JP4922530B2 - プラズマ発生方法、分光測定用プラズマ源および導波路 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は分光測定に関し、より詳しくは、例えば発光分光測定または質量分析のような、分光分析用のサンプルを加熱するためにマイクロ波のパワーでプラズマを生成するための方法および装置に関する。
【０００２】
【背景】
光学的または質量分析用サンプルを、マイクロ波領域の周波数（典型的には２４５５ＭＨｚ）を使用して、軸方向の電場（すなわちプラズマトーチと同じ方向）を介して加熱するためにプラズマを励起することが知られている。マイクロ波で誘導されたプラズマ（ＭＩＰ）による分光測定器の既知の例としては、オカモトらの米国特許第４９０２０９９号で説明されているように、ＴＭ₀₁₀キャビティすなわちサーファトロンを利用するBeenakkerキャビティを使用している。これらにはプラズマが球状または円筒形に形成されると言う欠点がある。その様なプラズマ中に注入されるサンプルは、マイクロ波エネルギーによって（主に電子の衝突によって）直接加熱される。この励起は非常に激しいもので、望ましくない干渉の発生につながる。またマイクロ波エネルギーと変化するサンプル負荷の間の直接的な相互作用によって、プラズマが不安定化する可能性がある。もっと良い方法は、プラズマを環状または中空のチューブの形状に形成して、サンプルを中空部分に注入することである。電気エネルギーは純粋な支持ガスからなる外側の層内に分散し、サンプルはこの外側の層から熱伝導および輻射によって加熱される。これによってサンプルは電気エネルギーから隔離され、よりおだやかな励起が実現する。
【０００３】
オカモトらの特許は、改善された特性を有するプラズマを供給するＭＩＰ分光測定器を開示している。オカモトらの分光測定器は、プラズマトーチを取り囲む導電性チューブの外周に沿って配置された複数の平行な溝を有するアンテナを使用する。このアンテナはＴＥ₀₁モードのマイクロ波のパワーが供給されるキャビティ内に置かれる。
本発明は、一般に中空の円筒形の形状を有する分光測定用のプラズマを発生するための比較的単純で費用のかからない方法と装置を提供しようとするもので、オカモトらによる構成の代わりになるものを提供する。
【０００４】
【発明の概要】
そこで本発明の第一の態様においては、サンプルの分光分析のためのプラズマを発生させる方法が、プラズマ形成ガスをプラズマトーチに供給し、プラズマトーチにマイクロ波パワーを印加し、マイクロ波の電磁場の最大磁界と軸方向に一致するようにプラズマトーチの位置を決める工程であって、キャリアガス内に取り込まれたサンプルを加熱するプラズマ形成ガスのプラズマをサンプルの分光分析のために維持するようにマイクロ波のパワーが印加される工程を有してなる方法を提供する。
【０００５】
本発明の第二の態様においては、分光測定用のプラズマ源はマイクロ波のパワーを発生するためのマイクロ波発生手段と、マイクロ波のパワーを受け取りまた印加するための導波路と、少なくともプラズマ形成ガスと、取り込まれたサンプルを伴うキャリアガスをそれぞれ供給する経路を有するプラズマトーチとを有してなり、分光分析のためにサンプルを加熱するプラズマ形成ガスのプラズマを励起するマイクロ波の電磁場の最大磁界と軸方向に実質的に一致する位置関係に、プラズマトーチの位置が導波路に関して設定される。
【０００６】
軸方向の磁界は接線方向の電界を誘導し、そしてこの電界は導電性のプラズマ中に循環する電流を誘導する。これらの循環する電流は印加された磁界とは反対の磁界を誘導し、プラズマ領域の中核部分を印加された磁界から遮断する。その結果、電流の大部分はプラズマの外側層に流れて必要な円筒形の形状を形成する。この効果は周知のもので、「表皮効果」と呼ばれる。
