CN203409418U - 感应装置和使用感应装置的低流动等离子体 - Google Patents

感应装置和使用感应装置的低流动等离子体 Download PDF

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CN203409418U CN201190000598.4U CN201190000598U CN203409418U CN 203409418 U CN203409418 U CN 203409418U CN 201190000598 U CN201190000598 U CN 201190000598U CN 203409418 U CN203409418 U CN 203409418U
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Abstract

这里描述的某些实施例涉及能够用于维持低流动等离子体的装置。在某些示例中，低流动等离子体能够维持在包括外管和在所述外管内的辅助管的焰炬中。在一些示例中，辅助管包括有效长度以与使用平板电极维持在焰炬中的低流动等离子体的形状相匹配。此处还公开了使用焰炬的方法和系统。

Description

感应装置和使用感应装置的低流动等离子体
优先权申请
本申请要求2010年5月5日提交的美国临时专利申请第61/331,610号的优先权和权益，由此该临时申请的全部内容通过引用并入这里且用于所有目的。
技术领域
本申请涉及等离子体装置和使用等离子体装置的方法。具体来说，这里描述的某些实施例涉及维持在低流动焰炬中的低流动感应耦合等离子体。
背景技术
许多感应耦合等离子体光发射谱（ICP-OES）系统、感应耦合等离子体原子吸收谱（ICP-AAS）系统以及感应耦合等离子体质谱（ICP-MS）系统都使用能接受RF电流的螺线管来形成等离子体。然而，由于螺线管的螺旋构造，由磁场产生的感应电流随着螺线管的内部长度而产生差异和异质化。这种异质化导致等离子体内的可变温度分布，从而可能影响样品的激发和等离子体中离子的轨迹。另外，螺线管为单个元件，其在控制磁场形成的关联感应电流和等离子体/样品激发时缺乏灵活性。
发明内容
在第一方面，提供了一种被配置为维持低流动等离子体的焰炬。在某些实施例中，所述焰炬包括外管和在所述外管内的辅助管，其中所述外管包括无弯槽，且所述辅助管包括有效长度以允许使用平板电极在所述焰炬中产生低流动等离子体。
在某些示例中，所述焰炬的所述外管大体上是对称的，使得所述外管的所有半径大体相同。在一些示例中，所述槽可位于所述外管的一端。在其他示例中，所述辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管长至少25%。在某些构造中，所述辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管长大约9mm。在其他示例中，所述无弯槽的宽度可大约与传统焰炬的弯槽的宽度相同。在某些实施例中，所述辅助管的长度可为大约83mm，且所述无弯槽的长度可为大约15mm。在一些示例中，所述焰炬的所述外管包括至少三个无弯槽。在某些构造中，所述三个槽中的每一个可比传统焰炬中存在的槽短大约25%。在一些构造中，所述三个无弯槽中的每一个的长度都可大致相同。在某些示例中，所述辅助管的长度可为大约83mm，且所述三个无弯槽中的每一个的长度可为大约15mm。
在另一方面，提供了一种被配置为维持低流动等离子体且包括外管和在所述外管内的辅助管的焰炬。在某些实施例中，所述辅助管包括有效长度以使所述焰炬维持用平板电极产生的低流动等离子体，其中所述辅助管的长度比被配置为将传统等离子体维持在包括螺旋负载线圈的传统焰炬中的辅助管的长度要长。
在某些示例中，所述辅助管的长度可选择为与使用大约为8升/分或更低的等离子气体速率维持的低流动等离子体的形状相匹配。在一些示例中，所述外管包括至少一个无弯槽。在其他示例中，所述辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管长度要长大约9mm。在进一步的示例中，所述无弯槽可比传统焰炬中存在的弯槽长度要短大约5mm。在一些示例中，所述外管包括至少三个无弯槽。在某些示例中，所述无弯槽中的每一个可比传统焰炬中存在的弯槽长度要短至少5mm。在进一步的示例中，所述辅助管的长度可为大约83mm，且所述外管的一端包括无弯槽，该无弯槽的长度为大约15mm。在一些示例中，所述辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管要长大约9mm，所述外管包括无弯槽，且其中所述外管中的所述无弯槽比传统焰炬中的弯槽要短至少5mm。
在又一方面，提供了一种可与低流动等离子体一起运行的低流动注入器。在一些示例中，所述低流动注入器可被配置为将有效量的样品引入到以大约8升/分或更低的等离子气体速率运行的低流动等离子体中。
在某些示例中，所述低流动注入器的长度比可与传统等离子体焰炬一起运行的传统注入器要长。在一些示例中，所述低流动注入器的长度为大约150mm。在其他示例中，所述低流动注入器包括氧化铝、石英、蓝宝石、二氧化钛、钛、因科镍合金（Inconel alloy）或惰性材料中的一种或多种。在某些示例中，所述低流动注入器包括锥形端。在其他示例中，所述低流动注入器包括直孔。在另外的示例中，所述低流动注入器可被配置为毛细管或可包括毛细管。在一些实施例中，所述低流动注入器可运行为在总气体流速为9升/分或更低时将样品引入到所述低流动等离子体中。在某些实施例中，所述低流动注入器能够与维持在包括外管和在所述外管内的辅助管的焰炬中的所述低流动等离子体一起使用，其中所述外管包括至少一个无弯槽，其中所述辅助管的长度为大约83mm，且所述无弯槽的长度为大约15mm。
在另一方面，描述了一种用于维持低流动等离子体的系统。在某些实施例中，所述系统包括：板电极，其包括被配置为接纳低流动焰炬的开口；和低流动焰炬，设计该低流动焰炬的尺寸并布置该低流动焰炬以将该低流动焰炬定位在所述板电极的所述开口的至少某个部分内，所述焰炬包括：包括无弯槽的外管和在所述外管内的辅助管，其中所述辅助管包括有效长度以将所述低流动等离子体维持在所述焰炬中。
在某些实施例中，所述辅助管可为大约83mm长，且所述无弯槽可为大约15mm长。在其他实施例中，所述辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管要长。在进一步的实施例中，所述无弯槽可比传统焰炬中存在的弯槽要短。在其他实施例中，所述无弯槽可为大约15mm长，且所述辅助管可为大约83mm长。在一些示例中，所述系统可还包括电耦合至所述板电极的振荡器。在其他示例中，所述系统可包括附加板电极，所述附加板电极包括被配置为接纳所述低流动焰炬的开口。在进一步的示例中，所述系统可包括电耦合至所述板电极和所述附加板电极的振荡器。在某些实施例中，所述振荡器可被配置以独立控制所述板电极和所述附加板电极。在进一步的实施例中，所述系统可包括光耦合至所述低流动焰炬的检测器。
在又一方面，提供了一种使用8升/分或更低的等离子气体速率维持在低流动焰炬中的低流动等离子体，所述低流动焰炬包括：包括无弯槽的外管和在所述外管内的辅助管。在某些实施例中，所述低流动焰炬的所述辅助管比传统焰炬的辅助管要长。在一些实施例中，所述辅助管为大约83mm长。在某些示例中，所述无弯槽可比传统焰炬的外管上存在的槽短。在其他示例中，所述槽可为大约15mm长。在一些示例中，相较于传统流动等离子体中的两个相应区域的宽度，所述低流动等离子体的发射区域和等离子体区域被压缩。在一些实施例中，所述低流动等离子体可维持在在所述外管中包括三个无弯槽的焰炬中。在某些示例中，所述三个无弯槽可等间隔地分布在所述外管的圆周周围。在一些示例中，使用氩来维持所述低流动等离子体。在某些实施例中，用于维持所述低流动等离子体的总气体流速低于9升/分。
在另一方面，公开了一种将低流动等离子体维持在低流动焰炬中的方法，所述低流动焰炬包括外管中的无弯槽和在所述外管内的辅助管，所述辅助管包括有效长度以将低流动等离子体维持在低流动焰炬中。在某些示例中，所述方法包括：以大约8升/分或更低的速率将等离子气体引入到所述低流动焰炬中；以及通过从至少一个板电极向所述焰炬提供能量来将所述低流动等离子体维持在所述低流动焰炬中。在一些实施例中，所述方法可包括将所述无弯槽配置为大约15mm长。在其他实施例中，所述方法可包括将所述低流动焰炬配置为具有至少三个无弯槽。在进一步的实施例中，所述方法包括将所述辅助管配置为比传统焰炬中存在的辅助管长至少25%。在另外的实施例中，所述方法可包括将所述低流动焰炬的所述辅助管配置为大约83mm长。
