JP2008275372A - Plasma analyzer and plasma analysis method - Google Patents

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Noriyuki Yamada
憲幸 山田
Takashi Kondo
高史 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new device and a method suitable for diluting a high matrix solution sample before changing it to plasma. <P>SOLUTION: A current by additional gas G2 is provided in the middle of a transport pipe 70 elongated from a spray chamber 20 and connected to a plasma torch 30. Though an atomized analysis sample is moved from the spray chamber 20 to the plasma torch through the transport pipe 70 by gas G1 introduced into the spray chamber 20, movement is disturbed by existence of the current of the additional gas G2 crossing to the moving direction. In this case, liquid particles constituting mist are bonded mutually into particles having a comparatively large size, to thereby form liquid drops on a wall surface in the middle of the transport pipe 70. Hereby, the amount of the sample reaching the plasma torch 30 can be controlled and reduced with excellent repeatability. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを利用して元素の定量分析を行うプラズマ分析装置又はプラズマ分析方法の技術に関する。   The present invention relates to a technique of a plasma analysis apparatus or a plasma analysis method for performing quantitative analysis of elements using plasma.

プラズマを用いた分析手法で、主に無機元素を分析する化学分析手法が、従来知られている。当該手法によれば、アルゴン等のガスを用いてプラズマトーチにプラズマを生成し、当該プラズマ内に被分析試料を送り入れる。一つの手法では、プラズマ内で生じる発光の分析を行い、他の手法では、生成されたプラズマからイオンを取り出し、そのイオンの質量分析を行う。これらの手法は、それぞれ、プラズマ発光分析法、及びプラズマ質量分析法として広く利用されている。プラズマ発生のためのエネルギー源としては、例えば、高周波の電磁場が利用される。   A chemical analysis method for analyzing mainly inorganic elements by an analysis method using plasma is conventionally known. According to this technique, plasma is generated in a plasma torch using a gas such as argon, and the sample to be analyzed is fed into the plasma. In one method, light emission generated in the plasma is analyzed, and in another method, ions are extracted from the generated plasma, and mass analysis of the ions is performed. These methods are widely used as plasma emission analysis and plasma mass spectrometry, respectively. As an energy source for generating plasma, for example, a high-frequency electromagnetic field is used.

プラズマ質量分析法による分析装置として、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS)が知られている。当該装置では、先ず前段の部分で、多くの場合に液体である分析試料を霧状にし、プラズマ内に投入する。後段の部分では、プラズマの一部をイオンビームの形で取り出し、取り出したイオンを質量電荷比によって分離して、これを検出し、その出力から元素を同定する。   An inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) is known as an analyzer by plasma mass spectrometry. In this apparatus, first, an analysis sample, which is often a liquid, is made into a mist in the former part and put into plasma. In the latter part, a part of the plasma is extracted in the form of an ion beam, the extracted ions are separated by the mass-to-charge ratio, this is detected, and the element is identified from the output.

さらに詳述すれば、当該装置の前段部分は、液体試料を取り出す試料準備手段、及び準備された液体試料を霧化するスプレーチャンバを含む。試料準備手段は、試料容器から液体試料を吸い上げる吸引配管を含み、必要とされる場合には、吸引配管の一部に送液手段を備える。一つの応用によれば、組み合わせられた複数の送液手段を制御することによって、液体試料と他の溶液とを所定割合で混合することができ、したがって、溶液の濃度を変更することもできる。典型的には、送液手段として、ペリスタルティックポンプが使用される(特許文献1)。   More specifically, the front part of the apparatus includes sample preparing means for taking out a liquid sample and a spray chamber for atomizing the prepared liquid sample. The sample preparation means includes a suction pipe for sucking the liquid sample from the sample container, and if necessary, a liquid feeding means is provided in a part of the suction pipe. According to one application, the liquid sample and the other solution can be mixed at a predetermined ratio by controlling a plurality of combined liquid feeding means, and thus the concentration of the solution can be changed. Typically, a peristaltic pump is used as the liquid feeding means (Patent Document 1).

スプレーチャンバは、霧吹きの原理によって、所定流量のガスを用いて液体試料を小径の液粒の形態に変えるネブライザを含む。ネブライザによって発生した多数の液粒は、スプレーチャンバ内の空間を通過する際に分級される。すなわち、液粒のうち、比較的大きな粒径のものは、スプレーチャンバ内に残って内面に付着し、下方に流れて排液となる。一方、比較的粒径の小さい液粒は、スプレーチャンバ内に導入されるガスと共に、霧又はエアロゾルの態様でスプレーチャンバから排出される。なお、スプレーチャンバ内に導入されるガスは、ネブライザでの霧吹きに用いたガス、及び必要に応じてスプレーチャンバの別の位置で導入されるガスを含む。   The spray chamber includes a nebulizer that converts a liquid sample into a small-diameter liquid droplet form using a predetermined flow rate of gas according to the principle of spraying. A large number of liquid particles generated by the nebulizer are classified as they pass through the space in the spray chamber. That is, liquid particles having a relatively large particle size remain in the spray chamber and adhere to the inner surface, and flow downward to be drained. On the other hand, liquid particles having a relatively small particle diameter are discharged from the spray chamber in the form of mist or aerosol together with the gas introduced into the spray chamber. The gas introduced into the spray chamber includes the gas used for spraying in the nebulizer and the gas introduced at another position in the spray chamber as necessary.

スプレーチャンバから排出される分析試料の液粒は、輸送管を介してプラズマトーチへと導かれる。プラズマトーチには、予めアルゴン等のガスによるプラズマが作られており、分析試料の液粒は、当該プラズマ内に投入され、イオン化される。分析試料の液粒がプラズマトーチ内へ投入される前に、輸送管の途中でシースガスが導入されることもある。シースガスは、輸送管内部の液粒の流れを円滑化するためのものである。シースガスの導入には、通常、2重構造の管が用いられる(特許文献2)。
特開平11−6788号公報 特開平6―102249号公報
The liquid droplets of the analysis sample discharged from the spray chamber are guided to the plasma torch via the transport pipe. In the plasma torch, plasma is generated in advance by a gas such as argon, and the liquid particles of the analysis sample are put into the plasma and ionized. The sheath gas may be introduced in the middle of the transport pipe before the liquid droplet of the analysis sample is put into the plasma torch. The sheath gas is for facilitating the flow of liquid particles inside the transport pipe. For introducing the sheath gas, a double-structure tube is usually used (Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-6788 JP-A-6-102249

この種の装置で、分析を容易に行うことが期待される試料の一つに、高マトリクス溶液試料がある。高マトリクス試料とは、被測定元素以外に高濃度の金属塩他の水溶性物質を含む試料をいう。高マトリクス試料を分析する手法として、例えば、上述したように、試料溶液を液体状態で他の溶液又は溶媒と混合し、マトリクス元素の濃度を低くすることが考えられる。   One sample expected to be easily analyzed with this type of apparatus is a high matrix solution sample. The high matrix sample refers to a sample containing a high concentration metal salt or other water-soluble substance in addition to the element to be measured. As a technique for analyzing a high matrix sample, for example, as described above, the sample solution may be mixed with another solution or solvent in a liquid state to reduce the concentration of the matrix element.

しかしながら、かかる手法によれば、溶液の処理に際して、他の元素が混じる虞があり、微量元素の分析には好ましくない。また、かかる溶液混合の処理のため、追加の装置が必要になり、分析動作に要する全体の時間が長くなってしまう。そこで、マトリクス元素を高濃度で含む溶液をそのまま装置に投入して分析を行えることが好ましい。   However, according to such a method, there is a possibility that other elements may be mixed in the treatment of the solution, which is not preferable for analysis of trace elements. In addition, the solution mixing process requires an additional device, which increases the overall time required for the analysis operation. Therefore, it is preferable that the solution containing the matrix element at a high concentration can be directly input into the apparatus for analysis.

高マトリクス試料を分析試料として使用した場合の主要な問題点は、上述したところの装置の後段に位置するイオンビームを取り出し又は制御する各要素を汚染し、分析に悪影響を及ぼす点である。具体的には、以下の点が問題点として挙げられる。   The main problem when a high matrix sample is used as an analysis sample is that it contaminates each element for taking out or controlling the ion beam located at the subsequent stage of the above-described apparatus and adversely affects the analysis. Specifically, the following points are cited as problems.

