JP2021521459A - 分光計及びそれらを含む機器 - Google Patents

Abstract

本明細書では、エシェル回折格子及び垂直分散素子（クロスディスパーザ）を含む光学分光計、及びそのような光学分光計を含む機器の、ある特定の構成が説明されている。光学分光計は、提供された光の波長を空間的に分離させ、提供された光の各波長の検出または撮像を可能にするように構成される。改善された感度及び検出限界は、本明細書に記載される光学分光計を使用して達成されることができる。１つ以上の態様は、高速コリメータ及びマルチミラー非球面撮像素子を含むエシェル分光計に関する。本明細書に記載されるように、サンプルからの光は、サンプル導入装置に流体連通する誘導結合プラズマトーチを介して得られることができる。代替に、他の光源から光を受光することができる。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、２０１８年５月７日に出願された米国仮特許出願第６２／６６７，９７３号の優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に明示的に援用される。また、本出願は、２０１８年８月１０日に出願された米国特許出願第１６／１００，５８７号に優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に明示的に援用される。

本明細書では、光の１つ以上の波長を選択するために使用されることができる分光計のある特定の構成が記載されている。いくつかの例では、分光計は、より良い検出限界で広い波長範囲にわたって光分離を提供することができる。

分光計は、光のさまざまな波長を個々の波長に分離させるために使用されることができる。多くの分光計は、屈折及び／または反射構成要素を含む。スペクトル重複は、一般に観察され、精度を低下させ、検出限界を低下させ、そして不十分な撮像の解像度を提供する可能性がある。

ある特定の態様、構成、実施形態、ならびにそれらを含む光学分光計及び機器及びシステムの例が説明されている。

１つ以上の態様は、高速コリメータ及びマルチミラー非球面撮像素子を含むエシェル分光計に関する。本明細書に記載されるように、サンプルからの光は、サンプル導入装置に流体連通する誘導結合プラズマトーチを介して得られることができる。代替に、他の光源から光を受光することができる。

追加の態様、構成、実施形態及び例は、以下により詳細に説明される。

分光計のある特定の構成、及びそれらの構成要素は、添付の図面を参照して以下に説明される。

ある特定の例による、光学分光計の図解である。 ある特定の構成による、反射望遠鏡に存在するある特定の構成要素の図解である。 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、いくつかの例による、光学分光計の反射望遠鏡に存在することができるある特定の構成要素の図解である。 いくつかの実施形態による、光学分光計の図解である。 ある特定の実施形態による、発光機器の図解である。 いくつかの例による、誘導結合プラズマの図解である。 いくつかの例による、誘導結合プラズマの別の図解である。 いくつかの例による、ラジアルフィンを含む誘導装置の図解である。 ある特定の例による、光学分光計の図解である。

当業者は、本開示の利点を考えると、図中の構成要素の正確な配列、サイズ及び位置決めが、必ずしも一定の比率、または必要とされる比率ではないことを認識するであろう。１つの構成要素に対する別の構成要素の特定のサイズ及び角度は、構成要素、またはこの構成要素を含む光学分光計から所望の応答または出力を提供するために変化することができる。

相互に光学的に結合される複数の独立した光学素子を含む分光計のある特定の構成を以下に説明する。光学素子の正確なタイプ及び配列は分光計からの所望の光出力に応じて変えることができるが、この分光計は、ハウジング内に位置決めされ、相互に光学的に結合される２つ、３つ、４つ、５つまたはそれ以上の独立した光学素子を含むことができる。

以下のある特定の説明は、位置の参照のために「上流」及び「下流」という用語を参照する。第二光学素子の上流にある第一光学素子は、第二構成要素よりも入口スリットに光学的に近い。例えば、第一構成要素が第二構成要素の上流に位置決めされる場合、入射光は、第二構成要素に到達する前に第一構成要素に到達する。第一光学素子の下流にある第二光学素子は、第一構成要素よりも入口スリットから離れて光学的に遠い。例えば、第二構成要素が第一構成要素の下流に位置決めされる場合、入射光は、第二構成要素に到達する前に第一構成要素に到達する。これらの用語は、光学素子の正確な配列を、いずれか１つの説明された図に限定することが意図されないが、説明の明確さを高めるために使用される。

一態様では、誘導結合プラズマ発光機器が開示されている。ある特定の例では、この機器はサンプル導入装置を含む。他の例では、この機器はサンプル導入装置に流体連通するトーチを含む。いくつかの例では、この機器は、トーチ内に誘導結合プラズマを維持するために、トーチに高周波エネルギーを提供するように構成される誘導装置を含む。この機器は、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの全波長範囲にわたる光の波長を受光して選択するように構成される光学分光計を含むことができる。例えば、光学分光計は、入口スリットを含み、この入口スリットは、トーチ内の誘導結合プラズマに光学的に結合され、トーチ内の誘導結合プラズマ中の分析種からの発光を受光するように構成される。この光学分光計は、入口スリットに光学的に結合されるコリメータを含む。光学分光計は、エシェル回折格子を含み、このエシェル回折格子は、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成される。光学分光計は、ダブルパス光分散素子を含み、このダブルパス光分散素子は、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子から分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成される。光学分光計は、反射トリプレット望遠鏡を含み、この反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合され、ダブルパス光分散素子から垂直分散光を受光するように構成され、反射トリプレット望遠鏡は、分析種から受光した発光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成され、反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にする。また、分光計は検出器を含み、この検出器は光学分光計に光学的に結合され、空間的に分離している提供された光の１つ以上の波長を受光するように構成されることができる。

いくつかの例では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、ダブルパス反射型プリズムを含む。他の例では、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、この１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む。いくつかの構成では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含む。いくつかの構成では、１次ミラーは凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは凹状非球形の双曲面を含む。

いくつかの例では、コリメータは軸外し放物面を含む。ある特定の例では、コリメータのｆ＃は３であり、コリメータの軸外し角は１４度である。他の例では、コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである。いくつかの例では、回転対称の非球面は、１２次の回転対称の非球面である。ある特定の実施形態では、エシェル回折格子は、６２度のブレーズ角、及び７９本／ｍｍの刻線密度を有する。

ある特定の構成では、光学分光計のスペクトル分解能は２２０ｎｍで約０．００６ｎｍである。

他の構成では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、グリズム、ダブルパス反射型グリズム、ダブルパス反射型プリズム、屈折型プリズム、反射型回折格子または屈折型回折格子を含む。

いくつかの例では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、ダブルパス反射型プリズムを含み、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含み、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、１２次の回転対称の非球面を含む。

他の例では、１次ミラーはダブルパス光分散素子に光学的に結合される凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは１次ミラーの凹状非球形の双曲面に光学的に結合される凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは２次ミラーの凸状非球形の楕円面に光学的に結合される凹状非球形の双曲面を含む。

いくつかの例では、検出器は、電荷結合素子カメラまたは相補型金属酸化膜半導体検出器を含む。

他の例では、誘導装置は、誘導コイルまたはプレート電極として構成される。

いくつかの例では、分光計は、誘導装置に電気的に結合される高周波発生器を含む。

ある特定の構成では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つまたは２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。

別の態様では、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの波長範囲内の光の波長を受光して選択するように構成される光学分光計が記載されている。いくつかの構成では、光学分光計は、光を受光するように構成される入口スリット、入口スリットに光学的に結合されるコリメータ、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子からの分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成されるダブルパス光分散素子、及びダブルパス光分散素子に光学的に結合され、ダブルパス光分散素子から垂直分散光を受光するように構成される反射トリプレット望遠鏡を含む。例えば、反射トリプレット望遠鏡は、受光した光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成されることができ、反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にする。

ある特定の例では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、ダブルパス反射型プリズムを含む。他の例では、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、この１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む。いくつかの例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含む。ある特定の構成では、１次ミラーは凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは凹状非球形の双曲面を含む。他の例では、コリメータは軸外し放物面を含む。いくつかの例では、コリメータのｆ＃は３であり、コリメータの軸外し角は１４度である。他の例では、コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである。いくつかの実施形態では、回転対称の非球面は、１２次の回転対称の非球面である。いくつかの例では、エシェル回折格子は、６２度のブレーズ角、及び７９本／ｍｍの刻線密度を有する。

