專利名稱：原子化器以及發(fā)光分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用大氣壓等離子體進(jìn)行樣品中的目標(biāo)元素的原子化的原子化器，其特征在于用于產(chǎn)生大氣壓等離子體的電源方面。另外，本發(fā)明涉及使用了該原子化器的發(fā)光分析裝置。
背景技術(shù)：
在原子吸光分析、原子發(fā)光分析中，需要一種對(duì)樣品進(jìn)行原子化的裝置(原子化器)，但是以往在原子吸光分析中為石墨爐，而在原子發(fā)光分析中為ICP裝置等作為原子化器而被廣泛使用。另外，如專利文獻(xiàn)I那樣，還公知有一種使用了大氣壓等離子體的原子化
器。 在專利文獻(xiàn)I記載有如下所述的發(fā)光分析方法。首先，使用原子化器向包含目標(biāo)元素的樣品照射大氣壓等離子體使樣品原子化，使該原子化的樣品中的金屬元素蒸氣混入大氣壓等離子體中，被等離子體中的高能量電子勵(lì)起而發(fā)光。對(duì)該發(fā)光通過分光器進(jìn)行測定，從而計(jì)測樣品中的目標(biāo)元素的密度等。S卩，專利文獻(xiàn)I所述的原子化器具有產(chǎn)生大氣壓等離子體的等離子體產(chǎn)生裝置，以及將大氣壓等離子體引導(dǎo)照射到樣品的感應(yīng)電極，并具備等離子體產(chǎn)生裝置的電源，以及向等離子體產(chǎn)生裝置的電極與感應(yīng)電極之間施加電壓的電源這2個(gè)電源。大氣壓等離子體的等離子體溫度低，電子密度高，因此能夠高效地將樣品原子化。另外，對(duì)于上述原子化器的大氣壓等離子體的產(chǎn)生，記載有對(duì)工業(yè)AC電源的電壓進(jìn)行升壓并對(duì)電極施加的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1:日本特開2008 - 241293但是，在使用工業(yè)AC電源的情況下，由于電壓緩慢上升所以直到變成放電起始電壓為止會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，原子化的效率差。因此，針對(duì)目標(biāo)元素的種類而言發(fā)光強(qiáng)度低，測定困難。另外，專利文獻(xiàn)I的原子化器具備2個(gè)電源，所以無法使裝置小型化而成為便攜式。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于，在使用了大氣壓等離子體的原子化器中，實(shí)現(xiàn)原子化的
高效率化。另外，本發(fā)明的其他目的在于，實(shí)現(xiàn)使用了大氣壓等離子體的原子化器的小型化。第一發(fā)明是一種原子化器，其用電源施加電壓而產(chǎn)生大氣壓等離子體，并向樣品照射所述大氣壓等離子體而將所述樣品原子化，該原子化器的特征在于，電源輸出正負(fù)交替地反轉(zhuǎn)的矩形脈沖電壓。第二發(fā)明的原子化器的特征在于，在第一發(fā)明中，具有棒狀的第一電極；絕緣管，其為管狀，且在該絕緣管內(nèi)，在第一電極的軸周圍處成為第一電極從管內(nèi)壁分離的狀態(tài)的方式保持第一電極的前端部，并在管內(nèi)壁與第一電極的間隙，放電氣體向第一電極的前端部側(cè)的軸向流動(dòng)；第二電極，其從第一電極的前端部隔開一定距離而配置；樣品保持部，其具有保持樣品的凹部，且在該凹部底面露出第二電極，該樣品保持部由絕緣材料構(gòu)成，電源向第一電極與上述第二電極之間施加電壓。第三發(fā)明是一種原子化器，其特征在于，具有棒狀的第一電極；絕緣管，其為管狀，且在該絕緣管內(nèi)，在第一電極的軸周圍處成為第一電極從管內(nèi)壁分離的狀態(tài)的方式保持第一電極的前端部，并在管內(nèi)壁與第一電極的間隙，放電氣體向第一電極的前端部側(cè)的軸向流動(dòng)；第二電極，其從第一電極的前端部隔開一定距離而配置；樣品保持部，其具有保持樣品的凹部，且在該凹部底面露出第二電極，樣品保持部由絕緣材料構(gòu)成；交流電源，向第一電極與第二電極之間施加電壓。