CN103687268A - 等离子体用高频电源及使用它的icp 发光分光分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体用高频电源及使用它的ICP发光分光分析装置，能够不发生结露地防止高频电路板的元件短路。该等离子体用高频电源(30)具备壳体(31)和配置在壳体(31)的内部的高频电路板(32)，在高频电路板(32)安装有用于向高频感应线圈(21)提供高频电流的元件，该等离子体用高频电源(30)还具备将高频电路板(32)冷却的冷却块(33)，在冷却块(33)的内部形成有用于使制冷剂流通的制冷剂流路(33a)，在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路(33a)中流通，在不提供高频电流时制冷剂不在制冷剂流路(33a)中流通。

Description

等离子体用高频电源及使用它的ICP 发光分光分析装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体用高频电源及使用它的ICP(Inductive CoupledPlasma：电感耦合等离子体)发光分光分析装置。
背景技术
在ICP发光分光分析装置中，将试样导入到等离子体火焰来进行激励发光，利用衍射光栅使该发出的光发生波长色散并利用光检测器进行检测，由此获取发光光谱。然后，根据发光光谱中出现的光谱线(亮线光谱)的波长的种类来对试样中含有的元素进行定性分析(鉴定)，并且根据该亮线光谱的强度对该元素进行定量分析(例如参照专利文献1)。
图3是表示以往的ICP发光分光分析装置的一例的概要结构图。ICP发光分光分析装置200具备：用于形成等离子体火焰22的发光分光分析用等离子体炬18、试样气体提供部44、等离子体用气体提供部41、冷却用气体提供部42、检测光的测光部43、用于提供高频电流I的等离子体用高频电源130以及对ICP发光分光分析装置200整体进行控制的计算机(控制部)150。
发光分光分析用等离子体炬18具备：圆筒形状的试样气体管11；圆筒形状的等离子体用气体管12，其以空出空间的方式覆盖试样气体管11的外周面；圆筒形状的冷却剂气体管13，其以空出空间的方式覆盖等离子体用气体管12的外周面；以及高频感应线圈21，其在冷却剂气体管13的外周面的前端部分缠绕2～3圈。
等离子体用气体提供部41使氩气在试样气体管11的外周面与等离子体用气体管12的内周面之间以比较低的速度向上方流通。由此，从形成在试样气体管11的外周面与等离子体用气体管12的内周面之间的流路的上端部喷出氩气，所喷出的氩气由于被高频感应线圈21所形成的高频电磁场加速的电子而发生电离，由此生成氩阳离子和电子。所生成的电子进一步撞击氩，从而使电离增殖而在上端部形成稳定的等离子体火焰22。
冷却用气体提供部42使氩气在等离子体用气体管12的外周面与冷却剂气体管13的内周面之间以比较高的速度向上方流通。由此，从形成在等离子体用气体管12的外周面与冷却剂气体管13的内周面之间的流路的上端部喷出氩气，所喷出的氩气在形成于上端部的等离子体火焰22的外侧向上方流动。
而且，当分析试样时，使试样和氩气在由试样气体管11的内周面围成的空间中向上方流通。试样随着氩气从试样气体管11的前端部喷出，从而被导入到等离子体火焰22。其结果是试样中含有的化合物与等离子体火焰22接触，由此化合物被原子化或者离子化从而进行激励发光。
测光部43具有：壳体43a；聚光透镜43b，其将从发光分光分析用等离子体炬18射出的光导入到壳体43a内部；衍射光栅43c，其使该光发生波长色散；以及光检测器43d，其检测发光光谱。
计算机150由CPU151和键盘、鼠标等输入装置52构成，基于由光检测器43d检测出的发光光谱，根据亮线光谱的波长的种类对试样中含有的元素进行定性分析，并且根据该亮线光谱的强度对该元素进行定量分析。
另外，在如上所述的ICP发光分光分析装置200中，设置有用于向高频感应线圈21提供高频电流I的等离子体用高频电源130。等离子体用高频电源130具备：壳体131，其具有开口部131a、131b；高频电路板32，其配置在壳体131的内部；以及冷却用风扇133，其配置在壳体131的开口部131a附近。
壳体131是具有内部空间的长方体形状(例如50cm×20cm×35cm)，在其下表面形成有开口部131a，并且在其上表面形成有开口部131b。
在高频电路板32的平板形状的基板上表面安装有用于向高频感应线圈21提供高频电流I的各种元件(例如晶体管、大型的电容器等)。
冷却用风扇133进行旋转使空气从壳体131的开口部131a通过壳体131的内部向壳体131的开口部131b流通。
根据这种等离子体用高频电源130，在提供高频电流I时高频电路板32的元件发热，因此通过使冷却用风扇133进行旋转而使空气流通，由此散出高频电路板32的元件所产生的热。
