特定の態様、特質及び特徴は、1つ以上の発振モードで動作し得るジェネレータを対象にしている。ジェネレータは、誘導装置を含むがこれに限定されない、多数の様々な種類の装置に電力を供給するのに使用され得る。
第1の態様では、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータが提供される。ある特定の構成では、ジェネレータは、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、発振回路が、誘導装置に電気的に結合され、かつ発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が、ジェネレータの発振モードでトーチ本体内の誘導結合プラズマを維持する間に、高調波放射制御をもたらすように構成される、ジェネレータが提供される。
ある例では、回路は、誘導装置に電気的に結合するように構成された第1のトランジスタを備える。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第1の駆動回路をさらに含む。一部の実施形態において、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。他の実施形態において、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第2の駆動回路をさらに含む。場合によっては、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。他の例では、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる例では、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。一部の実施形態において、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。他の例では、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。場合によっては、ジェネレータは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備えてもよい。一部の例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。他の実施形態において、ジェネレータは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える場合がある。場合によっては、発振回路は、誘導コイルまたは平板電極を含む誘導装置に電気的に結合するように構成される。一部の例では、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。他の例では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。ある特定の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。一部の例では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。ある特定の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。一部の例では、ジェネレータは、図37、図38または図40に示される回路を含む。
別の態様では、トーチ本体の少なくとも一部を囲む誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータが記載される。例として、発振ジェネレータは、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内の誘導結合プラズマを維持するように構成することができる。発振ジェネレータは、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路を備える。ある特定の構成では、発振回路は、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高く、プロセッサが、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成される。
一部の実施形態において、発振回路は、高調波放射制御をもたらすように構成される。他の実施形態において、回路は、誘導装置に電気的に結合するように構成された第1のトランジスタを備える。その他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。一部の実施形態において、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第2の駆動回路をさらに含む。他の例では、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。場合によっては、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。一部の例では、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。他の例では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で20dBの遮断をもたらすように構成される。ある特定の実施形態において、回路は、ジェネレータが第1の状態から第2の状態に切り替えられた後、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の実施形態において、ジェネレータは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備えることができる。場合によっては、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。ある例では、ジェネレータは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、発振回路は、誘導コイルまたは平板電極を含む誘導装置に電気的に結合するように構成される。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。さらなる例では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。一部の例では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗と、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗とを含む。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。一部の例では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。一部の例では、ジェネレータは、図37、図38または図40に示される回路を含む。
その他の態様では、誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータが開示される。いくつかの構成では、ジェネレータは、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備える。
場合によっては、回路は、誘導装置に電気的に結合して、誘導装置に電力を供給するように構成された第1のトランジスタを備える。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第1の駆動回路をさらに含む。いくつかの構成では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。他の構成では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合するように構成された第2の駆動回路をさらに含む。一部の例では、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して、誘導装置に電気的に結合するように構成される。ある例では、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。ある例では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。一部の例では、回路は、ジェネレータが第1の状態から第2の状態に切り替えられた後、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。一部の例では、ジェネレータは、プラズマの点火を判断するように構成されたプロセッサに電気的に結合された検出器を備える。ある特定の実施形態において、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。他の実施形態において、ジェネレータは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。ある例では、発振回路は、誘導コイルまたは平板電極を含む誘導装置に電気的に結合するように構成される。ある特定の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。一部の例では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の例では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。さらなる実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。一部の例では、ジェネレータは、図37、図38または図40に示される回路を含む。
別の態様では、誘導装置を備えるシステムと、誘導装置に電気的に結合され、かつトーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータであって、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、発振回路が、発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が、ジェネレータの発振モードでトーチ本体内の誘導結合プラズマを維持する間に、高調波放射制御をもたらすようにさらに構成されるジェネレータとが提供される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様では、誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、トーチ本体の少なくとも一部を囲む誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内の誘導結合プラズマを維持するように構成され、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高い、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備える、発振ジェネレータとを含むシステムが開示される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様では、誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータであって、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備えた高周波ジェネレータとを含むシステムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様では、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、収容したトーチ部分に高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつトーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータであって、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、発振回路が、発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が、ジェネレータの発振モードでトーチ内の誘導結合プラズマを維持する間に、高調波放射制御をもたらすようにさらに構成される、ジェネレータと、トーチに流体的に結合された質量分析器とを備える、質量分析計システムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
その他の態様では、質量分析計システムであって、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、収容したトーチ部分に高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、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た発振ジェネレータとを備え、発振ジェネレータが、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高い、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備え、質量分析計システムはさらにトーチに流体的に結合された質量分析器とを備える、質量分析計システムが提供される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様では、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータであって、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備えた高周波ジェネレータと、トーチに流体的に結合された質量分析器とを備える、質量分析計システムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
その他の態様において、光学発光を検出するシステムは、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつトーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータであって、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、発振回路が、発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が、ジェネレータの発振モードでトーチ内の誘導結合プラズマを維持する間に、高調波放射制御をもたらすようにさらに構成される、ジェネレータと、トーチ内の光学発光を検出するように構成された光検出器とを備える。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様において、光学発光を検出するシステムは、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、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た発振ジェネレータとを備え、発振ジェネレータが、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高い、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備え、システムはさらにトーチ内の光学発光を検出するように構成された光検出器とを備える。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様において、光学発光を検出するシステムであって、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータであって、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備えた高周波ジェネレータと、トーチ内の光学発光を検出するように構成された光検出器とを備える、システムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
その他の態様では、原子吸光発光を検出するシステムであって、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつトーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータであって、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、発振回路が、発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が、ジェネレータの発振モードでトーチ内の誘導結合プラズマを維持する間に、高調波放射制御をもたらすようにさらに構成される、ジェネレータと、トーチに光を供給するように構成された光源と、トーチを透過する供給光の量を測定するように構成された光検出器とを備える、システムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様において、原子吸光発光を検出するシステムであって、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、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た発振ジェネレータとを備え、発振ジェネレータが、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高い、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備え、システムはさらにトーチに光を供給するように構成された光源と、トーチを透過する供給光の量を測定するように構成された光検出器とを備える、システムが開示される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様において、原子吸光発光を検出するシステムであって、イオン化源を維持するように構成されたトーチと、トーチの一部分を収容する開口部を備え、トーチに高周波エネルギーを供給するように構成される誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータであって、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備えた高周波ジェネレータと、トーチに光を供給するように構成された光源と、トーチを透過する供給光の量を測定するように構成された光検出器とを備える、システムが記載される。
