着され、構成されている。セル本体２へのポートブロック３Ａ，３Ｂの装着に際して、この例では、ボルト１２が用いられている。セル本体２は内部が中空で、その上面は開口部となっており、当該開口部には窓部４がカバー部材５により設置されている。この窓部４のカバー部材５による設置に際して、この例では、ボルト１１が用いられている。

【0019】

搬送ガスの導入側のポートブロック３Ａには、バルブ８Ａを介して搬送チューブ９Ａが接続されており、導出側のポートブロック３Ｂには、バルブ８Ｂを介して搬送チューブ９Ｂが接続されている。搬送チューブ９Ｂのポートブロック３Ｂへの接続端と反対の端部はＩＣＰ－ＭＳ（ＯＥＳ）の導入口（プラズマイオン源）５０に接続されている。

【0020】

ここでは不図示のレーザー光源のレーザー光は、図中符号Ｄ３で示す方向からセル本体２の試料１１に照射され、搬送ガスは、図中符号Ｄ１で示す方向から導入され、エアゾルは、図中符号Ｄ２で示す方向に導出される。

【0021】

図２に示されるように、設置ブロック７は、セル本体２の開口部２Ａよりセル本体２の内部に奥行方向（Ｚ軸方向）に挿入することで当該セル本体２に装着される。設置ブロック７の設置ブロック平面部７Ａには、ハンドル部６Ｃにより操作されるロック部材６Ａ，６Ｂが、それぞれ設けられており、ハンドル部６Ｃを操作することで、ポートブロック３Ａ，３Ｂに設けられたロック部材３Ａ－２，３Ｂ－２に対するロックの開閉がなされる。すなわち、設置ブロック７をセル本体２の開口部２Ａから挿入し、ハンドル部６Ｃを操作することで、ロック部材６Ａ，６Ｂがロック部材３Ａ－２，３Ｂ－２に係合し、位置固定される。設置ブロック７の凹部７Ｃには、設置台１０が装着され、当該設置台１０の上部平面に測定対象の試料１１が置かれる。

【0022】

図３、図４、及び図５（ａ）、図５（ｂ）には、レーザーアブレーション用セルにおけるスリットの装着状態と稼働方向などを示し説明する。

【0023】

図３に示されるように、ポートブロック３Ａの導入路３Ａ－１より導入された搬送ガスは、セル本体２の内部に導入されるが、本実施形態に係るレーザーアブレーション用セル１では、セル本体２とポートブロック３Ａとの接続端にスリット１３を介在させて、セル本体２の内部に導入される搬送ガスの気流を制御する。

【0024】

より詳細には、スリット１３は、この例では、ポートブロック３Ａの接続端の平面にボルト１４Ａ～１４Ｃで位置固定されるようになっているが、ボルトを挿入するスリット１３側の孔が高さ方向（Ｙ軸方向）に幅のある長孔となっているため、ボルトの締め付け位置を調整することで、スリット１３によりポートブロック３Ａの導入路３Ａ－１の接続端での導出口の開口面積を高さ方向に調整することができる。このように、スリット１３を高さ方向に稼働することにより、搬送ガスのセル本体２内での上下の気流を制御することが可能であり、例えば図４に示されるような状態では、搬送ガスは、導入路３Ａ－１からスリット通過時に測定対象物の試料１１の表面へと下降気流となって向けられる。

【0025】

ここで、図５（ａ）はスリット１３を上限まで上げて位置固定した様子を示し、図５（ｂ）はスリット１３を下限まで下げて位置固定した様子を示している。この例では、スリット１３には、奥行き方向に等間隔で並んで３カ所の縦方向の長孔部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが設けられており、それぞれ、ボルト１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃによりポートブロック３Ａの接続端の平面に位置固定される。

【0026】

このような構成において、設置ブロック７に設置された設置台１０に測定対象となる試料１１を置き、設置ブロック７をセル本体２に収容した状態でハンドル６Ｃを操作してロック部材６Ａ，６Ｂをロック部材３Ａ－２，３Ｂ－２に係合させロックする。そして、ポートブロック３Ａの導入路３Ａ－１より搬送ガスをセル本体２の内部に導入する。このとき、ポートブロック３Ａとセル本体２の間には、スリット１３が介在しているので、導入口の広さ（開口面積）が規制（制御）され、それにより、搬送ガスは、スリット通貨時に下降気流となって測定対象物の試料１１の表面に向けられる。そして、この状態において、不図示のレーザー光源からのレーザー光を、窓部４を介して測定対象物たる試料１１に向けて照射し、エアロゾル（粒子）をポートブロック３Ｂの導出路３Ｂ－１、バルブ８Ｂ、及び搬送チューブ９Ｂを介して、ＩＣＰ－ＭＳの導入口へと搬送する。