必要なプラズマを生成して維持するにはかなりの磁界強度を必要となる。この磁界強度は共鳴キャビティを使用することにより、中程度の大きさのマイクロ波発生源で容易に実現できる。かかるキャビティはエネルギーを共鳴周波数で保存し、そのため供給されるマイクロ波のパワーと同じレベルに対して得られるピーク磁界強度を高くする。この効果が得られる程度は、キャビティのＱ値によって決まり、Ｑ≧１０が効果的であることが証明されている。本発明にとって特に好ましいキャビティに対する要求は、プラズマトーチを最大磁界の部分に挿入できるように、空間の障害物のない領域でキャビティが最大の磁界を発生することである。多くのキャビティが可能であり、それらはマイクロ波に関する適切な教科書、例えば「マイクロ工学」Ｐｅｔｅｒ Ａ Ｒｉｚｚｉ著、ＩＳＢＮ ０−１３−５８６７０２−９、１９８８、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌなどに記載されている。
【０００７】
単純だが効果的な方法は、一端で短絡され他端で適切な絞りを介してマイクロ波のパワーを供給されるある長さの導波路から形成されたキャビティを使うことである。そのようなキャビティはＴＥ_10nモード（ｎはキャビティの長さに依存する整数）で作動する。これはまた、導波路に沿ってマイクロ波のパワーを伝達するための最も一般的で最も単純な方法であるＴＥ₁₀モードで伝達されるマイクロ波パワーを容易に受け取るという利点も有している。Ｑ値が低いキャビティは、同調範囲が広いために簡単に同調できるという利点を有する。しかしこれらは所望のプラズマの最適な保持のための磁界強度の十分な増加を与えない場合がある。そのために、磁界を集中する構造をキャビティ内で使用して、ピーク磁界強度を更に大きくすることができる。一端を短絡された導波路で形成されたキャビティの場合は、これらはキャビティの内壁のそれぞれの側と接触して置かれた導電性のバー（例えば金属バー）によって簡便に得られ、それによってプラズマトーチと平行な配置においてキャビティの高さを低減できる。通常のバーを使用することもできるが、好適には例えば頂点を内側に向けた三角形の横断面を有するバーを使用して、高さをより緩やかに減少させることが好ましい。
【０００８】
あるいは導波路内に共鳴絞りを備え、プラズマトーチをこの絞りとの関連で位置決めすることで、共鳴しぼりにおけるマイクロ波の電磁場にプラズマを励起させることもできる。
好適には共鳴絞りは、導波路の幅と高さを小さくすることにより共鳴絞りを与える開口を規定する構造によって提供される。この構造は導波路に沿った厚み寸法を有する金属セクションであり、共鳴絞りの開口と交差する金属セクションの貫通穴の中にプラズマトーチが収納されるような構造であってよい。
【０００９】
第三の態様では、本発明はまたサンプルの分光分析用のマイクロ波で誘導されたプラズマ源のための導波路を提供するが、ここで導波路はＴＥ₁₀モードで動作してプラズマトーチを収納する開口を含むような寸法とし、開口は使用中に導波路内に置かれてその開口を通って延びるプラズマトーチがマイクロ波の電磁場の最大磁界と軸方向に一致するような位置に配置される。
本発明を更に良く理解できるように、またどのように効果を発揮することができるかを示すために、添付図面を参照して実施形態を単なる非限定的な例として以下に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示した本発明の実施形態は、長方形のキャビティ１０であるマイクロ波導波路と、その中に配置されたプラズマトーチ１６（模式的に円筒形に表されている）からなる。