第1に、装置の後段部分には、プラズマに面してイオンビームを通過させるためのオリフィスを備えたインタフェース要素(サンプリングコーン及びスキマーコーン)が設けられているが、高マトリクス試料を、濃度を下げることなくプラズマ化した場合には、マトリクス元素がインタフェース要素に付着して、オリフィスを閉塞させてしまうことがある。そのような場合には、イオンがインタフェースを通過できず、分析ができない。また、閉塞まではいかなくとも、付着したマトリクス元素がオリフィスの開口径を小さくしてしまい、感度が非常に小さいために分析を行うことができなくなってしまう虞もある。   First, the latter part of the device is provided with interface elements (sampling cone and skimmer cone) with orifices for passing the ion beam facing the plasma, but with a high matrix sample, When the plasma is generated without lowering, the matrix element may adhere to the interface element and block the orifice. In such a case, ions cannot pass through the interface and cannot be analyzed. Even if it does not go down, there is a possibility that the attached matrix element reduces the opening diameter of the orifice, and the sensitivity is very low, so that the analysis cannot be performed.

第2に、装置の後段部分に入ったマトリクス元素は、インタフェース及びそれ以外の要素に付着して、真空室内を汚染する、各要素に付着したマトリクス元素は、当該分析に続く次の分析の際にノイズとなり得る。そこで、高マトリクス試料の分析測定後には、装置内部を洗浄する必要が生じる。結果として、装置の分解、洗浄、組立のメンテナンス作業の手間を生じ、余計な時間が必要になる。   Secondly, the matrix elements that enter the latter part of the apparatus adhere to the interface and other elements and contaminate the vacuum chamber. The matrix elements attached to each element are subjected to the next analysis following the analysis. Can cause noise. Therefore, it is necessary to clean the inside of the apparatus after analytical measurement of a high matrix sample. As a result, it takes time for maintenance work for disassembling, cleaning, and assembling the apparatus, and extra time is required.

第3に、特に高いマトリクス濃度の試料の場合には、マトリクス元素は、プラズマトーチにも付着する。すなわち、マトリクス元素は、プラズマトーチのプラズマ生成側の端の位置で内管を閉塞するように析出する。これによってプラズマ内に導入される試料が過度に少なくなり分析ができなくなることがある。また、次の分析を行う前に、プラズマトーチの交換又は洗浄を行う必要が生じる。   Third, in the case of a sample with a particularly high matrix concentration, the matrix element also adheres to the plasma torch. That is, the matrix element is deposited so as to close the inner tube at the end of the plasma torch on the plasma generation side. As a result, the sample introduced into the plasma may become too small and analysis may not be possible. In addition, it is necessary to replace or clean the plasma torch before performing the next analysis.

そこで、試料を溶液として取り出した後でプラズマ化する前に、高マトリクス試料のマトリクス濃度を効果的に低くすることができれば、上述の問題は解決される。すなわち、本発明の第1の目的は、溶液である高マトリクス試料のマトリクス濃度をプラズマ化する前に効果的に下げるための新規の希釈手段を備えた装置及びその動作方法を提供することにある。   Therefore, the above problem can be solved if the matrix concentration of the high matrix sample can be effectively lowered before the sample is taken out as a solution and then converted into plasma. That is, a first object of the present invention is to provide an apparatus including a novel diluting means for effectively lowering the matrix concentration of a high matrix sample that is a solution before being converted to plasma, and an operation method thereof. .

本発明の第2の目的は、上述の場合に、高マトリクス試料のマトリクス濃度を低下させる程度、すなわち希釈の程度を再現性良く制御することである。   The second object of the present invention is to control the degree to which the matrix concentration of a high matrix sample is lowered, that is, the degree of dilution, with good reproducibility in the above case.

本発明では、スプレーチャンバから延出してプラズマトーチへと連結される輸送管の途中位置で、追加のガスによる気流が提供される。スプレーチャンバで霧化された分析試料は、上述したように、スプレーチャンバ内に導入されたガスによって、輸送管内をプラズマトーチへと移動するよう運ばれるが、分析試料の移動方向に対して交差する方向に流れる追加のガスによる気流によって、その移動が妨害される。妨害を受けた際、霧を構成する液粒は、相互に結合して比較的大きな径の粒となって輸送管の途中の壁面上に液滴を形成する。結果として、プラズマトーチへ到達する分析試料を含む液粒が減らされ、プラズマトーチでプラズマ化されるマトリクス元素他の元素の量が減らされる。   In the present invention, an additional gas flow is provided in the middle of the transport tube extending from the spray chamber and connected to the plasma torch. As described above, the analysis sample atomized in the spray chamber is carried by the gas introduced into the spray chamber so as to move to the plasma torch in the transport tube, but intersects the moving direction of the analysis sample. The movement is hindered by the flow of additional gas flowing in the direction. When obstructed, the liquid particles constituting the mist combine with each other to form particles having a relatively large diameter and form droplets on the wall surface in the middle of the transport pipe. As a result, the liquid particles containing the analysis sample reaching the plasma torch are reduced, and the amount of matrix elements and other elements that are converted into plasma by the plasma torch is reduced.

すなわち、本発明は、導入される第1のガスの少なくとも一部を用いた噴霧によって分析試料である溶液を霧化するスプレーチャンバと、霧化された分析試料を第1のガスと共に輸送する輸送管と、輸送管に連結されて当該輸送管を通して輸送された分析試料をプラズマ内へ導入するプラズマトーチとを備えたプラズマ生成手段を含むプラズマ分析装置であって、特に、第1のガスとは無反応の第2のガス(すなわち、追加のガス)を、輸送管の長さ方向の途中位置で輸送管内面の一側面から対向面に向かう気流を生じるようにして導入し、当該気流の存在によって霧化された分析試料の一部を途中位置で液滴に変え、プラズマトーチに到達する分析試料の全量を減らすようにしたプラズマ分析装置を提供する。   That is, the present invention provides a spray chamber for atomizing a solution as an analysis sample by spraying using at least a part of the introduced first gas, and transport for transporting the atomized analysis sample together with the first gas. A plasma analysis apparatus including a plasma generating means including a tube and a plasma torch connected to the transport tube and introducing the analysis sample transported through the transport tube into the plasma, and in particular, the first gas is An unreacted second gas (that is, an additional gas) is introduced so as to generate an air flow from one side of the inner surface of the transport pipe to the opposite surface at an intermediate position in the length direction of the transport pipe, and the presence of the air flow A plasma analysis apparatus is provided in which a part of the analysis sample atomized by the method is changed into a droplet at an intermediate position to reduce the total amount of the analysis sample reaching the plasma torch.

さらに、本発明は、液体である分析試料を試料容器から吸い上げる工程と、吸い上げた分析試料を、スプレーチャンバに導入される第1のガスの少なくとも一部を用いて噴霧し、スプレーチャンバ内に霧化した分析試料を生成する工程と、霧化された分析試料を第1のガスとともに輸送してプラズマトーチへと導く工程と、プラズマトーチで霧化された分析試料をプラズマ状態にする工程と、プラズマの発光又はプラズマから取り出したイオンを検出して、元素の同定を行う工程とを含むプラズマ分析方法であって、特に、霧化された分析試料をプラズマトーチへと導く工程が、第1のガスとは無反応の第2のガス、すなわち追加のガスを、輸送管の長さ方向の途中位置で輸送管内面の一側面から対向面に向かう気流を生じるようにして導入し、該気流の存在により霧化された分析試料の一部を途中位置で液滴に変えて輸送管の内面に付着させ、プラズマトーチに到達する分析試料の全量を減らす工程を含むようにしたプラズマ分析方法を提供する。   Furthermore, the present invention includes a step of sucking an analysis sample that is a liquid from a sample container, and spraying the sucked analysis sample using at least a part of the first gas introduced into the spray chamber, so that a mist is sprayed into the spray chamber. Generating the atomized analysis sample, transporting the atomized analysis sample together with the first gas to the plasma torch, and bringing the analysis sample atomized by the plasma torch into a plasma state; A plasma analysis method including the step of detecting the emission of plasma or ions extracted from the plasma and identifying the element, and in particular, the step of introducing the atomized analysis sample to the plasma torch is a first step. A second gas that does not react with the gas, that is, an additional gas, is introduced at an intermediate position in the length direction of the transport pipe so as to generate an air flow from one side surface of the transport pipe toward the opposite surface. The plasma includes a step of reducing a total amount of the analysis sample reaching the plasma torch by changing a part of the analysis sample atomized by the airflow into a droplet at an intermediate position and attaching it to the inner surface of the transport tube. Provide analytical methods.