另外，还存在如下一种ICP发光分光分析装置：设为将来自高频感应线圈21的反射波变小的结构，在等离子体用高频电源130与高频感应线圈21之间设置匹配箱，利用匹配箱改变电容器容量从而使阻抗匹配。
专利文献1：日本特开平11-101748号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在如上所述的ICP发光分光分析装置200中，在高频电路板32的平板形状的基板上表面安装多个晶体管、大型的电容器等，另外具有多级的放大电路，因此成本高且为大型装置。
本发明人对实现小型化、成本降低的等离子体用高频电源进行了研究。首先，制作了如下一种高频电源：将高频电源的控制方式从安装多个晶体管、大型的电容器等的以往的频率固定的电容调谐方式变为激振荡方式，并在高频电路板上表面安装了功率MOSFET、小型的陶瓷电容器。在激振荡方式的情况下，为了减少由高频电流要流经的图案所具有的电感产生的电力损耗，需要通过使用功率半导体元件来最短地绘制图案，从而实现小型化。
但是，由于各元件的热量密度(发热量)升高而利用使空气流通的冷却用风扇进行的冷却不足。由此，使用使冷却水(制冷剂)在内部流通的金属制(例如铜制)的冷却块来代替使用使空气流通的冷却用风扇。
然而，等离子体用高频电源的壳体的内部，在等离子体点亮时(提供高频电流时)高频电路板的元件发热，因此壳体的内部变为高温(例如35℃)，而在等离子体熄灭时(不提供高频电流时)高频电路板的元件不发热，因此当利用冷却块的制冷剂(例如5℃～30℃)来进行冷却时，高频电路板的元件被过度冷却。在此，图2是空气线图的曲线图。如图2所示，湿度70%时的露点温度为28.7℃，因此当高频电路板的元件被过度冷却而成为露点温度以下时，空气中含有的水蒸气结露，从而使高频电路板的元件发生短路而损坏。
用于解决问题的方案
因此，本发明人发现以下办法：在等离子体点亮时使冷却水在冷却块的内部流通，在等离子体熄灭时不使冷却水在冷却块的内部流通。
即，本发明的等离子体用高频电源具备壳体和配置在上述壳体的内部的高频电路板，在上述高频电路板中安装有用于向高频感应线圈提供高频电流的元件，该等离子体用高频电源还具备将上述高频电路板冷却的冷却块，在上述冷却块的内部形成有用于使制冷剂流通的制冷剂流路，在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂不在制冷剂流路中流通。
发明的效果
如上所述，根据本发明的等离子体用高频电源，能够不发生结露地防止高频电路板的元件短路。
(用于解决其它问题的方案以及效果)
另外，在上述发明的等离子体用高频电源中，也可以设为上述壳体的内部密闭。
如上所述，存在以下情况：灰尘等与空气一起从壳体的开口部侵入，该灰尘附着于高频电路板的元件等使元件短路而损坏，但根据本发明的等离子体用高频电源，将等离子体用高频电源的壳体的内部变为密闭空间，因此灰尘等不会侵入，因此能够防止高频电路板的元件短路。
另外，在上述发明的等离子体用高频电源中，也可以具备切换机构，该切换机构能够对上述制冷剂流路和配置于上述壳体的外部的旁路流路进行切换，在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂在旁路流路中流通。
而且，在本发明的ICP发光分光分析装置中也可以具备：如上所述的等离子体用高频电源；等离子体炬，其具有高频感应线圈；测光部，其检测光；以及控制部，其使用上述等离子体炬形成等离子体火焰，将试样导入到等离子体火焰来分析元素。
并且，在上述发明的ICP发光分光分析装置中，也可以是上述控制部进行控制，使得在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂不在制冷剂流路中流通。
根据本发明的ICP发光分光分析装置，能够以与等离子体的点亮和熄灭同步的方式利用控制部自动地执行。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的ICP发光分光分析装置的一例的概要结构图。
图2是空气线图的曲线图。
图3是表示以往的ICP发光分光分析装置的一例的概要结构图。
附图标记说明
18：发光分光分析用等离子体炬；21：高频感应线圈；22：等离子体火焰；30：等离子体用高频电源；31：壳体；32：高频电路板；33：冷却铜块(冷却块)；33a：制冷剂流路。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于如以下要说明那样的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内包含各种方式。
图1是表示实施方式所涉及的ICP发光分光分析装置的一例的概要结构图。此外，对与ICP发光分光分析装置200相同的结构附加相同的附图标记。