長方形キャビティ１０はＴＥ_10nモードで作動する。これは一端１２で短絡され、また他端１４において絞りまたはポスト（図示せず）のような適切なリアクティブな不連続性を介してＴＥ₁₀モードのマイクロ波パワーが供給される。絞りの負荷を有する導波路１０の部分の電気的な長さＬが波長のｎ／２倍（ｎは１以上の整数）であれば、これは共鳴キャビティを形成する。短絡された端１２から波長の（ｍ／２＋１／４）倍の各点で電界が最大値となり（ｍは０とｎ−１の間の整数）、短絡された端１２から波長のｍ／２倍の各点で磁界が最大値となる。障害物のない領域で磁界を最大にする最小のキャビティの長さは、ｎ＝２の場合、すなわちＬが波長の１倍の時であり、その時キャビティの動作はＴＥ₁₀₂モードとなる。この長さのキャビティでは、短絡された端１２から波長の１／２倍の点で磁界が最大値となる。代表的な磁力線が図１で参照符１８で示されている。図１に示すようにプラズマトーチ１６をこの位置に実質的に配置することにより、トーチに供給されたプラズマ形成ガスの軸方向の磁気による励起が容易に達成される。
【００１１】
分光測定器用のプラズマトーチの構造は良く知られているので、図１ではプラズマトーチ１６は円筒形として模式的に示してあるだけである。プラズマトーチ内では一般に、少なくとも２つの同軸チューブ（通常は石英製）が使用される。通常は取り込まれたサンプルを含むキャリアガスが一番内側のチューブを通って流れ、それとは別のプラズマ保持およびトーチ冷却ガスが、２つのチューブの間の隙間を流れる。典型的には、プラズマ形成および保持ガスはアルゴンのような不活性ガスであり、そして中空の中心部を有する安定したプラズマを形成しやすく、またプラズマをトーチのあらゆる部分から隔離してトーチのどの部分も過熱されないような状態に維持できるこのガスの流れを作り出すための手段が講じられる。例えばこの流れを軸から外れて半径方向に注入し、流れが螺旋状になるようにしても良い。この後者のガス流はプラズマを保持し、内部のガス流内に保持されるサンプルはプラズマからの輻射と熱伝導によって加熱される。適切なプラズマトーチの例を、後に図８を参照して詳しく説明する。
【００１２】
磁界集束構造、すなわち金属バー２０が、キャビティ１０の頂部２２および底部２４の内側表面に密着して取り付けられる（図１に示す向きに関して）が、側壁２６および２８とは接触しない。これらの構造２０は磁束のより多くの部分を、トーチ１６によって占められる領域に通す。前に述べたように、バー２０は長方形の横断面でもよいが、バー２０によるキャビティの高さを緩やかに変化させる方が好ましい。これはバーの横断面を三角形、または円弧の形、あるいはバーの厚みが幅方向に漸進的に変化して幅の中央で最大値になるような、他の任意の形状であっても良い。
【００１３】
端部１４にある絞りは容量性の絞り（すなわち導波路の高さを局所的に減少させる薄いプレート）か、誘導性の絞り（すなわち導波路の幅を局所的に減少させる薄いプレートまたは導波路の高さにわたって延設されたポスト）か、あるいは自己共鳴絞り（すなわち導波路の高さと幅の両方を局所的に減少させるプレート）であってよい。好適には誘導性の絞りが使用される。
プラズマの点火は、高い磁界の領域にいくらかのイオンを種として供給することで行える。これらはプラズマ形成ガスの局所的なブレークダウン(breakdown)、例えば高い磁界の領域内のトーチ１６を通る電気火花によって簡便に発生することができる。プラズマ点火のこの方法は既知のものである。
【００１４】
１１ｍｍの内径を有するプラズマトーチの場合、数百ワットから約１ｋＷまでの範囲のパワーレベルを有するマイクロ波でアルゴンまたは窒素内でのプラズマ放電を容易に維持できる。トーチがもっと小さければ、必要なパワーはもっと少ない。アルミニウム製の導波路１０の典型的な寸法は、外部が８０ｍｍ×４０ｍｍで肉厚が３ｍｍである。誘導性絞りの端部１４内の開口は約４０ｍｍであり、８０ｍｍの寸法にわたって対称形に配置される。断面が三角形の典型的な磁界収束バーは基部の幅が６０ｍｍで頂部の高さが９ｍｍ、長さ７０ｍｍであり、キャビティの長さは約２１６ｍｍである。
【００１５】
