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レーザを用いた同位体分析方法 コモンズ

国内特許コード P05P001783
整理番号 Y2003-P163
掲載日 2005年4月8日
出願番号 特願2003-208758
公開番号 特開2005-069704
登録番号 特許第4193981号
出願日 平成15年8月26日(2003.8.26)
公開日 平成17年3月17日(2005.3.17)
登録日 平成20年10月3日(2008.10.3)
発明者
  • 渡辺 賢一
  • 井口 哲夫
  • 河原林 順
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 レーザを用いた同位体分析方法 コモンズ
発明の概要 【課題】ドップラー効果を逆に利用して、非常に簡便かつ高精度に微量同位体の分析が可能なレーザを用いた同位体分析方法および装置を提供する。
【解決手段】共鳴励起用レーザー2により固体試料1に含まれる、ある同位体の共鳴吸収波長レーザーの照射時でも、同位体シフトに対応するドップラー速度成分をもつ同位体は、共鳴吸収励起を起こすため、励起される各同位体はそれぞれ特有の速度成分を有する。各同位体イオンは夫々わずかに異なる初速度をもつため、検出器へのイオン引き抜き時のイオン軌道が僅かに異なり、図中における「着目している同位体」と「着目していない同位体」の軌跡となる。これを利用し各々の同位体を分離する。初速の僅かな違いを強調し、大きなイオン軌道の差が生じるように、イオン引き抜き電極構造3を設けて、位置敏感型イオン検出器4の平面に到達させる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


特定の原子、分子或いは同位体を選択的に検出し、これらを質量分析する装置としては、図5に示すように、原子、分子の特定の準位間のエネルギーに対応する波長のレーザー光の共鳴吸収励起を基本とし、数個の光子によってより高い励起準位へ励起し、最終的にはイオンポテンシャルを越えるまで励起しイオン化するレーザー共鳴イオン化質量分析装置がある。この装置は特定の原子、分子を選択的にかつ高感度に検出できるという特徴を有する。



現在、これらの装置はダイオキシンの分析等の環境計測分野でも良く用いられており、既に製品化されているが、現状ではこのレーザー共鳴イオン化質量分析は、気体試料に対しては確立しているものの、固体試料に対しては、未だ開発途上の段階である。



原子のエネルギー準位は、基本的にはその元素によって決まるが、同一の元素でも図6に示すように、質量数の違い、つまり同位体によりエネルギー準位に僅かなズレ、即ち、同位体シフトがある。この同位体シフトを利用し、夫々の同位体を選択的に共鳴励起・イオン化し検出する方法も実現可能となってきている。



レーザー共鳴イオン化法で固体試料を分析する際の簡便な固体試料の蒸気化法としては、図7に示すように、試料に蒸気化用レーザーを照射し試料蒸気を発生させ、これに通常の共鳴イオン化と同様に、共鳴イオン化用レーザーを照射して分析するレーザーアブレーション法がある。



この方法の特徴は、分析前に試料の前処理を行う必要がなく、非常に簡便であり、高沸点材料にも適用可能という点である。しかしながら、この方法では感度を上げるために共鳴イオン化用レーザーを蒸気化スポットの極近傍に通し、より多くの蒸気原子を共鳴イオン化用レーザー内に導入する必要がある。



このとき、試料蒸気原子温度は非常に高く、特に僅かな同位体シフトを利用し同位体選択的励起を行うような場合には、図8のドップラー拡がり効果を抑制することが必要不可欠となっている。上記のようなドップラー拡がり効果を抑制する一つの考え方として、蒸気原子の速度分布を狭めるというものがある。例えば、超音速分子線バルブや細径のクヌーセン型セル等を使用し、蒸気原子の進行方向を揃える方法である。



また、Naの同位体比分析計として、1枚の金属電極と3枚のグリット電極とからなる電子レンズ系の所定位置へ金属Na蒸気とNa原子を光イオン化させるためのレーザー光とを導入することにより、金属Na原子を光イオン化し、生成したイオンの飛行時間の差からNa原子の同位体比を分析するものは知られている(例えば、特許文献1参照。)。



【特許文献1】
特開平7-209217号公報

産業上の利用分野


本発明はレーザを用いた同位体分析方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ある同位体の共鳴吸収波長レーザー照射時でも、夫々の同位体シフトに対応するドップラー速度成分を持つ同位体が共鳴吸収励起により励起されるため、各同位体は夫々特有の速度成分を持ち、各同位体イオンが夫々僅かに異なる初速度を有することに基づく、検出器へのイオン引き抜き時のイオン軌道の僅かな相違を利用して、各々の同位体を分離することを特徴とするレーザを用いた同位体分析方法。

【請求項2】
共鳴励起準位の小さい同位体シフトに起因する各同位体間の初速度の僅かな相違を、大きなイオン軌道の差が生ずるようにイオン引き抜き手段により強調して、各々の同位体を分離することを特徴とする請求項1記載のレーザを用いた同位体分析方法。

【請求項3】
レーザーにパルス発振のものを使用し、各同位体の質量差により生じるイオン検出器への到達時間差の情報を加味することで、より高分解能な同位体分析を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーザを用いた同位体分析方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003208758thum.jpg
出願権利状態 登録
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