ある例では、回路は、誘導装置にそれぞれが電気的に結合される第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む。他の例では、回路は、第1のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第1の駆動回路をさらに含む。さらなる例では、第1の駆動回路は、第1のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の例では、回路は、第2のトランジスタに電気的に結合されるとともに誘導装置に電気的に結合された第2の駆動回路をさらに含む。他の実施形態において、第2の駆動回路は、第2のローパスフィルタを介して誘導装置に電気的に結合される。一部の実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、第1のパワートランジスタ及び第2のパワートランジスタに供給されるフィードバック信号をフィルタ処理するように構成される。さらなる実施形態において、第1のローパスフィルタ及び第2のローパスフィルタのそれぞれは、高次のセラミックローパスフィルタを含む。いくつかの構成では、高次のセラミックローパスフィルタは、200MHz以上の周波数で少なくとも20dBの遮断をもたらすように構成される。場合によっては、回路は、およそ3RFサイクル以内にインピーダンス整合をもたらすように構成される。他の例では、本システムは、プロセッサに電気的に結合され、プラズマの点火を測定するように構成された検出器をさらに備える。さらなる例では、プロセッサは、プラズマが消滅した場合に発振回路を無効にするように構成される。その他の例では、システムは、プロセッサと検出器との間に信号変換器をさらに備える。一部の実施形態において、誘導装置は、誘導コイルまたは平板電極を備える。他の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとに均等に電力を分配するように構成される。いくつかの構成では、発振回路は、誘導装置から第1のトランジスタ及び第2のトランジスタにフィードバック信号を交差結合して、電力を均等に分配するように構成される。他の構成では、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1の帰還抵抗を含む。その他の構成では、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2の帰還抵抗を含む。一部の実施形態において、発振回路は、第1のトランジスタに電気的に結合された第1のDCブロックコンデンサを含む。ある特定の実施形態において、発振回路は、第2のトランジスタに電気的に結合された第2のDCブロックコンデンサを含む。
別の態様において、反応チャンバと、反応チャンバの一部分を収容するように構成された開口部を含む誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置を使用して、反応チャンバの収容部分に電力を供給するように構成された、本明細書に記載されるいずれかのジェネレータとを備える、化学反応器が開示される。
その他の態様において、原子化チャンバと、原子化チャンバの一部分を収容するように構成された開口部を含む誘導装置と、誘導装置に電気的に結合され、かつ誘導装置を使用して、原子化チャンバの収容部分に電力を供給するように構成された、本明細書に記載されるいずれかのジェネレータと、原子化チャンバに流体的に結合され、原子化された化学種をチャンバから受け入れ、受け入れた、原子化された化学種を基板に向けて供給するように構成されたノズルとを備える、材料堆積装置が開示される。
別の態様において、システムは、トーチと、トーチの一部分を収容するように構成された開口部を含む第1の誘導装置と、トーチの別の部分を収容するように構成された開口部を含む第2の誘導装置と、第1の誘導装置に電気的に結合された第1のジェネレータと、第2の誘導装置に電気的に結合された第2のジェネレータとを備え、第1のジェネレータ及び第2のジェネレータの少なくとも一方が、本明細書に記載されるいずれか1つのジェネレータである。場合によっては、第1のジェネレータ及び第2のジェネレータのそれぞれが、本明細書に記載されるいずれか1つのジェネレータである。
その他の態様において、第1の発振モードのジェネレータから誘導装置に電力を供給することによって、トーチ本体内にプラズマを点火すること、及びプラズマが点火した後の任意の時点で、ジェネレータを、第1の発振モードから第2の発振モードに切り替えることを含む、単一のジェネレータを用いてプラズマを点火して維持する方法が提供される。本方法は、図37または図38または図40の回路を含む発生器を使用することができる。
別の態様において、単一のジェネレータを用いてプラズマを点火して維持する方法は、第1の発振モード及び第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成されたジェネレータから、誘導装置に電力を供給することによって、トーチ本体内にプラズマを点火すること、及びジェネレータの第2の発振モードを用いてプラズマを維持することを含む。場合によっては、第1の発振モードのジェネレータから電力を供給することによって、プラズマを点火する。他の例では、本方法は、第2の発振モードを用いてプラズマを一定期間維持した後に、ジェネレータを第1の発振モードに切り替えることを含む。
その他の態様では、誘導結合プラズマを維持する方法であって、図37、図38及び図40のうちの1つに示すジェネレータ回路を使用して、発振モードでトーチに電力を供給することを含む。
別の態様では、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された発振回路とを備え、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータであって、発振回路が、誘導装置に電気的に結合され、かつ発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、発振回路が、発振回路のトランジスタに供給される電圧と電流とを独立して制御するように構成される、ジェネレータが提供される。
その他の態様では、トーチ本体の少なくとも一部を囲む誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内の誘導結合プラズマを維持するように構成され、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高く、発振回路が、発振回路のトランジスタに供給される電圧と電流とを独立して制御するようにさらに構成される、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備える、発振ジェネレータが提供される。
別の態様では、誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータは、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備え、回路が、誘導装置に電力を供給する発振回路のトランジスタに供給される電圧と電流とを独立して制御するようにさらに構成される。
その他の態様では、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成されたジェネレータは、プロセッサと、プロセッサに電気的に結合された回路とを備え、回路が、誘導装置に電気的に結合され、かつ発振モードで誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内に誘導結合プラズマを維持するように構成され、回路が駆動モード回路を含まない。
別の態様では、トーチ本体の少なくとも一部を囲む誘導装置に電力を供給するように構成された発振ジェネレータであって、発振ジェネレータが、発振ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内で誘導結合プラズマを点火するように構成されるとともに、発振ジェネレータの第2の状態において、誘導装置に電力を供給して、トーチ本体内の誘導結合プラズマを維持するように構成され、ジェネレータの第1の状態において、誘導装置に第1の周波数を与えるように構成された発振回路であって、発振回路が、第2の状態において、誘導装置に第2の周波数を与えるように構成され、第2の周波数が第1の周波数よりも高く、発振ジェネレータが駆動モード回路を含まない、発振回路と、誘導結合プラズマの点火後に、ジェネレータを第1の状態から第2の状態に切り替えるように構成されたプロセッサとを備える。
別の態様では、誘導装置に電力を供給するように構成された高周波ジェネレータは、第1の発振モードで誘導装置に電力を供給するとともに、第2の発振モードで誘導装置に電力を供給するように構成された回路を備え、回路が駆動モード回路を含まない。
さらなる特徴、態様、例、構成及び実施形態につき、さらに詳細に以下に記載する。
添付の図面を参照して、本装置及び本システムの特定の実施形態を説明する。
本開示の利益を受けて、当業者は、システムの構成部品の特定の寸法または特徴が、分かり易い図を提供するために、拡大され、歪曲され、または別の非慣習的もしくは非比例的な様式で示される場合があることを認識するであろう。さらに、本明細書におけるトーチ本体、生成されるプラズマ、及び他の構成部品の厳密な縦幅、横幅、幾何学的形状、開口部の大きさ等は、様々であり得る。
いくつかの実施形態を、本明細書に開示される技術を利用者に分かりやすく説明するために、単数形及び複数形の用語に関連して、以下に記載する。これらの用語は、便宜上の目的でのみ使用され、本明細書に記載の装置、方法及びシステムを限定する意図はない。例には、駆動モード及び発振モードという用語に関連して本明細書に記載されるものがある。駆動モードで及び発振モードで使われる正確なパラメータは異なる場合があるが、プラズマ発生用のRFジェネレータ周波数は、通常10MHzから90MHzであり、特に20MHzと50MHzとの間であり、例えば約40MHzである。RFジェネレータの出力電力は、一般に約500ワットから50kWである。本明細書でさらに詳しく説明するように、駆動モードでは、フィードバックループを無効にし、かつ電圧を選択して、誘導装置に所望の電力を供給することができる。発振モードでは、フィードバックループを有効にして、インピーダンスを急速に変化させることができる。必要に応じて、ジェネレータを完全に駆動モードで動作させることができる。駆動モードは、発振モードに比べて、特定の用途で質量分析の感度を高くすることができる。一部の実施形態において、駆動+発振のハイブリッドジェネレータは、ICP−OESもしくはICP−MSまたは本明細書に記載の他の類似の計器の一部であってもよい。特定の実施形態では、ジェネレータを制御するために、例えば、プラズマ発生を作動させる、または終了させるために、ジェネレータの動作をジェネレータの内部の、またはジェネレータに電気的に結合されたプロセッサまたは主コントローラで制御することができる。本明細書に記載されたジェネレータは2つのモードが可能だが、必要に応じて、ジェネレータは単一モードのみで、例えば、駆動モードのみで、または発振モードのみで動作させることができる。
ジェネレータを使用して、誘導結合プラズマを発生及び/または維持する特定の実施形態がまた、以下に記載される。ただし必要に応じて、例えば、化学種を原子化及び/またはイオン化するために使用することができる容量結合プラズマ、炎または他の原子化/イオン化装置を、同じジェネレータを使用して発生及び/または維持することができる。本明細書に記載される技術の様々な態様及び特質を説明するために、誘導結合プラズマを使用した特定の構成が以下に提供される。
ある例では、堆積または他の用途向けにイオンを提供する目的で、化学分析用の試料を原子化及び/またはイオン化するために、本明細書に記載されるジェネレータを使用して、高エネルギープラズマを維持することができる。プラズマを点火して維持するために、RFジェネレータ(RFG)からの通常は0.5kWから100kWの範囲のRF電力が、負荷コイル、平板電極、または他の好適な誘導装置によって、プラズマに誘導結合される。プラズマは、点火段階の間中、及びプラズマが種々の化学的試料にさらされるとき、異なるRFインピーダンスを示す。最適な電力伝達を促進するために、RFジェネレータは、インピーダンス整合を変化するプラズマインピーダンスに適合させるように構成することができる。
ある特定の実施形態において、既存のRFジェネレータは、2つの方式のうちの一方のみを使用して動作するように構成される。発振方式(すなわち発振モード)か、駆動方式(すなわち駆動モード)か、である。これらの方式のそれぞれには利点と欠点がある。発振方式では、RFジェネレータは電力発振回路である。発振周波数は、発振器の共振回路により決定される。多くの場合、プラズマインピーダンス及び誘導装置は、共振器及びフィードバック経路の一部であり、したがって、発振周波数は、変化するプラズマインピーダンスに適合するように急速に変えることができる。この特質は、高スループット率での様々な未知試料の分析を容易にする。プラズマ点火の間中、発振方式を実行する場合、誘導装置のRFインピーダンスは、プラズマがない状態から順調なプラズマ発生に至るまで、大幅かつ急峻に変化し得る。点火する前に、誘導装置は、インダクタに供給されるすべてのRF電力が実質的には無効電力である(すなわち、有効電力ではない)ようなインダクタのように振る舞う。プラズマ点火が成功した後、誘導装置は、有効電力をプラズマに誘導結合させる。誘導装置から生じた、パワートランジスタを駆動する発振器のフィードバック信号も同様に、急峻に変化する。結果的に、プラズマ点火の間中、フィードバック信号は十分に制御されず、プラズマ点火のために発振方式を実行する場合、電力エレクトロニクスを損傷させる相当なリスクがある。前述の周波数範囲でRF電力発生に通常使用されるシリコンパワートランジスタの降伏は、ゲート(入力)で約−6Vから+12V、ドレイン降伏が約+150Vである。旧式の遅いシリコントランジスタのゲート降伏限界は、−40Vから+40Vであり得る。半導体技術の進歩は多くの場合、装置の降伏電圧下限を犠牲にしてトランジスタ速度(例えば、ユニティゲイン周波数Ft、または最大発振周波数Fmax)を増加させるようなデバイススケーリング(例えば、ゲート長を小さくする)によって達成されるため、電子機器の損傷防止が特に望まれる。基本周波数よりも高い高調波の有能電力利得は、信号波形及び電流導通角を最適化するために使われ得るので、トランジスタ速度の向上が、高効率電力増幅器(例えばクラスC、クラスD、クラスE、クラスF等)の設計を容易にする。これらの高速、低降伏の装置の実装は、点火の間中に十分に制御されないフィードバック信号を踏まえて、慎重に検討され得る。フィードバック信号振幅が急増すると、制御されていない正のフィードバックループが急速に増強され、その結果、ジェネレータのトランジスタが破壊される可能性がある。過大な信号は、プラズマ点火用の発振器における高周波数、高電力、及び固有不安定性のために、抑制または制御をすることが難しい場合がある。トランジスタを保護するためにフィードバック信号が過度に抑制される場合には、プラズマを点火し損なう。さらに、発振器設計によって、さらなる高RFスプリアス信号及び高位相ノイズが顕在化される場合がある。このような欠陥は、装置の感度を落とす可能性がある。これらの問題点を克服するために、発振方式のみを実行するように構成されたジェネレータは、一般に、回路部品への潜在的な損傷を回避するために、高価及び/または低速かつ低効率の高降伏トランジスタを備える。
駆動方式(すなわちモード)のみを実行するように構成されたジェネレータは、一般に例えば、調整可能なまたは固定された(ただし、変更できる)、所定のまたは事前選択の周波数である制御周波数及び制御振幅で動作する安定したRF源を利用する。信号源の典型的な例は、高品質水晶振動子、RLC共振器またはRC共振器を含む、例えば10ワット未満の小信号のRFシンセサイザまたは電圧制御発振器(VCO)である。RF電力増幅器は、小さい制御RF信号をプラズマ発生用の高電力レベルに強める。駆動方式は、制御周波数及び制御信号振幅がトランジスタ降伏を回避するように選択できるため、プラズマ点火に好都合である。加えて、多くの場合、駆動方式は、スペクトル的に純粋なRF信号、例えば、意図した信号周波数での信号音が強く、RFスプリアス信号が少ない信号スペクトルを生成することができる。いくつかの構成では、質量分析の感度を高めるためには、発振モードのRFジェネレータと比較して、駆動モードのRFジェネレータを使用する方が容易である。しかしながら、駆動方式を実行するように構成されたジェネレータにおけるインピーダンス整合は、多くの場合、発振方式を実行するものよりもかなり低速である。駆動式RFジェネレータは、RFインピーダンス変化を監視することによって、制御周波数(または位相)及び/または振幅を調整し、したがって一般に位相ロックループ(PLL)を用いて、フィードバック(またはエラー)信号を生成して、RF源の周波数または位相を調整することができる。発振方式では、当変更は多くの場合、2、3周期のRF周期内で行われるが、駆動方式での当変更は、数十〜数千周期のRF周期の割合で行われ、すなわち発振方式と比べて少なくとも10〜1000倍遅く行われる。結果として、高スループット質量分析用に駆動式RFジェネレータを設計することは困難である。駆動方式で使用されるRF電力増幅器は、多くの場合、標準的な50オームまたは75オームの負荷を駆動するように設計される。トランジスタへの50オーム(または75オーム)負荷の間の追加のインピーダンス整合は、設計をさらに複雑にし、構成部品とフットプリント面積とを増加させ、望ましくない電力損失を引き起こし得る。