マグネトロン３０（図２参照）のようなマイクロ波発生手段は、やはりＴＥ₁₀モードで作動するフィーダー導波路３２内にマイクロ波パワーを供給できる。フィーダー導波路３２には固定用フランジ３４および３６を介して共鳴キャビティ１０（図１におけるような）が取り付けられ、これらフランジの間には好適な誘導性絞りを与えるプレート３８が固定される。
図３は、単独の導波路長を使用して実現される実施形態を示す。この実施形態では１本の長方形導波路４０が両端４２、４４で短絡されており、マグネトロン４６が一方の短絡された端部４４から適切な距離に取り付けられる。導波路４０には、他の短絡された端部４２から電気的波長１つ分の距離に２本の溝が形成されており、これらの溝の中に金属プレート４８が溶接されて、必要な誘導性絞り５０を形成する。導波路４０の端部４２とプレート４８の間の部分が共鳴キャビティ５２を形成する。図１の実施形態のように、プラズマトーチ５４（やはり模式的に円筒形に図示されている）はキャビティ５２の短絡された端部から実質的に半波長の距離に置かれ、導波路４０によって供給されるＴＥ₁₀モードのマイクロ波パワーの磁界によってプラズマ形成ガス内にプラズマを励起する。磁界収束バー５６も含まれる。導波路の区間４０にはインピーダンス整合スタブ５８が含まれていても良い。必要ならばキャビティ５２内に同調スタブ（図示せず）を組み込んでも良い（例えば端面４２内に）。
【００１６】
図３の実施形態における絞り５０を形成するプレート４８の代わりに、図４に示すようなポスト６０を備えても良い。ポスト６０は金属棒であり、導波路４０の上部壁６２と底部壁６４の内面と電気的に接触しなければならない。ポスト６０を備えることは、上部および底部壁６２、６４を貫通する穴をあけ、金属棒６０を挿入してボルト締めまたは溶接で固定するだけでできるので、図３のプレート４８よりも簡単で安価に行える。図４に示す導波路４０の寸法は、例えば内側寸法が高さ３４ｍｍ、幅７４ｍｍ、ポスト６０が直径３−４ｍｍで３４ｍｍの高さにわたって通り、幅７４ｍｍの表面の中央に位置する。
【００１７】
本発明の別の実施形態（図５、６参照）は、共鳴絞り７２（金属セクション７８内に開口を形成して得られる）を内部に配置した導波路７０であり、絞りの中にプラズマトーチ７４を載置して構成される。共鳴絞り７２は、印加されたマイクロ波の電磁場の最大磁界とトーチ７４の位置が軸方向に実質的に合致するように、導波路７０内に配置される。マイクロ波のパワーは、マグネトロン（図示しないが、それぞれ図２および３に示すマグネトロン３０または４６に類似したもの）のようなマイクロ波発生手段により、導波路７０の端部７６に供給することができる。
【００１８】
共鳴絞り部に対する可能な多くのセクションが、マイクロシステムに関する標準的な教科書に述べられている。単純で効果的な例としては、導波路７０の幅と高さを同時に小さくした金属セクション７８（図５参照）を使用する。低減された高さはコンデンサを表し、低減された幅はインダクタを表す。並列のインダクタとコンデンサの組み合わせが共鳴回路を形成する。共鳴条件は近似的には、絞り７２を形成する開口の周囲の長さが半波長の整数倍ということである。共鳴周波数はセクション７８の厚みｔ（すなわち導波路７０に沿った寸法）にも依存するので、この条件は近似的なものに過ぎない。必要とされる正確な寸法を見いだす実用上最も効果的な方法は、ｎを整数として周囲の長さが半波長のｎ倍の開口を試しに作り、正確な共鳴周波数を測定し、そして必要とされる正確な周波数との比例で開口の長さｌと高さｈを変更することである。理想的には、かかる開口は鋭い角部を有してはならない。それは、鋭い角は磁界や表面電流の望ましくない集中を引き起こすからである。この問題に対する単純な解決策は、開口８０の端部にＲを付けるか、または半円形にすることである。前に述べた３４×７４ｍｍの導波路に対する例として、適切な開口はｈ＝１６ｍｍで半円形の端部８０（つまり半径８ｍｍ）を有し、開口の全長がｌ＝４３ｍｍである。セクション７８の厚みｔは約１８ｍｍであるが、これはトーチ７４を収納するのに十分なものである。トーチ７４はセクション７８の穴８２内に収納され、寸法ｌと平行に絞りの開口７２の中央を通るようになされる。穴８２の直径は１３ｍｍでよい。
