JP7471575B2 - Sample introduction device, inductively coupled plasma analysis device and analysis method - Google Patents

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JP7471575B2 JP2020127491A JP2020127491A JP7471575B2 JP 7471575 B2 JP7471575 B2 JP 7471575B2 JP 2020127491 A JP2020127491 A JP 2020127491A JP 2020127491 A JP2020127491 A JP 2020127491A JP 7471575 B2 JP7471575 B2 JP 7471575B2
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Description

本発明は、試料導入装置、誘導結合プラズマ分析装置および分析方法に関する。 The present invention relates to a sample introduction device, an inductively coupled plasma analysis device, and an analysis method.

試料液を霧化して液滴として分析部に導入するために、ネブライザー(噴霧器)およびスプレーチャンバーを含む試料導入装置が、各種分析装置に備えられている(例えば特許文献1参照)。 In order to atomize the sample liquid and introduce it into the analysis section as droplets, various analytical devices are equipped with a sample introduction device that includes a nebulizer (sprayer) and a spray chamber (see, for example, Patent Document 1).

特開2008-157895号公報JP 2008-157895 A

分析装置によって信頼性の高い分析結果を得るためには、分析装置を継続的に使用しても測定結果が大きく変動しないことが望まれる。しかし、本発明者の検討によって、特許文献1に記載されている装置は、この点において必ずしも十分なものではないことが明らかとなった。 In order to obtain highly reliable analytical results using an analytical device, it is desirable that the measurement results do not fluctuate significantly even when the analytical device is used continuously. However, the inventor's investigation has revealed that the device described in Patent Document 1 is not necessarily sufficient in this respect.

本発明の一態様は、分析装置において信頼性の高い分析結果を得ることを可能にするための試料導入装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a sample introduction device that enables highly reliable analytical results to be obtained in an analytical device.

本発明の一態様は、
試料液を霧化するネブライザーと、
一方の端部に上記ネブライザーの噴霧口部が挿入され、噴霧口部から噴霧された試料液の液滴の少なくとも一部が他方の端部から外部へ排出されるスプレーチャンバーと、
上記スプレーチャンバーの外側に配置された加熱用電磁波照射部と、
を有し、
上記加熱用電磁波照射部は、上記スプレーチャンバーの外側から、上記ネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除く上記スプレーチャンバーの少なくとも一部の部分に向かって加熱用電磁波を照射する、試料導入装置、
に関する。
One aspect of the present invention is
A nebulizer for atomizing the sample liquid;
a spray chamber into one end of which the spray nozzle of the nebulizer is inserted and into which at least a portion of the droplets of the sample liquid sprayed from the spray nozzle are discharged to the outside from the other end;
A heating electromagnetic wave irradiation unit arranged outside the spray chamber;
having
the heating electromagnetic wave irradiation unit irradiates heating electromagnetic waves from the outside of the spray chamber toward at least a part of the spray chamber excluding a part into which the spray nozzle of the nebulizer is inserted;
Regarding.

