CN110892795A - 等离子体产生装置、具备它的发光分析装置及质谱分析装置、以及装置状态判定方法 - Google Patents

等离子体产生装置、具备它的发光分析装置及质谱分析装置、以及装置状态判定方法 Download PDF

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Abstract

高频电力供给部(2)向感应线圈供给高频电力。状态判定处理部(81)基于由高频电力供给部(2)向感应线圈供给的高频电力的频率的变化，来判定等离子体产生装置的状态。以向感应线圈供给的高频电力的频率的变化为基准来判定等离子体产生装置的状态，由此能够基于稳定的判定基准来更准确地判定装置的状态。

Description

等离子体产生装置、具备它的发光分析装置及质谱分析装置、 以及装置状态判定方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生等离子体的等离子体产生装置、具备该等离子体产生装置的发光分析装置及质谱分析装置、以及用于判定装置的状态的装置状态判定方法。
背景技术
例如在ICP(感应耦合等离子体：Inductively Coupled Plasma)发光分析装置、ICP质谱分析装置等分析装置中采用了通过向感应线圈供给高频电力来使等离子炬生成等离子体的结构(例如参照下述专利文献1)。在ICP发光分析装置中，成为测定对象的试样被雾化后与载气一起被喷出到等离子体，其结果是，试样中的成分进行激励发光。通过衍射光栅对此时产生的光进行分光，并通过光检测器进行检测，由此能够获得试样中的成分所固有的发光光谱。另外，在ICP质谱分析装置中，离子化部具备等离子炬，能够将通过等离子体放电而产生的离子按质量进行分离来获得质量谱。
图4是示出等离子炬100的概要结构的截面图。等离子炬100具备试样供给管101、辅助气体供给管102以及等离子体气体供给管103。这些供给管101、102、103设置在同心圆上，试样供给管101的外侧被辅助气体供给管102以隔开间隔的方式覆盖，并且辅助气体供给管102的外侧被等离子体气体供给管103以隔开间隔的方式覆盖。等离子体气体供给管103的顶端部插入到卷绕而成的感应线圈104内。
辅助气体供给管102与等离子体气体供给管103之间的筒状的空间构成等离子体气体流路105。向等离子体气体流路105内导入例如由氩气形成的等离子体气体。等离子体气体在等离子体气体流路105内呈螺旋状地朝向等离子炬100的顶端侧移动，并被由感应线圈104形成的高频电磁场电离，从而生成等离子体108。此时生成的等离子体108呈筒状(环状)。
试样供给管101与辅助气体供给管102之间的筒状的空间构成了辅助气体流路106。向辅助气体流路106内导入例如由氩气形成的辅助气体。辅助气体在辅助气体流路106内朝向等离子炬100的顶端侧移动，并被喷出到等离子体108。通过调整该辅助气体的流量，能够控制等离子体108的位置。
试样供给管101的内部空间构成试样流路107。作为测定对象的试样在被雾化而成为雾化试样之后，例如与由氩气形成的载气一起被导入到试样流路107内。试样(雾化试样)在试样流路107内朝向等离子炬100的顶端侧移动，并被喷出到筒状的等离子体108的内侧。
如图4的(a)所示，试样笔直地在筒状的等离子体108的内侧通过，在通过的过程中，试样中的成分与等离子体108接触，从而进行激励发光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-202990号公报
专利文献2：日本特开2014-107012号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，由于等离子炬100的个体差异、感应线圈104的位置的偏差等各种原因，有时试样向不期望的方向流动。例如图4的(b)所示，有时试样在等离子体108的外侧通过，在该情况下，由于试样中的成分没有良好地进行激励发光，因此导致产生灵敏度降低等问题。