本明細書に記載されるジェネレータのある特定の構成では、ジェネレータは、駆動モード及び発振モードでの動作を可能にする適切な構成部品を備えることができる。ジェネレータを、プラズマ動作の各種の期間中に、2つのモードの間で(必要に応じて)切り替えて、それぞれの期間に最適な電力をプラズマに供給することができる。例えば、プラズマの点火中に、ジェネレータを駆動モードで動作させて、トランジスタの降伏を回避するように、周波数及び信号振幅を良好に制御することができる。プラズマの点火後、ジェネレータは、必要に応じて駆動モードに保つことができ、または試料の導入中に起こり得るプラズマの変化に合わせた迅速なインピーダンス整合を可能にするように、発振モードに切り替えることができる。単一のジェネレータを使用して、駆動モード及び発振モードの両方を実行できることによって、安価であり、及び/または高速で効率が高い、低降伏トランジスタの使用が可能になる。様々な実施形態は、プラズマを点火するためにハイブリッドジェネレータを駆動モードで使用するものとして説明されるが、必要に応じて、ジェネレータを、プラズマ点火中及び/またはプラズマ点火後に発振モードで動作させてもよい。
ある例では、本明細書に記載されたジェネレータは、駆動モード及び発振モードの両方での動作を可能にするとともに、2つのモード間の迅速な切り替えを可能にする適切な構成部品及び回路を備え得る。例えば、ジェネレータは、パワートランジスタ、駆動増幅器、例えばRFスイッチといった様々なスイッチ、及びインピーダンス整合回路網を備え得る。誘導装置の出力から得られるフィードバック信号は、スイッチ(または可変利得回路)によってパワートランジスタを駆動するために使用することができる。フィードバック信号は、一般に、調整可能な利得回路素子(例えば、単段トランジスタ、多段増幅器、可変利得増幅器、可変デジタル減衰器または可変アナログ減衰器、可変コンデンサまたは他の調整可能な結合装置等)で実装されるスイッチによって、有効化、無効化、または振幅調整され得る。スイッチまたは「スイッチング」回路の飽和出力電力を選択して、フィードバック信号の物理的出力を制限または制御することができる。例えば、単段トランジスタをスイッチとして使用する場合、電源、例えば、VDD電源を低減し、その結果、スイッチの飽和(最大)出力電力を、パワートランジスタによって許容される最大入力電力よりも常に低くすることができる。この構成のために、トランジスタは、発振モード動作中に保護される。さらに、RF源を増幅して、パワートランジスタを駆動するために、RF駆動増幅器を使用することができる。これらの構成部品が合わせて実装されると、RFジェネレータは、駆動モード、発振モード及び注入同期モードで動作することができる。注入同期モードは、駆動モード及び発振モードの両方の特性を有したハイブリッドモードであり、駆動モードから発振モードへの移行時に、またはその逆の移行時に存在する。特定の実施形態では、駆動モードが実行されるとき、フィードバック信号がスイッチによって無効化され、かつRF駆動増幅器が有効化される。駆動モードから発振モードに切り替わると、フィードバック信号スイッチが有効化され、かつRF駆動増幅器が無効化される。RFジェネレータは、例えばフィードバック信号及びRF駆動増幅器の両方が有効化されているとき、注入同期モードにあってもよい。この場合、RFジェネレータは発振モードで動作しているが、その動作周波数は駆動モードのRF源周波数に同期している。単一のジェネレータを使用して様々なモードの間で切り替えできることによって、以下に限定されないが、点火中に駆動モードでトランジスタ降伏を最小限に抑えること、試料導入中及び/または試料分析中に発振モードでインピーダンスを迅速に変更できること、及びトランジスタが故障する可能性を低減しながら、安価で高速なトランジスタを使用できることを含む望ましい特質が提供される。必要に応じて、ジェネレータは、駆動モードと発振モードとの間で迅速に切り替わり、ほぼ連続的な注入同期モードを使用して、プラズマを維持するように、駆動モードに戻ることができる。
ある例では、図1を参照すると、ジェネレータの簡略化されたブロック図が示されている。ジェネレータ100は、駆動モードでジェネレータ100の動作中に有効化されるように構成された駆動回路110を備える。駆動回路110は、負荷コイル130に電気的に結合されるものとして示されているが、本明細書で説明するように、負荷コイル130は、例えば、平板電極を含む他の誘導装置と置き換えることができる。ジェネレータ100はまた、負荷コイル130に電気的に結合された発振回路120を備える。回路110、120のそれぞれは、電源(図示せず)に電気的に結合されている。駆動回路110及び発振回路120は、それぞれコントローラまたはプロセッサ140に電気的に結合されて、選ばれた期間におけるそれぞれの回路110、120の動作を可能にすることができる。ジェネレータ100を動作させる1つの方法では、負荷コイル130によって囲まれたトーチ本体135の中にガスを導入することによってプラズマを点火する。プラズマは、スパークまたはアークを伴って点火され、駆動回路110を有効化して、制御された駆動RF信号を駆動モードでプラズマに供給することにより、維持することができる。プラズマインピーダンスが安定すると(または所望の時間の後もしくは選ばれた時間の後)、ジェネレータを駆動モードから発振モードに切り替えることができる。スイッチ切替え処理の間に、駆動回路110及び発振回路120の両方をある期間有効にしてもよく、注入同期モードがもたらされる。駆動回路110を無効にする一方で、発振回路120を有効に保って、ジェネレータ100を発振モードに切り替えることができる。次いで試料をプラズマ中に導入してもよく、プラズマが試料/溶媒で装填されるときに、発振モードにより、インピーダンスを迅速に調整することが可能になる。必要に応じて、特定の試料については、ジェネレータ100を分析のためにもう一度駆動モードに切り替えることができる。本明細書に記載されるように、特定の分析については、駆動モードは、発振モードに比べて高い感度を提供することができる。回路110、120は、説明のために図1では別個の回路として示しているが、駆動回路110及び発振回路120の構成部品は、以下に詳細に述べるように、合わせて統合させてもよい。
特定の実施形態では、図2Aを参照すると、駆動モード及び発振モードを実装するのに好適な回路の特定の能動部品の回路図が示されている。図2Aに示す回路図では、様々な構成部品が能動的であって、駆動モードでの回路動作を可能にする。回路200は、一対の増幅器212、214に電気的に結合された信号源210、例えば、周波数シンセサイザ、または本明細書に記載される他の適切な構成部品を備える。増幅器212、214はそれぞれ、別の増幅器222、224のセットに別々に電気的に結合され、かつコンデンサ232、234を介して負荷コイル260に別々に電気的に結合される。追加の構成部品、例えば抵抗器、増幅器等があってもよいが、本例を簡略化するために示していない。ジェネレータを駆動モードで使用する際に、フィードバックループ(例えば、後述する図2B参照)が無効化され、負荷コイルに供給される電力は、トランジスタが故障する閾値よりも低くなるように選択される。負荷コイル260に供給される周波数は、走査されて、プラズマ点火を成功させる周波数、例えば必要ならコイル電圧を最大にすることができる周波数に合わせられる。検出器270は、信号変換器282、284を介してプロセッサ280に電気的に結合されており、検出器270を使用して、プラズマを監視することができる。例えば、検出器270は、負荷コイル260に供給されるRF信号を監視するのに使用できるRF検出器として構成してもよい。他の構成では、検出器270は、例えば、プラズマの点火後にプラズマから光放射を受け取ることができる光センサ、光ファイバセンサ、または他の装置といった光検出器として構成してもよい。一部の実施形態において、検出器270を省き、個別の負荷コイル(または他の誘導装置)に対して電力レベルを固定して、トランジスタの降伏を回避するレベルに設定することができる。増幅器252、254は、駆動モードでは無効化される。動作中、決定された電力レベルが、トーチ本体(図示せず)の一部を囲む負荷コイル260に供給され、電力が供給されている間に、トーチ本体に供給されるプラズマガスが点火される。プラズマは、負荷コイル260から継続的に印加されるRF電力によって、生成され、かつ維持される。ある特定の実施形態において、ジェネレータを駆動モードに保つことができ、試料をプラズマ中に導入することができる。試料導入中、試料は、典型的には、溶媒などの担体と共に、プラズマ中に散布または噴霧される。プラズマは、試料を脱溶媒和して、プラズマ中の化学種を原子化及び/またはイオン化する働きをする。
ある例では、プラズマが点火して安定化すると、発振回路を有効化して駆動回路を無効化することによって、発振モードに切り替えることが望ましい場合がある。本明細書で述べるように、発振モードではフィードバックが提供される。このフィードバックを、回路のインピーダンスを迅速に調整するために使用して、トーチ内のインピーダンス整合と一層安定したプラズマとをもたらすことができる。図2Bには、発振モードを実装するのに好適な回路の特定の能動部品の回路図が示される。類似の参照符号を持つ図2Bの構成部品は、図2Aの構成部品と同じものである。駆動モードから発振モードに切り替えるには、コンデンサ242、244を介して負荷コイル260に電気的に結合された増幅器252、254を有効化して、フィードバックを与える。ある期間、増幅器212、214、252、254及び周波数シンセサイザ210は全て有効化され、この状態を本明細書では、場合によっては、注入同期モードまたはハイブリッドモードと称している(図2C及び以下参照)。次に、増幅器212、214及び周波数シンセサイザ210(図2A参照)をオフにして、ジェネレータを駆動モードから発振モードに切り替える。発振モードに入ると、試料をプラズマ中に導入することができる。試料導入中、発振モードは、駆動モードと比較して望ましい特質を提供することができる。試料が導入されると、溶媒がプラズマを冷却して、プラズマインピーダンスを急速に変化させることがある。プラズマの消滅を避けるために、インピーダンスを望ましくは迅速に調整する。増幅器252、254によって提供されるフィードバックは、インピーダンスの迅速な調整を可能にして、試料が導入された時、試料が脱溶媒和された時、及び試料が原子化/イオン化された時から存在する様々な条件下でプラズマを維持する。記載していないが、本明細書に記載される発振モードを用いてプラズマを点火することが可能である。例えば、プラズマが消滅した場合、回路を切り替えて駆動モードに戻す必要なしに、プラズマを再点火することができる(ただし、プラズマを再点火するために必要ならば、回路をもう一度駆動モードに切り替えることができる)。
ある特定の構成では、駆動モードから発振モードへの移行の間に、両方のモードの構成部品をある期間にわたって使用可能にして、ハイブリッドモードを提供することができる。図2Cを参照すると、フィードバックループが有効化され、同時に駆動モードの構成部品も有効化される。具体的には、増幅器212、214、222、224、252及び254は全てハイブリッドモードで有効化される。したがって、誘導装置260に供給される電力は、駆動モードと発振モードとの組合せすなわちハイブリッドである。このハイブリッドモードは、駆動モードから発振モードへのもしくは発振モードから駆動モードへの移行の間に生じさせてもよく、または他の構成において、特定の分析もしくは試験のためにハイブリッドモードでジェネレータを動作させることが望ましい場合がある。例えば、ハイブリッドモードでは、プラズマ安定性が高まるように、プラズマ位相雑音を低減することができる。いずれか1つの特定の理論に拘束されることを望まないが、ハイブリッドモードでは、プラズマジェネレータは発振モードにあるが、周波数はもはやプラズマインピーダンスに応じた自走周波数ではない。代わりに、発振器は、制御周波数で発振器に注入される比較的小さい信号に従う。結果として、プラズマ周波数の位相雑音は低くなり、プラズマ周波数を要望通り、コントローラまたはプロセッサによって制御して(必要に応じて)最適化することができる。制御周波数の注入信号は小信号に過ぎないため、プラズマ振幅は、概して発振器の正のフィードバック経路に依然として依存する。例えば、メタノールがプラズマ中に装填されると、プラズマインピーダンスが変化する。メタノールはプラズマから大量のエネルギーを吸収するので、プラズマは薄暗く見えるようになる。このような理由で、負荷コイルへのプラズマが少なくなるため、プラズマ負荷コイルの電圧が上昇する。この結果は、さらに大きなフィードバック信号をもたらし、この信号は、発振モード用駆動増幅器を駆動して、プラズマを維持しにくくする。結果として、ハイブリッドモードでは、プラズマエネルギーは、溶媒及び高濃度マトリックスを有する種々の試料に対してなおも迅速に反応することができるが、周波数はコントローラの最適化アルゴリズムによって制御することができ、試料に影響されない。
ある特定の実施形態において、増幅器212、214を他の構成部品と置き換えて、駆動モードから発振モードへの切替え、またはハイブリッドモードでのジェネレータ動作を可能にすることができる。図3Aを参照すると、スイッチ式信号源310、例えば、RF源、VCO、位相ロックループまたは他の構成部品は、駆動増幅器320に電気的に結合され得る。電源310をオンに切り替えて作動させて、例えば、ジェネレータの駆動モードを使用して電力を供給することができ、または電源310をオフに切り替えて、駆動回路をジェネレータから切り離すことができる。図3Bには、信号源350、例えば、RF信号源、VCO等がスイッチ360に電気的に結合された代替の実施形態が示されている。信号源350は、ジェネレータがオンに切り替えられて作動されたときに、連続的に「オン」状態で動作することができ、スイッチ360は、スイッチ360の状態に応じて、信号源350をジェネレータの他の構成部品に電気的に接続することができ、または信号源350をジェネレータの他の構成部品から電気的に切り離すことができる。その他の構成(図4A参照)では、信号源410を電圧制御発振器420に電気的に結合して、システムの他の構成部品に信号を供給する(または供給しないようにする)ことができる。例えば、VCOに印加される電圧に応じて、測定可能な信号をジェネレータの他の構成部品に供給してもよく、または供給しないようにする。必要に応じて、増幅器を完全に省いてもよく、その代わりに切替え可能な信号源450(図4B参照)を使用することができる。信号源450は、信号の増幅が必要とされないような高電力信号源であってもよい。信号源が誘導装置に電気的に結合される追加の構成は、本開示の利益を受けて、当業者によって容易に選択されるはずである。
ある例では、図5に、ジェネレータの特定の構成部品の簡易化された回路図を示す。誘導コイルは、インダクタL2によって表される。第1のフィードバック経路は、コンデンサC5、C6、C7、C9、抵抗R9、コンデンサC11、抵抗R3、コンデンサC8、及びローパスフィルタL10を含む。第2のフィードバック経路は、コンデンサC26、C27、C28、及びC30、抵抗R10、コンデンサC31、抵抗R6、コンデンサC29、ならびにローパスフィルタL20を含む。フィードバック経路は、誘導装置(L2)電圧(すなわち、ジェネレータ出力)を発振モード用駆動増幅器M4、M6の入力コンデンサC25、C46に返して結合する。コンデンサC11、C8、C31及びC29は、例えば、固定値のセラミックコンデンサと電気的に同調可能なバラクタダイオードとの組合せであってもよい。発振モードの自走周波数はまた、プロセッサまたはコントローラ(図示せず)によって調整可能である。インピーダンス整合用に、コンデンサC1及びC3がある。トランジスタM1及びM2(ならびにM5及びM7)は、それぞれ単一の集積回路パッケージ、例えば、パワー電界効果トランジスタ(FET)もしくはLDMOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ダーリントンペア、または他の商用のトランジスタもしくはトランジスタを含む構成部品の中にあってもよい。M1+M2、M5+M7は、誘導装置L2用にRF電力を生成するための主要な1キロワットのパワーMOSFETである。M3、M4、M6、M8は、例えば、25ワット(1キロワットよりも低い電力)のパワーFETであってもよい。M3及びM8は駆動モード用駆動増幅器であり、M4及びM6は発振モード用駆動増幅器である。図5の回路を駆動モードで使用する際には、DC電圧源V8をオンに切り替えて、M3及びM8のゲートバイアスをオンに(例えば、2.7Vに)するとともに、DC電圧V7を0Vに設定して、M4及びM6を無効にする。発振モードでは、DC電圧源V7をオンに切り替えて、M4及びM6のゲートバイアスをオンに(例えば、2.7Vに)するとともに、直流電圧V8を0Vに設定して、M3及びM8を無効にする。ハイブリッドモードの間、電圧源V7及びV8にDC電圧(例えば、2.7V)を設定して、M3、M4、M6及びM8のゲートバイアスをオンにする。V5及びV6は、(駆動、発振または注入同期モードに関係なく)パワーFET M1、M2、M5及びM7のゲートバイアスをオンにするためのDC電圧源である。V5、V6、V7及びV8は、プロセッサまたはコントローラ(図示せず)によって制御されるADC(アナログデジタル変換器)によって生成される。T1、T2は、フェライトコア巻数比3:1の降圧トランスであってよい。C13及びC32は、トランスT1及びT2の周波数応答を調整するためのコンデンサであってよい。T1、T2、C13及びC32は、必要に応じて省いてもよい。C2及びC4は、高電圧、高出力コンデンサである。L3、L5、L15、L13、L9、L19は、パワーMOSFETのVDD供給用のRFチョークである。L14、L16、L17、L18は、パワーMOSFETのゲート(VGG)供給用のRFチョークである。M1、M2、M5及びM7用のゲート保護ダイオードは図示されていないが、必要に応じてあってもよい。V1、V3は、1キロワットパワーFET M1、M2、M5及びM7用のVDDDC電源である。V2は、駆動モード用駆動増幅器及び発振モード用駆動増幅器M3、M4、M6及びM8のためのVDDDC電源である。図5に示す構成部品は例示のために提供されているが、回路内の他の構成部品を省き、または置換し、依然として駆動モード、発振モード及びハイブリッドモードで動作することができる使用可能なジェネレータを提供することが可能である。さらに、駆動モード、発振モード及びハイブリッドモードでジェネレータを動作させるために、少ないトランジスタ、例えば、1つまたは2つのトランジスタを含む適切な回路を提供することができる。