先に示した特開2008-157895号公報(特許文献1)には、加熱光の照射手段を備えた試料導入装置が開示されている。ネブライザーによって霧化されてチャンバーに導入される試料液滴を加熱光により加熱すると、試料液滴に含まれる溶媒の少なくとも一部を気化させることができる。本発明者は、このように試料液滴を加熱して溶媒の少なくとも一部を気化させることによって、分析装置の分析部への溶媒による負荷を低減することができ、このことは分析部で得られる測定信号強度を高めることにつながると考えている。しかし特開2008-157895号公報に記載の装置では、照射手段による加熱光の照射は、ネブライザーの噴霧口を覆うように行われる(同公報の請求項1、図1等参照)。これに対し、上記の本発明の一態様にかかる試料導入装置では、加熱用電磁波照射部は、スプレーチャンバーのネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除く少なくとも一部の部分に向かって加熱用電磁波を照射する。即ち、ネブライザーの噴霧口部は、加熱用電磁波の直接の照射を受けない。本発明者は、このことが、かかる試料導入装置を含む分析装置を継続的に使用しても測定結果が大きく変動しないことに寄与すると考えている。詳しくは、以下の通りである。
特開2008-157895号公報に記載の装置のようにネブライザーの噴霧口を覆うように加熱光を照射すると、照射を続けるうちに、ネブライザーの噴霧口で試料液に含まれる成分が乾燥して噴霧口の内部や先端に析出してしまうと考えられる。分析装置における分析中に、このような析出物や積層炭化物といった付着物が噴霧口の内部や先端に付着すると、ネブライザーから噴霧される試料液滴量にばらつきが生じ、結果的に測定結果が大きく変動する原因になると考えられる。
これに対し、上記の本発明の一態様にかかる試料導入装置では、ネブライザーの噴霧口部は、加熱用電磁波の直接の照射を受けない。これにより、分析装置における分析中、ネブライザーから噴霧される試料液滴量がばらつくことを抑制することができ、その結果、測定結果が大きく変動することなく信頼性の高い分析を行うことが可能になると考えられる。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-157895 (Patent Document 1) discloses a sample introduction device equipped with a heating light irradiation means. When the sample droplets atomized by the nebulizer and introduced into the chamber are heated by the heating light, at least a part of the solvent contained in the sample droplets can be vaporized. The present inventor believes that by heating the sample droplets in this way to vaporize at least a part of the solvent, the load of the solvent on the analysis unit of the analysis device can be reduced, which leads to an increase in the measurement signal intensity obtained in the analysis unit. However, in the device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-157895, the irradiation of the heating light by the irradiation means is performed so as to cover the spray nozzle of the nebulizer (see claim 1, FIG. 1, etc. of the same publication). In contrast, in the sample introduction device according to one aspect of the present invention, the heating electromagnetic wave irradiation unit irradiates the heating electromagnetic wave toward at least a part of the spray chamber excluding the part into which the spray nozzle of the nebulizer is inserted. In other words, the spray nozzle of the nebulizer is not directly irradiated with the heating electromagnetic wave. The present inventors believe that this contributes to the fact that measurement results do not fluctuate significantly even when an analytical device including such a sample introduction device is used continuously.
It is believed that when heating light is applied so as to cover the nozzle of a nebulizer as in the device described in JP 2008-157895 A, as irradiation continues, the components contained in the sample liquid at the nozzle of the nebulizer dry out and precipitate inside or at the tip of the nozzle. If deposits such as such deposits or laminated carbides adhere to the inside or tip of the nozzle during analysis in an analyzer, the amount of sample droplets sprayed from the nebulizer will vary, which is believed to result in large fluctuations in the measurement results.
In contrast, in the sample introduction device according to one aspect of the present invention, the nozzle of the nebulizer is not directly irradiated with the heating electromagnetic waves, which makes it possible to suppress variation in the amount of sample droplets sprayed from the nebulizer during analysis in the analyzer, and as a result, it is believed that it is possible to perform a highly reliable analysis without significant fluctuations in the measurement results.

一形態では、上記加熱用電磁波は、近赤外線を含むことができる。 In one embodiment, the heating electromagnetic waves can include near-infrared radiation.

一形態では、上記スプレーチャンバーは、ガラス、石英またはフッ素樹脂製であることができる。 In one embodiment, the spray chamber can be made of glass, quartz, or fluororesin.

一形態では、上記加熱用電磁波照射部は、少なくとも上記スプレーチャンバーの上記液滴の少なくとも一部が排出される側の端部寄りの部分に向かって加熱用電磁波を照射することができる。 In one embodiment, the heating electromagnetic wave irradiation unit can irradiate the heating electromagnetic waves toward at least a portion of the spray chamber near the end from which at least a portion of the droplets are discharged.

一形態では、上記加熱用電磁波照射部は円環形状を有することができ、この円環形状の空洞部に上記スプレーチャンバーを挿入することができる。 In one embodiment, the heating electromagnetic wave irradiation unit can have a circular ring shape, and the spray chamber can be inserted into the hollow portion of this circular ring shape.

一形態では、上記ネブライザーへの上記試料液の導入量は、1μL/min以上500μL/min以下であることができる。 In one embodiment, the amount of sample liquid introduced into the nebulizer can be 1 μL/min or more and 500 μL/min or less.

本発明の一態様は、上記試料導入装置と、分析部と、を含む誘導結合プラズマ分析装置に関する。 One aspect of the present invention relates to an inductively coupled plasma analyzer including the above-mentioned sample introduction device and an analysis section.

一形態では、上記誘導結合プラズマ分析装置は、プラズマトーチと、プラズマトーチに分析対象試料を導入するインジェクターと、を含むことができ、このインジェクターの内径は0.50mm以上1.50mm以下であることができる。 In one embodiment, the inductively coupled plasma analyzer can include a plasma torch and an injector that introduces a sample to be analyzed into the plasma torch, and the inner diameter of the injector can be 0.50 mm or more and 1.50 mm or less.

一形態では、上記誘導結合プラズマ分析装置は、上記プラズマトーチにアルゴンガスを供給するガス供給源およびアルゴンガス以外の一種以上の他のガスを供給するガス供給源を更に含むことができる。 In one embodiment, the inductively coupled plasma analyzer may further include a gas supply source that supplies argon gas to the plasma torch and a gas supply source that supplies one or more gases other than argon gas.