现状是，只能作业者通过目视确认等离子体108的状态来判定试样是否被正确地导入到了等离子体108的内侧。因此，形成基于作业者的经验的不稳定的判定基准，存在无法进行准确的判定的情况。另外，不只存在试样没有被正确地导入到等离子体108的内侧的情况，例如还存在试样堵塞而不流动的情况、由于等离子炬100的经年劣化、装置及部件的偏差之类的其它各种原因而使等离子体108的状态变化的情况。
本发明是鉴于上述的实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够更准确地判定装置的状态的等离子体产生装置、具备该等离子体产生装置的发光分析装置及质谱分析装置、以及装置状态判定方法。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的等离子体产生装置是一种用于产生等离子体的等离子体产生装置，具备等离子炬、高频电力供给部以及状态判定处理部。所述等离子炬通过感应线圈形成电磁场，在该电磁场中形成筒状的等离子体，并且利用载气将雾化的试样朝向所述等离子体的内侧供给。所述高频电力供给部向所述感应线圈供给高频电力。所述状态判定处理部基于由所述高频电力供给部向所述感应线圈供给的高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
根据这样的结构，能够以向感应线圈供给的高频电力的频率的变化为基准，来判定等离子体产生装置的状态。因而，与作业者通过目视确认等离子体的状态等以往的方式不同，能够基于稳定的判定基准来更准确地判定装置的状态。
也可以为，所述等离子体产生装置还具备载气流量控制部，所述载气流量控制部进行改变载气的流量的控制。在该情况下，也可以为，所述状态判定处理部基于伴随载气的流量的变化而引起的所述高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
根据这样的结构，能够以伴随载气的流量的变化而引起的高频电力的频率的变化为基准，来更准确地判定装置的状态。由于具有当载气的流量增加时高频电力的频率减小的特性，因此如果利用该特性则能够准确地判定装置的状态。
也可以为，在载气的流量已达到规定值时，所述状态判定处理部通过将所述高频电力的频率与阈值进行比较，来判定所述等离子体产生装置的状态。
根据这样的结构，由于能够利用当载气的流量增加时高频电力的频率减小的特性来预测载气的流量达到规定值时的高频电力的频率，因此通过将基于预测出的频率决定的阈值与实际的频率的值进行比较，由此能够准确地判定装置的状态。
也可以为，所述载气流量控制部基于所述状态判定处理部的判定结果，来控制载气的流量。
根据这样的结构，通过基于状态判定处理部的判定结果来控制载气的流量，由此能够调整与载气一起朝向等离子体的内侧供给的试样的量。例如，在判定为试样没有被正确地导入到等离子体的内侧那样的情况下，通过使载气的流量增加，来使朝向等离子体的内侧供给的试样的量增加，由此能够使试样中的成分良好地进行激励发光，从而能够防止灵敏度降低。
也可以为，所述等离子体产生装置还具备辅助气体流量控制部，所述辅助气体流量控制部控制用于对所述等离子体的位置进行控制的辅助气体的流量。在该情况下，也可以为，所述辅助气体流量控制部基于所述状态判定处理部的判定结果，来控制辅助气体的流量。
根据这样的结构，通过基于状态判定处理部的判定结果来控制辅助气体的流量，由此能够调整等离子体的位置。例如，在判定为试样没有被正确地导入到等离子体的内侧那样的情况下，通过使辅助气体的流量减少，来使等离子体的位置向等离子炬的内部方向接近，由此能够使试样中的成分良好地进行激励发光，从而能够防止灵敏度降低。
本发明所涉及的发光分析装置具备所述等离子体产生装置，检测从所述等离子体产生装置中的等离子体发出的光并进行分析。
本发明所涉及的质谱分析装置具备所述等离子体产生装置，使用由所述等离子体产生装置中的等离子体产生的离子来进行分析。
本发明所涉及的装置状态判定方法用于判定等离子体产生装置的状态，所述等离子体产生装置用于使用等离子炬来产生等离子体，所述等离子炬通过感应线圈形成电磁场，在该电磁场中形成筒状的所述等离子体，并且利用载气将雾化的试样朝向所述等离子体的内侧供给，所述装置状态判定方法包括高频电力供给步骤和状态判定步骤。在所述高频电力供给步骤中，向所述感应线圈供给高频电力。在所述状态判定步骤中，基于通过所述高频电力供给步骤向所述感应线圈供给的高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