在又一方面，提供了一种促进低流动等离子体产生的方法，所述方法包括提供被配置为维持低流动等离子体的焰炬，所述焰炬包括外管和在所述外管内的辅助管，其中所述外管包括无弯槽，且所述辅助管包括有效长度以与使用平板电极维持在所述焰炬中的低流动等离子体的形状相匹配。
在另一方面，描述了一种促进低流动等离子体产生的方法，所述方法包括提供被配置为在包括外管的等离子体焰炬中使用的辅助管，所述辅助管包括有效长度以与使用平板电极维持在所述等离子体焰炬中的低流动等离子体的形状相匹配。
在又一方面，提供了一种促进低流动等离子体产生的方法，所述方法包括提供被配置为在包括辅助管的等离子体焰炬中使用的无弯外管，所述无弯外管包括槽，该槽具有有效长度以允许使用平板电极在所述等离子体焰炬中产生低流动等离子体。
在另一方面，公开了一种促进将样品引入到低流动等离子体的方法，所述方法包括：提供包括有效长度的注入器以将样品引入到包括外管和在所述外管内的辅助管的低流动等离子体焰炬中，其中所述外管包括无弯槽，且所述辅助管包括有效长度以允许使用平板电极在所述焰炬中产生低流动等离子体。
在又一方面，提供了一种促进产生低流动等离子体的方法，所述方法包括：提供包括外管和在所述外管内的辅助管的焰炬，所述辅助管包括有效长度以使所述焰炬维持用平板电极产生的低流动等离子体，其中所述辅助管的长度比被配置为将传统等离子体维持在包括螺旋负载线圈的传统焰炬中的辅助管的长度要长。
在另一方面，描述了一种促进产生低流动等离子体的方法，所述方法包括：提供被配置为在包括外管的等离子体焰炬中使用的辅助管，所述辅助管包括有效长度以使所述焰炬维持用平板电极产生的低流动等离子体，其中所述辅助管的长度比被配置为将传统等离子体维持在包括螺旋负载线圈的传统焰炬中的辅助管的长度要长。
在又一方面，公开了一种促进将样品引入到低流动等离子体的方法，所述方法包括：提供包括有效长度的注入器以将样品引入到包括外管和在所述外管内的辅助管的低流动等离子体焰炬中，其中所述外管包括无弯槽，且所述辅助管包括有效长度以使所述焰炬维持用平板电极产生的低流动等离子体，其中所述辅助管的长度比被配置为将传统等离子体维持在包括螺旋负载线圈的传统焰炬中的辅助管的长度要长。
下面更详细地描述了其他特征、方面、示例以及实施例。
附图说明
将参考附图对某些实施例进行描述，在图中：
图1A是根据某些示例的传统焰炬和传统流量等离子体的视图，图1B是图1A的焰炬和传统流量等离子体的截面俯视图；
图2A是根据某些示例的弯焰炬的截面，图2B是外管中包括一个槽的无弯焰炬的截面；
图3是根据某些示例的包括三个槽的无弯焰炬的截面；
图4是对根据某些示例的光谱仪的说明；
图5是对根据某些示例的包括第一板电极和第二板电极的质谱仪的说明；
图6是根据某些示例的感应耦合等离子体（ICP）和使用板电极维持的低流动ICP的示意图；
图7是根据某些示例的两个板电极、ICP焰炬以及低流动等离子体的侧视图；
图8是根据某些示例的用于维持低流动等离子体的第一板电极的正视图，该电极包括开口；
图9是根据某些示例的用于维持低流动等离子体的第二板电极的正视图，该电极包括开口；
图10是根据某些示例的图9的电极的侧视图；
图11是根据某些示例的整个电极的立体图；
图12是根据某些示例的图11的电极的正视图；
图13是根据某些示例的图11的电极的侧视图；
图14是根据某些示例的图11的电极的俯视图；
图15是根据某些示例的从环电流生成的说明性磁场的立体图；
图16是根据某些示例的显示两个板电极的ICP焰炬的示意图；
图17是根据某些示例的在正弦交变电流的半个交变周期期间由一个RF电源驱动的多个环电流的示意图；
图18A和18B示出了根据某些示例的焰炬和包括板电极的感应装置；
图19A和19B是根据某些示例的感应装置的示例；
图19C和19D是根据某些示例的感应装置的其他示例；
图20是对根据某些示例的包括低流动等离子体的吸收光谱仪的说明；
图21是对根据某些示例的包括低流动等离子体的吸收光谱仪的另一说明；
图22是对根据某些示例的包括低流动等离子体的质谱仪的说明；
图23是对根据某些示例的包括低流动等离子体的光激发光谱仪的说明；
图24是对根据某些示例的使用第一板电极和第二板电极和大约为7升/分的等离子气体流速维持的低流动等离子体的照片；
图25是示出了当使用传统的螺旋负载线圈，当以大约为15升等离子气体/分的传统流速使用平板电极，以及当以大约为7升等离子气体/分的低流速使用平板电极时，用于各种分析物的检出限的图标。
本领域的普通技术人员在了解了本公开的益处之后将意识到，图中某些尺寸或特征可能已经被放大、扭曲或以其他非传统或非比例的方式被示出以提供更用户友好版本的附图。在以下描述中指定有尺寸的地方，该尺寸仅以说明为目的而被提供。
具体实施方式
此处所描述的装置的某些实施例可以被构造并设置为用于维持低流动等离子体。术语“低流动”是相对的，指的是相对于流入使用螺旋感应线圈的典型感应耦合等离子体装置中使用的焰炬的等离子气体的流速，流入焰炬的等离子气体（比如，氩）的流速。仅以说明为目的，传统仪器中等离子气体的典型流速大约为15-20升/分或更高。在此处描述的某些实施例中，系统的等离子气体流速可为大约8升/分或更低，更具体地，大约为7、6、5、4、3、2或1升/分或更低，这取决于例如等离子体的大小和所需形式。在一些实施例中，系统的总气体流速可为大约9、8、7、6、5、4、3、2或1升/分或更低。氩气非常昂贵且在世界的偏远地区很难获得。仪器对于氩的消耗的任何减少都可极大地降低等离子体装置的运行成本。此处公开的某些方法和装置的示例能够将氩消耗减少到少于运行不可与低流动焰炬一起运行的现有等离子体装置（或仪器）所需量的一半或四分之一。这种低流动等离子体的某些示例可以通过例如以下方式中的一种或多种进一步提高仪器性能：增大信号（样品发射）、降低背景发射、提高等离子体稳定性和/或允许将更大量的样品引入到等离子体中。
在某些实施例中，低流动焰炬、低流动焰炬中的部件以及与低流动焰炬一起使用的部件的构造和尺寸可与传统等离子体中使用的那些部件不同。例如，由于低流动等离子体的不同性质，传统焰炬和传统注入器可能不允许在低流动条件下正常运行。例如，当在低流动条件下使用时，传统焰炬可能无法为等离子体提供期望的温度分布和形状。此处描述的某些实施例被设计为在提供期望的等离子体形状、温度分布或其他所选等离子体特性的同时允许在低流动条件下运行。
在某些示例中且以讨论为目的，图1A和1B示出了用于维持传统等离子体（如非低流动等离子体）的传统焰炬。参考图1A，感应耦合等离子体装置50包括：包括三个或更多管（比如，管52、54、56、57）的腔体51、等离子体58、入口60以及射频感应线圈62。管52流体耦合至气源（如氩）且可选地为样品引入装置，如喷雾器。氩气使样品雾化并将其载入等离子体58的去溶剂化和离子化区域中。在管52和54之间提供辅助气流，其用于将等离子体提升至内管上方以使其免于熔化。在管54和56之间提供等离子气体。阻隔气体在外管57和内管56之间流过以将等离子体58与外管57隔离开。无意受制于任何特定的科学理论或本示例，阻隔气体可通过入口60引入，且阻隔气流冷却外管57的内壁并径向地集中等离子体58。必要时，可完全省略阻隔气体。射频感应线圈62与射频发生器（未示出）电连通，并被构造及设置为在使用电弧、电火花等对气体进行离子化之后产生和/或维持等离子体58。图1B示出穿过感应耦合等离子体装置50的横截面。焰炬50的外管一般包括弯曲部分，如例如共同转让的美国专利第6,618,139号中所述的。弯曲部分一般存在以防止邻近外管中的槽的冷却气体的产生缓冲。这种传统焰炬在某些情况下称为弯焰炬。
在此处描述的某些示例中，描述了一种被配置为维持低流动等离子体并包括无弯外管的焰炬。图2A示出了弯焰炬的横截面，图2B示出了无弯焰炬的横截面。参考图2A，传统焰炬70包括具有弯曲部分74的槽72，使得半径R1小于半径R2。相比之下，参考图2B，低流动焰炬80的实施例可以是无弯的或在外管82的槽84中基本不包括任何向内的弯曲，使得所有半径（如，R3和R4）大体上相同。