作為放電氣體能夠使用Ar、He、氮?dú)?、氧氣、空氣等。作為第一電極以及第二電極的材料，能夠使用SUS、銅、鎢等。但是，第二電極應(yīng)不使用包含成為分析目標(biāo)的元素的材料，或應(yīng)利用不包含成為分析目標(biāo)的元素的材料來實(shí)施覆膜、電鍍等。是為了避免第二電極被原子化而給分析帶來影響的緣故。第四發(fā)明是一種發(fā)光分析裝置，具備第三發(fā)明的原子化器；分光裝置，其以樣品為中心，以相對(duì)于與第一電極和第二電極的對(duì)置方向垂直的面成45 75°的角度，接收包含通過原子化器被原子化的樣品的大氣壓等離子體的發(fā)出光進(jìn)行分光分析。通過將受光角度設(shè)為這種范圍，在分析時(shí)能夠得到足夠的發(fā)光強(qiáng)度。更優(yōu)選的角度為60°。根據(jù)本第一、第二發(fā)明，因矩形波的上升沿，下降沿的銳度，能夠瞬間施加到放電起始電壓，發(fā)光強(qiáng)度高的狀態(tài)被保持一定期間，因此能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的原子化的高效率化。作為其結(jié)果，能夠使發(fā)光強(qiáng)度提高，實(shí)現(xiàn)分析精度的提高。另外，通過將電壓脈沖化而抑制等離子體溫度的上升，并抑制被原子化的樣品的分散。作為其結(jié)果，原子化的樣品的密度提高，大氣壓等離子體所包含的被原子化的樣品的密度也提高，發(fā)光強(qiáng)度提高。另外，由于交替地施加正的矩形脈沖和負(fù)的矩形脈沖，所以能夠穩(wěn)定地生成大氣壓等離子體。第三發(fā)明的原子化器由于電源只有一個(gè)，所以能夠小型化，由此能夠?qū)崿F(xiàn)便攜式的原子化器。另外，根據(jù)第四發(fā)明的發(fā)光分析裝置，分析中能夠得到足夠的發(fā)光強(qiáng)度，所以能夠提聞分析的精度。


圖1是表示實(shí)施例1的原子化器的構(gòu)成的圖。圖2是表示實(shí)施例1的原子化器的脈沖高壓電源的電壓波形和等離子體的發(fā)光波形的圖表。圖3是表示實(shí)施例1的原子化器的工業(yè)AC電源的電壓波形和等離子體的發(fā)光波形的圖表。圖4是表示實(shí)施例1的原子化器的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間依存性的圖表。圖5是表示由實(shí)施例1的原子化器產(chǎn)生的脈沖幅度和大氣壓等離子體的溫度的關(guān)系的圖表。
圖6是表示由實(shí)施例1的原子化器產(chǎn)生的脈沖幅度和大氣壓等離子體的電子密度的關(guān)系的圖表。
7是表示由實(shí)施例1的原子化器產(chǎn)生的脈沖幅度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。
8是表示實(shí)施例2的原子化器的構(gòu)成的圖。
9是放大表示實(shí)施例2的原子化器的棒狀電極10部分的構(gòu)成的圖。
10是放大表示實(shí)施例2的原子化器的樣品電極11部分的構(gòu)成的圖。
11是表示實(shí)施例2的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的受光角度依存