【００１９】
共鳴絞り７２は長さ１波長の導波キャビティ７０の実質的に中央に位置することができる。ただしマイクロ波のパワーは一方の側から絞り７２内に供給され、他方の側は導波路７０の短絡されたセクションに開放した状態とすることができるので、導波路のこの長さは必要でないことがわかっている。従って導波路７０は、トーチ７４の軸から実質的に半波長（つまり距離ｘ＝λ／２）の位置に便宜に置かれる端部プレート８４（図６参照）によって短絡することができる。このλ／２という距離は、実質的に軸方向の磁界が最大であり電界が最小となる位置に絞り７２（従ってトーチ７４も）をおくことを意味する。このような構造により、磁場と電場の両方によってプラズマを励起する（図１〜４に示した、励起が磁場によって行われる実施形態とは異なる）。かかる励起の結果、楕円形の断面を有するプラズマが得られる。
【００２０】
図５−６に示した共鳴絞り７２を使用する実施形態によれば、図１−４のものよりも小さな構造が可能になる。これはまた２０または５６のような磁界収束構造を必要としない。従って図５−６に示した共鳴絞りに基づく実施形態は図１−４の実施形態よりも単純で安価に提供できる。
電気エネルギーが放出される領域を規定する表皮深さは、プラズマの導電性の程度とマイクロ波の周波数に依存する。典型的には、分析目的のプラズマの保持にはヘリウムやアルゴンのような貴ガスが使用される。これらのガスは両方とも容易に電離し、そのためそれから得られるプラズマの電気抵抗は非常に低い。２４５５ＭＨｚでは、本発明によるアルゴンプラズマの表皮深さは約１ｍｍと測定された。深さがこの様に小さいために、トーチを非常に小さくしなければ、サンプルを含む中央領域まで十分に加熱できない可能性がある。同じプラズマ温度で電離レベルが低いガスを使用すれば、プラズマの抵抗率が高くなる。そしてそれは表皮深さを大きくしてサンプルを保持する中核部への熱の伝達を改善する。通常は多原子ガスが適している。好適には低コストと入手のしやすさから２原子の窒素または空気が好適に選ばれるが、他のガスも適切である。１つの問題は、２原子ガス中ではプラズマの点火がしにくくなると言うことである。解決策としては、最初はアルゴンのような単原子ガスでプラズマを点火し、プラズマが発生したら２原子ガス（例えば窒素）に切り替えることである。
【００２１】
本発明によるマイクロ波誘導プラズマ装置において出会う実用上の他の問題は、マイクロ波キャビティを熱的に冷却する問題である。これはキャビティの外側に水または空気を循環させることで行えるが、特に便利な方法はキャビティの内側に冷却空気を吹き込むことである。キャビティの端に開口を備えることにより、熱い空気を外に逃がすことができ、またプラズマの様子を視覚的に点検するための窓とすることもできる。この開口からのマイクロ波エネルギーの漏れは、直径の少なくとも２倍の長さを有する円筒形のチューブ状に開口を形成することで回避される。典型的な開口は、直径約２０ｍｍでチューブで長さが少なくとも４０ｍｍである。このシステムへの空気の入り口は、マグネトロン発射導波路内の同様の開口を介して作ることができる。
【００２２】
従来の誘導結合プラズマトーチの問題は、プラズマがそれを閉じこめるチューブ内全体に広がる傾向があり、そのため壁が溶ける可能性があり、特に石英で作られている場合はその可能性が高いことである。この問題の解決策は、プラズマが壁に接触するのを防止するガス被覆層を使用することである。マイクロ波誘導プラズマの場合、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）の通常の高周波源はこの問題を悪化させる。従来のトーチにおけるようなガス被覆を使用することもできるが、別の解決策としてマイクロ波エネルギーを断面積全体に実質的に一様に分布させるのではなく、トーチの中央部にマイクロ波エネルギーを集中することが考えられる。これは図７に示す改造された共鳴絞り９０を使用することで達成される。