スプレーチャンバの後段で導入される追加のガスは、スプレーチャンバ内に導入されるガスと同種のガスとしても良く、例えば、両者は、共にアルゴンガスとされる。他の場合には、第1のガスをアルゴンガスとし、第2のガスを酸素ガスとしても良い。追加のガスの導入流量を制御することで、再現性の良い動作を保証できる。追加のガスは、小径の管である小管部から導入され、噴流又はジェットを構成し得る。この場合、追加のガスが導入されるときの流速は、スプレーチャンバから排出され輸送管内を移動するガスの流速の少なくとも50倍を超え、条件によっては、100倍を超えるように設定され得る。小管部は、輸送管と一体に形成しても良いし、単独の部品としても良い。いずれの場合も、比較的大径の管の先端に小管部を連結することにより、小管部内での追加のガスの流速を高めることができる。   The additional gas introduced after the spray chamber may be the same type of gas as that introduced into the spray chamber. For example, both of them may be argon gas. In other cases, the first gas may be argon gas and the second gas may be oxygen gas. By controlling the flow rate of the additional gas, operation with good reproducibility can be guaranteed. Additional gas may be introduced from the small tube section, which is a small diameter tube, to form a jet or jet. In this case, the flow rate at which additional gas is introduced may be set to be at least 50 times greater than the flow rate of the gas exhausted from the spray chamber and moving through the transport tube and, depending on conditions, greater than 100 times. The small pipe portion may be formed integrally with the transport pipe or may be a single part. In any case, the flow rate of the additional gas in the small tube portion can be increased by connecting the small tube portion to the tip of the relatively large diameter tube.

輸送管は、スプレーチャンバから高さ方向を上方に向けて延びる立上り部分を備え、追加のガスを導入する小管部は、当該立上り部分に連結されるように構成することができる。このとき、液滴は、重力によって立上り部分からスプレーチャンバ内へと戻るように輸送管内面を流れて移動する。   The transport pipe may include a rising portion that extends upward in the height direction from the spray chamber, and the small pipe portion that introduces additional gas may be configured to be connected to the rising portion. At this time, the droplet flows and moves on the inner surface of the transport pipe so as to return from the rising portion into the spray chamber by gravity.

この場合、追加のガスを導入する位置からスプレーチャンバまでの輸送管の内面の少なくとも一部に、液滴が留まらない性質の表面部分を設けることができる。当該表面部分は、親水性又は撥水性(疎水性)を高めるよう処理された部分を含み得る。例えば、当該表面部分は、親水性を高めるべくすりガラス状に加工された内面から構成しても良く、或いは、親水性又は撥水性を高めるべく内面を被覆したコーティング膜から構成しても良い。また、他の場合には、当該表面部分を含む部品が輸送管の一部を構成するようにしても良い。   In this case, at least a part of the inner surface of the transport pipe from the position where the additional gas is introduced to the spray chamber can be provided with a surface portion having a property that droplets do not remain. The surface portion may include a portion that has been treated to enhance hydrophilicity or water repellency (hydrophobicity). For example, the surface portion may be composed of an inner surface processed into a frosted glass shape to enhance hydrophilicity, or may be composed of a coating film coated on the inner surface to enhance hydrophilicity or water repellency. In other cases, a part including the surface portion may constitute a part of the transport pipe.

立上り部分には、液滴がスプレーチャンバに戻されることを補助するよう適時動作する洗浄手段を設けても良い。例えば、当該洗浄手段は、立上り部分の途中位置からスプレーチャンバに向けて流される液体流又は気体流を提供する手段とすることができる。   The rising portion may be provided with cleaning means that operate in a timely manner to assist the droplets in returning to the spray chamber. For example, the cleaning means can be a means for providing a liquid flow or a gas flow that flows from the midpoint of the rising portion toward the spray chamber.

立上り部分は、スプレーチャンバから鉛直方向に延びるものでなく、傾斜するものであって良いが、液滴の移動を円滑に行わせるため、水平面から45度以上の角度を成すようにするのが好ましい。   The rising portion does not extend in the vertical direction from the spray chamber, but may be inclined, but it is preferable to form an angle of 45 degrees or more from the horizontal plane in order to smoothly move the droplet. .

一方、小管部は、追加のガスの導入方向が輸送管内を霧化された分析試料が輸送される向きに対して直角又は鈍角を成すような向きで、輸送管に連結され得る。また、当該小管部は、輸送管とは別体の管状部材から構成されても良い。   On the other hand, the small pipe portion can be connected to the transport pipe in such a direction that the direction of introduction of the additional gas forms a right angle or an obtuse angle with respect to the direction in which the analysis sample atomized in the transport pipe is transported. Moreover, the said small pipe part may be comprised from the tubular member separate from a transport pipe.

プラズマ分析装置は、追加のガスの流量を制御するための制御装置を有し得る。当該制御装置は、合わせて、スプレーチャンバ内に導入されるガスの流量を制御し得る。すなわち、この場合、制御装置は、スプレーチャンバ内に導入されるガス及び追加のガスの総流量及び両者の比を制御することができる。   The plasma analyzer may have a controller for controlling the flow rate of the additional gas. Together, the control device can control the flow rate of the gas introduced into the spray chamber. That is, in this case, the control device can control the total flow rate of the gas introduced into the spray chamber and the additional gas and the ratio of both.

輸送管を横断するように流れる追加のガス(すなわち、第2のガス)の導入によって、霧化された分析試料の一部を輸送管の途中で液滴に変え、これによってプラズマトーチへ到達する分析試料を含む液粒の量を効果的に減らすことができるので、分析試料が高マトリクス試料であった場合も、他の特別な希釈の手段を必要とすることなく、連続して分析作業を行うことができる。また、追加のガスの導入量を制御することで、希釈の程度、すなわち、生成される液滴の量を制御することができ、それによって、再現性の良い分析が可能となる。   By introducing an additional gas (ie, a second gas) that flows across the transport tube, a portion of the atomized analytical sample is converted into droplets along the transport tube, thereby reaching the plasma torch. Since the amount of liquid particles containing the analysis sample can be effectively reduced, even if the analysis sample is a high matrix sample, the analysis work can be performed continuously without the need for other special dilution means. It can be carried out. In addition, by controlling the amount of additional gas introduced, the degree of dilution, that is, the amount of droplets generated can be controlled, thereby enabling reproducible analysis.

さらに、本発明では、追加のガスを輸送管を横断するようにして、好ましくは、噴流の態様で導入するために、比較的少量のガス導入でも分析試料を効果的に液滴に変更することができる。換言すれば、スプレーチャンバに導入されるガス及び追加のガスの総流量が決められている場合に、前者のガスの流量を過度に減らす必要がない。このことは、分析試料の噴霧を行う際に使用されるネブライザの種類の選択の自由度を高め、また、ネブライザの安定動作を保証することができる点で利点となる。   Furthermore, the present invention effectively converts the analysis sample into droplets even with a relatively small amount of gas introduction so that additional gas is introduced across the transport tube, preferably in the form of a jet. Can do. In other words, when the total flow rate of the gas introduced into the spray chamber and the additional gas is determined, it is not necessary to excessively reduce the flow rate of the former gas. This is advantageous in that the degree of freedom in selecting the type of nebulizer used when spraying the analysis sample is increased, and the stable operation of the nebulizer can be ensured.

以下に添付図面を参照して、本発明のプラズマ分析装置、及びプラズマ分析方法の最良となる実施形態について詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a plasma analysis apparatus and a plasma analysis method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態となる誘導結合プラズマ質量分析装置の構成のうち、プラズマを生成するべく前段に設けられたプラズマ生成手段を主として示す概略構成図である。プラズマ生成手段は、試料溶液41を噴霧して分級することにより霧化するスプレーチャンバ20、及びスプレーチャンバ20から輸送される霧化された試料をプラズマ内に取り入れるプラズマトーチ30を有する。スプレーチャンバ20とプラズマトーチ30とは、霧化された試料を輸送するための輸送管70を介して連結されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram mainly showing plasma generation means provided in the previous stage for generating plasma in the configuration of the inductively coupled plasma mass spectrometer according to the embodiment of the present invention. The plasma generating means has a spray chamber 20 that atomizes by spraying and classifying the sample solution 41, and a plasma torch 30 that takes the atomized sample transported from the spray chamber 20 into the plasma. The spray chamber 20 and the plasma torch 30 are connected via a transport pipe 70 for transporting the atomized sample.

プラズマ生成手段の直後には、質量分析部の一部を構成するインタフェース50が配置される。インタフェース50は、サンプリングコーン51及びスキマーコーン52を含み、生成されたプラズマからイオンビームを取り出す役割を担う。取り出されイオンビームは、図示しない分離手段によって質量電荷比に基づいて分離され、さらに後段にある検出手段によって検出される。   Immediately after the plasma generating means, an interface 50 that constitutes a part of the mass analyzer is arranged. The interface 50 includes a sampling cone 51 and a skimmer cone 52, and plays a role of extracting an ion beam from the generated plasma. The extracted ion beam is separated based on the mass-to-charge ratio by a separation unit (not shown), and further detected by a detection unit at a later stage.