一形態では、上記一種以上の他のガスは、窒素ガス、酸素ガスおよび水素ガスからなる群から選択されることができ、このガスは、単位時間あたりの供給量として、アルゴンガスより少量で上記プラズマトーチに供給されることができる。 In one embodiment, the one or more other gases can be selected from the group consisting of nitrogen gas, oxygen gas, and hydrogen gas, and this gas can be supplied to the plasma torch in an amount per unit time that is less than that of argon gas.

一形態では、上記誘導結合プラズマ分析装置は、誘導結合プラズマ質量分析装置または誘導結合プラズマ発光分光分析装置であることができる。 In one embodiment, the inductively coupled plasma analyzer can be an inductively coupled plasma mass analyzer or an inductively coupled plasma optical emission spectrometer.

本発明の一態様は、分析対象試料の定性分析、定量分析または定性分析および定量分析を、上記誘導結合プラズマ分析装置によって行うことを含む、分析方法に関する。 One aspect of the present invention relates to an analytical method that includes performing qualitative analysis, quantitative analysis, or qualitative analysis and quantitative analysis of a sample to be analyzed using the inductively coupled plasma analyzer described above.

一形態では、上記分析方法は、分析対象試料中の金属成分の定性分析、定量分析または定性分析および定量分析を行うことができる。 In one embodiment, the above analytical method can perform qualitative analysis, quantitative analysis, or qualitative and quantitative analysis of metal components in a sample to be analyzed.

本発明の一態様によれば、分析装置において信頼性の高い分析結果を得ることを可能にするための試料導入装置を提供することができる。更に、本発明の一態様によれば、かかる試料導入装置を含む誘導結合プラズマ分析装置およびこの誘導結合プラズマ分析装置を用いる分析方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a sample introduction device that enables an analytical device to obtain highly reliable analytical results. Furthermore, according to another aspect of the present invention, it is possible to provide an inductively coupled plasma analytical device that includes such a sample introduction device, and an analytical method that uses this inductively coupled plasma analytical device.

本発明の一態様にかかる試料導入装置の一例を示す概略図(側面図)である。FIG. 1 is a schematic diagram (side view) showing an example of a sample introduction device according to an embodiment of the present invention. スプレーチャンバーの一例を示す概略図(側面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (side view) showing an example of a spray chamber. スプレーチャンバーの一例を示す概略図(上面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (top view) showing an example of a spray chamber. スプレーチャンバーの一例を示す概略図(側面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (side view) showing an example of a spray chamber. 図3Aおよび図3Bに示すスプレーチャンバーにおけるアディショナルガス導入管部の配置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the arrangement of an additional gas introduction pipe portion in the spray chamber shown in FIGS. 3A and 3B. 図3Aおよび図3Bに示すスプレーチャンバーにおけるアディショナルガス導入管部の配置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the arrangement of an additional gas introduction pipe portion in the spray chamber shown in FIGS. 3A and 3B. 図3Aおよび図3Bに示すスプレーチャンバーにおけるアディショナルガス導入管部の配置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the arrangement of an additional gas introduction pipe portion in the spray chamber shown in FIGS. 3A and 3B. スプレーチャンバーの他の一例を示す概略図(上面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (top view) showing another example of a spray chamber. スプレーチャンバーの他の一例を示す概略図(側面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (side view) showing another example of a spray chamber. 実施例1および比較例1について得られたIn信号強度のモニタリング結果を示す。1 shows the monitoring results of In signal intensity obtained for Example 1 and Comparative Example 1. 実施例2および実施例3について算出されたIn信号強度の相対標準偏差(RSD)を示す。1 shows the relative standard deviation (RSD) of the In signal intensities calculated for Examples 2 and 3. 実施例4において得られた各種アナライトの信号強度の相対強度比(加熱用電磁波照射ありでの信号強度/加熱用電磁波照射なしでの信号強度)を示す。1 shows the relative intensity ratios (signal intensity with heating electromagnetic wave irradiation/signal intensity without heating electromagnetic wave irradiation) of the signal intensities of various analytes obtained in Example 4. 実施例4において得られた各種アナライトの信号強度の相対標準偏差(RSD)を示す。1 shows the relative standard deviation (RSD) of the signal intensities of various analytes obtained in Example 4. 実施例5において得られたた各種アナライトの信号強度の相対強度比(N導入ありでの信号強度/N導入なしでの信号強度)を示す。1 shows the relative intensity ratios (signal intensity with N2 introduction/signal intensity without N2 introduction) of the signal intensities of various analytes obtained in Example 5. 実施例5において得られた各種アナライトの信号強度の相対標準偏差(RSD)を示す。1 shows the relative standard deviation (RSD) of the signal intensities of various analytes obtained in Example 5.