在一些实施例中，尽管无弯焰炬可包括大体上相同的半径，但在传统焰炬和低流动焰炬中槽的尺寸可以是相同的。然而，在某些构造中，相较于传统焰炬中的槽的尺寸，可能需要改变低流动焰炬中的槽的尺寸。例如，相较于传统焰炬中的外槽的尺寸，可能需要改变槽的长度和宽度、仅改变槽的长度或仅改变槽的宽度。在某些示例中，在传统焰炬和低流动焰炬中槽的宽度可能大体上是相同的，但传统焰炬中的槽的长度可比低流动焰炬中存在的槽的长度长。例如，低流动焰炬在焰炬的端部可包括一槽，该槽比传统焰炬中存在的相应槽要短大约5mm。在一些示例中，位于低流动焰炬端部的槽可为大约13-19mm长（如，大约15mm长）和大约5-6mm宽，或为大约14-16mm长（如，大约15mm长）和大约4-5mm宽，比如为大约15mm长和4.2mm宽。以比较为目的，传统焰炬中的槽大约为20-22mm长和大约5-6mm宽（在最宽点）。在某些情况下，低流动焰炬中的槽的长度可比传统焰炬中的外管槽的长度短至少25%。
在某些示例中，低流动焰炬可包括如参考图2B所述的单个槽，而在其他示例中，低流动焰炬可包括位于外管中的两个、三个或更多个槽。在某些实施例中，为了某些情况下的有利使用可以提供多槽焰炬。例如，检测器可以通过一个槽径向地“观察”，而如果存在多个槽，检测器可通过一个以上的槽进行观察。另外，相较于使用具有单个槽的焰炬，对于某些类型的样品（如，有机样品），多个槽可允许更好的检出限（detection limit）。对于本领域的普通技术人员，在了解了本公开的益处之后，将能够容易地选择使用多槽焰炬的其他优点。在一些示例中，图3中示出了包括三个槽的低流动焰炬的横截面。焰炬90包括槽94、95以及96，每个槽与其他槽间隔大约120度。尽管焰炬90被示为在外管92的圆周周围包括大体上对称的槽间隔，但在多于一个的槽存在于外管92中时，非对称的间隔也是可能的。在多于一个的槽存在于低流动焰炬中的情况下，每个槽可具有相同的尺寸或每个槽可具有与其他槽不同的尺寸。在某些示例中，多槽低流动焰炬的每个槽的长度可比传统焰炬中的外管槽的长度少大约25%，虽然所有槽不需要具有完全相同的尺寸。在其他构造中，多槽低流动焰炬的每个槽的长度可比传统焰炬中的外管槽的长度少大约25%，且所有槽具有大致相同的长度。在其他示例中，两个槽可具有大致相同的长度，一个或多个其他槽可具有不同的长度。类似地，每个槽的宽度W1可与其他槽相同或不同。在某些构造中，三槽焰炬中的每个槽可为大约12-19mm长（如，大约15mm长）且在最宽点大约为3.5-6mm宽（如，大约4.2mm宽）。
在某些实施例中，无弯低流动焰炬中存在的辅助管可与传统焰炬中存在的辅助管不同。例如，因为相较于传统等离子体中的等离子体位置，低流动等离子体中的等离子体区域可能移位，所以可能需要改变辅助管的尺寸或构造。在将板电极用作感应装置的某些构造中，感应区域可能更小但却从低流动焰炬的基座移开。正因为如此，可能需要延长低流动焰炬的辅助管。在一些示例中，低流动焰炬的辅助管可比传统焰炬中存在的辅助管长大约10%。例如，低流动焰炬中存在的辅助管可为大约80-90mm（如，82-88mm或大约83mm或大约84mm）。以比较为目的，传统焰炬中的辅助管的长度可为大约70-75mm，例如，大约为74mm长。在某些情况下，低流动焰炬中存在的辅助管比传统焰炬中用于维持传统等离子体的相应辅助管要长至少8-9mm。尽管可以改变辅助管的长度，但辅助管的宽度可大体上与传统焰炬中存在的辅助管的宽度相同，如大约为18-19mm或大约为18.6mm。然而，必要时，也可改变辅助管的宽度以提供期望的低流动等离子体特性，比如，可以更宽或更窄。
在某些实施例中，可改变与此处描述的低流动焰炬一起使用的其他部件以提供系统的正常运行。例如，可改变与低流动焰炬一起使用的注入器，使得其提供期望的流速、以期望的方式耦合到低流动焰炬或以其它方式允许低流动等离子体的正常运行。在一些示例中，低流动注入器可与此处描述的低流动焰炬一起使用。在某些示例中，低流动注入器可被配置为将有效量的样品引入到以大约8升/分或更低的等离子气体运行的低流动等离子体中。在一些实施例中，注入器的长度比可与传统等离子体焰炬一起运行的传统注入器要长。在其他实施例中，低流动注入器的长度为大约140-160mm（比如，大约为150mm）。在一些示例中，低流动注入器的一端可为锥形，使得该端的直径更小，或者，在其他示例中，低流动注入器可以是直孔注入器，使得内径沿着注入器的长度大体上相同。
在某些实施例中，注入器的流体流动路径包括惰性材料。在一些示例中，惰性材料还可是耐温和/或耐酸的，使得其不会在高温等离子体附近熔化或被溶剂或样品不利地改变。在一些构造中，仅在制造流体流动路径时使用惰性材料，而在其他示例中，可使用惰性材料制造整个注入器。说明性的惰性材料类型包括但不限于氧化铝、氧化锆、石英、蓝宝石、二氧化钛、钛、因科镍合金（Inconel alloy）以及涂有惰性涂层的合金（如，Sulfinert）等。
在运行中，注入器一般流体耦合至样品引入系统的其他部件（如，喷雾器），以允许将流体样品引入到低流动等离子体中。适合的配件、耦合件等可与注入器一起使用以促进这种耦合。在一些实施例中，低流动注入器可包括毛细管或可被配置为毛细管。在某些示例中，当系统中的总气体流速为9升/分或更低（比如，8升/分、7升/分、6升/分、5升/分、4升/分、3升/分、2升/分或1升/分或更低）时，低流动注入器可以操作以将样品引入到低流动等离子体中。
在某些实施例中，此处描述的低流动等离子体焰炬、低流动注入器以及板电极能够用在许多不同类型的装置和仪器中，这些装置和仪器包括但不限于光学发射光谱仪、吸收光谱仪、质谱仪等。例如，板电极能够用于将低流动等离子体维持在感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）或其他类型的仪器中存在的低流动焰炬中。另外，板电极能够用于将低流动等离子体维持在非仪器装置（如，焊炬、光源、化学反应器或其他类型的装置）中。对于本领域的普通技术人员，在了解了本公开内容的益处之后，还将意识到板电极的特定形状和大小可以改变，且以下示出的板电极的那些表示仅以说明为目的而被提供，而不旨在限制此处描述的技术的范围。
在某些实施例中，图4示出了示例性感应耦合等离子体光学发射光谱仪（ICP-OES）100的示意图。在某些示例中，ICP-OES 100一般包括用于将载气102引导到低流动焰炬114的系统，其中载气102被离子化以形成热等离子体116（比如，5000-10000K或更高）。如此处所述，可以选择运行条件，使得等离子体116为低流动等离子体，例如使用大约为8升/分或更低的氩流速维持的等离子体。在一些示例中，等离子体116可包括预热区190、感应区192、初始辐射区194、分析区196以及等离子体尾198（见图6）。原子化样品104可通过泵106、喷雾器108以及喷雾室162引导到等离子体116。在图4中示出的说明性构造中，RF电源110通过包括如此处描述的一个或多个板电极的感应装置112向等离子体116提供RF功率。在等离子体116中，受激样品原子104在受激原子衰变为更低状态的过程中可发射光134。发出的光134可被收集光学器件118收集并被引导到光谱仪120，在光谱仪120中光134被光谱解析。检测器122可运行以检测光谱解析过的光134并向微处理器122和计算机网络124提供信号138、140用于分析。在物质不发光的示例中，感应耦合原子吸收光谱仪可用于向原子化的物质提供光，并且检测器可用于检测原子化的物质的光吸收。示例性的原子吸收光谱仪可从PerkinElmer Health Sciences公司获得，且例如共同拥有的2006年3月11日提交的名为“Plasmas and Devices Using Them”的美国专利申请第11/372,996号（其全部公开内容据此以引用的方式并入本文）中描述了示例性的吸收光谱仪。
在图4中，等离子体116被示为从等离子体116的纵轴的直角方向被观察，即，被径向观察或沿径轴被观察。然而，本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将理解也可从沿着等离子体116的纵轴126的方向进行对等离子体116的观察，即，进行轴向观察。检测轴向上的光发射能提供明显的信噪比好处。
本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后还将理解低流动感应耦合等离子体也可与质谱仪（MS）180（如图5所示的感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）100中的四极质谱分析仪）一起使用。RF电源110大体在大约1到大约500MHz（具体地，20-50MHz，如27-40MHz）的范围内运行，且大约100瓦到大约10千瓦（比如，大约1000瓦到大约1500瓦）的功率被提供给电极以产生磁场。示例性的质谱仪可从PerkinElmer HealthSciences公司购买，且例如共同拥有的2006年3月11日提交的名为“Plasmasand Devices Using Them”的美国专利申请第11/372,996号和下面示例中描述了示例性的质谱仪。