12是表示實(shí)施例2的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的測定距離依存圖性的圖表。圖性的圖表。圖13是表示實(shí)施例2的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的Ar氣體流速依存性的圖表。圖14是表示由實(shí)施例2的原子化器產(chǎn)生的在使陶瓷管14的內(nèi)徑為2mm的情況下的大氣壓等離子體的照片。圖15是表示由實(shí)施例2的原子化器產(chǎn)生的在使陶瓷管14的內(nèi)徑為3mm的情況下的大氣壓等離子體的照片。圖16是表示實(shí)施例2的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的凹部16直徑依存性的圖表。圖17是表示實(shí)施例2的原子化器的大氣壓等離子體發(fā)光的時(shí)間特性的圖表。圖18是表示實(shí)施例2的原子化器的Cu的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間特性的圖表。圖19是表示利用實(shí)施例2的原子化器測定污水樣本中的Cu、Zn的濃度而得的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，針對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施例，參照附圖進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于實(shí)施例。實(shí)施例1圖1是表示實(shí)施例1的原子化器的構(gòu)成的圖。實(shí)施例1的原子化器具有棒狀電極10 (本發(fā)明的第一電極)和樣品電極11 (本發(fā)明的第二電極)。棒狀電極10為直徑1. 2mm的Cu制的棒狀結(jié)構(gòu)，樣品電極11為外徑2_、內(nèi)徑Imm的不銹鋼制的管狀結(jié)構(gòu)。棒狀電極10的外圓周面被絕緣體102覆蓋。棒狀電極10，除了 Cu以外還能使用不銹鋼、鑰、鎢等。另外，樣品電極11除了不銹鋼以外，還能夠使用Cu、鑰、鎢等。但是，考慮到樣品電極11自身會(huì)原子化，而給分析帶來影響的問題，則需要對(duì)樣品電極11使用不包含目標(biāo)元素的材料，或以不包含目標(biāo)元素的材料來實(shí)施覆膜、電鍍等。棒狀電極10的前端部使軸向一致地被收納于陶瓷管12的管內(nèi)。陶瓷管12的與樣品電極11對(duì)置的前端側(cè)變窄了一階，棒狀電極10延伸到該變窄的管內(nèi)121。棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁之間設(shè)置有間隙101。該棒狀電極10的軸周圍的空間101成為Ar氣體的流路。
陶瓷管12與絕緣管13連結(jié)。絕緣管13在與軸向垂直的方向上具有分支13a，從陶瓷管12的管內(nèi)120向絕緣管13的管內(nèi)130延伸的棒狀電極10被彎曲而插入到絕緣管13的分支13a的管內(nèi)，而露到外部。絕緣管13能夠使用含氟樹脂等絕緣材料。而且，在陶瓷管12的與樣品電極11對(duì)置的前端部側(cè)嵌入有外徑與陶瓷管12的內(nèi)徑幾乎一致的短的陶瓷管14。絕緣管13經(jīng)由減壓及流量控制器等連接于封入放電用氣體Ar的儲(chǔ)氣瓶(未圖示)。從儲(chǔ)氣瓶供給的Ar氣體沿軸向從絕緣管13的管內(nèi)130向陶瓷管12的管內(nèi)120供給，并向棒狀電極10的前端部的軸向流經(jīng)棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁之間的間隙101而從陶瓷管14的前端140Ar氣體被排出。放電氣體除了 Ar以外還能夠使用He、Ne、N、空氣等。樣品電極11被內(nèi)徑2mm、外徑3mm的陶瓷管15被覆。陶瓷管15的前端150的外徑被擴(kuò)張，在陶瓷管15的端面151形成有缽狀的凹部16。樣品電極11在凹部16的底面152露出。通過該凹部16保持進(jìn)行原子化的樣品。另外，通過使樣品電極11形成為管狀，從而能夠通過該管內(nèi)向陶瓷管15的前端150的凹部16供給液體樣品。另外，陶瓷管15被含氟樹脂部件17進(jìn)一步被覆。此外，在凹部16保持一定量的樣品的情況下，無需使樣品電極11成為管狀，也可以使其成為棒狀等。棒狀電極10、樣品電極11與高壓脈沖電源18連接，被施加正負(fù)交替地反轉(zhuǎn)的矩形脈沖電壓。