一方、プラズマ生成手段の前段、すなわち、スプレーチャンバ20の前段には、試料容器40が接続される。試料容器40内には、典型的には、液体である分析試料41が入れられる。分析試料41として、種々のマトリクス濃度の溶液が用意される。図1中には、単一の容器のみが示されるが、連続分析、又は溶液の混合を行うために、複数の試料容器40を用意することができる。   On the other hand, a sample container 40 is connected to the front stage of the plasma generating means, that is, the front stage of the spray chamber 20. In the sample container 40, an analysis sample 41, which is typically a liquid, is placed. As the analysis sample 41, solutions having various matrix concentrations are prepared. Although only a single container is shown in FIG. 1, a plurality of sample containers 40 can be prepared for continuous analysis or solution mixing.

試料容器40には、試料吸上げ手段42が結合される。試料容器40中の分析試料41は、当該試料吸上げ手段42によって、スプレーチャンバ20へと導かれる。試料吸上げ手段42は、ガラス管、樹脂製チューブ、内部に溶融シリカのコーティングを含むか又は含まない金属配管等から構成される。樹脂製チューブに関して、チューブを構成する樹脂としては、例えば、フッ素系樹脂、ピーク樹脂(登録商標「PEEK」)等が用いられる。応用によっては、送液のためにペリスタルティックポンプが用意され得る。ペリスタルティックポンプは、試料吸上げ手段42の一部を構成する樹脂製のチューブ部分に設置される。   A sample suction means 42 is coupled to the sample container 40. The analysis sample 41 in the sample container 40 is guided to the spray chamber 20 by the sample suction means 42. The sample suction means 42 is composed of a glass tube, a resin tube, a metal pipe with or without a fused silica coating inside, and the like. Regarding the resin tube, as the resin constituting the tube, for example, a fluorine-based resin, a peak resin (registered trademark “PEEK”) or the like is used. Depending on the application, a peristaltic pump can be provided for liquid delivery. The peristaltic pump is installed in a resin tube portion constituting a part of the sample suction means 42.

試料容器40から導かれた試料は、スプレーチャンバ本体21に結合されたネブライザ60の試料入口61に入れられる。ネブライザ60では、さらに、試料の流れと通常平行となる気流を成すガスG1が、ガス導入口62より導入される。ガスG1は、アルゴンガス等の不活性なガスとされる。図示されるように、ネブライザ60先端では、これらのガスG1及び液体試料が近接した位置からスプレーチャンバ本体21内へと排出されることになる。このとき、霧吹きの原理によって、試料の噴霧作用が生じ、液体試料は液粒の形態に変えられる。   A sample guided from the sample container 40 is put into a sample inlet 61 of a nebulizer 60 coupled to the spray chamber body 21. In the nebulizer 60, a gas G <b> 1 that forms an air flow that is generally parallel to the flow of the sample is further introduced from the gas inlet 62. The gas G1 is an inert gas such as argon gas. As shown in the drawing, at the tip of the nebulizer 60, the gas G1 and the liquid sample are discharged into the spray chamber body 21 from a close position. At this time, the spraying action of the sample is caused by the principle of spraying, and the liquid sample is changed into a liquid particle form.

噴霧された液体試料は、種々の径の液粒を構成する。これらのうち、比較的大径の重い液粒は、スプレーチャンバ本体21内面に付着し、当該内面に沿って重力により下方に移動し、ドレイン22より排出される。比較的小径の軽い液粒は、チャンバ空間23内をガス流に運ばれて周回するように運ばれ、その一部が輸送管70へと導かれる。図1中では、スプレーチャンバ20内に導入されるガスG1は、ネブライザ60のみに提供されるように示されるが、それに加えて、ネブライザ60を介さずに直接スプレーチャンバ本体21内に導入されるガスG1を含むこともできる。なお、図1中では、スプレーチャンバは、スコット型(ダブルパスタイプ)のものとして示しているが、本発明は、サイクロン型等の他の型のスプレーチャンバであっても適用可能である。スプレーチャンバに導入されるガスG1の流量は、後述の追加のガスG2の流量とともに、ガス流量制御装置90によって制御され得る。   The sprayed liquid sample constitutes liquid particles of various diameters. Among these, the relatively large-diameter heavy liquid particles adhere to the inner surface of the spray chamber body 21, move downward along the inner surface by gravity, and are discharged from the drain 22. The light liquid particles having a relatively small diameter are carried by the gas flow in the chamber space 23 so as to circulate, and a part thereof is guided to the transport pipe 70. In FIG. 1, the gas G <b> 1 introduced into the spray chamber 20 is shown to be provided only to the nebulizer 60, but in addition to that, the gas G <b> 1 is introduced directly into the spray chamber body 21 without going through the nebulizer 60. Gas G1 can also be included. In FIG. 1, the spray chamber is shown as a Scott type (double pass type), but the present invention can be applied to other types of spray chambers such as a cyclone type. The flow rate of the gas G1 introduced into the spray chamber can be controlled by the gas flow rate controller 90 together with the flow rate of the additional gas G2 described later.

さらに、図1に示されるように、輸送管70は、略L字形状とされ、スプレーチャンバ20から上方に向けて延びる立上り部分71、及びプラズマトーチ30に向けて水平方向に延びる水平部分72を有する。図1の例では、図中の角度αは、略90度とされ、立上り部分は、略鉛直方向に延びる。霧化された試料は、輸送管70内を流れるガス流によって運ばれ、立上り部分71及び水平部分72を通過してプラズマトーチ30へと導かれる。立上がり部分71及び水平部分72の内径は、必ずしも同じである必要はない。また、図中では、輸送管70は、スプレーチャンバ20、及び後述するプラズマトーチ30の内管32と連続して示されるが、典型的には別体のものとして用意され、それらと結合されて使用される。本実施形態では、誘導結合プラズマ質量分析装置を示して本発明を説明するため、水平成分72を示しているが、本発明は、プラズマ分光分析装置で採用されるような直立のプラズマトーチにも適用され得る。   Further, as shown in FIG. 1, the transport pipe 70 is substantially L-shaped, and includes a rising portion 71 extending upward from the spray chamber 20 and a horizontal portion 72 extending horizontally toward the plasma torch 30. Have. In the example of FIG. 1, the angle α in the drawing is approximately 90 degrees, and the rising portion extends in a substantially vertical direction. The atomized sample is carried by the gas flow flowing in the transport pipe 70, passes through the rising portion 71 and the horizontal portion 72, and is guided to the plasma torch 30. The inner diameters of the rising portion 71 and the horizontal portion 72 are not necessarily the same. Further, in the drawing, the transport pipe 70 is shown continuously with the spray chamber 20 and an inner pipe 32 of the plasma torch 30 described later, but is typically prepared as a separate body and coupled thereto. used. In this embodiment, the horizontal component 72 is shown in order to illustrate the present invention by showing an inductively coupled plasma mass spectrometer, but the present invention is also applicable to an upright plasma torch used in a plasma spectrometer. Can be applied.

プラズマトーチ30は、内管32、外管33、最外管34を含む三重管の構成を有する。内管32は、試料の導入のためのものであり、内管32及び外管33は、それぞれプラズマガス及び補助ガスを供給するためのものである。プラズマトーチ30には、まずプラズマガス、補助ガスが流され、その状態で図示しない高周波電源に接続されたコイル31により、高周波の電磁場が提供される。これにより、プラズマトーチ30上にプラズマ(破線P参照)を生ぜしめることができる。   The plasma torch 30 has a triple tube configuration including an inner tube 32, an outer tube 33, and an outermost tube 34. The inner tube 32 is for introducing a sample, and the inner tube 32 and the outer tube 33 are for supplying plasma gas and auxiliary gas, respectively. First, a plasma gas and an auxiliary gas are passed through the plasma torch 30, and a high-frequency electromagnetic field is provided by a coil 31 connected to a high-frequency power source (not shown) in that state. Thereby, plasma (refer to the broken line P) can be generated on the plasma torch 30.

霧化された分析試料は、プラズマの発生後に、内管32を通してプラズマ内に導入される。これにより、試料を構成する元素は、プラズマ中でイオンの形態となる。分析試料構成元素のイオンを含むプラズマの一部は、前述のように、インタフェース50を介して、図示しない後段の質量分析部へと導かれる。   The atomized analysis sample is introduced into the plasma through the inner tube 32 after the generation of the plasma. Thereby, the element which comprises a sample becomes a form of ion in plasma. As described above, a part of the plasma containing ions of the analysis sample constituent elements is led to the subsequent mass analysis unit (not shown) via the interface 50.

本発明の主たる特徴は、図1中に破線部Aとして示されるところの、輸送管70の構成及びその作用にある。第1の特徴は、小径の小管部80が、輸送管70の途中位置で交差する方向に向けて結合され、当該小管部80からガスG2が所定の流速で導入される点にある。これにより、輸送管70中をプラズマトーチ30へと向かうところの霧化された分析試料の一部が比較的大径の液滴へと変化し、輸送管70の内面に付着することとなり、結果としてプラズマトーチ30に到達する分析試料の量を意図して減らすことができる。   The main feature of the present invention lies in the configuration and operation of the transport pipe 70, which is shown as a broken line portion A in FIG. The first feature is that the small-diameter small pipe portion 80 is coupled in the direction intersecting at the midway position of the transport pipe 70, and the gas G2 is introduced from the small pipe portion 80 at a predetermined flow rate. As a result, a part of the atomized analysis sample in the transport tube 70 toward the plasma torch 30 is changed into a relatively large droplet and adheres to the inner surface of the transport tube 70. As a result As a result, the amount of analysis sample reaching the plasma torch 30 can be intentionally reduced.