【0027】

本発明の実施形態に係るレーザーアブレーション用セル１を用いたレーザーアブレーションによる元素分析法では、レーザーを照射した箇所のみを選択的に分析可能であり、主に定量分析、２次元または３次元の分布分析が可能である。

【0028】

ここで、図６（ａ）、図６（ｂ）には、レーザーアブレーション用セルにおけるスリットの改良例の構成を示し説明する。

【0029】

図６（ａ）に示される例では、スリット２０の上方には、セル本体２の奥行き方向（スリット２０の長手方向）に、非等間隔で複数の孔部２０Ａが設けられており、孔部２０Ａの下方にボルトで位置固定するための孔部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが設けられている。このように、セル本体２の奥行き方向に非等間隔で複数の孔部２０Ａを有したスリット２０に交換することにより、奥行き方向のガス噴出量を制御することが可能となる。

【0030】

図６（ｂ）に示される例では、スリット２１は、セル本体２の奥行き方向（スリット２１の長手方向）延びた長孔部２１Ａが設けられており、孔部２１Ａの下方にボルトで位置固定するための孔部２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが設けられている。このように、セル本体２の奥行き方向に長孔部２１Ａを有したスリット２１に交換することにより、奥行きと上限の気流を制限することができる。

【0031】

本発明の第１実施形態に係るレーザーアブレーション用セルによれば、セル本体と導入側のポートブロックとの間にスリット部材を介在させることで、ポートブロックの導出口の大きさを規制することで、セル本体内のガス経路を制御することが可能となる。

【0032】

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るレーザーアブレーション用セルはセル内に脱着式のインナー部材を設けることでセル本体内のガス流速を制御するものである。

【0033】

図７には、本発明の第２実施形態に係るレーザーアブレーション用セルの構成を斜視図で示し、図８には同セルの一部断面図を示し、説明する。

【0034】

これらの図に示されるように、第２実施形態に係るレーザーアブレーション用セル３１では、セル本体２の側面のポートブロック３３Ｂを外し、インナー部材４０を挿入または取り外し可能となっている。

【0035】

図7、図８に示されるように、レーザーアブレーション用セル３１は、セル本体３２の搬送ガスの導入側、及び導出側側面にポートブロック３３Ａ，３３Ｂが装着され、更にセル本体３２に着脱自在の設置ブロック３７が装着され、構成されている。セル本体３２は内部が中空で、その上面は開口部となっており、当該開口部には窓部３４がカバー部材３５により設置されている。搬送ガスの導入側のポートブロック３３Ａには、バルブ３８Ａを介して搬送チューブが接続され、導出側のポートブロック３３Ｂには、バルブ３８Ｂを介して搬送チューブが接続される。ここでは不図示のレーザー光源のレーザー光は、セル本体３２の高さ方向、上方から下方に向けて、窓部３４を介して試料に照射される。

【0036】

セル本体３２からポートブロック３３Ｂを外すと、セル本体２の平面に開口部３２Ａが露呈する。この開口部３２Ａにインナー部材４０を挿入し、ポートブロック３３Ｂを再びセル本体２に装着することで、セル本体２において、試料１１がおかれた空間（搬送ガスの充填空間）が規制され狭くなるので、ガスの流速を向上させることが可能となる。

【0037】

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）には、レーザーアブレーション用セルのインナー部材の構成を示し説明する。図９（ａ）は左方側面図、図９（ｂ）は平面図、図９（ｃ）は右方側面図である。

【0038】

これらの図に示されるように、インナー部材４０は中央にレーザー照射用の孔部４０Ａが設けられており、当該孔部４０Ａを中心としてガス経路方向に導出路４０Ｂが刻まれている。導出路４０Ｂは、孔部４０Ａを挟んで導入側は広く、導出側は導入側に比べて狭くなるように形成されている。これにより、不要な箇所へのガス充填を抑制し、レーザー照射箇所のガスの流速を上げることが可能となる。

【0039】

本発明の第２実施形態に係るレーザーアブレーション用セルによれば、セル本体内にインナー部材を挿入することで、搬送ガスが充満する空間を狭小化することで、セル本体内のガス流速を制御することが可能となる。