ある特定の実施形態では、光学分光計のスペクトル分解能は、２２０ｎｍで約０．００６ｎｍである。

他の実施形態では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、グリズム、ダブルパス反射型グリズム、ダブルパス反射型プリズム、屈折型プリズム、反射型回折格子または屈折型回折格子を含む。

いくつかの例では、光学分光計のダブルパス光分散素子は、ダブルパス反射型プリズムを含み、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含み、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、１２次の回転対称の非球面を含む。

他の例では、１次ミラーはダブルパス光分散素子に光学的に結合される凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは１次ミラーの凹状非球形の双曲面に光学的に結合される凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは２次ミラーの凸状非球形の楕円面に光学的に結合される凹状非球形の双曲面を含む。

いくつかの例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。他の例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、非球面形状を有する。ある特定の例では、３次ミラーは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。

他の例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有し、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、非球面形状を有する。

別の態様では、誘導結合プラズマ発光機器は、サンプル導入装置、サンプル導入装置に流体連通するトーチ、トーチに高周波エネルギーを提供してトーチ内の誘導結合プラズマを維持するように構成される誘導装置、及び約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの全波長範囲にわたる光の波長を受光して選択するように構成される光学分光計を含む。いくつかの構成では、光学分光計は、入口スリットを含み、この入口スリットは、トーチ内の誘導結合プラズマに光学的に結合され、トーチ内の誘導結合プラズマ中の分析種からの発光を受光するように構成される。他の構成では、光学分光計は、入口スリットに光学的に結合されるコリメータを含む。いくつかの実施形態では、光学分光計は、エシェル回折格子を含み、このエシェル回折格子は、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成される。追加の例では、光学分光計は、光分散素子を含み、この光分散素子は、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子から分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成される。ある特定の例では、光学分光計は、反射トリプレット望遠鏡を含み、この反射トリプレット望遠鏡は、光分散素子に光学的に結合され、光分散素子から垂直分散光を受光するように構成される。例えば、反射トリプレット望遠鏡は、複数の独立した別個の回転対称の非球面を含む。反射トリプレット望遠鏡は、分析種から受光した発光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成されることができる。反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にすることができる。また、分光計は検出器を含み、この検出器は光学分光計に光学的に結合され、空間的に分離された１つ以上の提供された光の波長を受光するように構成されることができる。

ある特定の例では、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む。例えば、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含む。いくつかの例では、１次ミラーは凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは凹状非球形の双曲面を含む。他の例では、コリメータは軸外し放物面を含む。ある特定の例では、コリメータのｆ＃は３であり、コリメータの軸外し角は１４度である。いくつかの実施形態では、コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである。

いくつかの例では、複数の独立した別個の回転対称の非球面は、１２次の回転対称の非球面である。

ある特定の構成では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つまたは２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有し、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状以外の形状を有する。いくつかの例では、３次ミラーは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。

追加の態様では、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの全波長範囲にわたる波長を受光して選択するように構成される光学分光計が記載されている。いくつかの構成では、光学分光計は、光を受光するように構成される入口スリット、入口スリットに光学的に結合されるコリメータ、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子から分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成される光分散素子、及び光分散素子に光学的に結合され、光分散素子から垂直分散光を受光するように構成される反射トリプレット望遠鏡を含む。いくつかの例では、反射トリプレット望遠鏡は、複数の独立した別個の回転対称の非球面を含む。反射トリプレット望遠鏡は、受光した光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成されることができる。反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にすることができる。

いくつかの例では、反射トリプレット望遠鏡は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む。他の例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含む。いくつかの例では、１次ミラーは凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは凹状非球形の双曲面を含む。他の例では、コリメータは軸外し放物面を含む。いくつかの例では、コリメータのｆ＃は３であり、コリメータの軸外し角は１４度である。他の実施形態では、コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである。

ある特定の例では、複数の独立した別個の回転対称の非球面は、それぞれ１２次の回転対称の非球面である。

いくつかの例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つまたは２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有し、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状以外の形状を有する。他の例では、３次ミラーは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。

別の態様では、誘導結合プラズマ中の複数の分析種の発光から生成される複数の光波長を含む発光を受光し、選択された光の波長を検出器に提供するように構成される光学分光計が記載される。いくつかの構成では、光学分光計は、複数の光波長を含む発光を受光するように構成される入口スリットと、入口スリットに光学的に結合され、複数の光波長を含む受光した発光を分散させるように構成される第一光学手段と、第一光学手段に光学的に結合され、第一光学手段から分散した発光を受光するように構成されるダブルパス光分散手段であって、第一光学手段から受光する分散した発光を垂直分散させるように構成されるダブルパス光分散手段と、第二光学手段に光学的に結合される望遠鏡手段であって、相互に光学的に結合され、受光した複数の光波長において光の１つ以上の波長を提供するように合わせて構成される複数の反射光学素子を含む望遠鏡手段とを備え、望遠鏡手段によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にする。

ある特定の例では、望遠鏡手段は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む。他の例では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含む。いくつかの例では、１次ミラーは凹状非球形の双曲面を含み、２次ミラーは凸状非球形の楕円面を含み、３次ミラーは凹状非球形の双曲面を含む。

ある特定の例では、第一光学手段は軸外し放物面のコリメータを含む。いくつかの実施形態では、コリメータのｆ＃は３であり、コリメータの軸外し角は１４度である。他の例では、コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである。

いくつかの例では、複数の反射光学素子のそれぞれは、回転対称の非球面を含む。いくつかの例では、回転対称の非球面のそれぞれは、１２次の回転対称の非球面である。

他の構成では、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つまたは２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有し、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状以外の形状を有する。いくつかの実施形態では、３次ミラーは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する。

別の態様では、イオン化装置内の分析種の同時発光を検出する方法が提供される。この方法は、同時発光において発光した各波長を空間的に分離させ、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの波長範囲にわたる各分析種の検出を可能にすることを含むことができる。

ある特定の例では、この方法は、コリメータ、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子から分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成される光分散素子、及び光分散素子に光学的に結合され、光分散素子から垂直分散光を受光するように構成される反射トリプレット望遠鏡を含む光学分光計に同時発光を提供することを備え、反射トリプレット望遠鏡は、複数の独立した別個の回転対称の非球面を有し、反射トリプレット望遠鏡は、分析種から提供された発光において光の１つ以上の波長を提供するように構成され、反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にする。

いくつかの例では、この方法は、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含むように反射トリプレット望遠鏡を構成することを備える。他の例では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのそれぞれが回転対称の非球面を含むように構成することを備える。いくつかの例では、この方法は、１次ミラーが凹状非球形の双曲面を含むように構成すること、２次ミラーが凸状非球形の楕円面を含むように構成すること、及び３次ミラーが凹状非球形の双曲面を含むように構成することを備える。ある特定の例では、光学分光計のスペクトル分解能は、２２０ｎｍで約０．００６ｎｍである。他の例では、この方法は、回転対称の非球面がそれぞれ１２次の回転対称の非球面であるように構成することを含む。

いくつかの構成では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つがフリーフォームの回転非対称の表面形状を有するように構成することを含む。他の構成では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つが非球面形状を有するように構成することを含む。いくつかの例では、この方法は、３次ミラーがフリーフォームの回転非対称の表面形状を有するように構成することを含む。

ある特定の例では、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍの波長範囲の光の複数の波長を受光し、光の各波長を空間的に分離させて少なくとも０．０１ｎｍのスペクトル分解能を提供するように構成される光学分光計が記載されている。いくつかの構成では、光学分光計は、複数の別個の光学素子を含む。例えば、第一光学素子は、光の複数の波長を受光して、受光した光の複数の波長を分散させるように構成されることができる。第二光学素子は、第一光学素子に光学的に結合されることができ、第一光学素子から分散した光の複数の波長を受光し、分散した光の複数の波長を垂直分散させるように構成されることができる。第三光学素子は、第二光学素子に光学的に結合されることができる。第三光学素子は、少なくとも１つの回転対称の非球面を含む。第三光学素子は、第二光学素子から垂直分散した光の複数の波長を受光し、受光している垂直分散した光の複数の波長を空間的に分離させ、光の複数の波長において光の各波長の検出を可能にするように構成されることができる。