图6示出了图4和5的等离子体116的更详细的示意图。焰炬114包括三个同心管114、150以及148。最内管148将样品的原子化流146提供到等离子体116中。中间管150向等离子体116提供辅助气流144。在低流动焰炬的实施例中，相较于传统焰炬中存在的中间管的长度，中间管150可以较长。例如，中间管可以大约为80-90mm长（比如，大约为83mm长）。最外管114提供用于维持等离子体的载气流128。如此处所述，最外管114可包括一个或多个具有合适长度（比如，大约为15mm）的槽。载气流128可以以相对于中间管150的层流被引导到等离子体116。辅助气流144可在中间管150内被引导到等离子体116，而原子化样品流146可从喷雾室162沿着最内管148被引导到等离子体116。负载线圈112中的RF电流130、132可在负载线圈112内形成磁场以将低流动等离子体116限制在其中。
可使用许多不同的板电极构造来产生图4到图6以及此处描述的某些其他附图中所示的等离子体。图7到图14示出了电极152、156、158的不同构造。在图7中，电极152包括彼此间隔距离“L”布置的两个大体上平行的板152a、152b。在某些示例中，大体上平行的板具有大约20mm到大约200mm（比如，大约40mm）的宽度和大约30mm到大约90mm（比如，大约70mm）的长度。每个平行板152a、152b包括开口154，通过该开口可对焰炬114进行定位，使得焰炬114、最内管148、中间管150以及开口154沿轴126对齐。该开口的具体尺寸和形状可不同，且可为能够接受低流动等离子体焰炬的任何合适的尺寸和形状。例如，该开口可以大致为圆形并具有大约10mm到大约60mm的直径，可以是方形或矩形并具有大约20mm到大约60mm宽且大约20mm到大约100mm长的尺寸，可以是三角形、椭圆形、卵形或其他合适的几何形状。在某些示例中，可以设计该开口的大小，使得其比低流动等离子体焰炬要大大约0-50%或典型地大大约3%，而在其他示例中，焰炬可与板接触（比如，焰炬的某一部分可与板的表面接触），而不会产生任何实质性的运行问题。大体上平行的板152a、152b具有厚度“t”。在一些示例中，每个板152a和152b具有相同的厚度，而在其他示例中，板152a和152b可具有不同的厚度。在某些示例中，板的厚度为从大约0.025mm（比如，如绝缘体上的金属镀层，其示例可以是陶瓷基板上的铜、镍、银或金镀层）到大约20mm，更具体地，为大约0.5mm到大约5mm，或这些示意性范围内的任何特定厚度。电极152的开口154也可包括宽度为“w”的槽164，使得开口154与其周围连通。槽的宽度可从大约0.5mm到大约20mm变化，更具体地，从大约1mm到大约3mm（比如，从大约1mm到大约2mm）变化。在某些示例中，只有一个板电极用于维持低流动等离子体，而在其他示例中，可结合低流动等离子体焰炬使用两个或两个以上板。
在某些示例中，电极可由相同的或不同的材料来构造。在某些示例中，电极可由导电材料（例如铝、金、铜、黄铜、钢、不锈钢、导电陶瓷及其混合物和合金）来构造。在其他示例中，电极可由包括一个或多个导电材料的镀层或涂层的非导电材料来构造。在一些示例中，电极可由当暴露于产生低流动等离子体所需的高循环电流时能够耐高温且抗熔化的材料来构造。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够容易地选择这些和其他合适的材料来构造电极。
参考图7和图8，电极152可大体由方形或矩形的平面形状组成，虽然其可能是如图15中所示的配线。在某些示例中，提供给平面电极的RF电流产生平面环电流172a，其产生通过开口154的环形磁场182（见图15）。平面电流环大体上可与径向平面平行，而径向平面大体上与焰炬的纵轴垂直。环形磁场可运行以产生低流动等离子体并将其维持在低流动焰炬内。在低流动条件下，可将氩气以大约8升/分或更低的流速引入到焰炬中。可使用电火花或电弧来点燃氩气以产生低流动等离子体。环形磁场使氩原子和离子碰撞，产生形成低流动等离子体的过热环境（比如，大约5000-10000K或更高），。
参考图9和10，电极156可以是圆的，具有外径D1和内部孔径D2。在一些示例中，外径的范围为大约10mm到大约20cm，更具体地，为大约25mm到大约10cm（比如，大约30mm到大约50mm），而内径的范围为大约10mm到大约15cm，更具体地，为大约5mm到大约5cm（比如，大约20mm到大约24mm）。在某些示例中，图7到10的电极152、156可以是用RF电流172独立供电且一般具有相反极性（虽然运行不要求相反极性）的不同元件。在其他示例中，图7到10的电极152、156可以是电连通的元件，且每个可被合地适设计为提供期望的极性以产生磁场。
在某些实施例中，电极152的一个部分176可被提供RF功率，而电极152的第二部分178可接至地面174。在一些示例中，电极可接地至仪器底盘，而在其他示例中，电极可被安装并接地至接地板，接地板本身可以合适的方式接地。在低流动等离子体的电弧点燃期间，如果点燃电弧与电极152接触，则电极152中存在的任何不需要的电流都可以被引导到接地点174而不到达RF电源110。可独立控制和改变提供给每个电极152的RF功率和频率，以获得最佳性能。例如，可以不同频率运行每个电极152，以便对等离子体发射和激发进行优化。另外，可以持续供电模式来运行一个电极（或两个电极），而另一个电极可被调制（比如，脉冲供电或门控供电）。在某些示例中，由于电极152没有彼此连接，因此可调节电极152之间的距离“L”，这可能导致对低流动等离子体内功率分布的调节。此外，可独立调节开口154的直径D2，以便调节RF电源110和低流动等离子体之间的耦合特性。
在某些示例中，可在电极的一些部分之间放置间隔体以控制电极之间的距离。在某些示例中，使用与用于构造电极的材料相同的材料来构造间隔体。在一些示例中，间隔体可由与电极材料具有大体上相同的热膨胀系数的材料制成，从而当电极随着不同温度膨胀和收缩时，间隔体以大致相同的比例膨胀和收缩。在一些示例中，间隔体是不锈钢垫圈、脆性垫圈、铜垫圈或由其他合适的导电材料制成的垫圈。在某些示例中，间隔体是具有合适尺寸的垫圈，以可以接纳连接电极的螺栓或螺母。通过使用一个或多个间隔体，可轻易地复制和/或改变电极之间的距离。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够为与此处描述的电极一起使用的间隔体选择合适的材料和形状。
现在参考图11到14，感应装置158被示为包括连接至公共电接地170的两个板电极166、168。必要时，感应装置158可被配置为彼此电耦合的圆形板电极166和168。当将RF电流172提供给感应装置158时，产生环流172a，该环形电流172a产生环形磁场。环流172a大体上平行于电极166和168的平面并会大体上垂直于焰炬的纵轴。感应装置158可在公共电接地170处接地（见图13）以防止能引起电极166和168熔化的不需要的电弧放电。在某些示例中，板电极166和168彼此间隔距离L（见图11和13）。板电极166和168之间的确切距离可以变化，其示例性的距离包括但不限于大约1mm到大约5cm，更具体地，大约2mm到大约2cm（比如，大约5mm到大约15mm）。在某些示例中，板电极166和168大体上设置为垂直于安装表面。在其他示例中，板电极166和168可以倾斜一定角度，从而使焰炬的轴向尺寸和电极的径向尺寸大体上垂直。在一些示例中，板电极166和168的每个可在相同方向上呈一角度，而在其他示例中，板电极166和168可在相反方向上呈一角度。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够为此处描述的示例性感应装置的板电极选择合适的构造和角度。
在某些示例中，图16中示出了围绕焰炬的感应装置的示例性构造。包括第一板电极和第二板电极的感应装置112可围绕同心流体导管114、150以及148。载气流128可被引入到焰炬中以提供气体从而使用感应装置112产生等离子体。可将辅助气流144引入到同心管150，以提供用于控制相对于注入器148的等离子体位置的气体。如此处所述，相较于传统焰炬中的辅助管长度，管150可以较长（比如，具有大约为83mm的长度），且合适的较长的注入器也可与低流动等离子体一起使用。样品流146可进入喷雾导管148，在该喷雾导管148中样品流146被喷射到由感应装置112产生的等离子体中。