发明的效果
根据本发明，以向感应线圈供给的高频电力的频率的变化为基准来判定等离子体产生装置的状态，由此能够基于稳定的判定基准来更准确地判定装置的状态。
附图说明
图1是示出具备本发明的一个实施方式所涉及的等离子体产生装置的发光分析装置的结构例的概要图。
图2是示出图1的发光分析装置的电气结构的框图。
图3是示出载气的流量与等离子体频率的关系的一例的图。
图4是示出等离子炬的概要结构的截面图。
具体实施方式
图1是示出具备本发明的一个实施方式所涉及的等离子体产生装置的发光分析装置的结构例的概要图。该发光分析装置是ICP(感应耦合等离子体：Inductively CoupledPlasma)发光分析装置，具备等离子炬1、高频电力供给部2、等离子体气体供给部3、辅助气体供给部4、载气供给部5、雾化装置6、测光部7等。但是，本发明不限于ICP发光分析装置，也能够应用于IPC质谱分析装置等其它分析装置，除此以外还能够应用于分析装置以外的装置。在将本发明应用于ICP质谱分析装置的情况下，通过在质谱分析装置的离子化部设置等离子炬1，由此能够将通过等离子体放电而产生的离子按质量进行分离来获得质量谱。
等离子炬1具备试样供给管11、辅助气体供给管12以及等离子体气体供给管13。这些供给管11、12、13设置在同心圆上，试样供给管11的外侧被辅助气体供给管12以隔开间隔的方式覆盖，并且辅助气体供给管12的外侧被等离子体气体供给管13以隔开间隔的方式覆盖。等离子体气体供给管13的顶端部插入到卷绕而成的感应线圈14内。从高频电力供给部2对感应线圈14供给高频电力，由此在感应线圈14的内侧形成高频电磁场。
辅助气体供给管12与等离子体气体供给管13之间的筒状的空间构成等离子体气体流路15。向等离子体气体流路15内导入例如由氩气形成的等离子体气体。等离子体气体从等离子体气体供给部3被供给到等离子体气体流路15内，在等离子体气体流路15内呈螺旋状地朝向等离子炬1的顶端侧移动。而且，在等离子炬1的顶端部，通过由感应线圈14形成的高频电磁场使等离子体气体发生电离，来生成等离子体18。此时生成的等离子体18呈筒状(环状)。
试样供给管11与辅助气体供给管12之间的筒状的空间构成辅助气体流路16。向辅助气体流路16内导入例如由氩气形成的辅助气体。辅助气体从辅助气体供给部4被供给到辅助气体流路16内，在辅助气体流路16内朝向等离子炬1的顶端侧移动。而且，在等离子炬1的顶端部，辅助气体被喷出到等离子体18。通过调整该辅助气体的流量，能够控制等离子体18的位置。
试样供给管11的内部空间构成试样流路17。作为测定对象的试样S在被雾化装置6雾化而成为雾化试样之后，被导入到试样流路17内。雾化装置6具备喷雾器61和喷雾室62。从载气供给部5向喷雾器61供给例如由氩气形成的载气。液体的试样S通过喷雾器61进行雾化，并与载气一起经由喷雾室62被导入到试样流路17内。然后，雾化的试样S在试样流路17内朝向等离子炬1的顶端侧移动，并被喷出到筒状的等离子体18的内侧。
雾化的试样S笔直地在筒状的等离子体18的内侧通过，在通过的过程中，试样中的成分与等离子体18接触，由此进行激励发光。测光部7用于对试样中的成分在等离子体18中激励发光而产生的光进行测定，具备聚光透镜71、衍射光栅72以及多个光检测器73等。通过激励发光而产生的光从等离子体18沿着等离子炬1的中心轴入射至聚光透镜71，并被会聚至衍射光栅72的光栅面。然后，能够由多个光检测器73来检测通过衍射光栅72的光栅面进行分光得到的各波长的光，基于根据其检测信号获得的发光光谱来进行试样S的分析。
图2是示出图1的发光分析装置的电气结构的框图。例如通过包括CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)的控制部8来控制该发光分析装置的动作。控制部8通过CPU执行程序来作为状态判定处理部81、流量控制部82以及发光光谱生成部83等发挥功能。
