JPH10104068A - 分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調整を簡単化して分光分析をより迅速に、よ
り高精度に行えるようにする。 【解決手段】 回折格子７の回転機構１０と、この回転
機構１０から回折格子７への伝動経路中に設けられた微
量駆動手段１７と、回折格子７の回転角度の検出手段１
６と、制御部１８とを備え、制御部１８は、回転機構１
０の駆動で回転した回折格子７の回転角度を角度検出手
段１６により検出し、その検出信号に基づいて微量駆動
手段１７を駆動して回折格子７を微量的に回転させ、そ
の角度を補正するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子を有する
分光分析装置に係り、詳しくは、回折格子を回転させる
部分の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶液試料の元素濃度の分析には、多くの
場合、ＩＣＰ発光分光分析装置のような分光分析装置が
使用される。ＩＣＰ発光分光分析装置は、高周波誘導結
合プラズマを発光源とするものである。

【０００３】分光分析装置の一例として、図４に従来の
ＩＣＰ発光分光分析装置の概略構成を示す。

【０００４】ＩＣＰ発光分光分析装置では、プラズマト
ーチからなる発光部３１で試料を発光させ、この発光部
３１からの試料の放射光を集光レンズ３２や、入口スリ
ット３３や凹面鏡３４を介して回折格子３５に導く。そ
して、この回折格子３５で放射光を各波長のスペクトル
光に分光し、そのうち特定の波長のスペクトル光を、凹
面鏡３６や出口スリット３７を通じ、フォトマルチプラ
イヤのような光検出器３８に導いて検出し、これによっ
て、試料に含まれる元素の定性、定量分析を行う。

【０００５】前記の回折格子３５には、その角度を変え
るための回転機構３９が設けられ、また、出口スリット
３７には、これを光検出器３８の手前で横方向に移動さ
せる横移動機構４０が設けられている。

【０００６】回折格子３５の回転機構３９は、サインバ
ーを用いたものが一般的で、その機構は、回折格子３５
の回転軸に取り付けられたサインバー４１のほかに、パ
ルスモータ４２、このパルスモータ４２に回転駆動され
るネジ軸４３、ネジ軸４３に螺合しネジ軸４３の回転に
より軸方向にスライドするスライダ４４等を備えてい
る。この機構３９では、ネジ軸４３の回転によりスライ
ダ４４がスライドすることで、サインバー４１が押動さ
れて揺動し、これとともに回折格子３５が回転しその角
度が変わる。

【０００７】ほかに、回折格子の回転機構としては、図
示しないが、回折格子の回転軸にパルスモータを直結
し、パルスモータで直接的に回折格子を回転させるよう
にしたものもある。

【０００８】出口スリット３７の横移動機構４０は、例
えば、パルスモータ４５とネジ軸４６とを組み合わせた
もので、ネジ軸４６に螺合する雌ネジ体４７が出口スリ
ット３７の側に取り付けられており、ネジ軸４６が回転
することで、出口スリット３７が横移動する。

【０００９】このような分光分析装置で特定の波長のス
ペクトル光を選別し検出するには、まず、回転機構３９
によって回折格子３５の角度を変えて、特定の波長のス
ペクトル光を光検出器３８の側に導く。そして、光検出
器３８の手前で、出口スリット３７を横移動機構により
横方向に移動させてスペクトルピークを検出する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
分光分析装置は、回折格子３５の回転角度と、出口スリ
ット３７の横位置とを調整しなければならず、２つの部
分で調整を必要とするものであった。そのため、これら
の調整に手間と時間がかかり、分析を迅速に進められな
いという問題があった。また、各機構の機械的精度が重
畳的に分析精度に影響を及ぼすことになるので、高い分
解能が得られないという問題もあった。

【００１１】ところで、従来の分光分析装置において、
このように回折格子の回転角度を調整するだけでなく、
出口スリットの横位置の調整を行うには、次のような事
情がある。