いくつかの例では、本明細書に記載されたジェネレータと共に使用するのに適した誘導装置は、様々であってもよい。一部の実施形態において、誘導装置は、選択されたターン数、例えば3〜10ターン、巻かれたワイヤを含む負荷コイルを含むことができる。コイル状ワイヤは、トーチにRFエネルギーを供給して、プラズマを維持する。例えば、図6Aを参照すると、トーチ514及び負荷コイル512が示されており、このコイルは、本明細書に記載されたジェネレータの1つに電気的に結合され、例えば、負荷コイル512は、図5の回路図ではL2である。トーチ514は、3つの概して同心のチューブ514、550、及び548を含む。最も内側のチューブ548は、霧状にされた試料の流れ546をプラズマ516の中に供給する。中間のチューブ550は、補助ガス流544をプラズマ516に供給する。最も外側のチューブ514は、プラズマを維持するためのキャリアガス流528を供給する。キャリアガス流528は、中間チューブ550の周囲に層流の状態でプラズマ516に送られ得る。補助ガス流544は、中間チューブ550内に収まってプラズマ516に送られ得る。試料の流れ546は、噴霧室(図示せず)または他の試料導入装置から、最も内側のチューブ548を伝わって、プラズマ516に送られ得る。ジェネレータから負荷コイル512に供給されるRF電流は、負荷コイル512の内部にプラズマ516を閉じ込めるように、その内部に磁場を形成し得る。トーチ514を出るプラズマテール598が示されている。ある例では、プラズマ516は、予熱ゾーン590、誘導ゾーン592、初期放射ゾーン594、分析ゾーン596及びプラズマテール598を含む。負荷コイル512の動作中に、プラズマガスをトーチ512の中に導入し、点火することができる。負荷コイル512に電気的に結合されたジェネレータからのRF電力を、駆動モードで供給して、点火中にプラズマ516を維持することができる。典型的なプラズマでは、アルゴンガスが約15〜20リットル/分の流速でトーチに導入され得る。プラズマ516は、スパークまたはアークを用いて発生して、アルゴンガスを点火することができる。誘導コイル512からのトロイダル磁場は、アルゴン原子及びアルゴンイオンを衝突させ、これがプラズマ516を形成する、例えば約5,000〜10,000K以上といった過熱状態の環境をもたらす。プラズマ516が安定した時点で、ジェネレータを駆動モードから発振モードに切り替えて、チューブ546を介した試料導入の間にプラズマ516のインピーダンスが変化するときに、インピーダンスの迅速な調整を可能にすることができる。必要に応じて、ジェネレータを、特定の試料の分析のために、もう一度駆動モードにまたはハイブリッドモードに切り替えることができる。図6Aには負荷コイル512がおよそ3ターンを含むものとして示されているが、当業者であれば、本開示の利益を受けて、負荷コイル512に3回未満のまたは3回より多い巻き数が存在してもよいことが認識されるはずである。
一部の実施形態において、1つ以上の平板電極を、本明細書に記載のジェネレータに電気的に結合することができる。ある例では、平板電極の平面的性質により、トーチ本体内に、トーチ本体の長手方向軸にほぼ垂直なループ電流が生成される。平板電極は、3つ以上の平板電極がある場合、互いから対称に間隔をおいて配置させてもよいし、または必要であれば、平板電極を互いから非対称的に間隔をおいて配置させてもよい。図6Bには、ジェネレータが駆動モード及び発振モードにあるときに、平板電極が動作可能なように、ジェネレータに電気的に結合され得る2つの平板電極が示される。電極652は、互いから『L』の距離で配置されたほぼ平行な2つの平板652a、652bを含む。平行平板652a、652bのそれぞれは開口部654を含み、トーチ514、最も内側のチューブ548、中間チューブ550及び開口部654が、トーチ514の長手方向軸におおむね平行な長手方向軸626に沿って整列するように、開口部654を通してトーチ514が配置され得る。開口部の正確な寸法及び形状は様々であってよく、トーチを受け入れることができる任意の適切な寸法及び形状とすることができる。例えば、開口部654は、概して円形であってもよく、正方形もしくは長方形であってもよく、または例えば三角形、楕円形、卵形、もしくは他の適切な幾何学的形状であり得る、他の形状であってもよい。ある例では、開口部は、トーチ514の外径よりも約0〜50%、または典型的には約3%大きいサイズにすることができるが、他の例では、トーチ514は、平板652a、652bと接触してもよく、例えば、トーチのある部分を、実質的な動作上の問題なしに、平板の表面に接触させることができる。電極552の開口部654には、開口部554がその周囲と連通するようなスロット564を含めることもできる。平板652a、652bを使用する際には、本明細書に記載されるジェネレータを平板652a、652bに電気的に結合させる。RF電流が駆動モード、発振モードまたは注入同期モードで平板652a、652bに供給されて、平面ループ電流が形成され、この電流が、開口部654を通るトロイダル磁場を生成する。プラズマを点火するため、ジェネレータは駆動モードに設定されることが望ましく(ただし、発振モードまたはハイブリッドモードを使用してプラズマを点火することもできる)、トーチ514の長手方向軸にほぼ垂直な、半径方向平面にほぼ平行な平面電流ループを生成するRF電流が供給される。プラズマ516の点火後、ジェネレータは、トーチ514への試料の導入に先立って、駆動モードから発振モードに切り替えることができる。必要に応じて、ジェネレータを、特定の試料の分析のために、もう一度駆動モードまたはハイブリッドモードに切り替えることができる。図6Bには、2つの平板電極652a、652bが示されているが、単一の平板電極を使用してもよく、3つの平板電極を使用してもよく、または3つより多い平板電極を使用してもよい。さらに詳しく以下に説明するように、平板の各々は、必要に応じて、同じジェネレータに電気的に結合されてもよく、または異なるジェネレータに電気的に結合されてもよい。
ある特定の実施形態において、本明細書に記載のジェネレータは、同じであっても異なっていてもよい、別のジェネレータと組み合わせて使用することができる。説明を簡単にするために、いくつかの構成のブロック図が本明細書に含まれる。「単一モードジェネレータ」という用語は、駆動モードまたは発振モードで動作することができるが、一般にはモード間で切り替え可能ではないジェネレータを指す。図7を参照すると、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータ710と単一モードジェネレータ720とを含む、それぞれが負荷コイル730、740に別々に結合された、システム700が示される。トーチ750は、負荷コイル730、740の各々の開口部内に配置される。システム700の動作中に、ジェネレータ710を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードでコイル730に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ750の左側に入って、軸方向に先ずコイル730に到達する。ジェネレータ720は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ710を駆動モードで動作させて、トーチ750内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ720をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ710、720の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ710が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ720をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ720は、ジェネレータ710が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ710は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ720は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。他の実施形態において、ジェネレータ710は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ720は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。さらなる実施形態において、ジェネレータ710は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ720は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。ある特定の実施形態において、ジェネレータ710は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ720は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。必要に応じて、負荷コイル730、740内のコイルの数は異なっていてもよく、同じであってもよい。
ある例では、図8には、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータ、例えば、駆動モード、発振モード及び/またはハイブリッドモードで動作することができるジェネレータの上流に、単一モードジェネレータが配置された別のシステムが示される。システム800は、単一モードジェネレータ810及びハイブリッドジェネレータ820を含み、それぞれが負荷コイル830、840に別々に結合される。トーチ850は、負荷コイル830、840の各々の開口部内に配置される。システム800の動作中に、ジェネレータ820を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードでコイル840に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ850の左側に入って、軸方向に先ずコイル830に到達する。ジェネレータ810は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ820を駆動モードで動作させて、トーチ850内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ810をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ810、820の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ820が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ810をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ810は、ジェネレータ820が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ810は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ820は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。ある特定の実施形態において、ジェネレータ810は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ820は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。他の実施形態において、ジェネレータ810は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ820は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。さらなる実施形態において、ジェネレータ810は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ820は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。必要に応じて、負荷コイル830、840内のコイルの数は異なっていてもよく、同じであってもよい。
ある例では、図9には、本明細書に記載の2つのハイブリッドジェネレータが存在する別のシステムが示される。システム900は、第1のハイブリッドジェネレータ910と第2のハイブリッドジェネレータ920とを含み、それぞれが負荷コイル930、940に別々に結合される。トーチ950は、負荷コイル930、940の各々の開口部内に配置される。システム900の動作中に、ジェネレータ910、920の各々を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで、コイル930、940にそれぞれ電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ950の左側に入って、軸方向に先ずコイル930に到達する。一部の実施形態において、ジェネレータ910、920の各々を、プラズマ点火中に駆動モードで動作させる。他の実施形態において、ジェネレータ910、920の一方のみをプラズマ点火中に駆動モードで動作させ、他方のジェネレータはオフにしてもよく、または発振モードで動作させてもよい。プラズマ点火の後で、ジェネレータ910、920の一方または両方を駆動モードから発振モードに切り替えることができる。例えば、ジェネレータ910を駆動モードで動作させたままにして、ジェネレータ920を発振モードに切り替えることができる。異なる構成では、ジェネレータ910を発振モードに切り替え、ジェネレータ920を駆動モードにしておく。別の構成では、ジェネレータ910、920をそれぞれ発振モードに切り替えるが、それらを同時に切り替えてもよいし、またはジェネレータ910を最初に発振モードに切り替えてから、ジェネレータ920の発振モードへの切替えを続けて行ってもよい(またはその逆に行ってもよい)。
1つよりも多くのジェネレータが存在する特定の実施形態では、各ジェネレータは個別に、1つ、2つ、3つまたはそれ以上の平板電極に電気的に結合され得る。便宜上の目的で2つの平板電極を使用した図を、図10〜図12に示す。図10を参照すると、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータ1010と単一モードジェネレータ1020とを含む、それぞれが平板電極1030、1040の対に別々に結合された、システム1000が示される。平板電極1030、1040は、それぞれの取付板1035、1045に結合された状態で示される。トーチ1050は、平板1030、1040の各々の開口部内に配置される。システム1000の動作中に、ジェネレータ1010を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで平板1030に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1050の左側に入って、軸方向に先ず平板1030に到達する。ジェネレータ1020は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1010を駆動モードで動作させて、トーチ1050内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1020をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1010、1020の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1010が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1020をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1020は、ジェネレータ1010が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1010は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1020は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。他の実施形態において、ジェネレータ1010は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1020は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。さらなる実施形態において、ジェネレータ1010は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1020は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1010は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1020は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。