ICP发光分光分析装置100具备：用于形成等离子体火焰22的发光分光分析用等离子体炬18、试样气体提供部44、等离子体用气体提供部41、冷却用气体提供部42、检测光的测光部43、用于提供高频电流I的等离子体用高频电源30以及对ICP发光分光分析装置100整体进行控制的计算机(控制部)50。
等离子体用高频电源30具备：密闭的壳体31、配置在壳体31的内部的高频电路板32、配置在壳体31的内部的冷却铜块33、配置在壳体31的外部的旁路流路60以及三通切换阀(切换机构)70。
壳体31是具有内部空间的长方体形状(例如30cm×30cm×30cm)，其内部密闭。也就是说，灰尘等不会侵入壳体31的内部。
冷却铜块33是长方体(例如15cm×15cm×5cm)，在其内部蜿蜒曲折地形成有用于使冷却水(制冷剂)流通的制冷剂流路33a，在一个侧面形成有流路入口和流路出口。而且，配置成使冷却铜块33的上表面与高频电路板32的基板的下表面接触。根据这种冷却铜块33，冷却水(例如5℃～30℃)在制冷剂流路33a中流通，由此冷却铜块33自身被冷却，进而高频电路板32的基板被冷却，由此安装在高频电路板32的基板上的元件被冷却。
三通切换阀70与冷却铜块33的流路入口、旁路流路60的流路入口以及冷却水提供部71连结。而且，三通切换阀70能够将从冷却水提供部71提供的冷却水引导至冷却铜块33的流路入口或者旁路流路60的流路入口。利用计算机50以规定的定时控制这种三通切换阀70。
计算机(控制部)50由通用的计算机装置构成，如果将其硬件模块化并进行说明，则计算机(控制部)50由CPU51和键盘、鼠标等输入装置52构成。另外，如果将CPU51进行处理的功能模块化并进行说明，则具有基于发光光谱进行定性分析和定量分析的测量部51a以及高频电源控制部51b。
高频电源控制部51b基于来自输入装置52的输入信号，来控制高频电路板32并且控制三通切换阀70。
具体地说，当由操作者从输入装置52输入了输入信号“等离子体点亮”时，从高频电路板32的元件向高频感应线圈21提供高频电流I，并且使用三通切换阀70使冷却水在冷却铜块33的制冷剂流路33a中流通。也就是说，与等离子体点亮同步地，冷却水流经冷却铜块33的制冷剂流路33a。由此，虽然高频电路板32的元件发热，但能够利用冷却铜块33将高频电路板32的基板上的元件冷却。
另一方面，当由操作者从输入装置52输入了输入信号“等离子体熄灭”时，停止从高频电路板32的元件向高频感应线圈21提供高频电流I，并且使用三通切换阀70使冷却水在旁路流路60中流通。也就是说，与等离子体熄灭同步地，冷却水流经旁路流路60。由此，当高频电路板32的元件没有发热时，不利用冷却铜块33对高频电路板32的基板上的元件进行冷却，壳体31内部的空气中含有的水蒸气不结露。
如上所述，根据本发明的ICP发光分光分析装置100，灰尘等不会附着于高频电路板32的元件等，能够不发生结露地防止高频电路板32的元件短路。另外，能够与等离子体的点亮和熄灭同步地利用计算机50自动地执行。
产业上的可利用性
本发明能够用于ICP发光分光分析装置等。

Claims (5)

1.一种等离子体用高频电源，具备：
壳体；以及
高频电路板，其配置在上述壳体的内部，
其中，在上述高频电路板中安装有用于向高频感应线圈提供高频电流的元件，
该等离子体用高频电源的特征在于，
还具备将上述高频电路板冷却的冷却块，
在上述冷却块的内部形成有用于使制冷剂流通的制冷剂流路，
在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂不在制冷剂流路中流通。
2.根据权利要求1所述的等离子体用高频电源，其特征在于，上述壳体的内部密闭。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体用高频电源，其特征在于，
还具备切换机构，该切换机构能够对上述制冷剂流路和配置在上述壳体的外部的旁路流路进行切换，
在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂在旁路流路中流通。
4.一种ICP发光分光分析装置，其特征在于，具备：
根据权利要求1～3中的任一项所述的等离子体用高频电源；
等离子体炬，其具有高频感应线圈；
测光部，其检测光；以及
控制部，其使用上述等离子体炬形成等离子体火焰，并将试样导入到等离子体火焰来分析元素。
5.根据权利要求4所述的ICP发光分光分析装置，其特征在于，
上述控制部进行控制，使得在提供高频电流时制冷剂在制冷剂流路中流通，在不提供高频电流时制冷剂不在制冷剂流路中流通。
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