[試料導入装置]
以下、上記試料導入装置について、更に詳細に説明する。以下では、図面を参照して説明することがあるが、図面に示す形態は例示であって、かかる形態に本発明は限定されるものではない。
[Sample introduction device]
The above-mentioned sample introduction device will be described in more detail below. Although the following description may refer to the drawings, the embodiments shown in the drawings are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.

図1は、本発明の一態様にかかる試料導入装置の一例を示す概略図(側面図)である。図1に示す試料導入装置1は、スプレーチャンバー10、ネブライザー16および加熱用電磁波照射部17を含む。 Figure 1 is a schematic diagram (side view) showing an example of a sample introduction device according to one embodiment of the present invention. The sample introduction device 1 shown in Figure 1 includes a spray chamber 10, a nebulizer 16, and a heating electromagnetic wave irradiation unit 17.

<加熱用電磁波照射部>
図1に示す試料導入装置1では、加熱用電磁波照射部17は、ネブライザー16の先端の噴霧口部に加熱用電磁波を照射しない位置に配置されている。加熱用電磁波照射部をこのように配置することが、この試料導入装置を含む分析装置を継続的に使用しても測定結果が大きく変動しないことに寄与し得ると考えられる。更に、加熱用電磁波照射部からの加熱用電磁波の照射によって、ネブライザーから導入された試料液滴に含まれる溶媒の少なくとも一部を気化できることは、分析装置の分析部への溶媒による負荷を低減することに寄与し、このことは分析部で得られる測定信号強度を高めることにつながると考えられる。また、加熱用電磁波照射のための手段をスプレーチャンバーの外側に配置することによって、かかる手段によるスプレーチャンバー内部の汚染発生を防止することができる。
<Electromagnetic wave heating irradiation unit>
In the sample introduction device 1 shown in FIG. 1, the heating electromagnetic wave irradiation unit 17 is arranged at a position where the heating electromagnetic wave is not irradiated to the spray nozzle at the tip of the nebulizer 16. It is considered that such an arrangement of the heating electromagnetic wave irradiation unit can contribute to the fact that the measurement results do not fluctuate significantly even when the analysis device including this sample introduction device is used continuously. Furthermore, the fact that at least a part of the solvent contained in the sample droplets introduced from the nebulizer can be vaporized by the irradiation of the heating electromagnetic wave from the heating electromagnetic wave irradiation unit contributes to reducing the load of the solvent on the analysis unit of the analysis device, which is considered to lead to increasing the measurement signal intensity obtained in the analysis unit. In addition, by arranging the means for irradiating the heating electromagnetic wave outside the spray chamber, it is possible to prevent the occurrence of contamination inside the spray chamber by such means.

加熱用電磁波照射部から照射される加熱用電磁波は、スプレーチャンバー内部を流れる試料液の液滴を加熱可能な各種電磁波であることができる。かかる電磁波としては、例えば、赤外線、マイクロ波等を挙げることができる。ここで、「赤外線」とは、波長が780nm~1000μmの範囲の電磁波をいい、近赤外線(波長780nm~2μm)、中赤外線(波長2μm超~4μm)および遠赤外線(波長4μm超~1000μm)が包含される。「マイクロ波」とは、波長が1cm~10cmの範囲の電磁波をいう。一形態では、加熱用電磁波照射部から照射される加熱用電磁波は、スプレーチャンバーを昇温することなく(または昇温の程度が小さく)、スプレーチャンバー内を流れる試料液の液滴を加熱することが可能な電磁波であることが好ましい。スプレーチャンバーが昇温されてスプレーチャンバーから汚染物質が浸み出してスプレーチャンバー内部が汚染されることを抑制できるからである。この点からは、加熱用電磁波は、近赤外線を含むことが好ましく、近赤外線であることがより好ましい。 The heating electromagnetic waves irradiated from the heating electromagnetic wave irradiating unit can be various electromagnetic waves capable of heating droplets of the sample liquid flowing inside the spray chamber. Examples of such electromagnetic waves include infrared rays and microwaves. Here, "infrared rays" refers to electromagnetic waves with a wavelength in the range of 780 nm to 1000 μm, including near infrared rays (wavelength 780 nm to 2 μm), mid infrared rays (wavelengths greater than 2 μm to 4 μm), and far infrared rays (wavelengths greater than 4 μm to 1000 μm). "Microwaves" refers to electromagnetic waves with a wavelength in the range of 1 cm to 10 cm. In one embodiment, the heating electromagnetic waves irradiated from the heating electromagnetic wave irradiating unit are preferably electromagnetic waves capable of heating droplets of the sample liquid flowing inside the spray chamber without raising the temperature of the spray chamber (or with a small degree of temperature rise). This is because it is possible to prevent the spray chamber from being heated and contaminants from seeping out of the spray chamber, thereby contaminating the inside of the spray chamber. From this perspective, it is preferable that the heating electromagnetic waves include near-infrared rays, and more preferably are near-infrared rays.