ある特定の構成では、図１を参照して、光学分光計の一般的な概略図を示す。光学分光計１００は、相互に光学的に結合される２つ以上の光学素子１１５、１２０を含むハウジング１１０を備える。ハウジング１１０は、入口スリット１１２及び出口スリット１１４を含む。光入力、例えば、複数の異なる波長を含む光は、入口スリット１１２を通してハウジング１１０に入ることができる。光学素子１１５、１２０（及び任意選択で示されていない他の光学素子）は、入射光入力１１１に１つ以上の光学操作を実行し、出口スリット１１４を通して結果として生じる光出力１２１を提供することができる。典型的な操作では、約１６５ｎｍから約９５０ｎｍまで変化する複数の波長範囲を含む入射光は、第一光学素子１１５に入射することができる。ハウジング１１０内のさまざまな光学素子は、光を個々の波長に分離させることができるので、入射光ビームに存在する波長にスペクトル重複がない、または最小限である。分離した光の各波長は、分光計１００の出口スリット１１４に光学的に結合される検出器（例えば、以下の図５に示される検出器５４０）に入射することができる。以下でさらに述べられるように、入射光ビームに存在するすべての波長の同時検出が検出されるような検出器を選択することができる。必要に応じて、波長及び強度の両方を測定して、発光することができるさまざまな分析種の定量化を可能にすることができる。

本明細書に記載されるさまざまな構成では、入口スリット及び出口スリットの高さ及び幅は変化することができ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。いくつかの例では、入口スリット及び出口スリットのそれぞれのスリット高さは、約５０ミクロンから約５００ミクロンまで独立して変化することができ、２００ｎｍ未満の波長が検出される場合、通常、約３５０〜４００ミクロンのスリット高さが選択される。入口スリット及び出口スリットのそれぞれのスリット幅は、約５ミクロンから約５０ミクロンまで独立して変化することができ、約１０〜３０ミクロンのスリット幅が典型的には使用される。

ある特定の例では、分光計は、反射トリプレット望遠鏡または撮像素子を含むことができる。図２を参照して、反射トリプレット望遠鏡または撮像素子（総称して２１０）が示されている。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、反射トリプレット望遠鏡２１０は、入射光ビームに存在する、例えば１つ以上の分析種から受光した発光に存在する、光の１つ以上の波長を提供するように構成される。反射トリプレット望遠鏡は、入射光ビームまたは光入力に存在する光の各波長の検出を可能にするために、光の１つ以上の波長を光の他の波長から空間的に分離させるように少なくとも部分的に設計されている。例えば、空間的に分離した光の波長を２次元検出器に提供し、検出器によって検出される値を使用して画像を再構成することを可能にすることができる。ある特定の例では、反射トリプレット望遠鏡２１０は、第二光学素子２１４に光学的に結合される第一光学素子２１２を含む。第二光学素子２１４は、第三光学素子２１６に光学的に結合される。光学素子２１２、２１４及び２１６の正確な位置決め及び角度は、光学素子２１２、２１４及び２１６のそれぞれの正確な構成に応じて変化する（以下でより詳細に考察されるように）ことができる。いくつかの例では、光学素子２１２、２１４及び２１６のうちの１つは、例えばミラーなどの反射光学素子として構成されることができる。いくつかの例では、光学素子２１２、２１４及び２１６のうちの２つは、例えばミラーなどの反射光学素子として構成されることができ、２つの反射光学素子は必要に応じて同じである、または異なる。いくつかの例では、３つの光学素子２１２、２１４及び２１６のすべては、例えばミラーなどの反射光学素子として構成されることができ、３つの反射光学素子は必要に応じて同じである、または異なる。

ある特定の例では、光学素子２１２、２１４及び２１６のそれぞれの表面は、非球面形状、回転対称の非球面形状、非球形の双曲面形状、及び／または凸状非球形の楕円面形状を含むがこれらに限定されない、異なる形状、及びさまざまな構成をとることができる。いずれか１つの構成に拘束されることを望まないが、分光計内の１つ以上の光学素子についての非球面の使用により、分光計の全体的なサイズが縮小し、コストが削減され、その性能が向上することができる。同様に、さまざまな光学素子２１２、２１４、２１６の正確な曲率は変化することができる。いくつかの例では、中央の光学素子２１４は凸状の光学素子であることができ、光学素子２１２、２１６の一方または両方は凹状の光学素子であることができる。例えば、中央の光学素子２１４は凸状の非球面を含むことができ、光学素子２１２、２１６の一方または両方は凹状の非球面を含むことができる。ある特定の構成では、反射トリプレット望遠鏡２００の中央の光学素子２１４は凸状非球形の楕円面を含むことができ、光学素子２１２、２１６は同じであってもよいし、異なっていてもよい凹状非球形の双曲面を含むことができる。光学素子２１２、２１４及び２１６が回転対称の非球面を含む場合、非球面の正確な次数は独立して、例えば、２次から１２次に変化することができ、いくつかの例では、光学素子２１２、２１４及び２１６のそれぞれについて１２次が選択される。

ある特定の例では、凹状非球形の双曲面が存在する１次ミラーの正確な構成を決定するために、式１を使用することができる。

式中、ｚは表面のサグ、ｃは表面の曲率、ｒは半径、ｒ^ｉはｉ乗の半径、ｋは円錐定数、ａ項は非球面係数である。第一光学素子２１２の正確な寸法は、例えば直径では約１４０〜１８０ｍｍとさまざまであることができる。凸状非球形の楕円面が存在する２次ミラーの正確な構成を決定するには、式１を使用することができる。第二光学素子２１４の正確な寸法は、例えば直径では約８０〜１００ｍｍとさまざまであることができる。凹状非球形の双曲面が存在する３次ミラーの正確な構成を決定するには、式１を使用することができる。第三光学素子２１６についての例示的な寸法は、高さでは約１５０〜１７０ｍｍ、幅では約１５０〜１７０ｍｍとさまざまであることができる。

ある特定の実施形態では、光学素子２１２、２１４及び２１６のうちの１つは、非対称の表面形状以外の表面形状を有することができる。例えば、いくつかの例では、光学素子２１６はフリーフォームの表面形状を有し、光学素子２１２、２１４はフリーフォームの表面形状以外の表面形状を有する。他の例では、光学素子２１６はフリーフォームの表面形状を有し、光学素子２１２、２１４のうちの一方はフリーフォームの表面形状を有し、光学素子２１２、２１４の他方はフリーフォームの表面形状以外の表面形状を有する。例えば、光学素子２１２、２１４及び２１６のうちの１つまたは２つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有することができ、光学素子２１２、２１４及び２１６のうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状以外の表面形状を有することができる。いくつかの例では、光学素子２１６はフリーフォームの回転非対称の表面形状を有し、その他の２つの光学素子はフリーフォームの回転非対称の表面形状以外の表面形状を有する。例示的なフリーフォームの回転非対称の表面形状、及び他の表面形状は、例えば、米国特許第８，６１６，７１２号、米国特許第２００６０２６８２８２号、及び米国特許第６，３１３，９５１号に記載されており、参照により本明細書に援用される。

ある特定の構成では、３つの光学素子２１２、２１４及び２１６が反射トリプレット望遠鏡２１０に存在するものとして示されているが、必要に応じて、追加の光学素子もまた存在することができる。例えば、反射望遠鏡は、相互に光学的に結合される４つの光学素子、相互に光学的に結合される５つの光学素子、または相互に光学的に結合される６つの光学素子を含むことができる。追加の光学素子及び構成要素は、必要に応じて、その他の光学素子のいずれか１つ以上の間に位置決めされることができる。

