CN100529741C - Icp-oes及icp-ms感应电流 - Google Patents

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Abstract

在光谱分析样品(104)的方法中，产生等离子体(116)。一个磁偶极子产生磁场，其中该等离子体被限制在该磁场内。样品原子被引入到限制样品的受激原子在其中的等离子体中。分析受激样品原子的光谱组成或质荷比。在光谱系统中磁偶极子具有相关磁场。等离子体被限制在该磁场内，且包含激发原子的样品被引入到等离子体中。光谱仪(120)分析受激原子的质荷比或它们的光谱组成。

Description

ICP-OES及ICP-MS感应电流
本申请要求2002年12月12日申请的美国临时专利申请60/432963及2003年12月9日申请的美国专利申请10/730779的优先权。
技术领域
本发明涉及用于光谱分析一种等离子态材料样品的装置及方法。
背景技术
常规电感耦合等离子光学发射光谱ICP-OES及电感耦合等离子原子发射光谱ICP-MS系统典型地使用可接受射频电流的螺线管，用于限制材料样品和等离子体在相关磁场中以用于分析。然而，由于螺线管的螺旋状结构，这样的装置在螺线管内部长度上产生不均匀的磁场。这导致在等离子体作用的样品激发中及在等离子体中的离子轨道中的不均匀的温度分布。另外，螺线管是单个元件，它在控制相关磁场和等离子体/样品激发上缺少灵活性。
发明内容
在一种通过光谱分析样品的方法中，产生等离子体。通过磁偶极子产生磁场，其中该等离子体被限制在该磁场中。材料样品原子被引入等离子体中，其中样品的受激原子至少暂时被限制。受激样品原子的光谱或质量内容被分析。
在光谱系统中一个磁偶极子具有相关磁场。等离子体被限制在该磁场中而材料样品原子被引入等离子体中。光谱仪用于分析受激原子的质荷比或它们的发射光谱。
附图说明
图1示出电感耦合等离子光学发射光谱(ICP-OES)系统的示意图。
图2示出电感耦合等离子质谱(ICP-MS)系统的示意图。
图3示出ICP焰炬和等离子体的图示。
图4示出本发明的两个电极和ICP焰炬及等离子体的侧视图。
图5示出用于控制等离子体的电极的正视图，该电极包括开口。
图6示出用于控制等离子体的电极的正视图，该电极包括开口。
图7示出图6中的电极的侧视图。
图8示出本发明一个单个电极的三维视图。
图9示出图8中的单个电极的正视图。
图10示出图8中的单个电极的侧视图。
图11示出图8中的单个电极的俯视图。
图12示出由环路电流产生的磁场的三维视图。
图13示出示出螺线管螺旋特性的ICP焰炬的图示。
图14示出在正弦交变电流的交变半周期内，由一个RF电源驱动的多个环路电流的图示。
具体实施方式
图1示出电感耦合等离子光学发射光谱(ICP-OES)系统100的示意图。ICP-OES 100通常包括用于将载气102引导到焰炬114的系统，在该焰炬处载气102被电离而形成高温等离子体116(5000-10000K)。等离子体116包括预热区190、感应区192、初始辐射区194、分析区196和等离子尾198。雾化样品104通过泵106、雾化器108和喷雾室162也被引导到等离子体116。射频(RF)电源110经由加感线圈112向等离子体116提供RF电能。
当在等离子体116中时，受激样品原子104在衰变到更低能态时发出光线134。通过收集光学系统118收集光线134并导向光谱仪120，在那里该光线被光谱分解。探测器122探测该光谱分解的光线134并向微处理器122和计算机网络124提供信号138、140以用于分析。在图1中可以看到对等离子体116的观察是从与等离子体116成直角的方向。然而，从图1中会理解到对等离子体116的观察也可以从沿着轴126的方向进行。也可以理解到，此处完成的电感耦合等离子体光谱术也可以用质谱仪(MS)180，例如在图2中看到的在电感耦合等离子质谱(ICP-MS)系统100中的四极质量分析器完成。RF电源110通常在10-100MHz的范围中工作，尤其是20-50MHz，例如27-40MHz。
图3示出对图1和图2中的等离子体16更详细的再现。焰炬114包括三个同心管114、150、148。最里面的管148提供样品的雾化流146到等离子体116中。中间的管150提供辅助气体流144到等离子体116。最外面的管114提供用于维持等离子体的载气流128。载气流128以围绕中间管150的层流被引导到等离子体116。在中间管150内辅助气体流144被引导到等离子体116而雾化样品流146被从喷雾室162通过最里面的管148引导到等离子体116。在加感线圈112中的RF电流130、132在加感线圈112内形成磁场以在其中限制等离子体116。
图4-11示出电极152、156、158的多种结构。在图4中电极152包括两个平行的板152a、152b，其定位为相互离开距离‘L’。每个平行板152a、152b包括开口154，焰炬114设置在该开口使得焰炬114、最里面管148、中间管150和开口154沿轴126对齐。平行板152a、152b具有厚度‘t’。电极152的开口154还包括宽度‘w’的槽164使得开口154与其周围连通。
如图4和5中可看到的，电极152通常包括正方形或矩形平面形状，虽然它可以是如图12中可看到的线。在图5中可看到，供应到平面电极的RF电流包括平面电流环172a，其产生穿过开口154的螺旋管形磁场182(图12)。在图6和7中电极156是圆形，具有外径D1和内开口直径D2。图4-7中的电极152、156是不同的元件，其由具有相反极性的RF电流172独立供应。电极152的一部分176被供应RF功率而电极152的第二部分178连接到地174。这样在对等离子体116电弧点火期间，如果点火电弧接触电极152，任何在电极152中产生的不需要的电流都会被引导到地点174而不会穿过而到达RF电源110。为有最优性能，可以独立控制和改变供给每个电极152的RF功率和频率。例如，为了使等离子发射和激发最优化，可以用不同的频率驱动每个电极152。另外，一个电极可以在连续功率模式下工作而另一个电极可被调制(例如，脉冲的或选通的)。此外，由于电极152相互不连接，可以调节在电极152之间的距离‘L’；从而调节在等离子体116内的能量分布。此外，为了调节在RF电源110和等离子体116之间的耦合特性，可以独立地调节开口154的直径D2。在图8-11中，示出作为单个元件的电极158，其具有连接到公共的电学地170的两个电极166、168。
在图14中示出从单个RF电流源110产生的多个环路电流184a、184b。环路电流184a、184b以这样的方式关于彼此定向，即在正弦交变电流的交变半周期内，在第一环路电流184a中的交变电流172a沿一方向流动，该方向与在第二环路电流184b中的交变电流172b的方向相反。这允许多个环路电流184a、184b被从一个单个电源110驱动，使得产生具有相同空间取向的磁场182a、182b。
参考特定实施例，上面已经详细地描述了本发明，对本领域技术人员可明显得出落入本发明精神和权利要求范围的多种改变和变化。因此，本发明意在仅被所附权利要求和它们的等价物所限制。
这样，基于上述描述，公开了一种用于光谱分析样品的方法和装置。该方法包括产生等离子体；通过磁偶极子产生磁场，其中该等离子体被限制在该磁场中；将样品原子引导到限制受激样品原子在其中的等离子体中；及分析受激样品原子的光谱或质量内容。
此外，一种光谱系统包括具有相关磁场的磁偶极子；被限制在该磁场内的等离子体；引入到该等离子体内的受激原子样品；及用于分析受激样品原子的光谱或质量内容的光谱仪。