加熱用電磁波照射部は、一形態では、円環形状を有することができる。かかる円環形状の空洞部に、スプレーチャンバーを挿入することができる。円環形状を有する加熱用電磁波照射部は、円環の内側に向かって加熱用電磁波を照射することができる。そのような形態の加熱用電磁波照射部の一例が、図1に示されている加熱用照射部17である。かかる加熱用電磁波照射部は、例えば、円環形状のカバー部の内側の円周方向に複数の電磁波照射手段(例えば赤外線ランプ、マイクロ波発生源等)が配列されている構成、円環形状のカバー部の内側に円環形状の電磁波照射手段が配置されている構成等を取り得る。また、円環形状のカバー部の内壁が、加熱用電磁波に対して反射性を有する材料によって構成されていてもよい。ただし、上記試料導入装置が有する加熱用電磁波照射部は、スプレーチャンバーの外側から、ネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除くスプレーチャンバーの少なくとも一部の部分に向かって加熱用電磁波を照射可能なものであればよく、円環形状のものに限定されず、各種形状および各種構成を取ることができる。
上記試料導入装置における加熱用電磁波照射部の設置位置については、更に後述する。
In one embodiment, the heating electromagnetic wave irradiation unit can have a circular ring shape. A spray chamber can be inserted into the hollow portion of such a circular ring shape. The heating electromagnetic wave irradiation unit having a circular ring shape can irradiate the heating electromagnetic wave toward the inside of the ring. An example of such a heating electromagnetic wave irradiation unit is the heating irradiation unit 17 shown in FIG. 1. Such a heating electromagnetic wave irradiation unit can have, for example, a configuration in which a plurality of electromagnetic wave irradiation means (e.g., infrared lamps, microwave generation sources, etc.) are arranged in the circumferential direction inside the circular ring-shaped cover part, a configuration in which a circular ring-shaped electromagnetic wave irradiation means is arranged inside the circular ring-shaped cover part, etc. In addition, the inner wall of the circular ring-shaped cover part may be made of a material that is reflective to the heating electromagnetic wave. However, the heating electromagnetic wave irradiation unit of the sample introduction device is not limited to a circular ring shape as long as it can irradiate the heating electromagnetic wave from the outside of the spray chamber toward at least a part of the spray chamber except for the part where the spray nozzle of the nebulizer is inserted, and can have various shapes and configurations.
The location of the heating electromagnetic wave irradiator in the sample introduction device will be described later in more detail.

<ネブライザー>
上記試料導入装置が有するネブライザーとしては、液滴を霧化可能な公知の構成のネブライザー(噴霧器とも呼ばれる。)を用いることができる。ネブライザーは、ネブライザーに導入された試料液を霧化し、霧化された試料液の液滴を含むガス流を噴霧してスプレーチャンバー内に導入することができる。ネブライザーへの試料液の導入量は、この試料導入装置によって試料が導入される分析装置の種類等に応じて決定すればよく、例えば、1μL/min以上500μL/min以下であることができる。ネブライザーでは、例えば、試料液をキャリアガスと混合して噴霧することにより、試料液滴を含むガス流を生成(試料を霧化)することができる。キャリアガスとしては、不活性ガスの一種または二種以上が一般に使用される。キャリアガスの具体例としては、例えばアルゴンガスを挙げることができる。
<Nebulizer>
The nebulizer of the sample introduction device may be a nebulizer (also called a sprayer) of a known configuration capable of atomizing droplets. The nebulizer can atomize the sample liquid introduced into the nebulizer, spray a gas flow containing droplets of the atomized sample liquid, and introduce it into the spray chamber. The amount of sample liquid introduced into the nebulizer may be determined according to the type of analytical device into which the sample is introduced by the sample introduction device, and may be, for example, 1 μL/min to 500 μL/min. In the nebulizer, for example, the sample liquid is mixed with a carrier gas and sprayed to generate a gas flow containing sample droplets (atomize the sample). As the carrier gas, one or more inert gases are generally used. A specific example of the carrier gas is argon gas.

ネブライザーにより霧化された試料液滴を含むガス流は、スプレーチャンバーに導入され、スプレーチャンバー内に流通される。 The gas stream containing the sample droplets atomized by the nebulizer is introduced into the spray chamber and circulated within the spray chamber.