根据所选的特定低流动条件，各种气体物质的具体流速可以变化。例如，一般以大约1升/分到大约8升/分（比如，大约6-7.5升/分）的流速引入载气。一般以大约0升/分到大约1升/分（比如，大约0.1到大约0.3升/分）的流速引入辅助气体。可以合适的流速引入样品以提供样品的去溶剂化和/或原子化。在一些示例中，以大约0.1升/分到大约2升/分（比如，大约0.3到大约0.7升/分）的流速引入样品。如果将这些不同气体的流速相加，那么总的氩流速可为大约6到大约9升/分。在一些示例中，总的氩流速为大约7升/分到低于或等于8升/分。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够容易地选择用于载气、辅助气体以及样品的附加流速，以使用板电极将低流动等离子体维持在焰炬中。
参考图17，多个环电流184a、184b被示为产生自一个RF电流源110。为了使说明清晰，板电极已经从图17中省略。通过将极性相反的电流施加到相对放置的电极来产生环电流184a、184b。环电流184a、184b可以合适的方式相对于彼此而取向，使得在正弦交流电流的半个交流周期期间第一环电流184a中的交流电流172a以与第二环电流184b中的交流电流172b相同的方向流动。该构造允许多个环电流184a、184b由一个电源110驱动，从而产生具有相同空间取向的磁场182a、182b。必要时，每个线圈的对角相对放置的腿部可由位于其正下方的一个RF源驱动，并且也是对角相对放置的剩余的两个腿部共同连接至接地板。环电流184a、184b的平面也大体上垂直于低流动焰炬的纵轴126并且大体上平行于低流动焰炬的径向平面。在某些示例中，环电流可用于维持仅采用板电极的低流动等离子体。例如，诸如共同用于产生ICP的感应线圈的其他装置可以省略，且板电极自身可用作感应装置以维持低流动等离子体。必要时，板电极可用于包括低流动注入器的系统中，使得注入器流速适合于与低流动等离子体一起使用。
根据某些示例，可以使用用于产生低流动等离子体的包括第一板电极的装置，该第一板电极被构造并设置为提供第一环电流，该第一环电流沿大体上垂直于低流动等离子体焰炬的纵轴的径向平面。参考图18A和18B，装置400包括电极402，该电极402具有槽404和用于接纳焰炬410的开口406。电极402具有大体上对称的圆形内截面。在某些示例中，该内截面的直径为大约10mm到大约60mm，更具体地，为大约20mm到大约30mm（比如，大约20mm到大约23mm）。在一些示例中，该内截面的直径被选择为使得焰炬410的外表面与电极402的内侧部分相隔大约1mm的距离。电极402可被定位为使得其大体上垂直于焰炬410的纵轴（如图18B中的虚线所示）。电极402的槽404可被配置为使得提供至电极402的电流将采取环的形式，如图18B中所示的环电流412。在一些示例中，环电流412大体上垂直于低流动焰炬410的纵轴，比如，环电流的平面大体上垂直于低流动焰炬410的纵轴。与使用螺旋负载线圈产生的低流动等离子体相比，使用大体上垂直的环电流可产生和/或维持对于所选的径向平面具有更对称的温度分布的低流动等离子体。在某些示例中，所选的电极的整体形状可以变化。例如，如图18A中所示，电极402被配置为具有矩形的整体形状。然而，也可以使用其他合适的形状，如圆形、三角形、环形、椭圆形、环状等。在一些实施例中，例如，具有圆形横截面和圆形开口的一个板电极可用于维持低流动等离子体。如此处所述，第一板电极可安装至接地板。
在某些示例中，与图18A中的电极402相似的第二电极也可被构造并设置为平行于径向平面，该径向平面大体上垂直于低流动焰炬410的纵轴。在其他示例中，第二环电流的平面可大体上平行于第一环电流的平面。在一些示例中，第一和第二环电流可以相同的方向流动，而在其他示例中，第一和第二环电流可以相反的方向流动。在使用一个以上板电极的示例中，一个RF源（如图18A中所示的RF源420）可提供RF功率至第一电极和第二电极中的每一个，或分开的RF源可提供RF功率至第一板电极和第二板电极。在一些示例中，可使用间隔体来分隔第一电极和第二电极。在使用一个RF源提供RF功率至第一板电极和第二板电极并使用间隔体的示例中，间隔体可由导电材料（如，铝、铜、黄铜、金等）制成或包括导电材料（如，铝、铜、黄铜、金等）。在其他示例中，间隔体可由非导电材料（如，玻璃、塑料等）制成或包括非导电材料（如，玻璃、塑料等），以防止电流从第一电极流到第二电极。例如，可能需要使用非导电材料将板电极分隔开，从而使板不会使彼此短路。
在某些示例中，可将第一板电极、第二板电极或它们两者接地至接地板。例如，参考图19A和19B，感应装置500可包括每个耦合至接地板506的第一板电极502和第二板电极504。在图19A和19B所示的示例中，电极502和504可分别使用支撑件503和505安装至接地板506。在某些示例中，每个电极502和504的对角相对放置的腿部可由位于正下方的一个RF源驱动，而也是对角相对放置的剩余的两个腿部可共同连接至接地板506。在一些示例中，所有部件可通过被标识为503和505的四个相同的底座电耦合。支撑件503和505可在板电极502和504与接地板506之间提供电耦合，使得在低流动等离子体的电弧点燃期间，如果点燃电弧与板电极502、504接触，则板电极502、504中存在的任何不需要的电流可被引导至接地板506，而不会流至与板电极502和504电连通的RF电源（未示出）。相较于使用螺旋负载线圈产生的低流动等离子体，与接地板506和低流动焰炬一起使用板电极502和504可提供更对称的低流动等离子体，这可改善某些物质的检出限（如此处示例中更详细讨论的）。例如，由于等离子体往往依照负载线圈的螺旋结构，从而导致不均匀的等离子体放电，因此使用现有的螺旋负载线圈时可能存在温度降低且去溶剂化和原子化效率低的等离子体区域。采用此处公开的结合低流动焰炬的感应装置的示例，对于所选的径向平面，可产生具有更对称的温度分布的低流动等离子体，从而可提供更均匀的去溶剂化和原子化，从而使得例如性能提高、焰炬使用寿命延长以及当与有机物一起使用时碳累积更少。
在某些示例中，此处公开的感应装置可以比传统螺旋负载线圈更低的功率运行。例如，大约800瓦到大约1500瓦（比如，大约900瓦到大约1350瓦）的功率可用于此处公开的感应装置，以维持适合用于例如化学分析的仪器的低流动等离子体。仅以对比为目的，典型的传统螺旋负载线圈使用大约1450瓦或更高的功率来维持适合用于化学分析的等离子体。在一些示例中，此处提供的感应装置被配置为使用比螺旋负载线圈低大约10-20%的功率。除上述以外，向感应装置提供的功率在运行期间可以是变化的。例如，在点燃期间可使用第一功率水平，而随后在包括低流动等离子体的装置的运行期间，可将功率降低或提高至第二功率水平。
在一些示例中，板电极和接地板的确切厚度可根据例如装置的预期用途、低流动等离子体的期望形状等而变化。在某些示例中，板电极为大约0.05-10mm厚，更具体地，为大约1-7mm厚（比如，大约1、2、3、4、5或6mm厚或这些说明性厚度之间的任何尺寸）。类似地，接地板的确切尺寸和厚度可以变化。例如，接地板可为大约5mm到大约500mm宽且为大约5mm到大约500mm长，或其可与整个仪器底盘本身一样大，且可具有大约0.025mm到大约20mm范围内的厚度。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够选择合适的电极和接地板尺寸和厚度以提供期望的等离子体形状。
在某些实施例中，可单独调节或控制感应装置的各个板电极。参考图19C，感应装置550包括分别通过支撑件553和555各自电耦合至接地板556的板电极552和554。接地板556可被配置为防止能导致板电极552、554熔化的不需要的电弧放电。在某些构造中，接地板556自身可接地至仪器底盘。RF源560可被配置为提供电流至板电极552，而RF源570可被配置为提供电流至板电极554。提供至板电极552和554的电流可以是相同的或不同的。也可在等离子体运行期间更改或改变电流，以改变等离子体的形状和/或温度。在其他示例中，一个RF源可被配置为提供电流至板电极552、554二者。例如，参考图19D，感应装置580包括分别通过支撑件553和555各自电耦合至接地板556的板电极552和554。RF源590可被配置为提供电流至板电极552和554中的每一个。尽管可以使用一个RF源来提供电流至板电极552和554，但是提供至各个板电极的电流可以是相同的或可以不是相同的。例如，可实施合适的电子电路以为板电极中的一个提供不同的电流。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够设计使用一个或多个RF源的合适的感应装置。