高频电力供给部2经由开关电路(未图示)来对包括感应线圈14的谐振电路供给高频电力(高频电力供给步骤)。随着等离子体18的状态的变化而感应线圈14的阻抗发生变化，通过使用开关电路自动地改变向感应线圈14供给的高频电力的频率(开关频率)，由此自动调整频率以使从开关电路侧来看的负载阻抗始终保持为最佳。
像这样，当等离子体18的状态发生变化时，由高频电力供给部2向感应线圈14供给的高频电力的频率(下面称为“等离子体频率”。)发生变化，因此能够基于等离子体频率的变化来判定发光分析装置的状态(等离子体产生装置的状态)。在本实施方式中，状态判定处理部81基于等离子体频率的变化来自动判定发光分析装置的状态(状态判定步骤)。
流量控制部82对等离子体气体供给部3、辅助气体供给部4以及载气供给部5的动作进行控制。等离子体气体供给部3、辅助气体供给部4以及载气供给部5分别具备阀，通过调整这些阀的开度，由此能够单独地控制等离子体气体、辅助气体以及载气的流量(流量控制步骤)。即，流量控制部82作为对等离子体气体的流量进行控制的等离子体气体流量控制部、对辅助气体的流量进行控制的辅助气体流量控制部、对载气的流量进行控制的载气流量控制部来发挥功能。
在本实施方式中，通过流量控制部82来进行改变载气的流量的控制，状态判定处理部81基于伴随该控制而引起的等离子体频率的变化，来判定发光分析装置的状态。在与分析过程中不同的时机(例如分析前等)进行这样的判定动作。流量控制部82基于状态判定处理部81的判定结果，来对在分析过程中从载气供给部5供给的载气的流量、或在分析过程中从辅助气体供给部4供给的辅助气体的流量进行控制。
发光光谱生成部83基于来自多个光检测器73的检测信号，生成表示波长与发光强度的关系的发光光谱。所生成的发光光谱可以显示于显示部(未图示)。
图3是示出载气的流量与等离子体频率的关系的一例的图。在图3中，与经过时间相对应地示出载气的流量(mL/min)和等离子体频率(kHz)。如该图3所示，通常来说，当载气的流量91增加时，等离子体频率92减小。这是由于以下情况引起的：随着载气的增加，与载气一起被供给到等离子体18的试样S增加，其结果是，等离子体18的温度降低。
即，当等离子体18的温度降低时，等离子体18中的等离子体气体的电离度降低，从高频电力供给部2侧来看的感应线圈14与等离子体18的耦合变弱(耦合系数变小)。像这样，当感应线圈14与等离子体18的耦合变弱时，从高频电力供给部2侧来看的电感成分增加，其结果是，如图3所示那样等离子体频率92减小。
另一方面，在雾化的试样S没有被正确地导入到等离子体18的内侧的情况、在雾化装置6中试样S发生堵塞的情况等下，即使载气的流量91增加，等离子体频率92也很难降低、或者不降低。因而，能够基于伴随载气的流量91的变化而引起的等离子体频率92的变化，来判定发光分析装置的状态(试样S的导入状态)。
像这样，在本实施方式中，能够以向感应线圈14供给的高频电力的频率(等离子体频率92)的变化为基准，来判定发光分析装置的状态。因而，与作业者通过目视确认等离子体18的状态等以往的方式不同，能够基于稳定的判定基准来更准确地判定装置的状态。
特别是，如果利用图3所示那样的载气的流量与等离子体频率的关系，则能够以伴随载气的流量91的变化而引起的等离子体频率92的变化为基准，来更准确地判定装置的状态。
例如，在载气的流量91已达到规定值A时，状态判定处理部81将此时的等离子体频率92的值B与阈值V进行比较。该阈值V被设定为比在雾化的试样S被正确地导入到了等离子体18的内侧的情况下预测出的等离子体频率92的值大的值。由此，如果上述值B比阈值V小，则能够判定为正确地导入了试样S，如果上述值B为阈值V以上，则能够判定为没有正确地导入试样S。像这样，由于能够预测载气的流量91达到规定值A时的等离子体频率92，因此通过将基于预测出的频率决定的阈值V与实际的等离子体频率92的值B进行比较，由此能够准确地判定装置的状态。
在判定为没有正确地导入试样S的情况、即没有向等离子体18的内侧供给足够量的试样S的情况下，能够通过流量控制部82的控制来使向等离子体18的内侧供给的试样S的量增加。具体地说，如果流量控制部82使分析过程中(测光时)的载气的流量增加，则向等离子体18的内侧供给的试样S的量增加，从而试样S中的成分良好地进行激励发光，因此能够防止灵敏度降低。