ある特定の例では、反射望遠鏡の第一光学素子は、図３Ａ（側面図）及び図３Ｂ（正面図）に示されるものと同様の非球面を含むことができる。光学素子３１０は、入射光に光学操作を実行するために、例えば所望の角度で光を反射するために使用されることができる反射面３１２を含む。光学素子３１０を製造するために使用される正確な材料は変えることができ、例示的な材料は、アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ゼロデュア（ｚｅｒｏｄｕｒ）、及び３Ｄプリント可能金属を含むが、これらに限定されない。表面３１２は、所望の形状及び／または光学特性を提供するために、必要に応じて、研磨加工される、ニッケルめっき加工後に研磨加工される、またはその他の方法で処理されることができる。いくつかの例では、表面３１２は、フリーフォーム面、非球面、対称表面、または非対称表面を含む。図３Ａにおける特定の表現は、凹状非球形の双曲面を示すが、本明細書に記載されているように、代替に他の表面形状を使用することができる。

ある特定の構成では、反射望遠鏡の第二光学素子（第一光学素子３１０の下流に位置決めされる）は、図３Ｃ（側面図）及び図３Ｄ（正面図）に示されるものと同様の非球面を含むことができる。第二光学素子３２０は、入射光に光学操作を実行するために、例えば所望の角度で光を反射するために使用されることができる反射面３２２を含む。光学素子３２０を製造するために使用される正確な材料は変えることができ、例示的な材料は、アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ｚｅｒｏｄｕｒ、及び３Ｄプリント可能金属を含むが、これらに限定されない。表面３２２は、所望の形状及び／または光学特性を提供するために、必要に応じて、研磨加工される、ニッケルめっき加工後に研磨加工される、またはその他の方法で処理されることができる。いくつかの例では、表面３２２は、フリーフォーム面、非球面、対称表面、または非対称表面を含む。図３Ｃにおける特定の表現は、凸状非球形の楕円面を示すが、本明細書に記載されているように、代替に他の表面形状を使用することができる。

ある特定の構成では、反射望遠鏡の第三光学素子（第二光学素子３２０の下流に位置決めされる）は、図３Ｅ（側面図）及び図３Ｆ（正面図）に示されるものと同様の非球面を含むことができる。第三光学素子３３０は、入射光に光学操作を実行するために、例えば所望の角度で光を反射するために使用されることができる反射面３３２を含む。光学素子３３０を製造するために使用される正確な材料は変えることができ、例示的な材料は、アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ｚｅｒｏｄｕｒ、及び３Ｄプリント可能金属を含むが、これらに限定されない。表面３３２は、所望の形状及び／または光学特性を提供するために、必要に応じて、研磨加工される、ニッケルめっき加工後に研磨加工される、またはその他の方法で処理されることができる。いくつかの例では、表面３３２は、フリーフォーム面、非球面、対称表面、または非対称表面を含む。図３Ｅにおける特定の表現は、凹状非球形の双曲面を示すが、本明細書に記載されているように、代替に他の表面形状を使用することができる。示されていないが、第三光学素子３３０は、通常、下流の検出器に光学的に結合され、光学分光計から検出器に光を提供する。

ある特定の構成では、追加の光学素子は、反射トリプレット望遠鏡に存在する光学素子と組み合わせて使用されることができる。図４を参照して、分光計に存在するある特定の光学素子のブロック図を示す。分光計４００は、コリメータ４１０に光学的に結合される入口スリット４０５を含む。コリメータ４１０は、回折格子４２０に光学的に結合される。回折格子４２０は、分散素子４３０に光学的に結合される。分散素子は、反射トリプレット望遠鏡４４０に光学的に結合される。反射トリプレット望遠鏡４４０は、必要に応じて、検出器の入口（または任意選択の出口スリット４４５）に光学的に結合され、分光計４００から下流の検出器に光出力を提供することができる。これらの構成要素のそれぞれを以下でより詳細に考察する。

ある特定の例では、分光計４００に存在するコリメータ４１０は、入口スリット４０５を通して受光する入射光入力４０２、例えば入射光ビームを絞るように構成される。例えば、光が入口スリット４０５を通って分光計４００に入るときに、この光は、コリメータ４１０の入射面に対して異なる方向または角度で進行している。コリメータ４１０は、発散光を平行な光ビームに効率的に変換することができる。コリメータ４１０は、コリメータ４１０によって提供される光が一般にコリメータ４１０から所望の距離で、平行である、またはアライメントを取る、または集束するようになるような、光出力（例えば、光４１２）を提供するように設計されることができる。コリメータ４１０の正確な構成は変えることができるが、いくつかの例では、コリメータは、軸外し放物面などの放物面の形態をとることができる。例えば、軸外し放物面は、入射光を下流の構成要素に集束させることができる。コリメータ４１０と下流の構成要素との間の距離及び角度に応じて、コリメータ用に選択される正確なｆ値（ｆ＃）及び軸外し角は変化することができ、例えば、ｆ＃は１から１０まで、もしくは２から８まで変化することができる、または２、３もしくは４、もしくはこれらの値の間の任意の数とさまざまであることができる。コリメータ４１０の軸外し角は、通常、３０度未満、例えば、２０度以下または１５度以下である。コリメータ４１０の焦点距離は、約２００ｍｍから約１５００ｍｍまで変化することができ、２５０〜３００ｍｍの範囲の値は、本明細書に記載されている光学分光計に典型的である。

ある特定の実施形態では、コリメータ４１０から提供される光４１２は、回折格子４２０に提供されることができる。使用される正確な回折格子は異なる場合があるが、通常、回折格子はエシェル回折格子である。いずれかの特定の構成に拘束されることを望まないが、エシェル回折格子は、低い刻線密度を有するが、高い入射角で使用するように構成される刻線形状を有する。光のさまざまな波長の向上した空間的分離を提供するために、エシェル回折格子をその他の構成要素と組み合わせて使用して、より高い回折次数を得ることができる。典型的なエシェル回折格子では、回折した光の波長とほぼ同じ幅を有する複数のスリットが存在する。反射型回折格子を用いて、光の大部分を対象となる所望の方向（及び特定の回折次数）に散乱させるように、反射部を傾ける（ブレーズ加工する）ことができる。光の複数の波長について、同じ一般的な結果が起こるが、より高次のより長い波長がより短い波長の次の次数（複数可）と重複する可能性がある。エシェル回折格子では、この挙動は意図的に選択され、ブレーズは複数の重複する、より高い次数について最適化される。エシェル回折格子から得られる光出力は、異なるが重複する波長範囲を有するストライプを含む。下流の光学素子を使用して、エシェル回折格子の回折面に垂直な方向に空間的分離を提供し、分光計が受光した入射光入力に存在する光の各波長の検出を可能にすることができる。使用される正確なブレーズ角は、分光計のシステムレベルの仕様に依存することができ、例示的なブレーズ角は、約４０度から約９０度、例えば、約６０度から約６５度を含むが、これらに限定されない。回折格子４２０上に存在する刻線密度もまた、約１０本／ｍｍから約１００本／ｍｍまで変化することができ、７５〜８５本／ｍｍにおける値を本明細書に記載の分光計で通常使用する。

ある特定の例では、回折格子４２０から提供される光出力４２２は、光の波長をさらに分散させる、または空間的に分離させるために、下流の光分散素子４３０に提供されることができる。必要に応じて、分散素子４３０は、代替に、回折格子４２０の上流に、例えば、コリメータ４１０と回折格子４２０との間に位置決めされ、プレディスパーザとして機能することができる。他の例では、第一分散素子はコリメータ４１０と回折格子４２０との間に位置決めされることができ、第二分散素子は回折格子４２０の下流にあることができる。分散素子４３０は、光出力４３２、例えば垂直分散光を下流の光学コンポーネントに、例えば反射トリプレット望遠鏡の第一光学素子に提供するように構成されることができる。分散素子４３０の正確な構成は変えることができるが、例示的な構成は、屈折型プリズム、ダブルパス反射型プリズム、ダブルパス屈折型プリズム、反射型回折格子、屈折型回折格子、グリズム、ダブルパス反射型グリズムまたは他の光学素子を含むが、これらに限定されない。多くの異なる光学素子が分散素子４３０に使用されることができるにもかかわらず、分散素子４３０は、反射トリプレット望遠鏡４４０の第一光学素子に垂直分散光を含む光出力を一般に提供する。分散素子４３０から提供される光の光出力角度は、分散素子４３０に入射する光の角度に対して、直角、ほぼ直角、または直角未満であることができ、例えば、入射光と提供された光との間の角度は、約０度から約１８０度の間であることができる。反射トリプレット望遠鏡４４０は、本明細書に記載されているこれらの図と同様に構成されることができる。反射トリプレット望遠鏡４４０は、出口スリット４４５を介して、光学分光計４００に光学的に結合される検出器（図示せず）に光出力４４２を提供する。