使Ar氣體在棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁之間的管內(nèi)120向棒狀電極10的前端部的軸向流動(dòng)，并通過向棒狀電極10、樣品電極11施加電壓，從而在棒狀電極10的先端部11產(chǎn)生大氣壓等離子體，該大氣壓等離子體向樣品電極11延伸。然后，大氣壓等離子體被照射到保持在凹部16的樣品上，樣品被原子化。被原子化的樣品的一部分混入到大氣壓等離子體中而進(jìn)行發(fā)光，通過受光裝置接收該發(fā)出光并對(duì)發(fā)光光譜進(jìn)行分析，由此能夠進(jìn)行樣品中的目標(biāo)元素的定量分析等。另外，也能夠?qū)δ繕?biāo)元素的諧振線光譜利用發(fā)光的光源，將該光源的光照射到被原子化的樣品而進(jìn)行吸光分析。圖2是表示高壓脈沖電源18的輸出電壓波形與實(shí)施例1的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光波形的對(duì)應(yīng)的圖表。另外，圖3是表示以往的工業(yè)AC電源的電壓波形與比較例的原子化器的大氣壓等離子體的發(fā)光波形的圖表。在此，比較例的原子化器是指實(shí)施例1的原子化器中，代替脈沖高壓電源而使用升壓后的工業(yè)AC電源的電壓的原子化器。如圖3那樣，在使用工業(yè)AC電源的情況下，由于電壓平緩上升因此直到達(dá)到放電起始電壓為止會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，另外，會(huì)成為大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度也緩緩增加、減少的狀態(tài)。即，在使用了工業(yè)AC電源的情況下，樣品的原子化的效率會(huì)降低。另一方面，如圖2那樣在使用正負(fù)交替地反轉(zhuǎn)的矩形脈沖電壓的情況下，輸出電壓瞬間上升至放電起始電壓，因此大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度也瞬間上升，發(fā)光強(qiáng)度在與脈沖高壓電源的脈沖幅度幾乎相同的期間內(nèi)，以高發(fā)光強(qiáng)度狀態(tài)恒定地被維持。因此，能夠高效率地進(jìn)行樣品的原子化。另外，由于電壓為脈沖，所以能夠抑制等離子體溫度的上升，抑制被原子化的樣品的發(fā)散。因此，被原子化的樣品的密度提高，大氣壓等離子體所包含的被原子化的樣品的密度也提高。作為其結(jié)果，能夠提高樣品中的目標(biāo)元素的發(fā)光強(qiáng)度。另外，由于是正負(fù)交替反轉(zhuǎn)的脈沖，所以能夠穩(wěn)定生成大氣壓等離子體。圖4是使用實(shí)施例1的原子化器和受光裝置來構(gòu)成發(fā)光分析裝置，以含有Ippm的Pb的水為樣品，通過發(fā)光分析裝置測量樣品中的Pb的諧振線光譜(波長283. 3nm)的發(fā)光強(qiáng)度而得的圖表。橫軸是施加電壓后的經(jīng)過時(shí)間。高壓脈沖電源18使用了在IOOHz下占空比為20%的電源和在150Hz下占空比為30%的電源。并且脈沖幅度為2ms，脈沖間隔不同。另外，代替實(shí)施例1的原子化器，也測定了使用利用了工業(yè)AC電源的比較例的原子化器時(shí)的Pb的諧振線光譜的發(fā)光強(qiáng)度。如圖4那樣，在使用了工業(yè)AC電源的情況下，發(fā)光強(qiáng)度即使在峰值也非常弱。另一方面，在使用了高壓脈沖電源18的情況下，峰值處的發(fā)光強(qiáng)度比使用工業(yè)AC電源時(shí)強(qiáng)。特別是在150Hz下占空比為30%時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度的峰值比工業(yè)AC電源的情況約強(qiáng)5倍，比在IOOHz下占空比為20%的情況約強(qiáng)2. 