在某些示例中，提供了一种用于将等离子体维持在焰炬中的装置，该焰炬具有纵轴，在焰炬运行期间沿此纵轴引入气流，并且该焰炬具有大体上垂直于焰炬的纵轴的径向平面。在某些示例中，装置包括用于提供沿着焰炬径向平面的环电流的板式装置。合适的板式装置包括但不限于此处公开的板电极中的任何一个或多个或者可提供沿径向平面的环电流的其他合适的装置。必要时，板式装置可与低流动焰炬装置一起使用以将低流动等离子体维持在低流动焰炬装置中。另外，低流动注入器装置也可与板式装置一起使用。
在某些示例中，参考图20，说明性的单光束AS装置600包括：电源610、连接至电源610的灯620、与低流动等离子体630流体连通的样品引入装置625、被配置为从低流动等离子体630接收信号的检测装置640、被配置为从检测装置640接收信号的可选放大器650以及与放大器650电连通的显示器660。样品引入装置625可包括此处描述的低流动注入器。电源610可被配置为供电给灯620，该灯提供一种或多种波长的光622以供原子和离子吸收。合适的灯包括但不限于无电极放电灯、中空阴极灯、汞灯、阴极射线灯、激光器等或其组合。可使用合适的斩波器或脉冲电源对灯620进行脉冲控制，或在实施激光器的示例中，可以所选的频率（比如，每秒5、10或20次）对激光器进行脉冲控制。灯620的具体构造可变化。例如，灯620可沿等离子体630轴向（比如，沿焰炬的长轴）提供光，或沿低流动等离子体630的径向（比如，垂直于焰炬的长轴）提供光。图20中所示的示例被配置为从灯620轴向提供光。使用信号的轴向观测可具有信噪比优势。随着样品在低流动等离子体630中被原子化和/或离子化，来自灯620的入射光622对原子进行激发。即，由灯620提供的一定比例的光622被低流动等离子体630中的原子和离子吸收。余下比例的光635被透射至检测装置640。检测装置640可使用例如棱镜、透镜、光栅以及其他合适的装置（如，例如上述针对OES装置所述的装置）选择一个或多个合适的波长。在一些示例中，检测装置640可包括固态检测器，如CCD。可向可选的放大器650提供信号，以增大该信号并传输至显示器660。在信号大到足以使用检测装置640中的电路和装置来检测的示例中，可省略放大器650。考虑到低流动等离子体630中样品的吸收量，在将样品引入之前可引入空白物质（如，水），以提供100%的透射率参考值。一旦将样品引入到了低流动等离子体中，便可测量透射的光的量，在具有样品的情况下透射的光的量可除以参考值以获得透射率。透射率的负log10等于吸收率。AS装置600可进一步包括：合适的电子器件（如微处理器和/或计算机）以及合适的电路，以提供需要的信号和/或用于数据采集。合适的附加装置和电路可见于例如可在市场上购买的AS装置（如，可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的AAnalyst系列光谱仪）。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够改造现有的AS装置以产生低流动等离子体并设计使用此处描述的低流动等离子体的新的AS装置。AS装置可进一步包括本领域已知的自动取样器，如可从PerkinElmerHealth Sciences公司购买的AS-90A、AS-90plus以及AS-93plus自动取样器。可使用一个或多个此处描述的板电极和大约8升/分或更低的等离子气体流速（更具体地，大约7升/分或更低的等离子气体流速）来维持低流动等离子体630。在一些示例中，流过焰炬的总气体流速可为大约8升/分或更低。
在某些实施例中，参考图21，说明性的双光束AS装置700包括：与灯720电连通的电源710、低流动等离子体765、与低流动等离子体765流体连通的样品引入装置760、被配置为从低流动等离子体765接收信号的检测装置780、被配置为从检测装置780接收信号的可选的放大器790以及被配置为从放大器790接收信号的输出装置795。样品引入装置760可包括此处描述的低流动注入器。在信号大到足以使用检测装置780中的电路和装置来检测的示例中，可省略放大器790。电源710可被配置为供电给灯720，该灯提供一个或多个波长的光725以供原子和离子吸收。合适的灯包括但不限于无电极放电灯、中空阴极灯、汞灯、阴极射线灯、激光器等或其组合。可使用适当的斩波器或脉冲电源对灯进行脉冲控制，或在实施激光器的示例中，可以所选的频率（比如，每秒5、10或20次）对激光器进行脉冲控制。灯720的构造可变化。例如，灯720可提供沿等离子体765的轴向光或提供沿低流动等离子体765的径向光。图21中所示的示例被配置为从灯720轴向提供光。使用信号的轴向观测可具有信噪比优势。随着样品在低流动等离子体765中被原子化和/或离子化，来自灯720的入射光725对原子进行激发。即，由灯720提供的一定比例的光735被低流动等离子体765中的原子和离子吸收。剩余比例的光767的至少较大部分被透射至检测装置780。在使用双光束的示例中，可使用分束器730分裂入射光725，使得50%的光作为光束735被传输至低流动等离子体765，而50%的光作为光束740被传输到透镜750和755。可使用组合器770（如，半面涂银镜）对光束进行重新组合，且组合的信号775可传输至检测装置780。然后，可确定参考值和样品值之比以计算样品的吸收率。检测装置780可使用例如棱镜、透镜、光栅以及本领域已知的其他合适的装置（如例如上述针对OES装置所述的装置）来选择一个或多个合适的波长。在一些示例中，检测装置780可包括固态检测器，如CCD。可提供信号785至放大器790，以增强信号并将信号输出至显示器795。AS装置700可进一步包括：本领域已知的合适的电子器件（如，微处理器和/或计算机）以及合适的电路，以提供需要的信号和/或用于数据采集。合适的附加装置和电路可见于例如可在市场上购买的AS装置（如，例如可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的AAnalyst系列光谱仪）。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够改造现有的双光束AS装置以产生低流动等离子体并设计使用此处描述的低流动等离子体的新的双光束AS装置。AS装置可进一步包括本领域已知的自动取样器，如可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的AS-90A、AS-90plus以及AS-93plus自动取样器。可使用此处描述的一个或多个板电极和大约8升/分或更低的等离子气体流速（更具体地，大约7升/分或更低的等离子气体流速）来维持低流动等离子体765。在一些示例中，通过焰炬的总气体流速可为大约8升/分或更低。
在某些实施例中，图22中示意性地示出了质谱仪（MS）的说明性装置。MS装置800包括：与低流动等离子体820流体连通的样品引入装置810、质量分析仪830、检测装置840、处理装置850以及显示器860。样品引入装置810可包括此处描述的低流动注入器。可使用一个或多个真空泵而在压强减小的条件下运行样品引入装置810、低流动等离子体820、质量分析仪830以及检测装置840。然而，在某些示例中，仅在压强减小的条件下运行质量分析仪830和/或检测装置840中的一个或多个。样品引入装置810可包括入口系统，该入口系统被配置为提供样品至低流动等离子体820。该入口系统可包括一个或多个批量入口、直探头入口和/或色谱入口。样品引入装置810可以是注入器、喷雾器或可将固体、液体或气体样品递送至低流动等离子体820的其他合适的装置。一般取决于样品性质、期望的分辨率等，质量分析仪830可采取多种形式，下面将进一步讨论示例性的质量分析仪。检测装置840可以是任何合适的可与现有质谱仪一起使用的检测装置（如，电子倍增器、法拉第杯、涂层感光板、闪烁检测器等），以及本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将选择的其它合适的装置。处理装置850一般包括微处理器和/或计算机以及合适的软件，用于对引入到MS装置800的样品进行分析。处理装置850可访问一个或多个数据库以确定引入到MS装置800的物质的化学性质。本领域中已知的其他合适的附加装置（包括但不限于自动取样器，如可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的AS-90plus和AS-93plus自动取样器）也可与MS装置800一起使用。可使用此处描述的一个或多个板电极和大约8升/分或更低的等离子气体流速（更具体地，大约7升/分或更低的等离子气体流速）来维持低流动等离子体820。在一些示例中，通过焰炬的总气体流速可为大约8升/分或更低。