ある特定の実施形態において、図11には、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータの上流に、単一モードジェネレータが配置された別のシステムが示される。システム1100は、単一モードジェネレータ1110及びハイブリッドジェネレータ1120を含み、それぞれが平板電極1130、1140の対に別々に結合される。平板電極1130、1140は、取付板1135、1145にそれぞれ結合された状態で示される。トーチ1150は、平板電極1130、1140の各々の開口部内に配置される。システム1100の動作中に、ジェネレータ1120を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで平板1140に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1150の左側に入って、軸方向に先ず平板1130に到達する。ジェネレータ1110は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1120を駆動モードで動作させて、トーチ1150内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1110をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1110、1120の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1120が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1110をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1110は、ジェネレータ1120が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1110は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1120は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1110は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1120は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。他の実施形態において、ジェネレータ1110は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1120は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。さらなる実施形態において、ジェネレータ1110は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1120は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。
ある例では、図12には、本明細書に記載の2つのハイブリッドジェネレータが存在する別のシステムが示される。システム1200は、第1のハイブリッドジェネレータ1210と第2のハイブリッドジェネレータ1220とを含み、それぞれが平板電極1230、1240の対に別々に結合される。平板電極1230、1240は、それぞれの取付板1235、1245に結合された状態で示される。トーチ1250は、平板電極1230、1240の各々の開口部内に配置される。システム1200の動作中に、ジェネレータ1210、1220の各々を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで、平板1230、1240にそれぞれ電力を供給することができる。プラズマガスは、トーチ1250の左側に入って、軸方向に先ずコイル1230に到達する。一部の実施形態において、ジェネレータ1210、1220の各々を、プラズマ点火中に駆動モードで動作させる。他の実施形態において、ジェネレータ1210、1220の一方のみをプラズマ点火中に駆動モードで動作させ、他方のジェネレータはオフにしてもよく、または発振モードで動作させてもよい。プラズマ点火の後で、ジェネレータ1210、1220の一方または両方を駆動モードから発振モードに切り替えることができる。例えば、ジェネレータ1210を駆動モードで動作させたままにして、ジェネレータ1220を発振モードに切り替えることができる。異なる構成では、ジェネレータ1210を発振モードに切り替え、ジェネレータ1220を駆動モードにしておく。別の構成では、ジェネレータ1210、1220をそれぞれ発振モードに切り替えるが、それらを同時に切り替えてもよいし、またはジェネレータ1210を最初に発振モードに切り替えてから、ジェネレータ1220の発振モードへの切替えを続けて行ってもよい(またはその逆に行ってもよい)。
1つよりも多くのジェネレータが存在する特定の実施形態では、一方のジェネレータが個別に、1つ、2つ、3つまたはそれ以上の平板電極に電気的に結合されてもよいし、他方のジェネレータが負荷コイルに電気的に結合されてもよい。便宜上の目的で2つの平板電極を使用した図を、図13〜図18に示す。図13を参照すると、システム1300は、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータ1310と単一モードジェネレータ1320とを含む。ジェネレータ1310は、負荷コイル1330に電気的に結合され、ジェネレータ1320は、平板電極1340に電気的に結合される。平板電極1340は、取付板1345に結合された状態で示される。トーチ1350は、負荷コイル1330及び平板1340の開口部内に配置される。システム1300の動作中に、ジェネレータ1310を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードでコイル1330に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1350の左側に入って、軸方向に先ずコイル1330に到達する。ジェネレータ1320は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1310を駆動モードで動作させて、トーチ1350内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1320をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1310、1320の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1310が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1320をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1320は、ジェネレータ1310が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1310は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1320は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。他の実施形態において、ジェネレータ1310は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1320は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。さらなる実施形態において、ジェネレータ1310は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1320は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1310は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1320は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。
ある例では、図14には、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータの上流に、単一モードジェネレータが配置された別のシステムが示される。システム1400は、単一モードジェネレータ1410及びハイブリッドジェネレータ1420を含む。ジェネレータ1410は、負荷コイル1430に電気的に結合され、ジェネレータ1420は、平板電極1440に電気的に結合される。平板電極1440は、取付板1445に結合された状態で示される。トーチ1150は、負荷コイル1430及び平板電極1440の各々の開口部内に配置される。システム1400の動作中に、ジェネレータ1420を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで平板1440に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1450の左側に入って、軸方向に先ずコイル1430に到達する。ジェネレータ1410は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1420を駆動モードで動作させて、トーチ1450内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1410をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1410、1420の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1420が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1410をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1410は、ジェネレータ1420が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1410は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1420は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1410は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1420は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。他の実施形態において、ジェネレータ1410は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1420は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。さらなる実施形態において、ジェネレータ1410は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1420は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。
ある例では、図15には、本明細書に記載の2つのハイブリッドジェネレータが存在する別のシステムが示される。システム1500は、第1のハイブリッドジェネレータ1510と第2のハイブリッドジェネレータ1520とを含む。ジェネレータ1510は、負荷コイル1530に電気的に結合され、ジェネレータ1520は、平板電極1540に電気的に結合される。平板電極1540は、取付板1545に結合された状態で示される。トーチ1550は、負荷コイル1530及び平板電極1540の各々の開口部内に配置される。システム1500の動作中に、ジェネレータ1510、1520の各々を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで、平板1530、1540にそれぞれ電力を供給することができる。プラズマガスは、トーチ1550の左側に入って、先ずコイル1530の内側に到達する。一部の実施形態において、ジェネレータ1510、1520の各々を、プラズマ点火中に駆動モードで動作させる。他の実施形態において、ジェネレータ1510、1520の一方のみをプラズマ点火中に駆動モードで動作させ、他方のジェネレータはオフにしてもよく、または発振モードで動作させてもよい。プラズマ点火の後で、ジェネレータ1510、1520の一方または両方を駆動モードから発振モードに切り替えることができる。例えば、ジェネレータ1510を駆動モードで動作させたままにして、ジェネレータ1520を発振モードに切り替えることができる。異なる構成では、ジェネレータ1510を発振モードに切り替え、ジェネレータ1520を駆動モードにしておく。別の構成では、ジェネレータ1510、1520をそれぞれ発振モードに切り替えるが、それらを同時に切り替えてもよいし、またはジェネレータ1510を最初に発振モードに切り替えてから、ジェネレータ1520の発振モードへの切替えを続けて行ってもよい(またはその逆に行ってもよい)。
図16を参照すると、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータ1610と単一モードジェネレータ1620とを含むシステム1600が示される。ジェネレータ1610は、平板電極1630に電気的に結合され、ジェネレータ1620は、負荷コイル1640に電気的に結合される。平板電極1630は、取付板1645に結合された状態で示される。トーチ1650は、負荷コイル1640及び平板1630の開口部内に配置される。システム1600の動作中に、ジェネレータ1610を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで平板1630に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1650の左側に入って、軸方向に先ず平板1630に到達する。ジェネレータ1620は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1610を駆動モードで動作させて、トーチ1650内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1620をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1610、1620の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1610が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1620をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1620は、ジェネレータ1610が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1610は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1620は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。他の実施形態において、ジェネレータ1610は、試料を脱溶媒和するために発振モードで使用されてもよく、ジェネレータ1620は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。さらなる実施形態において、ジェネレータ1610は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1620は、試料を原子化/イオン化するために使用される駆動モードジェネレータであってもよい。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1610は、試料を脱溶媒和するために駆動モードで使用されてもよく、ジェネレータ1620は、試料を原子化/イオン化するために使用される発振ジェネレータであってもよい。
ある例では、図17には、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータの上流に、単一モードジェネレータが配置された別のシステムが示される。システム1700は、単一モードジェネレータ1710及びハイブリッドジェネレータ1720を含む。ジェネレータ1710は、平板電極1730に電気的に結合され、ジェネレータ1720は、負荷コイル1740に電気的に結合される。平板電極1730は、取付板1745に結合された状態で示される。トーチ1750は、負荷コイル1740及び平板電極1730の各々の開口部内に配置される。システム1700の動作中に、ジェネレータ1720を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで負荷コイル1740に電力を供給することができる。プラズマガスは、チューブ1750の左側に入って、軸方向に先ず平板1730に到達する。ジェネレータ1710は、駆動モードジェネレータかそれとも発振モードジェネレータとして構成され得る。一部の実施形態において、ジェネレータ1720を駆動モードで動作させて、トーチ1750内にプラズマを点火し、次いでジェネレータ1710をプラズマ点火の後でオンに切り替えて作動させる。他の実施形態において、ジェネレータ1710、1720の両方を、プラズマ点火中にオンに切り替えて作動させてもよい。場合によっては、ジェネレータ1720が駆動モードから発振モードに切り替わるまで、ジェネレータ1710をオンに切り替えないようにする。例えば、ジェネレータ1710は、ジェネレータ1720が駆動モードから発振モードに切り替えられると同時にオンに切り替えられる発振ジェネレータとして構成されてもよい。一部の実施形態において、ジェネレータ1710は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1720は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。ある特定の実施形態において、ジェネレータ1710は、試料を脱溶媒和するために発振ジェネレータであってもよく、ジェネレータ1720は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。他の実施形態において、ジェネレータ1710は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1720は、試料を原子化/イオン化するために駆動モードで動作させることができる。さらなる実施形態において、ジェネレータ1710は、試料を脱溶媒和するために駆動モードジェネレータであってもよく、ジェネレータ1720は、試料を原子化/イオン化するために発振モードで動作させることができる。