5倍。圖5是表示高壓脈沖電源18的輸出電壓的脈沖幅度與大氣壓等離子體的溫度的關(guān)系的圖表。樣品使用包含IppmCu的水。從圖5可知，脈沖幅度約為2ms為止等離子體溫度Tg緩緩上升，但若超過2ms，則等離子體溫度幾乎成為恒定。圖6是表示高壓脈沖電源18的輸出電壓的脈沖幅度和大氣壓等離子體的電子密度ne的關(guān)系的圖表。如圖6那樣可知，電子密度ne不太取決于脈沖幅度，是幾乎恒定的值。圖7是表示高壓脈沖電源18的輸出電壓的脈沖幅度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。以包含Ippm的Cu的水為樣品，是樣品中的Cu的諧振線光譜(波長324nm)的發(fā)光強(qiáng)度。從圖7可知，發(fā)光強(qiáng)度取決于脈沖幅度，在脈沖幅度為Ims左右的情況下存在發(fā)光強(qiáng)度的峰值。根據(jù)圖4以及圖7的結(jié)果可知，發(fā)光強(qiáng)度取決于高壓脈沖電源18的輸出電壓的脈沖幅度、脈沖間隔，通過脈沖幅度、脈沖間隔的控制而能夠控制發(fā)光強(qiáng)度(樣品的原子化效率)。實(shí)施例2接下來，對(duì)實(shí)施例2進(jìn)行說明。圖8是表示實(shí)施例2的原子化器的構(gòu)成的圖。實(shí)施例2的原子化器具有棒狀電極10 (本發(fā)明的第一電極)和樣品電極11 (本發(fā)明的第二電極)。棒狀電極10為直徑1. 2mm的Cu制的棒狀,樣品電極11為外徑2mm、內(nèi)徑Imm的不銹鋼制的管狀。棒狀電極10除了 Cu以外，還能夠使用不銹鋼、鑰、鎢等。另外，樣品電極11除了不銹鋼以外，還能夠使用Cu、鑰、鎢等。但是，考慮到樣品電極11自身會(huì)原子化，而給分析帶來影響的問題，則需要對(duì)樣品電極11使用不包含目標(biāo)元素的材料，或以不包含目標(biāo)元素的材料來實(shí)施覆膜、電鍍等。圖9是放大表示原子化器的棒狀電極10部分的構(gòu)成的圖。棒狀電極10的外圓周面被絕緣體102被覆。棒狀電極10的前端部111使軸向一致地被收納到陶瓷管12的管內(nèi)
12。陶瓷管12的與樣品電極11對(duì)置的前端部122變窄了一階，棒狀電極10延伸到該變窄的前端部122的位置。在棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁之間設(shè)置有間隙101。該棒狀電極10的軸周圍的空間成為Ar氣體的流路。陶瓷管12在根部與絕緣管13連結(jié)。絕緣管13在與軸向垂直的方向上具有分支13a，從陶瓷管12的管內(nèi)120延伸到絕緣管13的管內(nèi)130的棒狀電極10被彎曲而插入到絕緣管13的分支13a的管內(nèi)，而在外部露出。絕緣管13能夠使用含氟樹脂等絕緣材料。而且，在陶瓷管12的與樣品電極11對(duì)置的前端部122嵌入有外徑與陶瓷管12的內(nèi)徑幾乎一致的短的陶瓷管14。
絕緣管13經(jīng)由減壓及流量控制器等與封入放電用氣體Ar的儲(chǔ)氣瓶(未圖示)連接。從儲(chǔ)氣瓶供給的Ar氣體沿軸向從絕緣管13的管內(nèi)向陶瓷管12的管內(nèi)120供給，并向棒狀電極10前端部側(cè)的軸向流經(jīng)棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁的間隙101而從陶瓷管14的前端140排出Ar氣體。放電氣體除了 Ar以外還能夠使用He、Ne、N、空氣等。圖10是放大表示原子化器的樣品電極11部分的構(gòu)成的圖。樣品電極11被內(nèi)徑2mm、外徑3mm的陶瓷管15被覆。陶瓷管15的前端150的外徑被擴(kuò)張，在陶瓷管15的端面151形成有缽狀的凹部16。樣品電極11在凹部16的底面152露出。通過該凹部16，保持進(jìn)行原子化的樣品。另外，通過將樣品電極11形成為管狀，從而能夠通過該管內(nèi)向陶瓷管15的前端150的凹部16供給液體樣品。