第2の特徴は、当該小管部80の結合位置が、立上り部分71の途中位置であることである。これにより、輸送管70の立上り部分の内面に付着した液滴は、重力の働きによって、下方へと流れ、スプレーチャンバ20内へと戻される。   The second feature is that the connecting position of the small tube portion 80 is a midway position of the rising portion 71. As a result, the droplets adhering to the inner surface of the rising portion of the transport pipe 70 flow downward and return to the spray chamber 20 by the action of gravity.

図2は、本発明の特徴となる、小管部から導入されるガスの作用を模式的に示した概略図である。これらの特徴的な構成及び作用について、図2を参照して、さらに詳述する。図2に示されるように、小管部80を介して追加のガスG2が導入される。小管部80の径は、立上り部分71における輸送管70の径に比較して十分小さく設定される。例えば、立上り部分71における輸送管70の径を5.5ミリメートルとしたときに、小管部80の径を、0.3ミリメートル乃至0.5ミリメートルとすることができる。   FIG. 2 is a schematic view schematically showing the action of the gas introduced from the small pipe portion, which is a feature of the present invention. These characteristic configurations and operations will be further described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 2, an additional gas G <b> 2 is introduced through the small pipe portion 80. The diameter of the small pipe portion 80 is set sufficiently smaller than the diameter of the transport pipe 70 in the rising portion 71. For example, when the diameter of the transport pipe 70 in the rising portion 71 is 5.5 millimeters, the diameter of the small pipe portion 80 can be 0.3 millimeters to 0.5 millimeters.

小管部80の径が比較的小さいため、小管部80から輸送管71に流れ込むガス流F2は、比較的速い流速を有し、輸送管70を交差するように流れる。多くの場合、ガス流れF2は、ガスジェット又は噴流を形成する。この結果、輸送管70の立上り部分71をガス流F1によって上昇するように流れる霧化された試料の一部は、特に対向する側の内面78に向けて集められる傾向を生じる。内面78付近では、液粒間の距離が小さくなって一部の液粒同士が結合し、より大きな径の液粒へと成長し、内面78上に比較的大径の液滴45を生じる。かかる現象により、霧化された試料の液粒の一部は、輸送管70の途中でトラップされ、小管部80の位置を通過して上方へと向かう試料の量が減らされることとなる。   Since the diameter of the small pipe portion 80 is relatively small, the gas flow F <b> 2 flowing from the small pipe portion 80 into the transport pipe 71 has a relatively high flow velocity and flows so as to cross the transport pipe 70. In many cases, the gas stream F2 forms a gas jet or jet. As a result, a part of the atomized sample flowing so as to rise in the rising portion 71 of the transport pipe 70 by the gas flow F1 tends to be collected particularly toward the inner surface 78 on the opposite side. In the vicinity of the inner surface 78, the distance between the liquid droplets is reduced, and some of the liquid particles are bonded to each other to grow into a liquid particle having a larger diameter. Due to such a phenomenon, a part of the liquid droplets of the atomized sample is trapped in the middle of the transport tube 70, and the amount of the sample passing through the position of the small tube part 80 and going upward is reduced.

さらに、図示し或いは上述したように、かかる小管部80は、ほぼ鉛直方向に延びる輸送管70の立上り部分71に設けられている。上述の過程で生じた液滴45は、内面78に沿って、重力の作用によって下方、すなわち、スプレーチャンバ20へと戻る方向に流れることになる(矢印B参照)。立上り部分71の内部空間の断面は、径が比較的小さく(5乃至6ミリメートル程度)、液滴45が立上り部分71内に多量に滞留すると、十分な分析感度が得られず、或いは管の閉塞により分析ができなくなるおそれがある。上述した重力による液滴の除去作用により、かかる弊害が防止される。   Further, as illustrated or described above, the small pipe portion 80 is provided at the rising portion 71 of the transport pipe 70 extending in the substantially vertical direction. The droplet 45 generated in the above-described process flows downward along the inner surface 78 by the action of gravity, that is, in a direction returning to the spray chamber 20 (see arrow B). The cross section of the internal space of the rising portion 71 has a relatively small diameter (about 5 to 6 millimeters), and if the droplet 45 stays in the rising portion 71 in a large amount, sufficient analysis sensitivity cannot be obtained, or the tube is blocked. It may be impossible to analyze. Such an adverse effect is prevented by the above-described action of removing the droplet by gravity.

この場合、液滴45が、よりスムーズに下方へ移動できるように、輸送管70の立上り部分71の内面78の少なくとも一部に、親水性又は撥水性の高い表面部分73を設けることが好ましい。   In this case, it is preferable to provide a surface portion 73 having high hydrophilicity or water repellency on at least a part of the inner surface 78 of the rising portion 71 of the transport pipe 70 so that the droplet 45 can move downward smoothly.

当該表面部分73は、具体的には、親水性を高めるよう、すりガラス状に加工された内面とすることができる。また、他の場合には、当該表面部分73は、親水性又は疎水性を高めるよう、内面78上に設けられたコーティング膜を含むようにすることができる。さらに、他の場合には、当該表面部分は、輸送管70の少なくとも長さの一部を構成する部品を用い、その内側面が親水性又は撥水性の高い材料から構成されるようにしても良い。図1及び図2では、表面部分73は、小管部80に対向する側の内面にのみ表されているが、液滴が付着し、下方に向けて流れる際に流路の一部となるあらゆる側面について、親水性又は撥水性の高い表面部分73を設けることができる。   Specifically, the surface portion 73 can be an inner surface processed into a ground glass shape so as to enhance hydrophilicity. In other cases, the surface portion 73 may include a coating film provided on the inner surface 78 to enhance hydrophilicity or hydrophobicity. Further, in other cases, the surface portion uses a part constituting at least a part of the length of the transport pipe 70, and the inner side surface is made of a material having a high hydrophilicity or water repellency. good. 1 and 2, the surface portion 73 is shown only on the inner surface on the side facing the small tube portion 80. However, any surface that forms a part of the flow path when a droplet adheres and flows downward is shown. About the side surface, a surface portion 73 having high hydrophilicity or water repellency can be provided.

図3は、小管部の構成例を示す概略断面図である。図3(a)の例では、小管部80aは輸送管70と一体に形成され、又は別体にして輸送管70に結合される。図示されるように、この例では、小管部80aは、比較的大径の大管部81に連続して形成される。かかる構成を採ることによって、小管部80a内を流れる流速の速いガス流を比較的簡易な手法で実現することができる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the small tube portion. In the example of FIG. 3A, the small pipe portion 80a is formed integrally with the transport pipe 70, or is connected to the transport pipe 70 as a separate body. As shown in the figure, in this example, the small tube portion 80a is formed continuously with the large tube portion 81 having a relatively large diameter. By adopting such a configuration, it is possible to realize a gas flow having a high flow velocity flowing in the small pipe portion 80a by a relatively simple method.

図3(b)の例では、小管部80bは、輸送管70とは別体の部品とされ、輸送管70に設けられた開口部82内に配置されている。小管部80bの先端は、実線で示されるように、輸送管70の内面にそろった位置で終端され得るが、破線84で示すように、輸送管70内部まで入り込むよう(例えば、直径の1/4乃至1/2の寸法まで)にすることもできる。小管部80bは、開口部82内で、リング部品等のシール部材83によって密封された状態で支持される。かかる構成によって、小管部80bを構成する部品の製造、並びに組立のための取扱いが容易になる。   In the example of FIG. 3B, the small pipe portion 80 b is a separate part from the transport pipe 70 and is disposed in an opening 82 provided in the transport pipe 70. The tip of the small pipe portion 80b can be terminated at a position aligned with the inner surface of the transport pipe 70 as shown by a solid line, but enters the transport pipe 70 as shown by a broken line 84 (for example, 1/1 of the diameter). 4 to 1/2 size). The small pipe portion 80b is supported in a state of being sealed by a seal member 83 such as a ring component in the opening 82. Such a configuration facilitates the manufacture of parts constituting the small pipe portion 80b and the handling for assembly.