ある例では、図18には、本明細書に記載の2つのハイブリッドジェネレータが存在する別のシステムが示される。システム1800は、第1のハイブリッドジェネレータ1810と第2のハイブリッドジェネレータ1820とを含む。ジェネレータ1810は、平板電極1830に電気的に結合され、ジェネレータ1820は、負荷コイル1840に電気的に結合される。平板電極1830は、取付板1845に結合された状態で示される。トーチ1850は、負荷コイル1840及び平板電極1830の各々の開口部内に配置される。システム1800の動作中に、ジェネレータ1810、1820の各々を使用して、駆動モード、発振モードまたはハイブリッドモードで、平板1830、及び負荷コイル1840にそれぞれ電力を供給することができる。プラズマガスは、トーチ1850の左側に入って、軸方向に先ず平板1830に到達する。一部の実施形態において、ジェネレータ1810、1820の各々を、プラズマ点火中に駆動モードで動作させる。他の実施形態において、ジェネレータ1810、1820の一方のみをプラズマ点火中に駆動モードで動作させ、他方のジェネレータはオフにしてもよく、または発振モードで動作させてもよい。プラズマ点火の後で、ジェネレータ1810、1820の一方または両方を駆動モードから発振モードに切り替えることができる。例えば、ジェネレータ1810を駆動モードで動作させたままにして、ジェネレータ1820を発振モードに切り替えることができる。異なる構成では、ジェネレータ1810を発振モードに切り替え、ジェネレータ1820を駆動モードにしておく。別の構成では、ジェネレータ1810、1820をそれぞれ発振モードに切り替えるが、それらを同時に切り替えてもよいし、またはジェネレータ1810を最初に発振モードに切り替えてから、ジェネレータ1820の発振モードへの切替えを続けて行ってもよい(またはその逆に行ってもよい)。
特定の例では、本明細書に記載される単一のハイブリッドジェネレータを使用して、同時に2つ以上の誘導装置に電力を供給することができる。図19を参照すると、システム1900は、負荷コイル1930、1940に電気的に結合されたジェネレータ1910を含む。トーチ1950は、負荷コイル1930、1940の開口部内に配置される。システム1900の動作中、負荷コイル1930、1940の一方または両方に、駆動モードか発振モード、または両方で電力を供給することができる。一部の例では、ジェネレータ1910が駆動モードにあるとき、負荷コイル1930のみを作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。ジェネレータ1910を発振モードに切り替えるとき、負荷コイル1940に給電して、トーチ1950内のプラズマの全長を増加させることもできる。あるいは、ジェネレータ1910が駆動モードにあるとき、両方の負荷コイル1930、1940を作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。プラズマが点火されると、ジェネレータ1910は発振モードに切り替えられ、負荷コイル1930、1940の両方は動作状態であってもよく、または必要に応じて負荷コイル1930、1940の一方は給電を止められてもよい。ジェネレータ1910から負荷コイル1930、1940に種々の電力が供給されるような、適切な回路が、ジェネレータに含まれ得る。例えば、負荷コイル1940よりも多くの電力を負荷コイル1930に供給すること(またはその逆)が望ましい場合がある。一部の実施形態において、負荷コイル1940が負荷コイル1930とは異なる巻数を含む場合があるが、他の例では、負荷コイル1930、1940のそれぞれの巻数が同じであってもよい。
ある特定の実施形態において、図20には、2組の平板電極を含むことを除いて図19に示すものと同様のシステムが示される。システム2000は、平板電極2030、2040に電気的に結合されたジェネレータ2010を含む。トーチ2050は、平板電極2030、2040の開口部内に配置される。システム2000の動作中、平板電極2030、2040の対の一方または両方に、駆動モードか発振モード、または両方で電力を供給することができる。一部の例では、ジェネレータ2010が駆動モードにあるとき、平板電極2030のみを作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。ジェネレータ2010を発振モードに切り替えるとき、電極2040に給電して、トーチ2050内のプラズマの全長を増加させることもできる。あるいは、ジェネレータ2010が駆動モードにあるとき、両方の平板電極2030、2040のセットを作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。プラズマが点火されると、ジェネレータ2010は発振モードに切り替えられ、平板電極2030、2040のセットの両方は動作状態であってもよく、または必要に応じて平板電極2030、2040のセットの一方は給電を止められてもよい。ジェネレータ2010から平板電極2030、2040のセットに種々の電力が供給されるような、適切な回路が、ジェネレータに含まれ得る。例えば、電極2040よりも多くの電力を電極2030に供給すること(またはその逆)が望ましい場合がある。ある例では、電極2040が電極2030とは異なる枚数の板を含む場合があるが、他の例では、電極2030、2040のそれぞれの板の枚数が同じであってもよい。
ある例では、図21には、1組の負荷コイルと1組の平板電極とを含むことを除いて図19及び図20に示すものと同様のシステムが示される。システム2100は、負荷コイル2130及び平板電極2140に電気的に結合されたジェネレータ2110を含む。トーチ2150は、負荷コイル2130及び平板電極2140の開口部内に配置される。システム2100の動作中、負荷コイル2130及び平板電極2140の一方または両方に、駆動モードか発振モード、または両方で電力を供給することができる。一部の例では、ジェネレータ2110が駆動モードにあるとき、負荷コイル2130のみを作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。ジェネレータ2110を発振モードに切り替えるとき、平板電極2140に給電して、トーチ2150内のプラズマの全長を増加させることもできる。あるいは、ジェネレータ2110が駆動モードにあるとき、負荷コイル2130及び平板電極2140の両方を作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。プラズマが点火されると、ジェネレータ2110は発振モードに切り替えられ、負荷コイル2130及び平板電極2140の両方は動作状態であってもよく、または必要に応じて負荷コイル2130もしくは平板電極2140の一方は給電を止められてもよい。ジェネレータ2110から負荷コイル2130及び平板電極2140に種々の電力が供給されるような、適切な回路が、ジェネレータに含まれ得る。例えば、平板電極2140よりも多くの電力を誘導コイル2130に供給すること(またはその逆)が望ましい場合がある。
ある例では、図22には、負荷コイルの上流に平板電極のセットを含むことを除いて図19〜図21に示すものと同様のシステムが示される。システム2200は、平板電極2230及び負荷コイル2240に電気的に結合されたジェネレータ2210を含む。トーチ2250は、平板電極2230及び負荷コイル2240の開口部内に配置される。システム2200の動作中、平板電極2230及び負荷コイル2240の一方または両方に、駆動モードか発振モード、または両方で電力を供給することができる。一部の例では、ジェネレータ2210が駆動モードにあるとき、平板電極2230のみを作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。ジェネレータ2210を発振モードに切り替えるとき、負荷コイル2240に給電して、トーチ2250内のプラズマの全長を増加させることもできる。あるいは、ジェネレータ2210が駆動モードにあるとき、平板電極2230及び負荷コイル2240の両方を作動させることによって、プラズマを点火することが望ましい場合がある。プラズマが点火されると、ジェネレータ2210は発振モードに切り替えられ、平板電極2230及び負荷コイル2240の両方は動作状態であってもよく、または必要に応じて平板電極2230もしくは負荷コイル2240の一方は給電を止められてもよい。ジェネレータ2210から平板電極2230及び負荷コイル2240に種々の電力が供給されるような、適切な回路が、ジェネレータに含まれ得る。例えば、負荷コイル2240よりも多くの電力を平板電極2230に供給すること(またはその逆)が望ましい場合がある。
特定の例では、本明細書に記載のハイブリッドジェネレータを使用して、光学発光システム(OES)に関わる誘導結合プラズマ(ICP)に電力を供給することができる。OESの例示的な構成要素を図23に示す。装置2300は、ICP2340に流体的に結合された試料導入システム2330を含む。ICP2340は、ジェネレータ2335に電気的に結合され、トーチ、負荷コイル(または平板)または他の誘導装置を使用して生成することができる。ジェネレータ2335は、本明細書で説明されるハイブリッドジェネレータのいずれかであってよい。ICP2340は、検出器2350に流体的に(または光学的にもしくは両方で)結合されている。試料導入装置2330は、試料の性質に応じて変更することができる。ある例では、試料導入装置2330は、液体試料をエアロゾル化してICP2340中に導入するように構成されたネブライザであってもよい。他の例では、試料導入装置2330は、試料をICP2340中に直接注入するように構成されてもよい。試料を導入するための他の適切な装置及び方法は、本開示の利益を受けて、当業者によって容易に選択されるはずである。検出器2350は、様々な形を取ることができ、光学発光2355などの光学発光を検出することができる任意の適切な装置であってよい。例えば、検出器2350は、レンズ、ミラー、プリズム、窓、バンドパスフィルタなどの適切な光学部品を含むことができる。検出器2350は、多重チャンネルOES装置を提供するために、エシェル格子などの回折格子を含むこともできる。エシェル格子などの回折格子は、複数の発光波長の同時検出を可能にすることができる。回折格子は、観測する1つ以上の特定の波長を選択するために、単色光分光器または他の適切な装置の内部に配置されてもよい。ある例では、検出器2350は、電荷結合素子(CCD)を含むことができる。他の例において、OES装置は、フーリエ変換を実行して複数の発光波長の同時検出を提供するように構成してもよい。検出器2350は、紫外、可視、近赤外及び遠赤外等を含むがこれに限定されない、広い波長範囲にわたって発光波長を観測するように構成することができる。OES装置2300は、所望の信号を提供するために、及び/またはデータ収集用に、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、適切な回路とをさらに含むことができる。適切なさらなる装置及び回路は、当技術分野において周知であり、例えば、PerkinElmer Health Sciences,Inc.(Waltham,MA)から市販されているOptima 2100DVシリーズ、Optima 5000 DVシリーズ及びOptima 7000シリーズのOES装置など、市販のOES装置に見出すことができる。オプションの増幅器2360は、例えば、検出された光子に由来する信号を増幅するなど、信号2355を増大させるよう作動することができ、この信号を、表示器、コンピュータ等であり得るオプションのディスプレイ2370に与えることができる。信号2355が表示または検出のために十分に大きい例では、増幅器2360を省いてもよい。ある例では、増幅器2360は、検出器2350から信号を受け取るように構成された光電子増倍管である。ただし、信号を増幅するための他の適切な装置は、本開示の利益を受けて、当業者によって選択されるはずである。また、既存のOES装置にジェネレータ2335を後付けすること、及び本明細書に開示されたジェネレータを使用して新たなOES装置を設計することは、本開示の利益を受けて、当業者の能力の範囲内にあるはずである。OES装置2300には、PerkinElmer Health Sciencesから市販されているAS90オートサンプラー及びAS93オートサンプラーなどのオートサンプラー、または他の供給業者から入手可能な類似の装置をさらに含めることができる。
ある特定の実施形態において、本明細書に記載のジェネレータは、吸収分光法(AS)用に設計された計器で使用することができる。原子及びイオンは、特定の波長の光を吸収して、低エネルギー準位から高エネルギー準位への遷移にエネルギーを供給することができる。原子またはイオンは、基底状態から高エネルギー準位への遷移に起因する複数の共鳴線を含み得る。そのような遷移を促進させるのに必要なエネルギーは、以下にさらに説明するように、例えば、熱、炎、プラズマ、アーク、スパーク、陰極線ランプ、レーザ等、多数の供給源を用いて供給することができる。一部の例では、本明細書に記載されるジェネレータは、ICPに電力を供給するために使用されて、原子またはイオンによって吸収されるエネルギーまたは光を供給することができる。ある例において、図24に単一ビームAS装置を示す。単一ビームAS装置2400は、電源2410、ランプ2420、試料導入装置2425、ハイブリッドジェネレータ2435に電気的に結合されたICP装置2430、検出器2440、オプションの増幅器2450及びオプションのディスプレイ2460を含む。電源2410は、ランプ2420に電力を供給するように構成することができる。ランプ2420は、原子及びイオンによって吸収される1つ以上の波長の光2422を供給する。必要に応じて、電源2410は、ジェネレータ2435に電気的に結合させることもできる。好適なランプには、水銀ランプ、陰極線ランプ、レーザなどが含まれるが、これらに限定されない。ランプは、適切なチョッパまたはパルス電源を使用してパルス化されてもよく、またはレーザが組み込まれる例では、レーザを、選択した周波数、例えば5、10、または20回/秒でパルス発光させてもよい。ランプ2420の細かい構成は様々であってよい。例えば、ランプ2420は、ICP2430に沿って軸方向に光を供給してもよく、またはICP装置2430に沿って放射状に光を供給してもよい。図24に示す例では、ランプ2420からの光を軸方向に供給できるように構成している。信号の軸方向観察を用いると、信号対雑音に有利であり得る。ICP2430は、本明細書に記載される誘導装置及びトーチのいずれか、または本開示の利益を受けて、当業者によって容易に選択もしくは設計がなされ得る他の適切な誘導装置及びトーチを使用して維持することができる。ICP2430内で試料の原子化及び/またはイオン化が行われると、ランプ2420からの入射光2422が原子を励起することができる。すなわち、ランプ2420によって供給される光2422の何割かが、ICP2430内の原子及びイオンによって吸収され得る。残りの割合の光2435が検出器2440に伝送され得る。検出器2440は、例えば、プリズム、レンズ、回折格子、及び他の適切な装置(例えば、OES装置に関して上に述べたものなど)を使用して、1つ以上の適切な波長を確保することができる。信号は、ディスプレイ2460に与える信号を増大させるために、オプションの増幅器2450に供給され得る。ICP2430における試料による吸収量を明らかにするために、試料導入の前に水などのブランクを導入して、100%透過率の基準値を提供することができる。ICPに導入され、またはICPから出た、一度試料を透過した光の量を測定することができ、試料で伝送された光の量を基準値で除算して、透過率を求めることができる。透過率の負のlog10は吸光度に等しい。AS装置2400は、所望の信号を提供するために、及び/またはデータ収集用に、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、適切な回路とをさらに含むことができる。適切なさらなる装置及び回路は、例えば、PerkinElmer Health Sciencesから市販されているAAnalystシリーズ分光計など、市販のAS装置に見出すことができる。また、既存のAS装置に、本明細書に開示されたジェネレータを後付けすること、及び本明細書に開示されたジェネレータを使用して新たなAS装置を設計することは、本開示の利益を受けて、当業者の能力の範囲内にあるはずである。AS装置には、PerkinElmer Health Sciencesから市販されているAS−90A、AS−90plus及びAS−93plusといったオートサンプラーなど、当技術分野で周知のオートサンプラーをさらに含めることができる。