在某些示例中，根据期望的分辨率和引入的样品的性质，MS装置800的质量分析仪可采取多种形式。在某些示例中，质量分析仪是扫描质量分析仪、磁性扇形分析仪（如，用于单聚焦和双聚焦MS装置）、四极质量分析仪、离子阱分析仪（如，回旋加速器、四极离子阱）、飞行时间分析仪（如，基体辅助激光解吸离子化飞行时间分析仪）以及可分离具有不同质荷比的物质的其他合适的质量分析仪。此处描述的低流动等离子体可与上面列出的质量分析仪中的任何一个或多个以及其他合适的质量分析仪一起使用。
在某些实施例中，此处描述的低流动等离子体可与现有的用于质谱分析的离子化方法一起使用。例如，可组装电子轰击源和低流动等离子体以在离子进入质量分析仪之前提高离子化效率。在其他示例中，可组装化学离子化源与低流动等离子体以在离子进入质量分析仪之前提高离子化效率。在又一些其他示例中，可组装场离子化源与低流动等离子体以在离子进入质量分析仪之前提高离子化效率。在另外的示例中，低流动等离子体可与解吸源（如，例如构造为快速原子轰击、场解吸、激光解吸、等离子体解吸、热解吸、电水动力离子化/解吸等的那些源）一起使用。在又一些示例中，低流动等离子体可被配置为与热喷射或电喷射离子化源一起使用。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够设计包括用于质谱分析中的低流动等离子体的合适的离子化装置。
在某些示例中，此处描述的低流动等离子体可用在光学发射光谱仪中。图23示出了说明性的光学发射光谱仪（OES）。OES装置900包括：样品引入装置910、低流动等离子体920以及检测装置930。样品引入装置910可包括此处描述的低流动注入器。光发射925可被引入到检测装置930中，且所选的光935可传递至与显示器950电连通的可选的放大器940。根据样品的性质，样品引入装置910可有所不同。在某些示例中，样品引入装置910是被配置为对液体样品进行雾化以引入到低流动等离子体920的喷雾器。在其他示例中，样品引入装置910是被配置为接纳可被直接注入或引入到等离子体的喷雾样品的注入器。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够容易地选择用于引入样品的其他的合适的装置和方法。检测装置930可采取多种形式，且可以是能检测光发射（如，光发射925）的任何合适的装置。例如，检测装置930可包括合适的光学器件，如透镜、反射镜、棱镜、窗、带通滤波器等。检测装置930也可包括光栅（如，阶梯光栅），以提供多通道OES装置。诸如阶梯光栅的光栅允许对多个发射波长进行同时检测。光栅可定位在单色器或其他合适的装置内，以选择一个或多个特定波长来监测。在其他示例中，OES装置可被配置为实施傅里叶变换以提供对多个发射波长的同时检测。检测装置可被配置为监测在包括但不限于紫外线、可见光、近红外、远红外等的较大波长范围内的发射波长。检测装置可包括固态检测器，如CCD。OES装置500可进一步包括合适的电子器件（如微处理器和/或计算机）以及合适的电路，以提供需要的信号和/或用于数据采集。合适的附加装置和电路在本领域是已知的，并可见于例如可从市场上购买的OES装置，如可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的Optima2100DV系列和Optima 5000DV系列OES装置。可选的放大器540可操作以增大信号（比如，对来自被检测到的光子的信号进行放大），并可将该信号提供至可以是打印机、读出器、计算机等的显示器950。在某些示例中，放大器940是被配置为从检测装置930接收信号的光电倍增管。然而，本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将选择用于放大信号的其他合适的装置。在信号大到足以使用检测装置930中的电路和装置来检测的示例中，可省略放大器940。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够改造现有的OES装置以产生低流动等离子体并设计使用此处公开的低流动等离子体的新的OES装置。OES装置可进一步包括自动取样器（如可从PerkinElmer Health Sciences公司购买的AS90和AS93自动取样器或可从其他供应商获得的类似装置）。可使用此处描述的一个或多个板电极和大约8升/分或更少的等离子气体流速（更具体地，大约7升/分或更低的等离子气体流速）来维持低流动等离子体920。在一些示例中，通过焰炬的总气体流速可为大约8升/分或更低。
在某些实施例中，此处公开的AS、MS以及OES装置可与一种或多种其它分析技术联用。例如，AS、MS或OES装置可与用于进行液相色谱分析、气相色谱分析、毛细管电泳分析以及其他合适的分离技术的装置联用。当将包括低流动等离子体的MS装置与气相色谱仪耦合起来时，可能需要包括合适的接口（比如，阱、射流分离器等）以将样品从气相色谱仪引入到MS装置。当将MS装置耦合至液相色谱仪时，可能还需要包括合适的接口以产生液相色谱分析和质谱分析中使用的量的差异。例如，可使用分流接口，使得仅将从液相色谱仪出来的少量样品引入到MS装置中。也可将从液相色谱仪出来的样品沉积在合适的配线、杯或腔中，以便输送至MS装置的低流动等离子体。在某些示例中，液相色谱仪包括被配置为在样品通过加热的毛细管时对样品进行蒸发并使其雾化的热喷射器。在一些示例中，热喷射器可包括其自身的低流动等离子体以使用热喷射器增加物质的离子化。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够容易地选择用于将液体样品从液相色谱仪引入到MS装置或其他检测装置的其他合适的装置。
在某些示例中，包括低流动等离子体的MS装置与至少一个可包括或不包括低流动等离子体的其他MS装置联用，以用于串联质谱分析。例如，一个MS装置可包括第一类型的质量分析仪，而第二MS装置可包括与第一MS装置不同或类似的质量分析仪。在其他示例中，第一MS装置可以是操作为隔离分子离子，而第二MS装置可以是操作为分裂/检测已隔离的分子离子。本领域的普通技术人员将能够设计联用的MS/MS装置且该联用的MS/MS装置中的至少一个包括低流动等离子体。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将意识到，三个或更多个MS装置可彼此结合起来使用且该三个或更多个MS装置中的任何一个可包括低流动等离子体。
本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将能够容易地选择合适的电子部件以提供电流至电极。例如，可在美国专利第6,329,757号（其全部公开内容据此以引用的方式并入本文且用于所有目的）中找到示例性的RF源和振荡器。
下面描述某些特定示例以进一步说明此处描述的新技术。
示例1-使用板电极的低流动等离子体
如美国专利第7,511,246号中所述的，将包括两个板电极的感应装置进行组装，该两个板电极的每个接地至接地板。各个板电极是从50-52片铝加工得到的厚2mm的板。在可从PerkinElmer Health Sciences公司获得的Optima 2000和Optima 4000仪器上对修改的面板进行安装并评估。该面板包括了替代传统螺旋负载线圈的接地板和板电极。需要对面板进行很细微的修改以包括穿通孔，以便用螺栓来固定装配体。对发生器不作功能性改变。
修改的仪器用于在传统焰炬中产生并维持低流动等离子体以示范低流动条件。对于低流动等离子体，流速如下：对于总的氩气流速7.75升/分，等离子体=7升/分，辅助=0.2升/分，且喷雾器=0.55升/分。使用1300瓦的功率维持低流动等离子体。图24示出了维持的低流动等离子体的照片。
使用低流动等离子体并且使用在非低流动条件下传统螺旋负载线圈和板电极产生的等离子体来测量相对的检出限。将所有值一起进行平均，然后将各个值与该平均值进行比较。以下的非低流动条件用于传统螺旋负载线圈：对于总氩气流速16.05升/分，等离子体=15升/分，辅助=0.2升/分，且喷雾器=0.85升/分。对于板电极，使用以下流速：对于总氩气流速7.75升/分，低流动平板等离子体=7升/分，辅助=0.2升/分，且喷雾器=0.55升/分；对于总氩气流速15.75升/分，非低流动平板等离子体=15升/分，辅助=0.2升/分，且喷雾器=0.55升/分。图22示出了结果。