ある特定の例では、本明細書に記載されている光学分光計は、発光機器に使用されることができる。発光（ＯＥＳ）機器のある特定の構成要素のブロック図を図５に示す。ＯＥＳ装置５００は、サンプル導入装置５１０、イオン化装置５２０、光学分光計５３０、及び検出器または検出装置５４０を含む。サンプル導入装置５１０は、インジェクター、キャピラリーチュービング、イオン化装置５２０中への導入のために液体試料をエアロゾル化するネブライザーなどの多くの形態をとることができる。ネブライザーが使用される場合、ネブライザーは、クロスフローネブライザー、同心ネブライザー及びマイクロフローネブライザーを含む多くの形態をとることができる。インジェクターが使用される場合、インジェクターは、針、キャピラリー、または小さなオリフィスを含む他のチュービングの形態をとることができる。本開示の利点を考慮して、追加のサンプル導入装置が当業者によって選択されるであろう。例えば、超音波パルス液体送達装置、液滴生成器または微小液滴生成器もまた、サンプル導入装置として、またはこれらのサンプル導入装置によって使用されることができる。さらに、ネブライザー（または他のサンプル導入装置）は、１つ以上の上流装置または機器、例えば、液体クロマトグラフィー装置、キャピラリー電気泳動装置、セルソーター、細胞ハンドリング装置などにハイフンでつながれることができる。イオン化装置５２０は、図６〜８に示されるような１つ以上の構成要素、またはイオン源を提供する、もしくは維持することができる他の装置及び構成要素を含むことができる。検出器または検出装置５４０は、多くの形態をとることができ、発光５２５などの発光を検出することができる任意の適切な装置であることができる。例えば、検出器５４０は、レンズ、ミラー、プリズム、窓、バンドパスフィルタなどのような適切な光学系を含むことができる。検出器５４０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどのカメラ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、または他のタイプの検出器としても構成されることができる。検出器５４０は、紫外線、可視光、近及び遠赤外線などを含むがこれらに限定されない広い波長範囲にわたる発光波長を検出するように構成されることができる。本明細書に記載されるように、検出器は、さまざまな発光波長を表す２次元画像を提供するために使用されることができる。ＯＥＳ装置５００は、マイクロプロセッサ及び／またはコンピュータなどの適切な電子機器と、所望の信号を提供するのに、及び／またはデータ取得に適している回路とをさらに含むことができる。適切な追加のデバイス及び回路は、当該技術では既知であり、例えば、Ｏｐｔｉｍａ２１００ＤＶシリーズ、Ｏｐｔｉｍａ５０００ＤＶシリーズＯＥＳ装置、Ｏｐｔｉｍａ８０００、もしくは８３００シリーズＯＥＳ装置などの市販のＯＥＳ装置、またはＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＡｖｉｏ２００及びＡｖｉｏ５００ＯＥＳ装置に見いだされることができる。光学分光計５３０は、本明細書に記載されている光学分光計のいずれかとして構成されることができる。本開示の利点を考慮すると、既存のＯＥＳ装置に本明細書に開示される光学分光計を取り付け、本明細書に開示されるスプレーチャンバを使用して新しいＯＥＳ装置を設計することも当業者の能力の範囲内である。ＯＥＳ装置は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＡＳ９０及びＡＳ９３オートサンプラーなどのオートサンプラー、または他の供給元から入手できる同様のデバイスをさらに含むことができる。

ある特定の実施形態では、イオン化装置５２０の正確な性質は変化することができ、例示的なタイプのイオン化装置５２０は、サンプル、例えば、無機材料または有機材料を含むサンプルをイオン化する、及び／または噴霧化することができる、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波誘導プラズマ、低流量プラズマ、アーク、スパーク、火炎及び他の高温または高エネルギー源を含むが、これらに限定されない。ある特定の例では、イオン化装置５２０は、１つ以上のトーチ、及び１つ以上の誘導装置を含むことができる。イオン化装置のある特定の構成要素は、図６〜図８に示されている。例示的な誘導装置及びトーチは、例えば、米国特許第９，４３３，０７３号及び第９，３６０，４０３号に記載されており、その開示全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。図６を参照して、誘導装置または誘導コイル６２０と組み合わせたトーチ６１０を含む装置が示されている。誘導コイル６２０は、典型的には、高周波発生器（図示せず）に電気的に結合されて、高周波エネルギーをトーチ６１０に提供し、誘導結合プラズマ６５０を維持する。サンプル導入装置は、サンプルをエアロゾル化し、それをプラズマ６５０に提供する。サンプル中の金属種は、プラズマ６５０によってイオン化され、または噴霧化され、励起されることができ、励起された種からの発光は、本明細書に記載の光学分光計を使用して分離した後、検出器を使用して検出されることができる。

代替の構成では、誘導コイル６２０を１つ以上のプレート電極と交換することができる。例えば、図７を参照して、第一プレート電極７２０及び第二プレート電極７２１は、トーチ７１０を受容することができるアパーチャを含むものとして示されている。例えば、トーチ７１０は、プレート電極７２０、７２１を含む誘導装置の、ある領域内に置かれることができる。プラズマまたは他のイオン／噴霧源７５０、例えば、誘導結合プラズマなどは、トーチ７１０、及びプレート電極７２０、７２１からの誘導エネルギーを使用して維持されることができる。高周波発生器７３０は、プレート電極７２０、７２１のそれぞれに電気的に結合されるものとして示されている。必要に応じて、代替に単一プレート電極のみを使用することができる。典型的な構成では、ネブライザーは、トーチ７１０に流体的に結合され、プラズマ７５０に液体を提供する。サンプル中の金属種は、プラズマ７５０によってイオン化され、または噴霧化され、励起されることができ、励起された種からの発光は、本明細書に記載されるような光学分光計を使用して分離した後、検出器を使用して検出されることができる。

他の構成では、代替に１つ以上のラジアルフィンを含む誘導装置を、本明細書に記載される光学分光計と組み合わせて使用することができる。図８を参照して、デバイスまたはシステムは、少なくとも１つのラジアルフィン、及び１つのトーチ８１０を含む誘導コイル８２０を備えることができる。プラズマ、または他のイオン／噴霧源（図示せず）、例えば、誘導結合プラズマなどは、トーチ８１０、及び放射状フィン付き誘導装置８２０からの誘導エネルギーを使用して維持されることができる。高周波発生器（図示せず）を誘導コイル８２０に電気的に結合して、トーチ８１０に高周波エネルギーを提供することができる。サンプル導入装置は、サンプルをエアロゾル化し、それをプラズマに提供することができる。サンプル中の金属種は、プラズマによってイオン化され、または噴霧化され、励起されることができ、励起された種からの発光は、本明細書に記載されるような光学分光計を使用して分離した後、検出器を使用して検出されることができる。

他の例では、１つ以上の容量装置、例えば、容量性コイルまたは容量性プレートなどを、本明細書に記載される光学分光計と組み合わせて使用することができる。プラズマまたは火炎などの噴霧／イオン源を維持するためにトーチにエネルギーを提供することができる、さらに２つ以上の誘導装置、容量装置または他の装置もまた、本明細書に記載される光学分光計と組み合わせて使用されることができる。