【００１２】すなわち、従来の回折格子の回転機構で
は、微小角度の回転が難しく、また、その回転角度を検
出するロータリーエンコーダにも、微小角度を検出しう
るものが得難く、回折格子の回転角度を細かく調整する
ことができなかったからである。そのため、回折格子よ
り後段で、出口スリットを横移動させる必要があった。

【００１３】もちろん、コストや価格を無視すれば、高
精度な回転機構や、微小角度を検出しうるロータリーエ
ンコーダが得られないわけではないが、それでは装置全
体が極めて高価となり、実現性に乏しい。

【００１４】ところが、ロータリーエンコーダについて
は、最近、その信号処理の技術が進歩し、比較的安価な
ロータリーエンコーダでも、その角度検出信号を較正処
理することで、微小な回転角度を検出することが可能に
なってきた。

【００１５】本発明は、このような現状に鑑み、回折格
子の回転角度を調整するだけで、高精度にスペクトルプ
ロファイルデータが得られるようにし、調整を簡単化し
て分析を迅速に行えるようにするとともに、より高精度
の分析を可能にすることを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、回折格子により分光を行う分光分析装置
において、回折格子を回転させる回転機構と、この回転
機構の駆動部と回折格子側の被駆動部との間に設けられ
た微量駆動手段と、回折格子の回転角度を検出する角度
検出手段と、制御部とを備え、前記制御部は、回転機構
の駆動で回転した回折格子の回転角度を角度検出手段に
より検出し、その検出信号に基づいて微量駆動手段を駆
動して回折格子の回転角度を微量的に補正する構成とし
た。

【００１７】

【発明の実施の形態】図面に基づいて本発明の詳細を説
明する。図１は本発明の第１実施の形態に係るＩＣＰ発
光分光分析装置の構成図である。このＩＣＰ発光分光分
析装置は、サインバーを含む回転機構と、サインバーの
遊端と該部を押動するスライダとの間に設けられた微量
駆動手段とを備えていることに特徴を有している。以
下、その構成を詳細に説明する。

【００１８】このＩＣＰ発光分光分析装置は、ツェルニ
ターナ型の分光部を有するもので、図１中、符号１はプ
ラズマトーチからなる試料の発光部で、この発光部１か
らの放射光は、集光レンズ２で集光されてハウジング３
内に入射し、入口スリット４、２つの凹面鏡５、６、回
折格子７、出口スリット８を通じて、フォトマルチプラ
イヤのような光検出器９に導かれる。

【００１９】回折格子７には、サインバーを用いた回転
機構１０が設けられている。この回転機構１０は、回折
格子７の回転軸（図示省略）に取り付けられたサインバ
ー１１のほかに、パルスモータ１２、このパルスモータ
１２に回転駆動されるネジ軸１３、ネジ軸１３に螺合し
ネジ軸１３の回転により軸方向にスライドするスライダ
１４や、サインバー１１をスライダ１４の側に引き寄せ
るバネ１５等を備えたものである。

【００２０】また、回折格子７の回転軸には、その回転
角度を検出する手段として、ロータリーエンコーダ１６
が直結されている。

【００２１】さらに本発明では、この回転機構１０の内
部に回折格子７を微量的に回転させるための微量駆動手
段１７が設けられている。この微量駆動手段１７は、例
えば圧電素子から構成されて、電圧の印加により微量的
に伸縮するもので、本実施の形態では、その一端がサイ
ンバー１１の遊端に接触する向きで他端がスライダ１４
に取り付けられている。

【００２２】前記の出口スリット８は定位置に固定され
ている。出口スリット８には、従来例のように、これを
入射光に対して横方向に移動させる横移動機構を付設し
てもよいが、本発明では後に説明するような理由で、出
口スリット８の横位置調整の必要性を無くすことができ
るので、横移動機構を省略して出口スリット８を固定し
ている。