図3(c)の例では、小管部80cは、輸送管70に対して直交する向きでなく、所定の角度で傾斜するように設置される。輸送管70内での霧化された試料の流れを妨害し、効果的に液滴を生成するためには、角度βは、鋭角となる(すなわち、小管部80cは、追加のガスG2の導入向きが、輸送管70内を霧化された分析試料が輸送される向きに対して鈍角の角度を成すような向きで輸送管70に結合される)のが好ましい。   In the example of FIG. 3C, the small pipe portion 80 c is installed so as to be inclined at a predetermined angle, not in a direction orthogonal to the transport pipe 70. In order to obstruct the flow of the atomized sample in the transport tube 70 and effectively generate droplets, the angle β becomes an acute angle (that is, the small tube portion 80c introduces the additional gas G2). It is preferable that the direction is coupled to the transport pipe 70 in such a direction that an obtuse angle is formed with respect to the direction in which the analysis sample atomized in the transport pipe 70 is transported.

なお、図3(a)乃至(c)の各例は、互いに独立したものではなく、互いに組み合わせた構成として実現可能である。例えば、図3(a)のように、大径部81の先に延びる小管部80aを図3(b)における小管部80bとして、シール部材83によって保持することも可能である。   Note that the examples in FIGS. 3A to 3C are not independent of each other, and can be realized as a configuration combined with each other. For example, as shown in FIG. 3A, a small tube portion 80a extending beyond the large-diameter portion 81 can be held by the seal member 83 as the small tube portion 80b in FIG. 3B.

図4は、輸送管の変形例を示す図である。図4に示す輸送管170は、プラズマトーチに向けて水平に延びる水平部分172に対して、立上り部分171が、鉛直方向でなく、傾斜した方向に延びる。上述の例と同じ原理で生成した液滴は、重力により、傾斜する内面に沿って下方に移動する(矢印B’参照)。上述したところの親水性又は撥水性の高い表面部分173は、少なくとも重力が作用したときに液滴の流れる流路となる内面の全面に形成され得る。図中の角度α’は、表面部分173の性質等を考慮して選択されるべきであるが、好ましくは、135度よりも小さい角度として(すなわち、立上り部分が、水平面から45度以上の角度を成すよう)決定され得る。   FIG. 4 is a view showing a modified example of the transport pipe. In the transport pipe 170 shown in FIG. 4, the rising portion 171 extends not in the vertical direction but in an inclined direction with respect to the horizontal portion 172 extending horizontally toward the plasma torch. A droplet generated on the same principle as the above example moves downward along the inclined inner surface by gravity (see arrow B '). The above-described surface portion 173 having high hydrophilicity or high water repellency can be formed on the entire inner surface serving as a flow path through which droplets flow at least when gravity acts. The angle α ′ in the figure should be selected in consideration of the properties of the surface portion 173 and the like, but is preferably smaller than 135 degrees (that is, the rising portion is an angle of 45 degrees or more from the horizontal plane). Can be determined).

図5は、輸送管のうち、立上り部分についての更なる変形例を示す図である。図1との対比で、同様に作用する要素については、参照番号に200を付して、説明を省略する。本例の特徴は、立上り部分271の途中に段部275が設けられる点である。すなわち、本例では、立上り部分271は、上部に位置する比較的小径の上管部274、その下端に外側に広がるよう設けられる段部275、段部275に連続して下方に傾斜して延びる傾斜部276、及び比較的大径にしてスプレーチャンバ220に連続する下管部277を有する。   FIG. 5 is a diagram showing a further modification of the rising portion of the transport pipe. In contrast to FIG. 1, elements that act in the same way are denoted by reference numerals 200 and description thereof is omitted. The feature of this example is that a step 275 is provided in the middle of the rising portion 271. That is, in this example, the rising portion 271 extends in a downwardly inclined manner continuously from the upper tube portion 274 having a relatively small diameter located at the upper portion, a step portion 275 provided to spread outward at the lower end thereof, and the step portion 275. An inclined portion 276 and a lower pipe portion 277 that has a relatively large diameter and continues to the spray chamber 220 are included.

図示されるように、段部275、傾斜部276、及び下管部277は、立上り部分271内に小チャンバ279を構成する。小管部280は、傾斜部276付近で、この小チャンバ279に結合される。小管部280から導入されたガスG2による気流は、小チャンバ279を交差するように移動する。段部275を設けたことにより、気流に吹かれた液滴が上管部274に移動することが防止され、結果として生成された液滴は、下方に向けて移動することとなる。   As illustrated, the step portion 275, the inclined portion 276, and the lower tube portion 277 constitute a small chamber 279 in the rising portion 271. The small tube portion 280 is coupled to the small chamber 279 in the vicinity of the inclined portion 276. The airflow by the gas G2 introduced from the small pipe portion 280 moves so as to cross the small chamber 279. By providing the stepped portion 275, the droplet blown by the air current is prevented from moving to the upper tube portion 274, and as a result, the generated droplet moves downward.

この例でも、上述の例と同様に、液滴は、この輸送管内チャンバ279の内面、すなわち、傾斜部276又は下管部277の内面に沿って生成され、その後、それらの内面に沿って下方に移動することになる。したがって、かかる流路に沿って、親水性又は撥水性の高い表面部分273を設けることが好ましい。   In this example, as in the above-described example, the droplets are generated along the inner surface of the transport pipe chamber 279, that is, along the inner surface of the inclined portion 276 or the lower tube portion 277, and then downward along those inner surfaces. Will be moved to. Therefore, it is preferable to provide a surface portion 273 having high hydrophilicity or water repellency along the flow path.

図6は、液滴が滞留しないことを保証するために、洗浄手段を設けた変形例を説明する図である。図1との対比で、同様に作用する要素については、参照番号に300を付して、説明を省略する。洗浄手段は、参照番号391で示される。図中のCFは、洗浄に用いられるガス又は液体等の流体を示す。   FIG. 6 is a diagram illustrating a modified example in which a cleaning unit is provided in order to ensure that no droplets stay. In contrast to FIG. 1, elements that act in the same way are denoted by reference numerals 300 and description thereof is omitted. The cleaning means is indicated by reference numeral 391. CF in the figure indicates a fluid such as gas or liquid used for cleaning.

洗浄手段391は、所定の試料の分析が終了した後等の所定のタイミングで、管内を洗浄するためのガス流又は液体流を、立上り部分371内に供給する。立上り部分371の内面に付着していた液滴は、洗浄されてスプレーチャンバ320を介してドレイン322から排出される。これによって、立上り部分371の内面の親水性又は撥水性の高い状態が維持され、その後の分析中にも液滴は効果的に流れ落ちることができる。   The cleaning means 391 supplies a gas flow or a liquid flow for cleaning the inside of the pipe into the rising portion 371 at a predetermined timing such as after the analysis of a predetermined sample is completed. Droplets adhering to the inner surface of the rising portion 371 are washed and discharged from the drain 322 through the spray chamber 320. As a result, the hydrophilic or water-repellent state of the inner surface of the rising portion 371 is maintained, and the droplet can effectively flow down during the subsequent analysis.

図7は、本発明による装置又は方法の作用効果を説明するグラフである。比較のため2種類の実験データが示される。図中で、D1は、比較的流量の速い追加ガスによる希釈作用、D2は、比較的流量の遅い追加ガスによる希釈作用を示す。より具体的には、D1は、追加のガスの流速が早くなるよう、小管部の径を小さく採った場合(本実験例では、0.3ミリメートル)を示しており、D2は、追加のガスの流速が比較的遅くなるよう、小管部の径を大きく採った場合(本実験例では、2ミリメートル)を示している。グラフは、スプレーチャンバ20内に導入されるガスG1(第1のガス)と追加ガスG2(第2のガス)との総流量を1.05リットル / 分として、両者の比を変更した種々の条件で感度を測定した結果を示している。   FIG. 7 is a graph illustrating the effects of the apparatus or method according to the present invention. Two types of experimental data are shown for comparison. In the figure, D1 indicates a dilution action by the additional gas having a relatively high flow rate, and D2 indicates a dilution action by the additional gas having a relatively low flow rate. More specifically, D1 shows a case where the diameter of the small pipe portion is made small so that the flow rate of the additional gas is increased (in this experimental example, 0.3 mm), and D2 is the additional gas. The case where the diameter of the small tube portion is made large so that the flow velocity of the tube is relatively slow is shown (2 millimeters in this experimental example). The graph shows various changes in the ratio between the gas G1 (first gas) and the additional gas G2 (second gas) introduced into the spray chamber 20 with a total flow rate of 1.05 liters / minute. The result of measuring the sensitivity under the conditions is shown.