另外，陶瓷管15被含氟樹脂部件17進(jìn)一步被覆。此外，在凹部保持一定量的樣品的情況下，無需將樣品電極11形成為管狀，可以形成為棒狀等。棒狀電極10、樣品電極11與60Hz的交流電源18連接，被施加電壓。使Ar氣體在棒狀電極10與陶瓷管12的內(nèi)壁的間隙101中向棒狀電極10的前端部側(cè)的軸向流動(dòng)，并向棒狀電極10、樣品電極11施加電壓，由此在棒狀電極10的前端部111產(chǎn)生大氣壓等離子體，該大氣壓等離子體向樣品電極11延伸。然后，大氣壓等離子體照射到被保持在凹部16的樣品，樣品被原子化。被原子化的樣品的一部分混入大氣壓等離子體中進(jìn)行發(fā)光，通過受光裝置接收該發(fā)出光并對(duì)發(fā)光光譜進(jìn)行分析，由此能夠進(jìn)行樣品中的目標(biāo)元素的定量分析等。另外，能夠?qū)δ繕?biāo)元素的諧振線光譜利用進(jìn)行發(fā)光的光源，將該光源的光照射到被原子化的樣品而進(jìn)行吸光分析。以上說明的實(shí)施例2的原子化器不是現(xiàn)有的使用大氣壓等離子體的原子化器那樣的使用2個(gè)電源的構(gòu)造，而是使用單一電源的構(gòu)造，因此能夠進(jìn)行裝置的小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)便攜式原子化器。接下來，對(duì)使用了實(shí)施例2的原子化器的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。[實(shí)驗(yàn)例I]圖11是表示測定通過實(shí)施例2的原子化器得到的大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的受光角度依存性的結(jié)果的圖表。橫軸表示受光角度，受光角度是連結(jié)樣品和受光裝置的直線、與垂直于棒狀電極10和樣品電極11的對(duì)置方向(軸向)的面所成的角度。受光裝置是在端部設(shè)置有透鏡的光纖，光纖與分光裝置連接。樣品為含有Ippm的Cu的水，Cu在諧振線光譜波長(324. 75nm)的發(fā)光強(qiáng)度被受光裝置測定出。另外，棒狀電極10和樣品電極11的距離為4mm，從樣品到受光裝置的距離為4mm。如圖11那樣，在使受光角度為45 75°時(shí)檢測的發(fā)光強(qiáng)度高，檢測的發(fā)光強(qiáng)度最高的是受光角度在60°時(shí)。另外，也測定了樣品和受光裝置之間的距離依存性。使受光角度為60°，其他條件與圖11的情況相同。如圖12所示，被檢測的發(fā)光強(qiáng)度存在測定距離依存性，在36mm處檢測到的發(fā)光強(qiáng)度為最高。雖考慮到在測定距離中存在波長依存性，但在其他元素的諧振線光譜的情況下，也考慮與Cu的情況同樣，存在最佳的測定距離。[實(shí)驗(yàn)例2]圖13是表示測定了大氣壓等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的Ar氣體流量依存性的結(jié)果的圖表。棒狀電極10與樣品電極11的距離(間隔)為6mm。另外，作為樣品準(zhǔn)備了含IppmCu的水和含20ppmCu的水。圖13 (a)為含IppmCu的水的情況，圖13 (b)為含20ppmCu的水的情況。在任意一種樣品的情況下，在O. 4L / min下發(fā)光強(qiáng)度都為最大。可認(rèn)為這是因?yàn)槿袅髁柯齽t等離子體不穩(wěn)定而發(fā)光強(qiáng)度降低，若流量快則原子化的樣品會(huì)飛散而發(fā)光強(qiáng)度會(huì)降低。如此，可知存在Ar氣體流量的最佳值。另外，Ar氣體流量優(yōu)選O. 2升/min以上、O. 8升/min以下。[實(shí)驗(yàn)例3]圖14是表示使陶瓷管14的內(nèi)徑為2mm的情況下的大氣壓等離子體的照片，圖15是表示使內(nèi)徑為3_的情況下的大氣壓等離子體的照片。