<スプレーチャンバー>
上記試料導入装置が有するスプレーチャンバーは、一方の端部からガス流によって液滴を導入することができ、導入された液滴の少なくとも一部を他方の端部から外部へ排出することができる構成を有するものであればよい。かかる構成によれば、試料液の液滴を、ガス流とともにスプレーチャンバーの一方の端部から導入し、導入された試料液の液滴の少なくとも一部を他方の他端から外部へ排出することができる。スプレーチャンバーは、通常、液滴の粒径の違いによる重さの違いを利用して、重力差によって液滴の粒径を選別し、微細な液滴を選択的に分析装置に導入する役割を果たすことができる。
<Spray chamber>
The spray chamber of the sample introduction device may have a configuration capable of introducing droplets from one end by a gas flow and discharging at least a part of the introduced droplets to the outside from the other end. With such a configuration, droplets of the sample liquid can be introduced from one end of the spray chamber together with a gas flow and at least a part of the introduced droplets of the sample liquid can be discharged to the outside from the other end. The spray chamber usually plays a role of selecting the particle size of droplets by gravity difference using the difference in weight due to the difference in particle size of the droplets and selectively introducing fine droplets into the analysis device.

上記スプレーチャンバーは、単一の管状部材であることができ、2つ以上の部材が組み合わされた部材であることもできる。加熱用電磁波の透過性の観点からは、スプレーチャンバーは、ガラス、石英またはフッ素樹脂製であることが好ましい。 The spray chamber can be a single tubular member, or a member made up of two or more members. From the viewpoint of the transparency of the heating electromagnetic waves, the spray chamber is preferably made of glass, quartz, or fluororesin.

以下に、図面を参照し、上記試料導入装置が有するスプレーチャンバーの一例について説明する。ただし、上記試料導入装置が有するスプレーチャンバーは、かかる例示に限定されるものではない。 Below, an example of the spray chamber of the sample introduction device is described with reference to the drawings. However, the spray chamber of the sample introduction device is not limited to this example.

図2は、スプレーチャンバーの一例を示す概略図(側面図)である。図2に示すスプレーチャンバー10は、第一管部11および第二管部12を含む流路管部13からなる。図2に示す態様のスプレーチャンバー10では、第一管部11が、詳細を後述する分析部と接続されている。詳しくは、第一管部11は、分析部の最もスプレーチャンバー側に位置する部分である入口部14と継手部材15を介して接続されている。また、図2に示すスプレーチャンバー10において、第二管部12はネブライザー16と接続されている。更に、スプレーチャンバーのみの概略図を示した図面が、図3Aおよび図3Bである。図3Aは上面図、図3Bは側面図である。なお図中、点線は厚みを示すものであり、二重管を示すものではない。 Figure 2 is a schematic diagram (side view) showing an example of a spray chamber. The spray chamber 10 shown in Figure 2 is composed of a flow path pipe section 13 including a first pipe section 11 and a second pipe section 12. In the spray chamber 10 of the embodiment shown in Figure 2, the first pipe section 11 is connected to an analysis section, the details of which will be described later. More specifically, the first pipe section 11 is connected to an inlet section 14, which is the part of the analysis section located closest to the spray chamber, via a joint member 15. In addition, in the spray chamber 10 shown in Figure 2, the second pipe section 12 is connected to a nebulizer 16. Furthermore, Figures 3A and 3B are drawings showing a schematic diagram of only the spray chamber. Figure 3A is a top view, and Figure 3B is a side view. Note that in the figures, the dotted lines indicate thickness and do not indicate a double pipe.

図3Aおよび図3Bに示すスプレーチャンバー10は、一方の端部に排出口部110を有し、他方の端部に試料導入口部121を有する流路管部13からなる。流路管部13は、第一管部11と第二管部12により構成されている。第一管部11は、排出口部110、円錐部111および円筒部112からなる。一方、第二管部12は、円筒部120および試料導入管部121からなる。そして、第一管部11の円筒部112と第二管部12の円筒部120とが少なくとも一部で重なり合って連結することにより、二重管部100が構成されている。したがって、二重管部100の二重管の空間の内側壁面は、第二管部12の円筒部120の外側側面であり、二重管部100の二重管の空間の外側壁面は、第一管部11の円筒部112の内側壁面である。 The spray chamber 10 shown in Figures 3A and 3B is composed of a flow path pipe section 13 having an outlet section 110 at one end and a sample introduction section 121 at the other end. The flow path pipe section 13 is composed of a first pipe section 11 and a second pipe section 12. The first pipe section 11 is composed of an outlet section 110, a conical section 111, and a cylindrical section 112. On the other hand, the second pipe section 12 is composed of a cylindrical section 120 and a sample introduction pipe section 121. The cylindrical section 112 of the first pipe section 11 and the cylindrical section 120 of the second pipe section 12 are at least partially overlapped and connected to form a double pipe section 100. Therefore, the inner wall surface of the double pipe space of the double pipe section 100 is the outer side surface of the cylindrical section 120 of the second pipe section 12, and the outer wall surface of the double pipe space of the double pipe section 100 is the inner wall surface of the cylindrical section 112 of the first pipe section 11.