ところで、本願に先立って、本願出願人は、追加のガスの流速とは無関係に、スプレーチャンバに導入されるガス(本願ではG1にあたる)、及びスプレーチャンバの後段に導入される追加のガス(本願ではG2にあたる)を制御できる装置を用いて、ガスの総流量を一定の値にしつつ総流量中に占める追加のガスの割合を制御することにより、感度の減少分を再現性良く制御できることを見出している。感度が減少するのは、スプレーチャンバに導入されるガスの流量を減らすことによってスプレーチャンバから送出される試料が減るためである。かかる技術は、上述の高マトリクス試料を被分析試料とした場合の希釈に極めて有効である。すなわち、高マトリクス試料の分析に際しては、スプレーチャンバに導入されるガスの流量を減らし、かつ追加のガスの流量を多くすることによって、単位時間当たりにプラズマトーチに達するガスの量は不変のまま試料の量のみを減らすことができ、これによって、高マトリクス試料の希釈が可能となり、上述の弊害を防止することができる。本願出願人は、当該発明について、2006年8月11日付で、特願2006−219520号として特許出願を行っている。   By the way, prior to the present application, the applicant of the present application, regardless of the flow rate of the additional gas, the gas introduced into the spray chamber (corresponding to G1 in the present application) and the additional gas introduced into the rear stage of the spray chamber (the present application). It is found that the decrease in sensitivity can be controlled with good reproducibility by controlling the proportion of additional gas in the total flow rate while keeping the total gas flow rate at a constant value by using a device that can control G2). ing. The sensitivity is reduced because the sample delivered from the spray chamber is reduced by reducing the flow rate of the gas introduced into the spray chamber. Such a technique is extremely effective for dilution when the above-described high matrix sample is used as the sample to be analyzed. That is, when analyzing a high matrix sample, the amount of gas reaching the plasma torch per unit time remains unchanged by reducing the flow rate of the gas introduced into the spray chamber and increasing the flow rate of the additional gas. This can reduce only the amount of the liquid, which makes it possible to dilute the high matrix sample and prevent the above-mentioned adverse effects. The applicant of the present application has filed a patent application as Japanese Patent Application No. 2006-219520 on August 11, 2006 for the invention.

本発明は、かかる発明のさらなる改良手法として適用され得る。すなわち、本発明によれば、上述の出願に係る発明で導入するところの追加ガスについて、その流速を高めて導入することで、より効果的に試料を希釈することができる。本発明では、上述したところの改良したガス導入手法を用いることで、試料の一部を液滴に変えて排液の一部となるようにし、プラズマトーチに達する試料の量をさらに効果的に減らしている。   The present invention can be applied as a further improvement technique of the invention. That is, according to the present invention, the sample can be diluted more effectively by introducing the additional gas introduced in the invention according to the above-described application at a higher flow rate. In the present invention, by using the improved gas introduction method as described above, a part of the sample is changed to a droplet to become a part of the drainage, and the amount of the sample reaching the plasma torch is more effectively increased. It is decreasing.

図7のグラフから理解されるように、D1及びD2の両方の場合に、追加ガスの流量を増やすと感度が減少する。本実験の結果、D1の場合は、比較的多量の液滴が形成され、D2の場合は、比較的少量の液滴の形成が見られた。すなわち、D1、D2の場合共に、液滴の形成による希釈作用を生じている。   As can be seen from the graph of FIG. 7, in both D1 and D2, increasing the flow rate of the additional gas decreases the sensitivity. As a result of this experiment, a relatively large amount of droplets were formed in the case of D1, and a relatively small amount of droplets were formed in the case of D2. That is, in both cases of D1 and D2, a diluting action is caused by the formation of droplets.

しかしながら、両者の効果には差があり、D1の場合は、D2の場合と比べて、追加ガスの流量が少量であった場合でも、感度を十分に下げることができる。すなわち、本発明のガス流をさらに十分に速くする手法を採用することによって、感度減少のために必要とされる追加ガスの流量は少なくて済む。このことは、分析試料の噴霧を行う際に使用されるネブライザの種類の選択の自由度を高め、また、ネブライザの安定動作を保証することができる点で実用上の利点となる。   However, there is a difference between the two effects. In the case of D1, the sensitivity can be sufficiently lowered even when the flow rate of the additional gas is small compared to the case of D2. In other words, by adopting the method of making the gas flow of the present invention sufficiently faster, the flow rate of the additional gas required for reducing the sensitivity can be reduced. This is a practical advantage in that the degree of freedom in selecting the type of nebulizer used when spraying the analysis sample is increased, and the stable operation of the nebulizer can be ensured.

前者に関して、例えば、バビントン型のネブライザは、コンセントリック型のネブライザに比して、比較的狭いガス流量範囲で使用され、低流量では使用ができない。したがって、感度を減らすための追加のガスG2の流量を、D1の場合のように少量にすることができれば、スプレーチャンバ内に導入されるガスG1の流量は比較的多く維持することができ、当該バビントン型ネブライザの安定動作を保証することができる。   Regarding the former, for example, a Babington-type nebulizer is used in a relatively narrow gas flow rate range and cannot be used at a low flow rate as compared to a concentric nebulizer. Therefore, if the flow rate of the additional gas G2 for reducing the sensitivity can be reduced as in the case of D1, the flow rate of the gas G1 introduced into the spray chamber can be maintained relatively high. The stable operation of the Babington nebulizer can be guaranteed.

また、図7のグラフ中で、D2の場合には、追加ガスの流量が0.1から0.2リットル / 分となるあたりで、感度に落ち込みが見られるが、これは、少なくともその付近での流量範囲で、追加ガスの流速が十分には速くないことに起因するものと解される。すなわち、本発明の効果を得るには、D2よりもD1の条件が適している。より具体的には、追加のガスが所定の流量の場合に、輸送管内に導入されるときの流速を、当該所定の流量の第1のガスが輸送管内を通過する流速の少なくとも10倍、好ましくは50倍乃至100倍を超えるように、小管部及び輸送管の断面積他の寸法形状を選択することが好ましい。全流量範囲で十分な流速を得た場合には、D1で示される場合のように、感度は、追加のガスの流量の増加に対して単調減少の傾向を生じ得る。   In addition, in the graph of FIG. 7, in the case of D2, there is a drop in sensitivity when the flow rate of the additional gas is 0.1 to 0.2 liter / min. It is understood that this is caused by the fact that the flow rate of the additional gas is not sufficiently high in the flow rate range. That is, in order to obtain the effect of the present invention, the condition of D1 is more suitable than D2. More specifically, when the additional gas has a predetermined flow rate, the flow rate when introduced into the transport pipe is at least 10 times the flow speed at which the first gas of the predetermined flow rate passes through the transport pipe, preferably Preferably, the cross-sectional area of the small pipe portion and the transport pipe and other dimensions and shapes are selected so as to exceed 50 times to 100 times. If a sufficient flow rate is obtained over the full flow range, the sensitivity may tend to monotonically decrease with increasing flow of additional gas, as shown by D1.

以上のように、本発明の好適実施形態となる装置及び方法について、詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであり、本発明を制限するものでなく、当業者によって、さらに、様々な変形・変更が可能である。   As described above, the apparatus and method according to the preferred embodiment of the present invention have been described in detail. However, this is merely an example, and does not limit the present invention. Can be modified and changed.

本発明の実施形態となる誘導結合プラズマ質量分析装置の構成のうち、プラズマを生成するべく前段に設けられるプラズマ生成手段を主として表す概略構成図である。It is a schematic block diagram which mainly represents the plasma production | generation means provided in the front | former stage in order to produce | generate plasma among the structures of the inductively coupled plasma mass spectrometer which becomes embodiment of this invention. 小管部から導入されるガスの作用を示す概略図である。It is the schematic which shows the effect | action of the gas introduce | transduced from a small pipe part. 小管部の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of a small pipe part. 輸送管の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a transport pipe. 立上り部分の更なる変形例を示す図である。It is a figure which shows the further modification of a rising part. 洗浄手段を設けた変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification which provided the washing | cleaning means. 本発明の装置又は方法による作用効果を表すグラフである。It is a graph showing the effect by the apparatus or method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 誘導結合プラズマ質量分析装置
20 スプレーチャンバ
30 プラズマトーチ
40 試料容器
50 インタフェース
60 ネブライザ
70 輸送管
80 小管部
90 制御装置
G1 第1のガス
G2 第2のガス(追加のガス)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inductively coupled plasma mass spectrometer 20 Spray chamber 30 Plasma torch 40 Sample container 50 Interface 60 Nebulizer 70 Transport pipe 80 Small pipe part 90 Control apparatus G1 1st gas G2 2nd gas (additional gas)

Claims (20)