另外，如果流量控制部82使分析过程中(测光时)的辅助气体的流量减少，则等离子体18的位置向等离子炬100的内部方向接近，因此使试样S难以流向等离子体18的外侧。在该情况下，由于向等离子体18的内侧供给的试样S的量增加，从而试样S中的成分良好地进行激励发光，因此也能够防止灵敏度降低。
在以上的实施方式中，作为发光分析装置的状态，说明了如雾化的试样S没有被正确地导入到等离子体18的内侧的情况、在雾化装置6中试样S发生堵塞的情况等那样对试样S的导入状态进行判定的情况。但是，不限于此，也能够根据等离子体频率的变化来判定等离子炬1的经年劣化、装置及部件的偏差之类的发光分析装置的其它状态。
另外，不限于基于状态判定处理部81的判定结果来控制载气、辅助气体的流量那样的结构，能够进行其它的各种动作。例如，也能够基于状态判定处理部81的判定结果来使显示部显示与试样S的导入状态有关的消息(例如试样S的导入量减少的意思等)、或者使装置的动作停止。
附图标记说明
1：等离子炬；2：高频电力供给部；3：等离子体气体供给部；4：辅助气体供给部；5：载气供给部；6：雾化装置；7：测光部；8：控制部；11：试样供给管；12：辅助气体供给管；13：等离子体气体供给管；14：感应线圈；15：等离子体气体流路；16：辅助气体流路；17：试样流路；18：等离子体；61：喷雾器；62：喷雾室；71：聚光透镜；72：衍射光栅；73：光检测器；81：状态判定处理部；82：流量控制部；83：发光光谱生成部；91：载气的流量；92：等离子体频率。

Claims (8)

1.一种等离子体产生装置，用于产生等离子体，所述等离子体产生装置的特征在于，具备：
等离子炬，其通过感应线圈形成电磁场，在该电磁场中形成筒状的等离子体，并且利用载气将雾化的试样朝向所述等离子体的内侧供给；
高频电力供给部，其向所述感应线圈供给高频电力；以及
状态判定处理部，其基于由所述高频电力供给部向所述感应线圈供给的高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，
还具备载气流量控制部，所述载气流量控制部进行改变载气的流量的控制，
所述状态判定处理部基于伴随载气的流量的变化而引起的所述高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
3.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其特征在于，
在载气的流量已达到规定值时，所述状态判定处理部通过将所述高频电力的频率与阈值进行比较，来判定所述等离子体产生装置的状态。
4.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其特征在于，
所述载气流量控制部基于所述状态判定处理部的判定结果，来控制载气的流量。
5.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，
还具备辅助气体流量控制部，所述辅助气体流量控制部控制用于对所述等离子体的位置进行控制的辅助气体的流量，
所述辅助气体流量控制部基于所述状态判定处理部的判定结果，来控制辅助气体的流量。
6.一种发光分析装置，其特征在于，
具备根据权利要求1所述的等离子体产生装置，
检测从所述等离子体产生装置中的等离子体发出的光并进行分析。
7.一种质谱分析装置，其特征在于，
具备根据权利要求1所述的等离子体产生装置，
使用由所述等离子体产生装置中的等离子体产生的离子来进行分析。
8.一种装置状态判定方法，用于判定等离子体产生装置的状态，所述等离子体产生装置用于使用等离子炬来产生等离子体，所述等离子炬通过感应线圈形成电磁场，在该电磁场中形成筒状的所述等离子体，并且利用载气将雾化的试样朝向所述等离子体的内侧供给，所述装置状态判定方法的特征在于，包括以下步骤：
高频电力供给步骤，向所述感应线圈供给高频电力；以及
状态判定步骤，基于通过所述高频电力供给步骤向所述感应线圈供给的高频电力的频率的变化，来判定所述等离子体产生装置的状态。
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