【００２３】
絞り９０は、図５の絞り７２の高さｈと比較して低減した高さを有する金属セクション９２にあけた開口によって与えられる。絞り９０の高さはプラズマトーチの直径よりも小さくされる。プラズマトーチを収容する穴９４はセクション９２の中央部を通過する。外径約１２.５ｍｍのプラズマトーチを収容するセクション９２における絞り９０の寸法の例は、セクション９２が７４ｍｍ×３４ｍｍで厚み１８ｍｍ、絞りの開口９０が長さ４７.７ｍｍ、高さ８ｍｍで両端が半球状、そして穴９４の直径が１３ｍｍである。
【００２４】
本発明で使用されるプラズマトーチはＩＣＰの用途で使用されることが知られている「ミニトーチ」と類似のものであって良いが、外側のチューブの長さが延ばされていることが異なる。トーチ１００（図８ではセクション１０２の中に収納されて導波路１０３の中に共鳴絞りを与えるように示されている）は３本の同軸のチューブ１０４、１０６、１０８で構成される。チューブ１０４は外側のチューブであり、チューブ１０６は中間のチューブでチューブ１０８は内側のチューブである。チューブ１０６は直径を大きくした端部を含み、チューブ１０４と１０６の間に入り口１１０から供給されるプラズマ形成ガスが通過するための環状の狭い隙間を作る。狭い隙間はプラズマ形成ガスに望ましい高い速度を与える。入り口１１２を通してチューブ１０６に補助的なガス流が供給され、プラズマ形成ガスから形成されたプラズマ１１６をチューブ１０６および１０８の近傍の端から適切な距離に維持する役割を果たし、その結果これらの端部が過熱しないようにしている。取り込まれたサンプルエアロゾルを含むキャリアガスは、入り口１１４を通って内側チューブ１０８に供給され、チューブ１０８の出口から出るときに、プラズマの熱によって気化され、霧化され、そして分光分析的に励起されるサンプルエアロゾルのためにプラズマ１１６を貫通するチャンネル１１８を形成する。良く知られているように、キャリアガスおよびトーチ１００と共に使用される噴霧器（またはその他のサンプル導入手段）で与えられる取り込まれたサンプルエアロゾルの流速に合致するように、内側チューブ１０８の直径が選択される。内側チューブ１０８からから出るエアロゾルを含むキャリアガスの流速は、プラズマ１１６を貫通するチャンネル１１８を形成するのに十分速くなければならないが、しかしエアロゾルが気化され、霧化され、また分光分析的に励起されるための十分な時間が無いほど速くてはならない。トーチ１００のチューブ１０８の内径が１.５〜２.５ｍｍの範囲内のとき、従来の誘導性結合されたアルゴンのプラズマシステムの噴霧器およびスプレーチャンバーが、本発明において良好に作動することが見いだされた。
【００２５】
トーチ１００は溶融石英で作ることができ、外径が約１２.５ｍｍである。その外側チューブ１０４は導波路１０３から少しだけ突出するような長さに延ばすことができる。図８は、３本のチューブ１０４、１０６、１０８が互いに恒久的に融着されたトーチを示すが、しかし知られているように３本のチューブがそれらの必要な位置に保持され、チューブのうち１本またはそれ以上を取り外しまたは交換できるような機械的な構成とすることができる。かかる構成は取り外し可能トーチと呼ばれる。トーチ１００は石英以外の材料、例えばアルミナ、窒化ホウ素またはその他の耐熱性のセラミックで作ることもできる。図８に示した実施形態は、約２００ワット未満から１キロワットを超える範囲のパワーレベルで、分析的に有用なプラズマを窒素中に容易に保持する。
【００２６】