期待增大陶瓷管14的內(nèi)徑而使大氣壓等離子體變粗，從而能夠向樣品照射的等離子體照射范圍變寬而使發(fā)光強(qiáng)度提高，但比較圖14、15可知，即使使內(nèi)徑從2mm變?yōu)?mm,大氣壓等離子體也不一定變粗。另外,在使內(nèi)徑為3mm的情況下等離子體變得不穩(wěn)定，沒有變成均勻的粗細(xì)。其結(jié)果，陶瓷管14的內(nèi)徑優(yōu)選為2_以下。另外，根據(jù)該結(jié)果，可以認(rèn)為存在得到變粗且穩(wěn)定的大氣壓等離子體的內(nèi)徑的最佳值。另外，可以認(rèn)為其內(nèi)徑的最佳值取決于電源容量和棒狀電極10的材料、直徑等構(gòu)成要素。[實(shí)驗(yàn)例4]比較了因保持樣品的凹部16的直徑不同而不同的發(fā)光強(qiáng)度。凹部16的直徑為2、3、4mm。從棒狀電極10到樣品電極11的距離為6mm,Ar氣體流量為O. 8L / min,樣品使用含有IOppmCu的水。在4mm處,樣品電極11表面的等離子體位置變得不穩(wěn)定。圖16表示凹部16的直徑為2mm、3mm時(shí)的發(fā)光光譜的圖。從圖16可知,保持樣品的凹部16的直徑大的的一方發(fā)光強(qiáng)度也提高。根據(jù)該結(jié)果可知，凹部16的直徑存在使發(fā)光強(qiáng)度為最大的最佳值。優(yōu)選使凹部16的直徑為3mm以上。[實(shí)驗(yàn)例5]對(duì)于樣品的供給方法的不同，研究了樣品注入法和定量供給法這2種方法。樣品注入法是通過樣品電極11的管內(nèi)向凹部16隨時(shí)供給一定量液體樣品的方法。定量供給法是按每次測定向凹部16供給一定量的液體樣品的方法。通過實(shí)驗(yàn)研究這2種方法的結(jié)果可知，根據(jù)再現(xiàn)性、測定時(shí)的穩(wěn)定性等方面優(yōu)選定量供給法。[實(shí)驗(yàn)例6]測定了大氣壓等離子體的發(fā)光的時(shí)間特性。樣品使用含有IppmCu的水，Ar氣體流量為0.4L / min，棒狀電極10和樣品電極11的間隔為4mm。圖17是表示Cu、H、N的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間特性的圖表。波長為=Cu為324. 75nm、H為486. 13nm、N為380nm。時(shí)間軸以對(duì)原子化等離子體進(jìn)行點(diǎn)火的時(shí)間作為原點(diǎn)。如圖17那樣，氫的發(fā)光強(qiáng)度的峰值與銅的發(fā)光強(qiáng)度的峰值幾乎一致。這表示通過大氣壓等離子體來蒸發(fā)樣品的水而進(jìn)行原子化的同時(shí)，水所含有的Cu也被原子化。另外，從H、Cu的發(fā)光強(qiáng)度的峰值之后N的發(fā)光強(qiáng)度增加，但這是由于隨著樣品蒸發(fā)而空氣混入所致。另外，對(duì)于Cu的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間特性，為了確認(rèn)再現(xiàn)性，而反復(fù)測定三次。圖18是表示其結(jié)果的圖表?？芍摻Y(jié)果為Cu的發(fā)光強(qiáng)度的峰值的再現(xiàn)性為10%左右。[實(shí)驗(yàn)例7]將污水樣本用作樣品，確認(rèn)使用實(shí)施例1的原子化器的發(fā)光分析裝置的有效性。對(duì)于污水樣本中的Cu、Zn的濃度，預(yù)先通過使用了 ICP裝置的發(fā)光分析來測定時(shí)，分別為3. 5ppm、10ppm。圖19 (a)是測定Cu的濃度的結(jié)果，圖19 (b)是測定Zn的濃度的結(jié)果。圖中，菱形的圖案是濃度測定已知(分別為O. 5ppm、lppm、2ppm濃度的Cu濃度或者Zn濃度)的標(biāo)準(zhǔn)樣品的結(jié)果。另外，圖19中，黑圓圖案是通過ICP裝置測定出的污水樣本中的Cu、Zn的濃度。