[发明专利]微粒成分测量方法以及微粒成分测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及例如纳米粒或微米粒等微粒成分的测量方法以及成分测量装置。更加详细地，本发明涉及利用超短脉冲激光产生等离子体，通过测量该等离子体的发光的光谱，测量微粒成分的微粒成分测量方法以及微粒成分测量装置。

背景技术

一直以来，作为纳米粒或微米粒等原位(in-situ)时的成分测量，采用脉冲宽度在纳秒(ns)领域的纳秒激光的激光诱导击穿光谱(LIBS)(非专利文献1)。另外，最近提出了通过将超短脉冲激光照射在对象物质上，观察在物质内自然聚光的结果所产生的等离子体的光谱，由此测量直径数μm以上的粒子成分的方法(非专利文献2，3)。另外，报道过利用基于超短脉冲激光的多光子吸收，在50m外的距离处测量生物微粒成分的结果(非专利文献4，5)。

非专利文献1：若松他、“基于等离子体原子发光分析的微粒的粒径·组成的同时测量(プラズマ原子発光分析による微粒子の粒径·組成同時計測)”、J.Aerosol Res./Vol.19，pp.28-33，2004.

非专利文献2：C.Favre et al.，“白色光纳米源与定向发射(White-light Nanosource with Directional Emission)″，Phys.Rev.Lett.，pp.035002-035005，2002.

非专利文献3：S.Borrmann et al.，“多云的下午的激光作用(Lasing on cloudy afternoon)″，Nature，Vol.418，pp.826-827，200.

非专利文献4：J.kasparian et al.，″用于大气分析的白色光束(White-light filaments for atmospheric analysis)″，Sceince，Vol.301，pp.61-64，2003.

非专利文献5：G.Mejean et al.，″利用毫微微伏太瓦激光雷达系统的对生物微粒的远距离测量以及检测(Remote detection and identifcation of biological aerosolsusing a femtosecond terawatt lidar system)″，Appl.Phys.B，Vol.B78，pp.535-537，2004.

发明的揭示

但是，在利用纳秒激光的LIBS中，由于激光的脉冲宽度宽，因此在激光脉冲的波头部分就生成了等离子体，激光能量不能有效地被测定对象物质吸收，因此存在发光较弱的问题。另外，将超短脉冲激光照射在对象物质上，且观察在物质内自然聚光的结果所产生的等离子体的光谱的方法可适用于粒径为微米(μm)以上大小的粒子，但粒径为纳米(nm)以下的粒子时，光不能够在粒子内有效地进行自然聚光，因此存在适用困难的问题。还有，利用多光子吸收的方法需要在原子或分子的吸收光谱中调谐激光波长，为此，存在难以同时测量多个成分的问题。

本发明的目的在于提供可以使激光的能量有效地被测定对象物质吸收的同时，可以良好地适用于纳米数量级的粒径的微粒，且能够同时测量多个成分的微粒成分测量方法以及微粒成分测量装置。

为了达到上述目的，本发明的微粒成分测量方法通过将超短脉冲激光向微粒照射而产生等离子体，基于发自该等离子体的光的光谱测量微粒的成分。不同物质的发自等离子体的光的光谱不相同，因此可以基于该发光光谱鉴定微粒的成分。

在这里，较好是超短脉冲激光包含通过其照射产生的光丝。光丝通过超短脉冲激光的照射生成，通过向微粒照射而产生等离子体。

另外，在本发明的微粒成分测量方法中，光丝的生成较好是将超短脉冲激光照射在具有局部的凸部或凹部的反射镜上，基于局部的凸部或凹部反射的光束截面的任意部位形成强度光斑，从而作为光丝的产生起点，在激光的传播过程中生成光丝。照射在具有局部的凸部或凹部的反射镜上的超短脉冲激光，反射时由反射镜表面的局部的凸部或凹部引起的局部空间调制被赋予光束的波面，以此成为起点(种)在光束的传播过程中形成光丝。该光丝基于反射镜表面的局部的凸部或凹部的存在而稳定地生成，因此通过在任意的位置上形成局部的凸部或凹部，从而可以在光束截面的任意的位置上充分地连续形成。