ある特定の例では、光学分光計５３０は多くの異なる構成をとることができ、１つの図が図９に示されている。光学分光計９００は、入口スリット９１０、コリメータ９２０、エシェル回折格子９３０、クロスディスパーザ９４０、反射望遠鏡の１次光学素子９５０、反射望遠鏡の２次光学素子９６０、反射望遠鏡の３次光学素子９７０、及び検出器９８０を含む。必要に応じて、代替にクロスディスパーザ９４０を、コリメータ９２０とエシェル回折格子９３０との間にプレディスパーザとして位置決めすることができる。本明細書に記載されるように、光学分光計９００は、光入力中の光の波長、例えば、トーチ中の分析種からの入射発光に存在する光の波長を空間的に分離させ、検出のための光出力を提供するように構成されることができる。いくつかの例では、光出力は、例えば２次元表現として撮像されることができ、サンプル中に存在する分析種のそれぞれの量を決定するために使用されることができる。

ある特定の例では、本明細書に記載される機器は、プロセッサを含む、または使用することができ、このプロセッサは、機器の一部分であることができる、または機器によって使用される、例えばコンピュータ、ラップトップ、モバイルデバイスなどの関連デバイスに存在することができる。例えば、プロセッサは、検出器が受光するさまざまな分析物の発光を表す画像を提供する、または構築するために使用されることができる。これらのようなプロセスは、ユーザの介入を必要とせずに、プロセッサによって自動的に実行されることができる。例えば、プロセッサは、１つ以上の検量線に加えて信号強度を使用して、サンプル中に存在する各分析物の量を決定することができる。ある特定の構成では、プロセッサは、システムを操作するための、例えば、イオン化装置、検出器などを制御するための、マイクロプロセッサ及び／または適切なソフトウェアなどを含む、１つ以上のコンピュータシステム及び／または一般的なハードウェア回路に存在することができる。いくつかの例では、検出器自体は、さまざまな分析種の検出を可能にするために、それぞれ独自のプロセッサ、オペレーティングシステム、及び他の特徴を含むことができる。プロセッサは、システムに統合される場合もあれば、システムのコンポーネントに電気的に結合される１つ以上のアクセサリボード、プリント回路基板、またはコンピュータに存在する場合もある。プロセッサは通常、１つ以上のメモリユニットに電気的に結合され、システムのその他のコンポーネントからデータを受信し、必要に応じて、または要望通りに、さまざまなシステムパラメータの調整を可能にする。プロセッサは、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｉｎｔｅｌ ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）タイプのプロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＰｏｗｅｒＰＣ、Ｓｕｎ ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ＰＡ−ＲＩＳＣプロセッサ、またはいずれかの他のタイプのプロセッサに基づくものなどの汎用コンピュータの一部であることができる。任意のタイプのコンピュータシステムのうちの１つ以上は、技術のさまざまな実施形態に従って使用されることができる。さらに、システムは、単一のコンピュータに接続されることができる、または通信ネットワークによって接続される複数のコンピュータ間に分散することができる。ネットワーク通信を含む他の機能が実行されてもよく、本技術がいずれかの特定の機能または機能のセットを有することに限定されないことを理解されたい。汎用コンピュータシステムで実行する専用ソフトウェアとして、さまざまな態様を実装することができる。コンピュータシステムは、ディスクドライブ、メモリ、またはデータを格納するための他のデバイスなどの１つ以上のメモリデバイスに接続されるプロセッサを含むことができる。メモリは通常、ＯＥＳ機器の操作中にプログラム、検量線、及びデータ値を格納するために使用される。コンピュータシステムのコンポーネントは、１つ以上のバス（例えば、同じマシン内に統合されるコンポーネント間の）及び／またはネットワーク（例えば、別々の個別のマシンに存在するコンポーネント間の）を含むことができる相互接続デバイスによって結合されることができる。相互接続デバイスは、システムのコンポーネント間で交換される通信（例えば、信号、データ、命令）を提供する。コンピュータシステムは通常、処理時間内、例えば、数ミリ秒、数マイクロ秒以下でコマンドを受信して、及び／または発行して、システムの迅速な制御を可能にすることができる。例えば、コンピュータ制御は、サンプルの導入、検出器パラメータなどを制御するために実装されることができる。プロセッサは、典型的には、例えば、直流源、交流源、電池、燃料電池もしくは他の電源または電源の組み合わせであることができる電源に電気的に結合される。電源は、システムのその他のコンポーネントによって共有されることができる。システムはまた、キーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、手動スイッチ（例えば、オーバーライドスイッチ）などの１つ以上の入力デバイス、及び印刷デバイス、ディスプレイスクリーン、スピーカーなどの１つ以上の出力デバイスを含むことができる。さらに、システムは、コンピュータシステムを通信ネットワークに接続する１つ以上の通信インタフェース（相互接続デバイスに加えて、またはその代替として）を含むことができる。システムはまた、システムに存在するさまざまな電気デバイスから受信した信号を変換するために適切な回路を含むことができる。そのような回路は、プリント回路基板上に存在することができる、または適切なインタフェース（シリアルＡＴＡインタフェース、ＩＳＡインタフェース、ＰＣＩインタフェースなど）を介して、もしくは１つ以上のワイヤレスインタフェース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、近距離無線通信、または他のワイヤレスプロトコル及び／またはインタフェースなど）を介して、プリント回路基板に電気的に結合される別個のボードもしくはデバイスに存在することができる。

ある特定の実施形態では、本明細書に記載のシステムで使用されるストレージシステムは、典型的にはコンピュータ可読及び書き込み可能な不揮発性記録媒体を含み、この媒体の中にプロセッサによって実行されるプログラムが使用することができるソフトウェアのコードを格納することができる、またはこの媒体上に、もしくはこの媒体の中にプログラムが処理する情報を格納することができる。媒体は、例えば、ハードディスク、ソリッドステートドライブまたはフラッシュメモリであることができる。通常、動作中、プロセッサは、データを不揮発性記録媒体から別のメモリに読み取らせ、この媒体よりもプロセッサによる情報へのより高速なアクセスを可能にする。このメモリは通常、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）またはスタティックメモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性のランダムアクセスメモリである。それは、ストレージシステムまたはメモリシステムに配置されている場合がある。プロセッサは通常、集積回路メモリ内のデータを操作し、処理が完了した後にデータを媒体にコピーする。媒体と集積回路メモリ素子との間のデータ移動を管理するためのさまざまなメカニズムが知られており、その技術はそれらに限定されない。また、この技術は特定のメモリシステムまたはストレージシステムに限定されない。ある特定の実施形態では、システムはまた、特別にプログラムされた専用ハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むことができる。この技術の態様は、ソフトウェア、ハードウェアもしくはファームウェア、またはこれらのいずれかの組み合わせに実装されることができる。さらに、それらのような方法、行為、システム、システム要素及びそれらのコンポーネントは、上記のシステムの一部として、または独立したコンポーネントとして実装されることができる。本技術のさまざまな態様が実施されることができる１つのタイプのシステムとして特定のシステムが例として説明されているが、態様が説明されたシステムに実装されることに限定されないことを理解されたい。異なるアーキテクチャまたはコンポーネントを有する１つ以上のシステムで、さまざまな態様を実施することができる。システムは、高水準コンピュータプログラミング言語を使用してプログラム可能な汎用コンピュータシステムを含むことができる。システムは、特別にプログラムされた専用ハードウェアを使用して実装されることもできる。システムでは、プロセッサは通常、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な周知のＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）クラスのプロセッサなどの市販のプロセッサである。多くの他のプロセッサも市販されている。このようなプロセッサは通常、オペレーティングシステムを実行し、このオペレーティングシステムは、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できるＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）２０００（Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＭＥ）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｖｉｓｔａ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）７、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）８、もしくはＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）１０のオペレーティングシステム、Ａｐｐｌｅから入手できるＭＡＣ ＯＳ Ｘ、例えば、Ｓｎｏｗ Ｌｅｏｐａｒｄ、Ｌｉｏｎ、Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｌｉｏｎ、もしくは他のバージョン、Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓから入手できるＳｏｌａｒｉｓオペレーティングシステム、またはさまざまな製造元から入手できるＵＮＩＸ（登録商標）もしくはＬｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムであることができる。多くの他のオペレーティングシステムを使用することができ、ある特定の実施形態では、コマンドまたは命令の単純なセットがオペレーティングシステムとして機能することができる。