次に、第一管部、第二管部について、更に詳細に説明する。 Next, the first and second tube sections will be explained in more detail.

図3Aおよび図3B中、第一管部11は、一方の端部に排出口部110を有し、排出口部110は円錐部111と連通している。円錐部111は、排出口部の側に向かって内径が小さくなる円錐形状を有する。この円錐部111には、第一管部の他方の端部を含む円筒部112が連通している。
一方、第二管部12は、第二管部の一方の端部を含む円筒部120と他方の端部を含む試料導入口部121とが連通している。
以上の構造を有する第一管部11と第二管部12とによって、流路管部13が構成されている。更に、第一管部11と第二管部12との接続部において、両管部の円筒部が重なり合って二重管部100が構成されている。二重管部とは、第一管部の円筒部の端部開口と第二管部の円筒部の端部開口との間の部分である。したがって二重管部の両端は開口であるが、開口で囲まれる仮想平面を、以下では底面と呼ぶ。図3Aおよび図3Bに示す態様では、第一管部11と第二管部12とは別部材であって、第一管部11の円筒部112の端部開口に、第二管部12の円筒部120を挿入することにより両管部が接続されて流路管部13が構成されている。例えば、第一管部11の円筒部112が、端部においてテーパー状に先細り端部開口の内径が第二管部12の円筒部120の端部開口の外径と略同一の形状であることにより、両管部を接続して形成される二重管部100に導入されるアディショナルガスが、両管部の接続部から外部に漏出することを抑制することができる。または、シール部材等により接続部の密閉性を確保してもよい。なお接続部の密閉性については、アディショナルガスの漏出を完全に防ぐことは必須ではなく、二重管部に導入されたアディショナルガスがガス流となって流れることを妨げない程度の漏出は許容されるものとする。または、第一管部と第二管部とを一体成形して流路管部を構成してもよい。
3A and 3B, the first pipe portion 11 has an outlet portion 110 at one end, and the outlet portion 110 is connected to a conical portion 111. The conical portion 111 has a conical shape with an inner diameter that decreases toward the outlet portion side. The conical portion 111 is connected to a cylindrical portion 112 including the other end of the first pipe portion.
On the other hand, the second tubular part 12 has a cylindrical part 120 including one end thereof communicating with a sample introduction port part 121 including the other end thereof.
The first pipe section 11 and the second pipe section 12 having the above structure constitute the flow passage pipe section 13. Furthermore, at the connection section between the first pipe section 11 and the second pipe section 12, the cylindrical sections of both pipe sections overlap to constitute the double pipe section 100. The double pipe section is the section between the end opening of the cylindrical section of the first pipe section and the end opening of the cylindrical section of the second pipe section. Therefore, both ends of the double pipe section are open, but the imaginary plane surrounded by the openings will be referred to as the bottom surface hereinafter. In the embodiment shown in Figures 3A and 3B, the first pipe section 11 and the second pipe section 12 are separate members, and the first pipe section 11 and the second pipe section 12 are connected to each other by inserting the cylindrical section 120 of the second pipe section 12 into the end opening of the cylindrical section 112 of the first pipe section 11 to constitute the flow passage pipe section 13. For example, the cylindrical portion 112 of the first pipe portion 11 is tapered at the end, and the inner diameter of the end opening is approximately the same as the outer diameter of the end opening of the cylindrical portion 120 of the second pipe portion 12, so that the additional gas introduced into the double pipe portion 100 formed by connecting both pipe portions can be prevented from leaking to the outside from the connection portion of both pipe portions. Alternatively, the sealing property of the connection portion may be ensured by a seal member or the like. Note that, with regard to the sealing property of the connection portion, it is not essential to completely prevent the leakage of the additional gas, and leakage to the extent that it does not hinder the additional gas introduced into the double pipe portion from flowing as a gas flow is permitted. Alternatively, the first pipe portion and the second pipe portion may be integrally molded to form a flow path pipe portion.