以上述べてきた発明の背景および既知のまたは従来の知見は、本発明の明細書および本発明それ自体を説明するために含められたものである。これは、ここに述べられた内容のいかなる部分も本願の請求項の優先日現在にオーストラリアにおいて技術常識の一部であったことを認めるものと解釈されるものではない。
ここに述べた発明は、具体的に説明した内容とは異なる変更、修正および／または追加を受け入れるものであり、本発明は以下の請求項の範囲に属する、かかる全ての変更、修正および／または追加を含むものであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の模式図であり、他の部品が見えるように導波キャビティを部分的に破断した図である。
【図２】 本発明で使用されるマイクロ波発生器、導波路およびキャビティの構造を示す図である。
【図３】 本発明の別の実施形態を表す図である。
【図４】 本発明の実施形態のために使用されるマイクロ波を供給する導波路の部分図である。
【図５】 本発明の実施形態において使用される共鳴絞りを示す図である。
【図６】 導波路内で共鳴絞りを使用する本発明の実施形態を示す図である。
【図７】 本発明の実施形態において使用される別の共鳴絞りの部分を示す図である。
【図８】 本発明の実施形態による導波路内の共鳴絞り内にあるプラズマトーチの横断面図である。
【符号の説明】
10 キャビティ
16 プラズマトーチ
18 磁力線
20 金属バー

Claims (28)

1. サンプルの分光分析のためにプラズマを発生する方法であって、
   プラズマ形成ガスを直方体導波路内に位置するプラズマトーチに供給し、
   マイクロ波のパワーを前記直方体導波路を通して前記プラズマトーチに印加し、
   前記プラズマトーチを、前記直方体導波路の側壁からそれに対向する側壁に向かって形成される磁界であって、マイクロ波電磁場の最大磁界と軸方向に一致する位置関係に置く各工程を有してなり、
   印加されるマイクロ波パワーはプラズマ形成ガスのプラズマを維持して、サンプルの分光分析のためにキャリアガスに取り込まれたサンプルを加熱するものであることを特徴とする、方法。
2. 前記プラズマトーチにＴＥ_１０モードのマイクロ波パワーが印加される、請求項１記載の方法。
3. 磁界領域内のプラズマ形成ガスの局所的なブレークダウンを起こして、種となるイオンを生成することにより、プラズマが点火される、請求項１または２記載の方法。
4. 前記局所的な中断が火花放電によって開始される、請求項３記載の方法。
5. 前記プラズマ形成ガスが２原子ガスである、請求項１ないし４いずれか１項に記載の方法。
6. 前記プラズマ形成ガスが窒素である、請求項１ないし５いずれか１項に記載の方法。
7. 前記プラズマ形成ガスが空気である、請求項１ないし５いずれか１項に記載の方法。
8. アルゴンをプラズマ形成ガスとして使ってプラズマが点火され、その後プラズマを維持するために前記２原子ガスが供給される、請求項５記載の方法。
9. 前記プラズマ形成ガスがアルゴンである、請求項１ないし４いずれか１項に記載の方法。
10. サンプルの分光分析のためにプラズマを発生する分光測定用プラズマ源であって、
    マイクロ波のパワーを受け取りまた供給するための直方体導波路と、
    プラズマガスと、取り込まれたサンプルを含むキャリアガスとを供給する経路を有するプラズマトーチとを有してなり、
    前記プラズマトーチは、前記直方体導波路の側壁からそれに対向する側壁に向かって形成される磁界であって、前記マイクロ波の電磁場の最大磁界と軸方向に一致するように、前記直方体導波路を貫通するような位置に置かれていることを特徴とする、分光測定用プラズマ源。
11. 前記直方体導波路がＴＥ_１０モードのマイクロ波パワーを供給するためのものである、請求項１０記載の分光測定用プラズマ源。