ある特定の例では、プロセッサ及びオペレーティングシステムは合わせて、高水準プログラミング言語のアプリケーションプログラムを書くことができるプラットフォームを定義することができる。本技術が特定のシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステム、またはネットワークに限定されないことを理解されたい。また、本開示の利点を考えると、本発明の技術が特定のプログラミング言語またはコンピュータシステムに限定されないことが当業者には明らかであろう。さらに、他の適切なプログラミング言語、及び他の適切なシステムも使用することができることを理解されたい。ある特定の例では、ハードウェアまたはソフトウェアは、認知アーキテクチャ、ニューラルネットワーク、または他の適切な実施態様を実装するように構成されることができる。必要に応じて、コンピュータシステムの１つ以上の部分を、通信ネットワークに結合される１つ以上のコンピュータシステム全体に分散させることができる。これらのコンピュータシステムはまた、汎用コンピュータシステムであることができる。例えば、さまざまな態様は、１つ以上のクライアントコンピュータにサービス（例えば、サーバ）を提供するように、または分散システムの一部として全体的なタスクを実行するように構成される１つ以上のコンピュータシステム間に分散することができる。例えば、さまざまな態様は、さまざまな機能をさまざまな実施形態により実行する１つ以上のサーバシステム間で分散するコンポーネントを含むクライアントサーバまたは多層システムで実行されることができる。これらのコンポーネントは、通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用して通信ネットワーク（例えば、インターネット）を介して通信する実行可能、中間（例えば、ＩＬ）またはインタプリタ（例えば、Ｊａｖａ（登録商標））コードであることができる。この技術がいずれかの特定のシステムまたはシステムのグループでの実行に限定されないことも理解されたい。また、この技術がいずれかの特定の分散アーキテクチャ、ネットワーク、または通信プロトコルに限定されないことを理解されたい。

いくつかの例では、さまざまな実施形態は、例えば、ＳＱＬ、ＳｍａｌｌＴａｌｋ、Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ、ＰＨＰ、Ｃ＋＋、Ａｄａ、Ｐｙｔｈｏｎ、ｉＯＳ／Ｓｗｉｆｔ、Ｒｕｂｙ ｏｎ Ｒａｉｌｓ、またはＣ＃（Ｃ−Ｓｈａｒｐ）などのオブジェクト指向プログラミング言語を使用してプログラミングされることができる。他のオブジェクト指向プログラミング言語も使用することができる。あるいは、機能、スクリプト、及び／または論理プログラミング言語を使用することができる。さまざまなコンフィグレーションをプログラムされていない環境（例えば、ブラウザプログラムのウィンドウに表示したときに、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の態様をレンダリングする、または他の機能を実行する、ＨＴＭＬ、ＸＭＬまたは他のフォーマットで作成されるドキュメント）に実装することができる。ある特定のコンフィグレーションは、プログラムされた、もしくはプログラムされていない素子、またはそれらの任意の組み合わせとして実装されることができる。いくつかの例では、システムは、モバイルデバイス、タブレット、ラップトップコンピュータ、または有線もしくは無線インタフェースを介して通信することができ、必要に応じてシステムのリモート操作を可能にする他のポータブルデバイスに存在するようなリモートインタフェースを含むことができる。

ある特定の例では、プロセッサはまた、分析種などに関する情報のデータベースを含む、またはこのデータベースへのアクセスを有することができ、このデータベースは、発光波長及び他の一般的な情報を含むことができる。例えば、異なる分析物の検量線のコレクションをデータベースに格納し、ユーザが各分析物に検量線を実行する必要なく、サンプル中の分析物濃度を推定するために使用することができる。これらのような方法は、サンプルの量が制限されている場合に特に望ましい場合がある。メモリに格納される命令は、システムにソフトウェアモジュールまたは制御ルーチンを実行することができ、それは事実上、システムの制御可能なモデルを提供することができる。プロセッサは、データベースからアクセスされる情報を、プロセッサで実行される１つ以上のソフトウェアモジュールとともに使用して、異なるコンポーネントについての制御パラメータまたは値を決定することができる。入力インタフェースを使用して、分光計システム中の異なるシステムコンポーネントにリンクされる制御命令及び出力インタフェースを受信し、プロセッサはシステムにアクティブ制御を実行することができる。例えば、プロセッサは、検出器、サンプル導入装置、イオン化装置、入口及び出口スリットの幅、検出器などを制御することができる。

いくつかの例では、本明細書に記載される光学分光計は、イオン化装置内の分析種の同時発光を検出する方法に使用されることができる。必要に応じて、イオン化装置に導入されるサンプル中の各分析種の定量化を行うことができる。いくつかの例では、この方法は、同時発光において発光された各波長を分離させ、約１６５ｎｍから約９００ｎｍの波長範囲にわたる各分析種の検出を可能にし、任意選択で各分析種の量の定量化を可能にすることを含む。本明細書に記載されるように、この方法は、コリメータ、コリメータに光学的に結合され、コリメータから視準光を受光して受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子、エシェル回折格子に光学的に結合され、エシェル回折格子から分散光を受光して垂直分散光を提供するように構成される光分散素子、及び光分散素子に光学的に結合され、光分散素子から垂直分散光を受光するように構成される反射トリプレット望遠鏡を含む光学系を使用することができ、反射トリプレット望遠鏡は、複数の独立した別個の回転対称の非球面を有し、反射トリプレット望遠鏡は、分析種から提供された発光において光の１つ以上の波長を提供するように構成され、反射トリプレット望遠鏡によって提供される光の各波長は、提供された光の他の波長から空間的に分離し、提供された光の各波長の検出を可能にする。反射望遠鏡または撮像素子は、本明細書に記載されるように多くの異なる方法で構成されることができ、例えば、ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含むことができる。

いくつかの例では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーの１つ以上を、またはこれらのそれぞれが回転対称の非球面を含むように構成することを備える。他の例では、この方法は、１次ミラーが凹状非球形の双曲面を含むように構成すること、２次ミラーが凸状非球形の楕円面を含むように構成すること、及び３次ミラーが凹状非球形の双曲面を含むように構成することを備える。いくつかの例では、光学分光計のスペクトル分解能は、少なくとも０．０１ｎｍであることができ、例えば、２２０ｎｍで約０．００６ｎｍであることができる。ある特定の例では、この方法は、回転対称の非球面のうちの１つ以上が６次、８次、１０次またはそれ以上の回転対称の非球面である、例えば、それぞれが１２次の回転対称の非球面であるように構成することを含む。ある特定の例では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つが、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有するように構成することを含む。他の例では、この方法は、１次ミラー、２次ミラー及び３次ミラーのうちの１つが非球面形状を有するように構成することを含む。いくつかの例では、この方法は、３次ミラーがフリーフォームの回転非対称の表面形状を有するように構成することを含む。

ある特定の例は、本明細書で説明される技術の態様及び特徴のいくつかをさらに説明するために記載されている。

（実施例）
実施例１
反射トリプレット望遠鏡の第一光学素子は、アルミニウムを使用して製造されることができる。第一光学素子は、図３Ａ及び図３Ｂに示される光学素子と同様に構築されることができる。式（１）を使用して、第一光学素子についての値を得ることができる。結果として得られる表面は、凹状非球形の双曲面であることができる。

実施例２
反射トリプレット望遠鏡の第二光学素子は、アルミニウムを使用して製造されることができる。第二光学素子は、図３Ｃ及び図３Ｄに示される光学素子と同様に構築されることができる。式（１）を使用して、第二光学素子についての値を得ることができる。結果として得られる表面は、凹状非球形の楕円面であることができる。

実施例３
反射トリプレット望遠鏡の第三光学素子は、アルミニウムを使用して製造されることができる。第三光学素子は、図３Ｅ及び図３Ｆに示される光学素子と同様に構築されることができる。式（１）を使用して、第三光学素子についての値を得ることができる。結果として得られる表面は、凹状非球形の楕円面であることができる。