【００２３】また、符号１８は、上記した装置各部分の
動作を制御する制御部である。この制御部１８は、回折
格子７の回転角度の調整については、回転機構１０のパ
ルスモータ１２の駆動を制御するほか、ロータリーエン
コーダ１６の検出信号を入力し、その検出値に基づいて
微量駆動手段１７の駆動を制御するもので、以下に説明
するように、回折格子７の回転角度を２段階的にフィー
ドバック制御するようになっている。

【００２４】次に、上記構成の動作を説明すると、実際
に分析を行うには、まず、発光部１で試料を発光させ
る。この発光部１で発生する試料の放射光は、集光レン
ズ２と凹面鏡５とを介して回折格子７に導かれる。

【００２５】この状態のもとで、回折格子７の回転角度
の第１段調整として、回転機構１０により回折格子７が
回転駆動される。すなわち、回転機構１０に含まれるパ
ルスモータ１２が起動し、ネジ軸１３が回転すること
で、スライダ１４が軸方向にスライドし、このスライダ
１４が微量駆動手段１７を介してサインバー１１の遊端
を押動することで、サインバー１１が揺動し、回折格子
７の角度が変わる。

【００２６】この第１段の調整で、回折格子７で分光さ
れているスペクトル光のうち、設定された特定波長のス
ペクトル光が光検出器９の側に導かれるが、この調整
は、回転機構１０の機械的精度の制約もあって、粗目の
調整であり、特定波長のスペクトル光の入射方向はいま
だ光検出器９上に正確に定まっているとは限らない。

【００２７】次に、制御部１８は、回転機構１０の駆動
で回転した回折格子７の回転角度をロータリーエンコー
ダ１６により検出する。この場合、制御部１８は、ロー
タリーエンコーダ１６の検出信号を較正処理すること
で、回転角度を微小角度まで高精度に検出する。そし
て、制御部１８は、ロータリーエンコーダ１６により検
出した検出値と、特定波長に対応する回転角度の設定値
とを比較し、設定値との差に対応する分だけ、微量駆動
手段１７を駆動する。その際、ロータリーエンコーダ１
６で角度を検出して所定の角度位置まで回折格子７を正
確に回転させる。

【００２８】これが回転角度の第２段の調整で、微量駆
動手段１７がスライダ１４とサインバー１１との間で伸
長もしくは短縮することで、サインバー１１とともに回
折格子７が微小な角度回転し、これによって、回折格子
７の回転角度が微量的に補正される。その結果、回折格
子７の回転角度の調整だけで、特定波長のスペクトル光
が正確に光検出器９に入射することになる。

【００２９】上記の第１の実施の形態では、サインバー
式の回転機構１０を有する分光分析装置を示したが、本
発明は、図２および図３に示すように、他の様式の回転
機構を備えた分光分析装置にも実施可能である。

【００３０】図２および図３は本発明の第２の実施の形
態に係り、図２は、第２の実施の形態のＩＣＰ分光分析
装置の回折格子部分の縦断面図、図３はその平面図であ
る。このＩＣＰ分光分析装置は、回折格子の回転軸と同
軸に設けられた軸に結合されたモータにより回折格子を
直接的に回転駆動する回転機構と、回折格子の回転軸と
モータ側の軸との間に設けられた微量駆動手段と、モー
タ側の軸に設けられてモータに制動をかける制動手段と
を備えていることに特徴がある。以下、その構成を詳細
に説明する。

【００３１】このＩＣＰ分光分析装置は、モータ２５に
より回折格子７を直接的に回転駆動するタイプの回転機
構２０を備えている。この回転機構２０では、回折格子
７の台２１の下側に内外二重の軸が設けられ、台２１に
固着された内側の回転軸２２にロータリーエンコーダ２
３が直結されている。外側の筒軸２４は駆動軸であっ
て、上端にフランジ２４ａがあり、下部はロータリーエ
ンコーダ２３を回避する形のフレーム２４ｂを介してパ
ルスモータ２５に直結されている。符号２６はハウジン
グ３の底壁、２７はロータリーエンコーダ２３の支持台
である。また、符号２８は微量駆動手段であって、これ
は筒軸フランジ２４ａと回折格子７の台２１との間に設
けられて、両者を回転方向に結合している。筒軸フラン
ジ２４ａには、その回転を止める制動手段２９が対設さ
れ、この制動手段２９は、パルスモータ２５が筒軸２４
を回転駆動した直後に、筒軸２４が惰性で回転しないよ
う、フランジ２４ａに制動をかけるようになっている。