Claims (19)

1.一种光谱分析材料样品的方法，该方法包括：
产生等离子体；
产生环路电流以便产生磁场，其中该等离子体被限制在该磁场内；
将材料样品原子引入到在其中限制受激样品原子的该等离子体中；及
分析受激样品原子的特有特征，
其中产生环路电流包括产生多个环路电流，并且该环路电流包括多个相互并不连接的板。
2.如权利要求1所述的方法，其中产生环路电流包括产生正弦交变电流。
3.如权利要求2所述的方法，其中产生正弦交变电流包括产生射频电流。
4.如权利要求1所述的方法，其中分析受激样品原子的特有特征包括分析受激样品原子的光谱组成或质荷比。
5.如权利要求1所述的方法，还包括将环路电流电学接地。
6.如权利要求2所述的方法，其中产生环路电流包括产生平面环路电流。
7.如权利要求6所述的方法，其中该环路限定一个开口。
8.如权利要求1所述的方法，其中产生多个环路电流包括产生以指定距离分开的多个平行或反向平行的环路电流。
9.如权利要求8所述的方法，其中在正弦交变电流的交变半周期内，在第一环路电流中的交变电流在与第二环路电流中的交变电流的方向相反的方向上流动。
10.如权利要求7所述的方法，还包括调节开口的面积。
11.如权利要求8所述的方法，还包括调节该指定距离。
12.一种光谱系统包括：
具有相关磁场的环路电流，所述环路电流由电流源产生；
被限制在该磁场内的等离子体，所述等离子体至少一部分由通过载气导管引入到磁场中的载气流产生；
在等离子体内的包含受激原子的材料样品，所述材料样品通过材料样品导管引入等离子体，以及；
用于分析受激原子的特有特征的光谱仪，
其中，所述环路电流包括多个环路电流，并且该环路电流包括多个相互并不连接的板。
13.如权利要求12所述的光谱系统，还包括用于产生环路电流的电源发生器。
14.如权利要求13所述的光谱系统，其中该环路电流是正弦交变电流。
15.如权利要求14所述的光谱系统，其中该正弦交变电流是射频电流。
16.如权利要求12所述的光谱系统，其中该环路电流是平面电流。
17.如权利要求12所述的光谱系统，其中该环路电流限定一个开口。
18.如权利要求16所述的光谱系统，其中该多个板是平行的。
19.一种光谱系统包括：
用于产生环路电流的电流源，所述电流源具有相伴随的磁场；
通过载气导管引入到磁场中的载气，所述载气用于维持在磁场中产生的等离子体；
原子化并通过材料样品导管引入等离子体的材料样品，以及；
位于等离子体附近用于分析受激原子的特有特征的光谱仪，
其中，所述环路电流包括多个环路电流，并且该环路电流包括多个相互并不连接的板。。
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