【0040】

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、第１に、セル本体２と、セル本体２の搬送ガスの導入側に接続される導入部としてのポートブロック３Ａと、セル本体２の搬送ガスの導出側に接続される導出部としてのポートブロック３Ｂと、セル本体２と導入部としてのポートブロック３Ａの接続端に介在するスリット部材１３とを備え、スリット部材１３は、導入部としてのポートブロック３Ａの導入口の一部を遮蔽することで搬送ガスのセル本体２への導入量を制御するレーザーアブレーション用セルが提供される。

【0041】

ここで、スリット部材１３は、導入部としてのポートブロック３Ａ側に、例えばボルト等を用いて装着され、導入部としてのポートブロック３Ａへの装着位置を高さ方向に調整することで、遮蔽の大きさを調整するようにしてよい。

【0042】

あるいは、スリット部材２０は、長手方向に複数の孔部２０Ａが形成されたスリット部２０、または１つの長孔部２１Aが形成されたスリット部２１としてもよい。

【0043】

このほか、セル本体２の内部に、底面と平行となる位置関係で挿入されるインナー部材４０を更に備え、インナー部材４０は、セル本体２の内部の搬送ガスの充填空間の大きさを高さ方向から規制することで、搬送ガスのセル本体２の内部での流速を制御するようにしてもよい。

【0044】

第２に、セル本体３２と、セル本体３２の搬送ガスの導入側に接続される導入部としてのポートブロック３３Ａと、セル本体３２の搬送ガスの導出側に接続される導出部としてのポートブロック３３Ｂと、セル本体２の内部に、底面と平行となる位置関係で挿入されるインナー部材４０と、を備え、インナー部材４０は、前記セル本体３２の内部の前記搬送ガスの充填空間の大きさを高さ方向から規制することで、搬送ガスのセル本体３２の内部での流速を制御するレーザーアブレーション用セルが提供される。

【0045】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。

【0046】

例えば、前述したスリットの孔部の数や形状は、前述したものには限定されず、用途や計測条件に応じたに設計することが可能である。インナー部材についても、導出路の形状や設置位置（高さ）は、用途や計測条件に応じて設計することが可能である。更に第１実施形態と第２実施形態を組み合わせて、スリット部材、インナー部材を共に備えたアブレーション用セルとすることも可能である。

【符号の説明】

【0047】

１…レーザーアブレーション用セル、２…セル本体、３Ａ,３Ｂ…ポートブロック、３Ａ－１…導入路、３Ａ－２…ロック部材、３Ｂ－１…導出路、３Ｂ－２…ロック部材、４…窓部、５…カバー部材、６…ハンドル部、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…ロック部材、７…設置ブロック、７Ａ…設置ブロック平面部、７Ｂ…設置ブロック本体、７Ｃ…凹部、８Ａ，８Ｂ…バルブ、９Ａ，９Ｂ…搬送チューブ、１０…設置台、１１…試料、１１，１２…ネジ部材、１３…スリット部材、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…長孔部、１４…ボルト、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…ボルト、２０…スリット、２０Ａ…孔部、２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…孔部、２１…スリット、２１Ａ…長孔部、２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…孔部、３１…レーザーアブレーション用セル、３２…セル本体、３２Ａ…開口部、３３Ａ，３３Ｂ…ポートブロック、３３Ａ－２，３３Ｂ－２…ロック部材、３４…窓部、３５…カバー部材、３６…ハンドル部、３６Ａ，３６Ｂ…ロック部材、３６Ｃ…ハンドル部、３７…設置ブロック、３７Ａ…凹部、３８Ａ，３８Ｂ…バルブ、４０…インナー部材、４０Ａ…孔部、４０Ｂ…導出路、５０…ＩＣＰ－ＭＳの導入口（プラズマイオン源）。

【要約】

【課題】セル内の対流抑制を図り、搬送ガスの流速を向上させる。
【解決手段】本発明は、セル本体２と、セル本体の搬送ガスの導入側に接続されるポートブロック３Ａと、セル本体の搬送ガスの導出側に接続されるポートブロック３Ｂと、セル本体２とポートブロック３Ａの接続端に介在するスリット部材１３とを備え、スリット部材１３はポートブロック３Ａの導入口の一部を遮蔽することで搬送ガスのセル本体２への導入量を制御するレーザーアブレーション用セルである。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】