実施例４
エシェル回折格子は、入射光の所望の空間的分離に基づいて選択されることができる。エシェル回折格子の設計に使用されることができるさまざまなパラメータは、最短波長（例えば、１６７ｎｍ）、最長波長（例えば、＞７５０ｎｍ）、帯域幅、スペクトル分解能、及び波数における帯域幅を含む。これらのパラメータは、例示を目的としたものに過ぎない。他の設計パラメータも可能であり、上記に限定されない。

エシェル回折格子を決定するために使用されることができる情報は、像面情報、最長波長でのエシェルグラムの高さ及び幅、次数分離、ピクセルサイズ、ならびにスリット幅を含むことができる。

これらの設計パラメータ、及び他の設計パラメータに基づいて、スペクトル分解能を推定することができる。

次に、エシェル回折格子及び他のコンポーネントの幾何学的形状を選択することができる。

次に、光学分光計のスペクトル分解能は、選択された幾何学的形状のパラメータを使用して確かめられることができる。

例えば、スリット波長幅は、ブレーズ角の正接を２倍したものに、コリメータの焦点距離で除算したスリット幅を乗算したもので、波長を除算することによって計算されることができる。また、ピクセル波長幅は、ブレーズ角の正接を２倍したものに、望遠鏡の焦点距離で除算したピクセルサイズを乗算したもので、波長を除算することによって得られることができる。

実施例５
実施例１〜３の光学素子を用いて、図９に示されるものと同様の光学分光計の性能特性を推定するために、さまざまなシミュレーションを実行することができる。放物面、非球面、及び球面を備えた光学素子を含む光学分光計の間で比較を行うことができる。さまざまな光学値は、「高分解能」及び「低分解能」構成で推定される、または得られることができる。エシェル回折格子と反射望遠鏡の第一光学素子との間の光学分光計にグリズムまたはプリズムが存在していることができ、垂直分散素子として使用される。

従来の設計と比較して、向上したスループットが得られることができると推定される。特に、６倍優れた検出限界を有する１つの設計と比較して、４０倍向上したスループットが得られると推定される。３〜４倍優れた検出限界を有する別の設計と比較して、１２．５倍向上したスループットが得られると推定される。

本明細書に開示される例の要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び「ｓａｉｄ」は、１つ以上の要素が存在することを意味することが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、開放型であることが意図され、列挙される要素以外の追加の要素が存在することができることを意味する。本開示の利点を考慮すると、当業者は、実施例のさまざまな構成要素を他の実施例のさまざまな構成要素と交換する、または置換することができることを認識するであろう。

ある特定の態様、構成、例及び実施形態が上記で説明されたが、当業者は、本開示の利点を考慮すると、開示された例示的な態様、構成、例及び実施形態の追加、置換、修正、及び変更が可能であることを認識するであろう。

Claims (20)

1. 光を受光するように構成される入口スリットと、
   前記入口スリットに光学的に結合されるコリメータと、
   前記コリメータに光学的に結合され、前記コリメータから視準光を受光して前記受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子と、
   前記エシェル回折格子に光学的に結合され、前記エシェル回折格子から前記分散した光を受光して垂直分散光を提供するように構成されるダブルパス光分散素子と、
   前記ダブルパス光分散素子に光学的に結合され、前記ダブルパス光分散素子から前記垂直分散光を受光するように構成される反射望遠鏡と、
   前記反射望遠鏡から前記垂直分散光を受光するように位置決めされる検出器と、
   を含み、
   前記反射望遠鏡は前記受光した光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成され、
   前記反射望遠鏡によって提供される光の各波長は提供された光の他の波長から空間的に分離され、提供された光の各波長の検出を可能にする、
   光学分光計。
2. 前記検出器は、約１６５ｎｍから約９００ｎｍの波長範囲内の光を受光するように構成される、請求項１に記載の光学分光計。
3. 前記コリメータは、軸外し角を有する軸外し放物面を含む、請求項１に記載の光学分光計。
4. 前記コリメータのｆ＃は３であり、前記コリメータの前記軸外し角は１４度である、請求項３に記載の光学分光計。
5. 前記ダブルパス光分散素子は、グリズム、ダブルパス反射型グリズム、ダブルパス反射型プリズム、または屈折型プリズムのうちの１つを含む、請求項１に記載の光学分光計。
6. 前記ダブルパス光分散素子は、反射型回折格子または屈折型回折格子のうちの１つを含む、請求項１に記載の光学分光計。
7. 前記コリメータの焦点距離は約２５５ｍｍである、請求項１に記載の光学分光計。
8. 前記エシェル回折格子は、６２度のブレーズ角、及び７９本／ｍｍの刻線密度を有する、請求項１に記載の光学分光計。
9. 前記光学分光計のスペクトル分解能は、２２０ｎｍで約０．００６ｎｍである、請求項１に記載の光学分光計。
10. 前記反射望遠鏡は、前記ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラー、前記１次ミラーに光学的に結合される２次ミラー、及び前記２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーを含む、請求項１に記載の光学分光計。
11. 前記１次ミラーは、凹状非球形の双曲面を含み、
    前記２次ミラーは、凸状非球形の楕円面を含み、
    前記３次ミラーは、凹状非球形の双曲面を含む、
    請求項１０に記載の光学分光計。
12. 前記１次ミラー、前記２次ミラー及び前記３次ミラーのそれぞれは、回転対称の非球面を含み、
    前記回転対称の非球面は、１２次の回転対称の非球面である、
    請求項１０に記載の光学分光計。
13. 前記１次ミラー、前記２次ミラー、または前記３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する、請求項１０に記載の光学分光計。
14. サンプル導入装置と、
    前記サンプル導入装置に流体的に結合されるトーチと、
    前記トーチ内に誘導結合プラズマを維持するために、前記トーチに高周波エネルギーを提供するように構成される誘導装置と、
    光学分光計であって、
    前記誘導結合プラズマを受けるサンプルから光を受光するように構成される入口スリットと、
    前記入口スリットに光学的に結合されるコリメータと、
    前記コリメータに光学的に結合され、前記コリメータから視準光を受光して前記受光した視準光を分散させるように構成されるエシェル回折格子と、
    前記エシェル回折格子に光学的に結合され、前記エシェル回折格子から前記分散した光を受光して、
    垂直分散光を提供するように構成されるダブルパス光分散素子と、
    前記ダブルパス光分散素子に光学的に結合され、前記ダブルパス光分散素子から前記垂直分散光を受光するように構成される反射望遠鏡と、
    前記反射望遠鏡から前記垂直分散光を受光するように位置決めされる検出器と、
    を含む、前記光学分光計と、
    を備え、
    前記反射望遠鏡は前記受光した光の中の光の１つ以上の波長を提供するように構成され、
    前記反射望遠鏡によって提供される光の各波長は提供された光の他の波長から空間的に分離され、提供された光の各波長の検出を可能にする、
    誘導結合プラズマ発光機器。
15. 前記反射望遠鏡は、
    前記ダブルパス光分散素子に光学的に結合される１次ミラーと、
    前記１次ミラーに光学的に結合される２次ミラーと、
    前記２次ミラーに光学的に結合される３次ミラーと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発光機器。
16. 前記１次ミラー、前記２次ミラー、または前記３次ミラーのうちの１つは、フリーフォームの回転非対称の表面形状を有する、請求項１５に記載の誘導結合プラズマ発光機器。
17. 前記１次ミラーは、凹状非球形の双曲面を含み、
    前記２次ミラーは、凸状非球形の楕円面を含み、
    前記３次ミラーは、凹状非球形の双曲面を含む、
    請求項１５に記載の誘導結合プラズマ発光機器。
18. 前記コリメータは軸外し放物面を含む、請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発光機器。
19. 前記ダブルパス光分散素子は、グリズム、ダブルパス反射型グリズム、ダブルパス反射型プリズム、または屈折型プリズムのうちの１つを含む、請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発光機器。
20. 前記ダブルパス光分散素子は、反射型回折格子または屈折型回折格子のうちの１つを含む、請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発光機器。

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