【００３２】この第２の実施の形態においても、第１の
実施の形態と同様な調整が制御部１８によって行われる
のであって、まず、第１段の調整として、パルスモータ
２５の駆動で、回折格子７の回転角度が変えられる。す
なわち、パルスモータ２５の駆動で筒軸２４が回転する
と、そのフランジ２４ａと回折格子７の台２１とは微量
駆動手段２８により回転方向に結合されているので、回
折格子７は筒軸２４と一体に回転し、その角度が変わ
る。

【００３３】パルスモータ２５の駆動により回転した回
折格子７の角度は、ロータリーエンコーダ２３により検
出され、その検出信号は制御部１８に入力する。制御部
１８は、第２段の調整として、ロータリーエンコーダ２
３により検出した検出値と、回転角度の設定値とを比較
し、設定値との差に対応する分だけ、微量駆動手段２８
を駆動する。微量駆動手段２８が筒軸フランジ２４ａと
回折格子７の台２１との間で伸長もしくは短縮すること
で、回折格子７が微小な角度回転する。その際、ロータ
リーエンコーダ１６で角度を検出して所定の角度位置ま
で回折格子７を正確に回転させる。これによって、回折
格子７の回転角度が微量的に補正され、特定波長のスペ
クトル光が正確に光検出器に入射することになる。

【００３４】この第２の実施の形態では、パルスモータ
２５が筒軸２４を回転駆動する動作に関連して、制動手
段２９が制動動作をするようになっているが、筒軸２４
のフランジ２４ａもしくは他の部分に常時若干の制動力
をかけておいて、筒軸２４およびこれに連動する部分の
余分の動きを止めるようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、ロータリーエンコーダのよう
な角度検出手段と微量駆動手段とにより、回折格子の回
転角度をフィードバック制御するようにしたもので、回
折格子の回転角度を微小な角度まで高精度に調整するこ
とができ、従来の装置におけるような出口スリットの横
位置の調整がほとんど不要になるので、分析を迅速に進
めることができ、構成も簡略化することが可能になる。

【００３６】また、従来装置のように、回折格子の回転
角度の調整と、出口スリットの横位置の調整とを行うも
のでは、これら２つの調整部分の機械的精度が重畳的に
分析精度に影響を及ぼすが、本発明では、調整部分が回
折格子の部分だけであるので、機械的精度の影響を受け
る割合が少なく、高精度で分解能の高い分析が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＩＣＰ発光分
光分析装置の構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＩＣＰ分光分
析装置の回折格子部分の縦断面図。

【図３】図２に示す部分の平面図。

【図４】従来のＩＣＰ発光分光分析装置の構成図。

【符号の説明】

７ 回折格子、 １０ 回転機構、１６ ロータリー
エンコーダ（角度検出手段）、 １７ 微量駆動手
段、１８ 制御部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回折格子により分光を行う分光分析装置
   において、 回折格子を回転させる回転機構と、この回転機構の駆動
   部と回折格子側の被駆動部との間に設けられた微量駆動
   手段と、回折格子の回転角度を検出する角度検出手段
   と、制御部とを備え、 前記制御部は、回転機構の駆動で回転した回折格子の回
   転角度を角度検出手段により検出し、その検出信号に基
   づいて微量駆動手段を駆動して回折格子の回転角度を微
   量的に補正するものであることを特徴とする分光分析装
   置。