从图25中的图表可以看出，使用低流动等离子体和板电极的检出限可与使用传统螺旋负载线圈的检出限相当。另外，在大多数情况下，使用低流动等离子体和板电极的分析物的检出限比使用传统流速和板电极的检测更好。
当介绍此处所公开的示例的元件时，词“一（a,an）”以及“所述（the,said）”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括”和“具有”是开放性的，旨在表示除所列元件之外还可能有另外的元件。本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将意识到，示例的各种部件可与其他示例中的各种部件互换或可被其他示例中的各种部件替代。
尽管上文已描述了某些方面、示例以及实施例，本领域的普通技术人员在了解了本公开内容的益处之后将意识到，可对所公开的示例性方面、示例以及实施例进行增加、替换、修改以及变更。

Claims (39)

1.一种焰炬，其特征在于：该焰炬被配置为维持低流动等离子体，所述焰炬包括外管和在所述外管内的辅助管，所述外管包括无弯槽，所述辅助管包括有效长度以允许使用8升/分或更低的等离子气体速率且使用平板电极在所述焰炬中产生低流动等离子体。 
2.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述焰炬的所述外管是对称的以使得所述外管的所有半径相同，并且所述槽位于所述外管的一端。 
3.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度为80-90mm且比传统焰炬中存在的辅助管长至少25%。 
4.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度为80-90mm且比传统焰炬中存在的辅助管长9mm。 
5.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述无弯槽的宽度为5-6mm且与传统焰炬的弯槽的宽度相同。 
6.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度为83mm，且所述无弯槽的长度为15mm。 
7.如权利要求1所述的焰炬，其特征在于：所述焰炬的所述外管包括至少三个无弯槽。 
8.如权利要求7所述的焰炬，其特征在于：所述三个槽中的每一个比传统焰炬中存在的槽短25%，且所述三个槽中的每一个的长度为13-19mm。 
9.如权利要求7所述的焰炬，其特征在于：所述三个无弯槽中的每一个的长度相同。 
10.如权利要求7所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度为83mm，且所述三个无弯槽中的每一个的长度为15mm。 
11.一种焰炬，其特征在于：该焰炬被配置为维持低流动等离子体，所述焰炬包括外管和在所述外管内的辅助管，所述辅助管包括有效长度以使所述焰炬使用8升/分或更低的等离子气体速率来维持用平板电极产生的低流动等离子体，所述辅助管的长度比被配置为将传统等离子体维持在包括螺旋负载线圈的传统焰炬中的辅助管的长度要长且所述辅助管的长度为80-90mm。 
12.如权利要求11所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度被选择 为与使用为8升/分或更低的等离子气体速率维持的低流动等离子体的形状相匹配。 
13.如权利要求11所述的焰炬，其特征在于：所述外管包括至少一个无弯槽。 
14.如权利要求13所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管比传统焰炬中存在的辅助管长度要长9mm。 
15.如权利要求13所述的焰炬，其特征在于：所述无弯槽比传统焰炬中存在的弯槽长度要短5mm且所述无弯槽的长度为13-19mm。 
16.如权利要求11所述的焰炬，其特征在于：所述外管包括至少三个无弯槽。 
17.如权利要求16所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管要比传统焰炬中存在的辅助管长度要长9mm。 
18.如权利要求17所述的焰炬，其特征在于：所述无弯槽中的每一个比传统焰炬中存在的弯槽长度要短至少5mm且所述无弯槽的每一个的长度为13-19mm。 
19.如权利要求11所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管的长度为83mm，所述外管的一端包括无弯槽，该无弯槽的长度为15mm。 
20.如权利要求11所述的焰炬，其特征在于：所述辅助管比传统焰炬中存在的辅助管要长9mm，所述外管包括无弯槽，并且所述外管中的所述无弯槽比传统焰炬中的弯槽要短至少5mm且所述无弯槽的长度为13-19mm。 
21.一种与低流动等离子体一起运行的低流动注入器，其特征在于：所述低流动注入器被配置为与如权利要求1或11所述的焰炬一起使用。 
22.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述注入器的长度比可与传统等离子体焰炬一起运行的传统注入器要长且所述注入器的长度为140-160mm。 
23.如权利要求22所述的低流动注入器，其特征在于：所述低流动注入器的长度为150mm。 
24.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述低流动注入器包括氧化铝、石英、蓝宝石、二氧化钛、钛、因科镍合金和惰性材料中的一种或多种。 
25.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述低流动注入 器进一步包括锥形端。 
26.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述低流动注入器进一步包括直孔。 
27.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述注入器被配置为毛细管。 
28.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述注入器包括毛细管。 
29.如权利要求21所述的低流动注入器，其特征在于：所述低流动等离子体维持在包括所述外管和在所述外管内的所述辅助管的所述焰炬中，所述外管包括至少一个无弯槽，所述辅助管的长度为83mm，且所述无弯槽的长度为15mm。 
30.一种用于维持低流动等离子体的系统，其特征在于：所述系统包括： 
板电极，包括被配置为接纳如权利要求1或11所述的焰炬的开口。 
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于：所述辅助管为83mm长，且所述无弯槽为15mm长。 
32.如权利要求30所述的系统，其特征在于：所述辅助管的长度为80-90mm且比传统焰炬中存在的辅助管要长。 
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于：所述无弯槽的长度为13-19mm且比传统焰炬中存在的弯槽要短。 
34.如权利要求33所述的系统，其特征在于：所述无弯槽为15mm长，且所述辅助管为83mm长。 
35.如权利要求30所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括电耦合至所述板电极的振荡器。 
36.如权利要求30所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括附加板电极，所述附加板电极包括被配置为接纳所述低流动焰炬的开口。 
37.如权利要求30所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括电耦合至所述板电极和所述附加板电极的振荡器。 
38.如权利要求37所述的系统，其特征在于：所述振荡器被配置为独立控制所述板电极和所述附加板电极。 
39.如权利要求38所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括光耦合至所述低流动焰炬的检测器。 
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