導入される第1のガスの少なくとも一部を用いた噴霧によって分析試料である溶液を霧化するスプレーチャンバと、霧化された前記分析試料を前記第1のガスと共に輸送する輸送管と、該輸送管に連結されて該輸送管を通して輸送された前記分析試料をプラズマ内へ導入するプラズマトーチとを備えたプラズマ生成手段を含むプラズマ分析装置において、
前記輸送管の長さ方向の途中位置で、前記第1のガスと無反応である第2のガスを、前記輸送管内面の一側面から対向面に向かう気流を生じるようにして導入し、該気流の存在により霧化された前記分析試料の一部を途中位置で液滴に変えて前記輸送管の内面に付着させ、前記プラズマトーチに到達する前記分析試料の全量を減らすようにしたことを特徴とするプラズマ分析装置。
A spray chamber for atomizing a solution, which is an analysis sample, by spraying using at least a part of the introduced first gas; a transport pipe for transporting the atomized analysis sample together with the first gas; In a plasma analysis apparatus comprising a plasma generating means comprising a plasma torch connected to a transport pipe and introducing the analysis sample transported through the transport pipe into the plasma,
Introducing a second gas that does not react with the first gas at an intermediate position in the length direction of the transport pipe so as to generate an air flow from one side surface of the transport pipe toward the opposite surface; A part of the analysis sample atomized by the presence of an air flow is changed to a droplet at an intermediate position to adhere to the inner surface of the transport tube, and the total amount of the analysis sample reaching the plasma torch is reduced. A characteristic plasma analyzer.
前記第2のガスは、前記輸送管内への噴流を成すように導入されることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 1, wherein the second gas is introduced so as to form a jet into the transport pipe. 前記第2のガスが前記輸送管内に導入されるときの流速は、前記第1のガスが前記輸送管内を通過する流速の少なくとも50倍を超えるように設定されることを特徴とする、請求項2に記載のプラズマ分析装置。   The flow rate when the second gas is introduced into the transport pipe is set to exceed at least 50 times the flow speed at which the first gas passes through the transport pipe. 2. The plasma analysis apparatus according to 2. 前記第1のガスと前記第2のガスは、同成分のガスであることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 1, wherein the first gas and the second gas are the same component gas. 前記輸送管は、前記スプレーチャンバから上方に向いて延びる立上り部分を備え、前記第2のガスは、前記立上り部分に連結された小管部から導入され、前記液滴は、前記立上り部分内の前記内面に付着し、重力によって前記内面に沿って前記スプレーチャンバ内へと戻る方向に移動するよう構成されることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ分析装置。   The transport pipe includes a rising portion extending upward from the spray chamber, the second gas is introduced from a small pipe portion connected to the rising portion, and the droplets are formed in the rising portion. The plasma analyzer according to claim 1, wherein the plasma analyzer is configured to adhere to an inner surface and move in a direction returning to the spray chamber along the inner surface by gravity. 前記第2のガスの導入位置から前記スプレーチャンバまでの前記輸送管の前記内面の少なくとも一部に、親水性又は撥水性の高い表面部分が設けられることを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ分析装置。   6. The surface portion having high hydrophilicity or water repellency is provided on at least a part of the inner surface of the transport pipe from the introduction position of the second gas to the spray chamber. Plasma analyzer. 前記表面部分は、親水性を高めるよう、すりガラス状に加工された部分を含むことを特徴とする、請求項6に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 6, wherein the surface portion includes a portion processed into a frosted glass shape so as to enhance hydrophilicity. 前記表面部分は、親水性又は疎水性を高めるよう、前記内面上に設けられたコーティング膜を含むことを特徴とする、請求項6に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 6, wherein the surface portion includes a coating film provided on the inner surface so as to increase hydrophilicity or hydrophobicity. 前記表面部分は、前記輸送管の少なくとも長さの一部を構成するとともに内側面が親水性又は撥水性の高い材料から構成される部品によって提供されることを特徴とする、請求項6に記載のプラズマ分析装置。   7. The surface portion is provided by a part that constitutes at least a part of the length of the transport pipe and whose inner side surface is made of a material having hydrophilicity or water repellency. Plasma analyzer. 前記立上り部分は、前記液滴が前記スプレーチャンバ内へと戻る方向に移動することを補助するよう適時動作する洗浄手段を備えることを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ分析装置。   6. The plasma analysis apparatus according to claim 5, wherein the rising portion includes a cleaning unit that operates in a timely manner to assist the movement of the droplet in a direction returning to the spray chamber. 前記洗浄手段は、前記立上り部分の途中位置から前記スプレーチャンバに向けて流される液体流又は気体流を提供することを特徴とする、請求項10に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 10, wherein the cleaning unit provides a liquid flow or a gas flow that flows toward the spray chamber from an intermediate position of the rising portion. 前記立上り部分は、水平面から45度以上の角度を成すことを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 5, wherein the rising portion forms an angle of 45 degrees or more from a horizontal plane. 前記小管部は、前記第2のガスの導入向きが、前記輸送管内を霧化された前記分析試料が輸送される向きに対して直角又は鈍角の角度を成すような向きとなるよう、前記輸送管に連結されることを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ分析装置。   The transport of the small tube portion is such that the direction in which the second gas is introduced is at a right angle or an obtuse angle with respect to the direction in which the analysis sample atomized in the transport tube is transported. The plasma analysis apparatus according to claim 5, wherein the plasma analysis apparatus is connected to a tube. 前記小管部は、前記輸送管とは別体の管状部材から構成されることを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 5, wherein the small pipe portion is formed of a tubular member separate from the transport pipe. 前記第2のガスの流量を制御する制御装置を備えることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 1, further comprising a control device that controls a flow rate of the second gas. 前記制御装置は、前記第1のガス及び前記第2のガスの総流量と両者の比とを合わせて制御することを特徴とする、請求項15に記載のプラズマ分析装置。   The plasma analysis apparatus according to claim 15, wherein the control device controls a total flow rate of the first gas and the second gas and a ratio thereof. 液体である分析試料を試料容器から吸い上げる工程と、吸い上げた分析試料を、スプレーチャンバに導入される第1のガスの少なくとも一部を用いて噴霧し、前記スプレーチャンバ内に霧化した分析試料を生成する工程と、前記霧化された分析試料を前記第1のガスとともに輸送してプラズマトーチへと導く工程と、前記プラズマトーチで前記霧化された分析試料をプラズマ状態にする工程と、プラズマの発光又はプラズマから取り出したイオンを検出して、元素の同定を行う工程とを有するプラズマ分析方法において、
前記霧化された分析試料を前記プラズマトーチへと導く工程は、前記第1のガスとは無反応の第2のガスを、前記輸送管の長さ方向の途中位置で前記輸送管内面の一側面から対向面に向かう気流を生じるようにして導入し、該気流の存在により霧化された前記分析試料の一部を途中位置で液滴に変えて前記輸送管の内面に付着させ、前記プラズマトーチに到達する前記分析試料の全量を減らす工程を含むことを特徴とするプラズマ分析方法。
A step of sucking up the analysis sample which is a liquid from the sample container, and spraying the sucked analysis sample using at least a part of the first gas introduced into the spray chamber, and atomizing the analysis sample into the spray chamber. A step of generating, a step of transporting the atomized analysis sample together with the first gas to lead to a plasma torch, a step of bringing the atomized analysis sample into a plasma state by the plasma torch, and plasma In a plasma analysis method comprising the step of detecting an ion extracted from plasma or detecting ions extracted from plasma and identifying an element,
The step of introducing the atomized analysis sample to the plasma torch includes a second gas that does not react with the first gas at a position halfway along the length of the transport pipe. Introducing the air flow from the side surface to the opposite surface, introducing a part of the analysis sample atomized by the presence of the air flow into a droplet at an intermediate position to adhere to the inner surface of the transport tube, the plasma A plasma analysis method comprising a step of reducing the total amount of the analysis sample reaching the torch.
前記第1のガスと前記第2のガスは、同成分のガスであることを特徴とする、請求項17に記載のプラズマ分析方法。   The plasma analysis method according to claim 17, wherein the first gas and the second gas are the same component gas. 前記霧化された分析試料をプラズマトーチへと導く工程は、さらに、生成された前記液滴を重力によって前記スプレーチャンバへと移動させる工程を含むことを特徴とする、請求項17に記載のプラズマ分析方法。   18. The plasma of claim 17, wherein the step of directing the atomized analytical sample to a plasma torch further comprises moving the generated droplets to the spray chamber by gravity. Analysis method. 前記霧化された分析試料をプラズマトーチへと導く工程は、前記輸送管の少なくとも一部を気流又は水流を用いて適時洗浄する工程を含むことを特徴とする、請求項19に記載のプラズマ分析方法。   The plasma analysis according to claim 19, wherein the step of introducing the atomized analysis sample to the plasma torch includes a step of cleaning at least a part of the transport pipe using an air flow or a water flow in a timely manner. Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101706436B (en) * 2009-12-02 2011-09-21 江苏天瑞仪器股份有限公司 Atomizing chamber of ICP spectrometer sampling system
CN102235977A (en) * 2010-03-29 2011-11-09 精工电子纳米科技有限公司 ICP analysis device and analysis method thereof
CN103900892A (en) * 2014-03-25 2014-07-02 北京元盛科仪科技有限责任公司 Aerosol diluting device

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