表示基于使用實(shí)施例1的原子化器的發(fā)光分析裝置的污水樣本中的Cu、Zn的濃度測定結(jié)果的菱形圖案與圖中的黑圓圖案重疊。該結(jié)果能夠確認(rèn)使用了實(shí)施例1的原子化器的發(fā)光分析裝置能夠以高精度進(jìn)行定量分析。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的原子化器能夠用于吸光分析發(fā)光分析等分析裝置。附圖標(biāo)記說明10 :棒狀電極；11 :樣品電極;12，14，15 :陶瓷管；13 :絕緣管；16 :凹部；17 :含氟樹脂部件；18:電源。
權(quán)利要求
1.一種原子化器，其用電源施加電壓而產(chǎn)生大氣壓等離子體，并向樣品照射所述大氣壓等離子體而將所述樣品原子化，該原子化器的特征在于，所述電源輸出正負(fù)交替反轉(zhuǎn)的矩形脈沖電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子化器，其特征在于，具有棒狀的第一電極；絕緣管，其為管狀，且在該絕緣管內(nèi)，在所述第一電極的軸周圍處成為所述第一電極從管內(nèi)壁分離的狀態(tài)的方式保持所述第一電極的前端部，并在管內(nèi)壁與所述第一電極的間隙，放電氣體向所述第一電極的前端部側(cè)的軸向流動(dòng)；第二電極，其從所述第一電極的前端部隔開一定距離而配置；以及樣品保持部，其具有保持樣品的凹部，且在該凹部底面露出所述第二電極，該樣品保持部由絕緣材料構(gòu)成，所述電源向所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓。
3.一種原子化器，其特征在于，具有棒狀的第一電極；絕緣管，其為管狀，且在該絕緣管內(nèi)，在所述第一電極的軸周圍處成為所述第一電極從管內(nèi)壁分離的狀態(tài)的方式保持所述第一電極的前端部，并在管內(nèi)壁與所述第一電極的間隙，放電氣體向所述第一電極的前端部側(cè)的軸向流動(dòng)，第二電極，其從所述第一電極的前端部隔開一定距離而配置；以及樣品保持部，其具有保持樣品的凹部，且在該凹部底面露出所述第二電極，該樣品保持部由絕緣材料構(gòu)成，交流電源，其向所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓。
4.一種發(fā)光分析裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求3所述的原子化器；以及分光裝置，其以所述樣品為中心，以相對(duì)于與所述第一電極和所述第二電極的對(duì)置方向垂直的面成45 75°的角度，接收包含被所述原子化器原子化的樣品的大氣壓等離子體的發(fā)出光并進(jìn)行分光分析。
全文摘要
能夠?qū)崿F(xiàn)原子化的高效率化。原子化器具有棒狀電極(10)和與棒狀電極(10)的前端部隔開一定距離而配置的樣品電極(11)。棒狀電極(10)的前端部軸向一致地被收納到陶瓷管(14)內(nèi)。在陶瓷管(14)的內(nèi)壁和棒狀電極(10)之間設(shè)置有間隙，放電氣體向棒狀電極(10)的前端側(cè)軸向流經(jīng)該間隙。樣品電極(11)被陶瓷管(15)被覆，陶瓷管(15)的前端的外徑被擴(kuò)張，從而具有缽狀的凹部(16)。在凹部(16)底面露出樣品電極(11)。在該凹部保持樣品。棒狀電極(10)、樣品電極(11)與高壓脈沖電源(18)連接。高壓脈沖電源(18)如圖2那樣，輸出正負(fù)交替反轉(zhuǎn)的矩形脈沖電壓。
文檔編號(hào)G01N21/73GK103026206SQ201180032590
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者堀勝, 加納浩之 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人名古屋大學(xué), Nu生態(tài)工程株式會(huì)社