ある特定の実施形態において、図25を参照すると、本明細書に記載されたジェネレータは、デュアルビームAS装置2500で使用することができる。デュアルビームAS装置2500は、電源2510、ランプ2520、ICP2565、ICP2565の誘導装置(図示せず)に電気的に結合されたジェネレータ2566、検出器2580、オプションの増幅器2590、及びオプションのディスプレイ2595を含む。電源2510は、ランプ2520に電力を供給するように構成することができる。ランプ2520は、原子及びイオンによって吸収される1つ以上の波長の光2525を供給する。好適なランプには、水銀ランプ、陰極線ランプ、レーザなどが含まれるが、これらに限定されない。ランプは、適切なチョッパまたはパルス電源を使用してパルス化されてもよく、またはレーザが組み込まれる例では、レーザを、選択した周波数、例えば5、10、または20回/秒でパルス発光させてもよい。ランプ2520の構成は様々であってよい。例えば、ランプ2520は、ICP2565に沿って軸方向に光を供給してもよく、またはICP2565に沿って放射状に光を供給してもよい。図25に示す例では、ランプ2520からの光を軸方向に供給できるように構成している。信号の軸方向観察を用いると、信号対雑音に有利であり得る。ICP2565は、本明細書で説明されるICPのいずれか、または本開示の利益を受けて、当業者によって容易に選択もしくは設計がなされ得る他の適切なICPであってよい。ICP2565内で試料の原子化及び/またはイオン化が行われると、ランプ2520からの入射光2525が原子を励起することができる。すなわち、ランプ2520によって供給される光2525の何割かが、ICP2565内の原子及びイオンによって吸収され得る。残りの割合の光2567が検出器2580に伝送される。デュアルビームを使用する例では、入射光2525は、ビームスプリッタ2530を用いて分割することができ、したがって、光の何割か(例えば約10%〜約90%)を光ビーム2535としてICP2565へ伝送し、残りの割合の光を光ビーム2540として、ミラーまたはレンズ2550及び2555へ伝送することができる。光ビームは、ハーフミラーなどの結合器2570を使用して再結合させることができ、結合信号2575を検出装置2580に与えることができる。それから基準値と試料の値との比を決定して、試料の吸光度を計算することができる。検出装置2580は、例えば、当技術分野で周知のプリズム、レンズ、回折格子、及び他の適切な装置(例えば、OES装置に関して上に述べたものなど)を使用して、1つ以上の適切な波長を確保することができる。信号2585は、信号を増大させてディスプレイ2595に与えるために、オプションの増幅器2590に供給され得る。AS装置2500は、所望の信号を提供するために、及び/またはデータ収集用に、マイクロプロセッサ及び/またはコンピュータなどの、当技術分野で周知の適切な電子機器と、適切な回路とをさらに含むことができる。適切なさらなる装置及び回路は、例えば、PerkinElmer Health Sciences,Inc.から市販されているAAnalystシリーズ分光計など、市販のAS装置に見出すことができる。既存のデュアルビームAS装置に、本明細書に開示されたジェネレータを後付けすること、及び本明細書に開示されたジェネレータを使用して新たなデュアルビームAS装置を設計することは、本開示の利益を受けて、当業者の能力の範囲内にあるはずである。AS装置には、PerkinElmer Health Sciences,Inc.から市販されているAS−90A、AS−90plus及びAS−93plusといったオートサンプラーなど、当技術分野で周知のオートサンプラーをさらに含めることができる。
ある特定の実施形態において、本明細書に記載のジェネレータは、質量分析計で使用することができる。例示的なMS装置を図26に示す。MS装置2600は、試料導入装置2610、ジェネレータ2625に電気的に結合された(ICPと表示される)イオン化装置2620、質量分析器2630、検出装置2640、処理装置2650、及びオプションのディスプレイ2660を含む。試料導入装置2610、イオン化装置2620、質量分析器2630及び検出装置2640は、1つ以上の真空ポンプを使用して、減圧下で動作させることができる。しかしながら、ある例では、質量分析器2630及び検出装置2640のみを減圧で動作させてもよい。試料導入装置2610は、試料をイオン化装置2620に供給するように構成された注入口システムを含むことができる。注入口システムは、1つ以上の一括注入口、直接プローブ注入口及び/またはクロマトグラフ注入口を含むことができる。試料導入装置2610は、固体、液体または気体の試料をイオン化装置2620に送り出すことができる注入器、ネブライザまたは他の適切な装置であり得る。イオン化装置2620は、ジェネレータ2625を使用して(例えば、本明細書で説明されるハイブリッドジェネレータを使用して)生成及び/または維持される誘導結合プラズマであり得る。必要に応じて、イオン化装置は、別のイオン化装置、例えば、試料を原子化及び/またはイオン化することができる別の装置に結合することができる。別の装置には、例えば、プラズマ(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等)、アーク、スパーク、ドリフトイオン装置、気相イオン化(電子イオン化、化学イオン化、脱離化学イオン化、負イオン化学イオン化)を用いて試料をイオン化することができる装置、電界脱離装置、電界イオン化装置、高速原子衝撃装置、二次イオン質量分析法装置、エレクトロスプレーイオン化装置、プローブエレクトロスプレーイオン化装置、ソニックスプレーイオン化装置、大気圧化学イオン化装置、大気圧光イオン化装置、大気圧レーザイオン化装置、マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置、エアロゾルレーザ脱離イオン化装置、表面増強レーザ脱離イオン化装置、グロー放電、共鳴イオン化、熱イオン化、サーモスプレーイオン化、放射線イオン化、イオン付着イオン化、液体金属イオン装置、レーザアブレーションエレクトロスプレーイオン化、またはこれらの例示的なイオン化装置のうちのいずれか2つ以上の組合せが含まれる。質量分析器2630は、一般に試料の性質、所望の分解能などに応じて様々な形を取ることができ、例示的な質量分析器は、1つ以上の衝突セル、反応セル、または他の構成部品を要望通り含むことができる。検出装置2640は、既存の質量分析計と共に使用することができる任意の適切な検出装置、例えば、電子増倍管、ファラデーカップ、被覆感光板、シンチレーション検出器等であってもよいし、本開示の利益を受けて、当業者によって選択されるはずの他の適切な装置であってもよい。処理装置2650は、典型的には、マイクロプロセッサ及び/またはコンピュータと、MS装置2600に導入された試料を分析するための適切なソフトウェアとを含む。1つ以上のデータベースが、MS装置2600に導入される化学種の化学的同一性の判定のために、処理装置2650によってアクセスされ得る。当技術分野で周知の他の適切な追加装置を、限定はしないが、例えば、PerkinElmer Health Sciences,Inc.から市販されているAS−90plusオートサンプラー及びAS−93plusオートサンプラー等のオートサンプラーを含むMS装置2600と共に使用することもできる。
ある特定の実施形態において、MS装置2600の質量分析器2630は、所望の分解能及び導入試料の性質に応じて、様々な形を取ることができる。ある例では、質量分析器は、走査型質量分析器、磁気セクタ分析器(例えば、単集束型及び二重集束型MS装置に使用される)、四重極質量分析器、イオントラップ分析器(例えば、サイクロトロン、四重極イオントラップ)、飛行時間分析器(例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化飛行時間分析器)、及び質量対電荷比が異なる化学種を分離することができる他の適切な質量分析器である。一部の例では、本明細書に開示されるMS装置を、1つ以上の他の分析技法と組み合わせてもよい。例えば、MS装置を、液体クロマトグラフィ、ガスクロマトグラフィ、キャピラリ電気泳動、及び他の適切な分離技法を実行できる装置と組み合わせてもよい。MS装置をガスクロマトグラフと連結する場合、ガスクロマトグラフからMS装置に試料を導入するのに適したインタフェース、例えばトラップ、ジェットセパレータ等を備えることが望ましい場合がある。MS装置を液体クロマトグラフに連結する場合、液体クロマトグラフィ及び質量分析に使用される体積の差異を明らかにするのに適したインタフェースを含むことが望ましい場合もある。例えば、液体クロマトグラフから出る少量の試料のみがMS装置中に導入されるように、分割インタフェースを使用することができる。液体クロマトグラフから出る試料を、MS装置のイオン化装置へ輸送するのに適切なワイヤ、カップまたはチャンバに堆積させてもよい。ある例では、液体クロマトグラフは、加熱された毛細管を試料が通過する際に、試料を気化させてエアロゾル化するように構成したサーモスプレーを含むことができる。液体クロマトグラフからMS装置に液体試料を導入するのに適した他の装置は、本開示の利益を受けて、当業者によって容易に選択されるはずである。ある例では、MS装置を、タンデム質量分光分析のために、相互に組み合わせることができる。
ある特定の実施形態において、本明細書に記載されるシステム及び装置は、必要に応じて追加の構成要素を含むことができる。例えば、プラズマが点火されたときにシステムが検出できるように、プラズマの光路に光センサを含めることが望ましい場合がある。プラズマの存在が光センサによって検出されるとすぐに、駆動モードから発振モードに切り替えることが望ましい場合がある。ある例では、本明細書に記載されるジェネレータの構成部品を、空気冷却、液体冷却、またはペルチェ冷却器などの熱電装置で冷却することができる。空冷の場合、1つ以上のファンが存在してもよい。システム中に流体を循環させて、電子部品から熱を吸収するために、冷却機または循環装置があってもよい。
一部の例では、本明細書に記載されるジェネレータは、蒸着装置、イオン注入装置、溶接トーチ、分子線エピタキシ装置、または原子化源及び/またはイオン化源を使用して、所望の出力、例えば、イオン、原子または熱を提供し、本明細書に記載のジェネレータと共に使用することができる他の装置もしくはシステムを含むがこれに限定されない、非計器用途に用いることができる。加えて、本明細書に記載されるジェネレータを化学反応器に使用して、高温での特定の化学種の生成を促進することができる。例えば、本明細書に記載されるジェネレータを含む装置を用いて、放射性廃棄物を処理することができる。
ある例では、本明細書に記載されるジェネレータを使用して、駆動モードでジェネレータから誘導装置に電力を供給することによって、トーチ本体内にプラズマを点火し、プラズマが点火されるとジェネレータを駆動モードから発振モードに切り替えることができる。場合によっては、ジェネレータは、誘導装置に電力を供給するために、ある期間、駆動モードのままにすることがある。
ある特定の実施形態において、本明細書に記載されるジェネレータは、システムの様々な構成部品に関する情報を提供するために、品質管理用途または現場サービス用途に使用され得る。例えば、技術者は、システムのどの部品(複数可)を交換する必要があるのかを判断する手段として、ジェネレータを使用することができる。動作中、トーチ及び誘導装置は、継続的な熱への曝露がもとで故障する可能性があり、または電子部品が、過熱、過度の使用、もしくは他の理由がもとで故障することがある。場合によっては、制御信号(または既知の振幅、形状、波形等の信号)が、ジェネレータの駆動モード時に提供され、ジェネレータの電子機器がシステムの性能低下の原因であるかどうかを判断するために使用される。検出された制御信号が、予期された制御信号を表す場合、その時は電子機器を、システム性能の低下の原因として除去することができる。必要に応じて、技術者が遠隔から制御信号を送ることができるので、技術者は、システムのどの部品を交換する必要があるかについて、遠隔フィードバックを提供することができる。例えば、制御信号を使用して、技術者に電子機器の忠実度に関する情報を提供することができるので、技術者は、システムを修理するためのサービス依頼があった時に、必要な部品を持参することができる。
ある特定の構成において、本明細書に記載されたハイブリッドジェネレータは、駆動モード、発振モード及びハイブリッドモードで動作することができるにもかかわらず、エンドユーザは、これらのモードのうちの1つのみでジェネレータを動作させることができる。例えば、ユーザは、駆動モードを無効にして、発振モードに限ってジェネレータを動作させることができる。同様に、ユーザは、必要に応じて、駆動モードまたはハイブリッドモードに限ってジェネレータを動作させることができる。ハイブリッドジェネレータを使用して維持される誘導結合プラズマまたは他の適切な原子化/イオン化装置の妥当な動作のために、モード間の切替えは必要とされないが、モード間の切替えに使用する条件によっては性能を向上させることができる。
場合によっては、本明細書に記載されるジェネレータを使用して、誘導装置、例えば、負荷コイルまたは他の誘導装置を一端で駆動するためのRF電力を供給することができる。例えば、シングルエンド型トランジスタ(例えば、同相のパワートランジスタ)を使用して、負荷コイルの一端で負荷コイルを駆動することができ、負荷コイルの他端を接地することができる。2つ以上の誘導装置が存在する場合、一方は、反対の極性(例えば、逆位相)の一対のトランジスタによって差動的に駆動することができ、他方はパワートランジスタによって駆動されて、負荷コイルを一端で駆動することができる。本明細書に記載される様々な誘導装置及び構成のいずれも、負荷コイルがジェネレータによって一端で駆動されるシングルエンド設計を使用することができる。
ある特定の構成では、駆動モードに切り替えずに、発振モードでジェネレータを動作させることが望ましい場合がある。場合によっては、この発振動作は、本明細書に記載されるように、駆動モード回路構成要素を無効にすることによって実行することができる。他の構成では、ジェネレータ自体は、発振回路構成要素のみを含む場合があり、例えば、駆動モード回路をジェネレータから完全に省くことができる。例えば、本明細書に記載される様々な回路図の駆動モード回路を、完全に省くことができ、したがって、駆動モード回路抜きで、発振専用モードで使用される回路が構成される。いずれかの特定の理論に拘束されることを望まないが、ジェネレータ回路内のパワートランジスタは、それらの出力電力がその最大定格出力に近いため、降伏限界に近づく可能性がある。トランジスタの入力における電圧スパイクは、トランジスタ自体を損傷させる場合がある。発振設計において、フィードバックは、プラズマ負荷コイル端子から直接得られる(例えば、フィードバックコンデンサ242及び244を介した、図2Bの260と232との間、及び260と234との間を参照)。この構成により、最適なインピーダンス整合のために周波数を迅速に、例えばおよそ3RFサイクル以内に、調整することが可能になり、プラズマ負荷共振周波数が液体試料(試料には土壌、固体、粗い元素混合物などがある)によって変化する場合に有利である。プラズマ負荷コイル端子は、装填試料に依存するので、電圧フリッカ及び周波数不安定性(高位相ノイズ)を有する。発振器に正のフィードバックがあると、プラズマ出力端子から生じる電圧フリッカが、破壊的な電圧スパイクにまで高まっていく可能性がある。コンデンサ242及び244からのフィードバック信号は、保護なしでパワートランジスタ222及び224に供給される場合、降伏限界付近で動作する装置222及び224を損傷させる可能性がある。
トランジスタの損傷を抑えるために、いくつかの実現可能な発振回路または回路構成が使用され得る。発振専用回路3600(例えば、駆動モード回路を持たないもの)を示す図36を参照すると、負荷コイル3660に供給される周波数は、走査されて、プラズマ点火を成功させる周波数、例えば必要ならコイル電圧を最大にすることができる周波数に合わせられる。あるいは、発振のみの動作モードでの点火期間中の周波数を低下させるために、より大きいトランジスタのドレイン容量に対して、固定の、より低い電源電圧VDD(例えば、9V)を選択することができる。検出器3670は、信号変換器3682、3684を介してプロセッサ3680に電気的に結合されており、検出器3670を使用して、プラズマを監視することができる。例えば、検出器3670は、負荷コイル3660に供給されるRF信号を監視するのに使用できるRF検出器として構成してもよい。他の構成では、検出器3670は、例えば、プラズマの点火後にプラズマから光放射を受け取ることができる光センサ、光ファイバセンサ、または他の装置といった光検出器として構成してもよい。一部の実施形態において、検出器3670を省き、個別の負荷コイル(または他の誘導装置)に対して電力レベルを固定して、トランジスタの降伏を回避するレベルに設定することができる。動作中、決定された電力レベルが、トーチ本体(図示せず)の一部を囲む負荷コイル3660に供給され、電力が供給されている間に、トーチ本体に供給されるプラズマガスが点火される。プラズマは、負荷コイル3660から継続的に印加されるRF電力によって、生成され、かつ維持される。試料導入中、試料は、典型的には、溶媒などの担体と共に、プラズマ中に散布または噴霧される。プラズマは、試料を脱溶媒和して、プラズマ中の化学種を原子化及び/またはイオン化する働きをする。
駆動回路3652、3654の電力利得は、駆動回路3652、3654の入力におけるフィードバック信号の必要とされる振幅を低減する(すなわち小さくする)ことができる。駆動回路3652、3654がなければ、パワー素子3622、3624を駆動するために、より大きいフィードバック信号が必要とされ得る。パワートランジスタ3622及び3624と同様の入力降伏限界を有した装置3652及び3654を選択することによって、低減済みのフィードバック信号における高電圧スパイクは、3652及び3654を損傷させる可能性が低い。例えば、パワー素子3622及び3624は、+6Vから−11Vまでのゲート降伏限界を有するように選択することができる。保護素子3652及び3654は、同じゲート降伏限界(+6V〜−11V)を有するように選択することもできるが、入力フィードバック信号は今や小さい。装置3622、3624、3652及び3654の降伏限界を選定し、または整合させることによって、過度に高い入力電力に起因してパワートランジスタ3622、3624を損傷させるリスクが低減される。必要に応じて、高速の過渡的なスパイクからさらに保護するために、装置3652及び3654は、それらの小さい定格出力電力にもかかわらず、高出力降伏限界を有するように選択することができる(例えば、パワートランジスタ3622及び3624と同様に、110Vの最大降伏限界でのDC電力供給VDD=50V動作を定格とする)。しかし、実際の動作では、3652及び3654のVDD供給が低減され(例えば、50V動作を定格とするが、実際にはVDD=15Vを用いる)、その結果、フィードバック信号における高速の過渡電圧スパイクが、駆動回路3652、3654の出力で、大幅に低減された電圧供給レールによってクリップされ、パワートランジスタ3622、3624を過励振しない。また、駆動回路3652、3654は、VDDの大きな裕度のために(例えば、50V可能装置を15V動作でなど)、出力降伏を来すことがない。