12. 前記直方体導波路が、供給されるマイクロ波のパワーに対する共鳴キャビティである、請求項１０または１１記載の分光測定用プラズマ源。
13. 前記プラズマトーチを軸方向に通過する磁束を増加するように磁界の形状を作るために導波路内に磁界収束構造を含み、前記磁界収束構造が、プラズマトーチと平行に配置されており、直方体導波路と接触して直方体導波路の対向する内壁にわたった設けられる金属バーである、請求項１０記載の分光測定用プラズマ源。
14. 前記金属バーが三角形の横断面を有し、頂点が直方体導波路の内側のプラズマトーチの方を向いている、請求項１３記載の分光測定用プラズマ源。
15. マイクロ波発生源とプラズマトーチの間に位置する直方体導波路の中の誘導性または容量性のエレメントを介してマイクロ波のパワーがプラズマトーチに供給される、請求項１０ないし１４いずれか１項に記載の分光測定用プラズマ源。
16. 前記誘導性エレメントが直方体導波路の対向する両表面にまたがる導電性のポストによって形成される、請求項１５記載の分光測定用プラズマ源。
17. 前記直方体導波路の断面における幅及び高さを低減する開口を規定する共鳴絞りを配置し、
    前記共鳴絞りにおける前記マイクロ波がプラズマガス内のプラズマを励起する請求項１０記載の分光測定用プラズマ源。
18. 前記プラズマトーチが前記開口の長さの軸方向に沿って位置している、請求項１７記載の分光測定用プラズマ源。
19. 前記共鳴絞りは、貫通孔を有する金属セクションであり、前記金属セクションを貫通して前記共鳴絞りの開口と交差する孔の中に前記プラズマトーチが収納される、請求項１８記載の分光測定用プラズマ源。
20. マイクロ波エネルギーを実質的にプラズマトーチの中心軸の方向に収束するために、前記共鳴絞りがプラズマトーチの外径よりも小さな高さを有する、請求項１８または１９記載の分光測定用プラズマ源。
21. 前記プラズマトーチがその間にプラズマガスの供給経路を形成する外側チューブと中間のチューブ、および取り込まれたサンプルを含むキャリアガスを供給する内側のチューブを中間チューブ内に有し、外側のチューブが長さ方向に中間チューブと内側チューブを超えて延びる、請求項１０ないし２０いずれか１項に記載の分光測定用プラズマ源。
22. 外側チューブが直方体導波路からわずかな距離だけ突出するように延びる、請求項２１記載の分光測定用プラズマ源。
23. サンプルの分光分析用のマイクロ波誘導プラズマ源のための導波路であって、
    直方体導波路の形状を有し、
    プラズマガスと取り込まれたサンプルを含むキャリアガスとを供給する経路を有するプラズマトーチを収納するための孔を含み、
    前記孔は、前記直方体導波路内に置かれてその孔を通って延びる前記プラズマトーチが、前記直方体導波路の側壁からそれに対向する側壁に向かって形成される磁界であって、マイクロ波の電磁場の最大磁界と軸方向が一致するように配置されていることを特徴とする、導波路。
24. 磁界強度をプラズマトーチの位置に集中させるような構造を含む、請求項２３記載の導波路。
25. 前記構造が直方体導波路の対向する両表面と接触し、前記プラズマトーチの軸方向と平行な配置において直方体導波路の高さ寸法を低減する、対向して配置された導電性のバーである、請求項２３記載の導波路。
26. 前記導電性のバーが三角形の横断面を有し頂点が互いに向かって内側方向を向いている、請求項２５記載の導波路。
27. 前記導波路の幅と高さとが低減された開口を規定する共鳴絞りを規定する構造を含み、前記構造がプラズマーチを収納する貫通孔を含み、前記貫通孔は、前記共鳴絞りにおける前記マイクロ波がプラズマガス内のプラズマを励起するように前記開口と位置を合わせてある、請求項２３記載の導波路。
28. 前記共鳴絞りの開口が前記貫通孔と交叉する、請求項２７記載の導波路。

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