ジェネレータが発振モード専用のジェネレータである他の構成では、ジェネレータが、高調波放射制御をもたらすための適切な回路を備えてもよい。現代のパワートランジスタは、多くの場合、高周波数(例えば、数百MHz)において実質的な電力利得を有し、そこでは基本プラズマ周波数が典型的には低周波数(例えば、数十MHz)である。高調波(RF周波数の倍数)でのRF放出を除去するために、1つ以上のローパスフィルタを含めることが望ましい場合がある。高出力発振器(キロワット電力)では、フィードバック信号は、しばしば、5ワットから100ワットの範囲の中程度に大きな電力である。結果として、ローパスフィルタを用いてフィードバック信号をフィルタ処理し、パワートランジスタの入力における高調波を抑制することができる。例として図37を参照すると、ローパスフィルタ3657、3659を用いてフィードバック信号をフィルタ処理し、パワートランジスタ3622及び3624の入力における高調波を、それぞれ抑制することができる。フィードバック信号が大きいため、高電力定格を持つ嵩のある受動素子が必要となる場合がある。物理的なサイズが大きいため、必要な部品のスペースと効率とが損なわれる。駆動回路3652及び3654を挿入することによって、フィードバック信号増幅器が低減され、その結果、小さな表面実装受動素子(例えば、1206パッケージ)を使用して、効率的な高次ローパスフィルタを作成し、高調波周波数の放出を効果的に遮断することができる。この構成は、発振モード動作を可能にしながら、パワートランジスタ3622、3624を保護する。
高調波放射制御のための適切な回路の一例を図38に示す。L−R−C構成部品R9、C11、R3、C8、L10(点線のボックス3810で示される)は、高調波を抑制するための高次ローパスフィルタを形成する。これらの構成部品の全ては、小さな表面実装素子(例えば、1206パッケージ)であり得る。L10は、200MHz以上の周波数で20dBの遮断を提供する、小型1206パッケージの高次セラミックローパスフィルタに置き換えることもできる。
場合によっては、発振器のフィードバックは、開ループ利得>1、閉ループ利得=1、及び位相シフトがゼロまたは360度の整数倍になるように、設計または選定することができる。(すなわち、信号位相に変化はない)。フィードバック発振器は、1つの主周波数において良好な安定性で発振するように設計することができる。実際には、上記の位相シフト基準を満たす限り、発振器は、任意の周波数で、もしくは複数の周波数で、または多くの周波数変動(高位相ノイズ)を伴って、動作することができる。本明細書に記載される設計では、フィードバックループの位相シフトは、プラズマ負荷コイル及びローパスフィルタ位相シフトの両方によって与えられている。その結果、発振器の自走周波数は、部分的に(すなわち、完全にではない)プラズマ試料負荷によって、かつ部分的にローパスフィルタによって、決定される。安定したパッシブR−L−C部品で構成されたローパスフィルタの固定位相シフトは、高位相ノイズでのプラズマの、試料負荷に依存する位相シフトを鈍感にする。これにより、効果的に、プラズマ発振器の位相ノイズを低減することができ、その安定性を改善することができる。
ある場合には、自走周波数発振器を使用する代わりに、精密な周波数制御を提供して、ジェネレータ周波数の調整を可能にすることが望ましい場合がある。例えば、プラズマ点火中、プラズマ負荷コイルが(プラズマ点灯前に)低周波数で発振することが分かっている場合、発振器を更に低い周波数に選択的に調整することができる。典型的にはMOSFETまたはLDMOS装置である装置3652及び3654の出力寄生容量は、電圧依存性である(すなわち、容量が、VDD DC供給電圧、またはドレイン−ソース電圧VDSによって変化する)。駆動回路3652、3654として使用するのに適した典型的な装置の出力容量を、図39のプロットに、ラベル「COSS」によって印を付けて示してある。これらの装置のVDDは保護用に限られるため、これらの装置に供給されるVDDの高低は、出力電圧過渡現象をクリップオフするのに十分なリミットを提供する限り、あまり重要ではない。したがって、VDDを調整して周波数を微調整することができる(例えば、プラズマ点火時の低発振周波数に対して高容量を得るためにVDDを9Vに下げ、プラズマが点灯した後に高VDD=13Vを使用する)。この周波数調整は、例えば、駆動モードを使用する必要もなく、または任意の駆動モード回路を含むジェネレータ回路を使用する必要もなく、発振専用モードでプラズマを点灯させること、及びプラズマを稼働させることの両方を可能にする。
ある特定の構成において、図37を再参照すると、中性点電圧電位を最大にし、かつトランジスタの寿命を最大にするために、プラズマ負荷コイル3660からの一対のフィードバック信号は、駆動増幅器3652、3654からの電力に起因して種々の電圧振幅を有し、プッシュプルパワートランジスタ3622、3624の間で均等に分配することができる。対照的に、1つのトランジスタ(例えば、3622)が他のトランジスタ(例えば、3624)に比べて大きな入力信号で駆動される場合、トランジスタ3622には3624よりも多くの電流が導通し、その寿命が短縮される。フィードバック信号電力をプッシュプルトランジスタ3622、3624に均等に分配して、それらの寿命をほぼ同じにすることが望ましい場合がある。このような均等分配は、多数の方法で達成することができる。例えば、駆動増幅器3652及び3654からのフィードバック信号電力がパワートランジスタ3622及び3624の間で均等に分配されることを確実にするために、フィードバック信号を交差結合し、その結果、パワートランジスタ3622から得られるフィードバックが最終的に3624を駆動し、かつパワートランジスタ3624から得られるフィードバック信号が最終的に3622を駆動することができる。駆動増幅器3652及び3654は、トランス(図示せず)の1次コイルをプッシュプル方式で駆動する。トランスの2次コイルはパワートランジスタ3622及び3624を駆動する。2次コイルの中心タップはオプションとして接地することができる。必要に応じて、負帰還抵抗を使用して、増幅器3652及び3654の出力インピーダンスを下げることができる。帰還抵抗(出力から入力まで)は、いくらかの利得低減を犠牲にして、増幅器の出力インピーダンスを下げる。閉ループ利得が発振のために十分に大きくなければならないため、これらの装置が高い開ループ利得を有する場合、低い装置利得(負帰還抵抗の追加に起因する)は重要ではない。駆動回路3652または3654の出力からのフィードバック信号対が等しくない場合、この回路方式は実質的に等しい電力でパワートランジスタ3622及び3624を駆動するように、電力の不均衡を充分に低減させる。一方のフィードバック信号(例えば、3652)に電圧がないが、他方の側に大きなフィードバック信号(例えば3654)がある極端な不平衡の場合、駆動回路3652の出力の低インピーダンスは、低インピーダンスの接地に類似する。大きな出力フィードバックを提供する駆動回路3654は、トランスの1次コイルを一方の側で駆動し、1次コイルの他方の側は、3652での低インピーダンスの接地によって終端される。1次コイルの全電流は、2次コイルによって共有される磁束を生成し、パワートランジスタ3622、3624を均等に駆動する。
パワー素子への入力電力を平衡化させる1つの回路構成を図40に示す。回路4000は、それぞれ増幅器4022、4024と、コンデンサ4032、4034を介して増幅器4022、4024にそれぞれ結合された負荷コイル4060とを備える。追加の構成部品、例えば抵抗器、増幅器等があってもよいが、本例を簡略化するために示していない。負荷コイル4060に供給される周波数は、走査されて、プラズマ点火を成功させる周波数、例えば必要ならコイル電圧を最大にすることができる周波数に合わせられ得る。あるいは、発振のみの動作モードのための点火期間中の周波数を低下させるために、より大きいトランジスタのドレイン容量に対して、固定の、より低いVDD(例えば、9V)を選択することができる。検出器4070は、信号変換器4082、4084を介してプロセッサ4080に電気的に結合されており、検出器4070を使用して、プラズマを監視することができる。例えば、検出器4070は、負荷コイル4060に供給されるRF信号を監視するのに使用できるRF検出器として構成してもよい。他の構成では、検出器4070は、例えば、プラズマの点火後にプラズマから光放射を受け取ることができる光センサ、光ファイバセンサ、または他の装置といった光検出器として構成してもよい。一部の実施形態において、検出器4070を省き、個別の負荷コイル(または他の誘導装置)に対して電力レベルを固定して、トランジスタの降伏を回避するレベルに設定することができる。DCブロックコンデンサ4053、4055は、出力VDD電圧をゲート入力バイアス電圧から絶縁するためにあってもよい。DCブロックコンデンサ4053、4055は、それぞれコンデンサ4042、4044を介して、負荷コイル4060に電気的に結合され得る。DCブロックコンデンサ4053、4055はまた、それぞれローパスフィルタ4057、4059を介して、負荷コイル4060に電気的に結合され得る。駆動回路4052及び4054はトランジスタで構築され、トランジスタ出力はトランジスタ入力から反転される(例えば、約180度の位相シフト)。駆動回路4052、4054の入力と出力との間に抵抗4092、4094をそれぞれ電気的に結合して、出力インピーダンスを負帰還によって低下させるとともに、トランス4099と一緒にパワートランジスタ4022、4024の入力電力を平衡させることができる。本明細書で述べるように、この平衡化により、中性点電圧電位が最大化され、トランジスタの寿命を長くすることができる。例えば、フェライト磁針トランスを含む多くの種類のトランスを使用することができる。
ある特定の構成では、パワートランジスタの出力電力は、通常、DC供給電圧(VDD)とDCドレイン電流(ID)との積に、効率を乗じたものである。高い電圧と低い電流との組合せ、または低い電圧と高い電流との組合せによって、同じ量の出力電力を生成することができる。過度に高い電圧は、トランジスタの絶縁破壊故障を引き起こす可能性があり、過度に高い電流は、トランジスタの破壊を引き起こす可能性がある。場合によっては、パワー素子の電圧と電流とを独立して調整して、電圧破壊または電流メルトダウンからの安全裕度を最大にすることができる。必須ではないが、電流は、試料、パワー素子への入力電力、及び装置バイアス電圧(例えば、入力におけるゲートバイアス電圧)に依存する可変プラズマインピーダンスに依存するので、電流を変化させるよりも電圧を変化させる方が簡単である。本明細書で説明する回路では、駆動回路装置のバイアス電流及び電圧をそれぞれ調整して、フィードバック信号振幅(すなわち、パワー素子への入力電力)を増加または減少させることができる。結果として、RFジェネレータ内のパワートランジスタの電圧及び電流の両方を制御することによって、電圧及び電流を最適に動作するように制御すること、及び/またはプラズマインピーダンスの変化による過電圧動作または過電流動作を補償することを含むがこれに限定されない、望ましい特質が達成され得る。多くの構成において、駆動回路装置は、パワー素子と比較してはるかに小さい信号レベルで動作しているので、駆動回路装置の電流及び電圧を変化させることは、75%以上にもなるプラズマジェネレータの全体効率に、多くの場合、影響を及ぼすことがない。
本明細書に記載される新規な態様、実施形態及び特徴のうちのいくつかをさらに例示するために、ある特定の具体的な実施例を以下に記載する。
実施例1
図27に示すような回路を組み立てて、駆動モード及び発振モードを試験した。回路2700は、信号源2710、例えば、周波数シンセサイザ、VCO、位相ロックループ、数値制御発振器(NCO)、または位相ロックループの一部であるNCOを含む。信号源2710は、一対の増幅器2712、2714に電気的に結合される。増幅器2712、2714はそれぞれ、別の電力増幅器2722、2724のセットに別々に電気的に結合され、かつコンデンサ2732、2734を介して負荷コイル2760に別々に電気的に結合される。電力増幅器2722、2744は、プラズマの生成/維持に十分なRF出力電力を考慮して設計した。制御信号は、プロセッサ2780と増幅器2722、2724との間に存在する。周波数シンセサイザ2710から負荷コイル2760に供給される周波数を走査して、コイル電圧を最大にする周波数に同調させた。RF検出器2770は、信号変換器2782、2784を介してプロセッサ2780に電気的に結合され、RF検出器2770を使用して、負荷コイル2760に供給されるRF信号を監視することができる。本明細書で述べるように、RF検出器2770は、プラズマ点火を監視するための光センサで置き換えることができる。駆動モードでコイル2760に電力を供給するように、信号源2710及び増幅器2712、2714、2722及び2724を有効化することによって、プラズマを点火した。RF検出器2770を用いてプラズマを監視した。マイクロコントローラ2780(MCU ARM Cortex−M3)を使用して、アナログデジタル変換器2784を介してRF検出器から信号を受け取り、デジタルアナログ変換器2782を介して増幅器2712、2712、2722及び2744に制御信号を送る。
プラズマが点火され、RF検出器2770を用いて所望の電圧レベルが検出された後、図28に示すように、ジェネレータは、駆動モードから発振モードに切り替えられた。プロセッサ2780は、増幅器2712、2714を無効にし、かつフィードバック増幅器2782、2784を有効にして、駆動モードから発振モードに切り替えた。ある期間(ハイブリッドモード)において、駆動モードから発振モードへの移行中に、全ての増幅器が有効にされた。発振モードに入ると、回路のインピーダンスは、サンプル及び溶媒がプラズマに導入されるときに、回路の一部となるプラズマのインピーダンス変化に整合するように迅速に調整され得る。
実施例2
実施例1のジェネレータを、単一の四重極質量フィルタ分析計と組み合わせて使用して、様々な元素のピーク形状を測定した。NexION計器が提供している銅の負荷コイルを誘導装置として使用した。また、NexIONシステムの他の構成品を使用して、測定を行った。40MHzの周波数を使用した。
図29は、リチウムスタンダード及びベリリウムスタンダードを用いるジェネレータ及び質量分析計を使用して得られたリチウム及びベリリウムのスペクトルを示す。
図30は、マグネシウムスタンダードを用いるジェネレータ及び質量分析計を使用して得られたマグネシウムのスペクトルを示す。
図31は、インジウムスタンダードを用いるジェネレータ及び質量分析計を使用して得られたインジウムのスペクトルを示す。
図32は、U−238スタンダードを用いるジェネレータ及び質量分析計を使用して得られたウラン238のスペクトルを示す。
図33は、標準的なNexION計器を使用した元素の測定値を、ハイブリッドジェネレータの駆動モード及び発振モードのものと比較した表を含む。ハイブリッドジェネレータを使用した発振測定値は、NexIONジェネレータで得られるものとほぼ同じであるか、またはそれより良好であった。特定の元素(Be、Mg)については、ハイブリッドジェネレータを用いた駆動モードが、発振モードよりも良好な結果をもたらした。
実施例3
ハイブリッドジェネレータを、その安定性を試験するために不均衡にした。プロセッサを使用して、駆動される差動信号の振幅及び位相を34.44MHzで不平衡にすることによって、中立点(仮想接地)を負荷コイルに沿って電子的に移動させた。位相平衡は、酸化物比を含む感度に影響を与える可能性があり、振幅平衡も感度に影響を与える可能性がある。別々の時期に使用される種々の位相を図34に示す。
最良の信号は、ジェネレータを、位相鏡を用いて約5度以内で差動駆動(0度、180度)させたときに観測された(Ce信号(上部曲線)及びIn信号(上部曲線の下の曲線)を表す図34の上2つの曲線を参照)。約20度の位相誤差は、大幅に酸化物の割合を増加させた(チャート下方のx軸の上のCeO曲線を参照)。
実施例4
実施例2で行った測定を、わずかに異なる周波数を用いて繰り返した。その結果を図35の表に示す。ハイブリッドジェネレータの発振モードは、標準のNexIONジェネレータとほぼ同じ結果をもたらす。図33の測定値を得るために使用した周波数(34.7MHz)と比べると、発振モードで使用する周波数(35.96MHz)のわずかな増加が、測定した全ての元素について、駆動モードより良好な結果を提供する発振モードをもたらす。
実施例5
図37及び図38に示す発振回路を備えたジェネレータを試験した。ジェネレータには、全く駆動モード回路が含まれていない。230MHzで1Kwの出力が可能なパワートランジスタを使用した。図41に示すように、34MHzプラズマジェネレータの高調波(34MHzの倍数)での放射は、1GHzまでの広域スペクトルにわたって比較的明瞭である。
実施例6
実施例5のジェネレータを試験にかけて、電力の平衡をとる能力を検証した。フィードバック信号の1つを、コンデンサ3642を回路から取り外すことによって完全に除去した。両方のパワートランジスタ3622、3624は、電力平衡化に起因して依然として駆動され、プラズマを引き続き持続させることができた。本回路は、典型的には約4%の電流差の範囲内となる、優れた電力整合を提供することができる。
本明細書に開示された実施例の要素を案内する際に、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を意図している。「備える」、「含む」及び「有する」という用語は、非制限的であることを意図しており、記載された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。本開示の利益を受けて、実施例の様々な構成要素が、他の例において様々な部品と交換または置換できることを、当業者は認識されるであろう。
特定の態様、実施例及び実施形態について上に説明したが、開示された例示的な態様、実施例、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、本開示の利益を受けて、当業者は認識されるであろう。