二重管部100は、外側側面、即ち第一管部11の円筒部112の外側側面に開口を有する。この開口は、二重管部内(即ち二重管部の内側壁面と外側壁面とに囲まれる空間)にアディショナルガスを導入するための開口(アディショナルガス導入用開口)である。アディショナルガス導入管部101は、上記開口を介して二重管部内にアディショナルガスを導入する導入路となる。アディショナルガス導入管部から開口を介して二重管部内にアディショナルガスを導入することにより、導入されたアディショナルガスは二重管部内を旋回して第一管部11の円錐部111に向かってらせん状のガス流(アディショナルガス流)をもたらすことができる。スプレーチャンバーの排出口部側に向かって内径が小さくなる円錐部の存在も、アディショナルガス流がらせん状のガス流となることに寄与することができる。こうして発生するアディショナルガス流は、円錐部の壁面に沿ってらせん状に排出口部に向かうガス流になることができる。このようなアディショナルガス流により、試料液滴が円錐部の壁面に付着することを抑制することができ、更にはアディショナルガス流が試料液滴を取り込み排出口部へ導くことができる。 The double pipe section 100 has an opening on the outer side, that is, on the outer side of the cylindrical section 112 of the first pipe section 11. This opening is an opening (additional gas introduction opening) for introducing additional gas into the double pipe section (i.e., the space surrounded by the inner wall surface and the outer wall surface of the double pipe section). The additional gas introduction pipe section 101 serves as an introduction path for introducing additional gas into the double pipe section through the above-mentioned opening. By introducing additional gas from the additional gas introduction pipe section into the double pipe section through the opening, the introduced additional gas can swirl inside the double pipe section and produce a spiral gas flow (additional gas flow) toward the conical section 111 of the first pipe section 11. The presence of a conical section whose inner diameter becomes smaller toward the outlet section side of the spray chamber can also contribute to the additional gas flow becoming a spiral gas flow. The additional gas flow generated in this way can become a gas flow that spirals along the wall surface of the conical section toward the outlet section. This additional gas flow can prevent the sample droplets from adhering to the wall surface of the cone, and can also pick up the sample droplets and guide them to the outlet.

図3Aおよび図3Bに示す形態では、第一管部11の円筒部112は、アディショナルガス導入用開口以外に廃液用開口と廃液用開口を介して廃液するための廃液管部113を有する。この廃液管部113は、二重管部100の内部から外部へ廃液する廃液路としての役割を果たすことができる。また、図3Aおよび図3Bに示す形態では、第二管部12も廃液管部122を有する。この廃液管部122は第二管部12の内部から外部へ廃液する廃液路としての役割を果たすことができる。 In the embodiment shown in Figures 3A and 3B, the cylindrical portion 112 of the first pipe portion 11 has a waste liquid opening and a waste liquid pipe portion 113 for draining liquid through the waste liquid opening in addition to the additional gas introduction opening. This waste liquid pipe portion 113 can serve as a drainage path for draining liquid from the inside of the double pipe portion 100 to the outside. In addition, in the embodiment shown in Figures 3A and 3B, the second pipe portion 12 also has a waste liquid pipe portion 122. This waste liquid pipe portion 122 can serve as a drainage path for draining liquid from the inside of the second pipe portion 12 to the outside.

次に、上記スプレーチャンバーの各部について、更により詳細に説明する。 Next, each part of the spray chamber will be explained in more detail.

図4A~図4Cは、図3Aおよび図3Bに示すスプレーチャンバーにおけるアディショナルガス導入管部の配置の説明図である。図4Aは図3Aに示す上面図に説明のための矢印を示した図面であり、図4Bは二重管部のアディショナルガス導入管部を含む部分の断面図である。図4Cは、図3Bに示す側面図に説明のための矢印を示した図面である。図中の矢印は、それぞれ以下の方向を示している。X方向は、アディショナルガス導入管部の中心軸方向である。Y方向は、第一管部の円筒部の中心軸方向であり、第一管部の円錐部の中心軸方向および第二管部の円筒部の中心軸方向と一致する。また、Y方向は、流路管部の中心軸方向とも一致する。Z方向は、導入管部の中心軸方向である。 Figures 4A to 4C are explanatory diagrams of the arrangement of the additional gas introduction pipe section in the spray chamber shown in Figures 3A and 3B. Figure 4A is a drawing showing explanatory arrows in the top view shown in Figure 3A, and Figure 4B is a cross-sectional view of a portion including the additional gas introduction pipe section of the double pipe section. Figure 4C is a drawing showing explanatory arrows in the side view shown in Figure 3B. The arrows in the drawings indicate the following directions. The X direction is the central axis direction of the additional gas introduction pipe section. The Y direction is the central axis direction of the cylindrical section of the first pipe section, and coincides with the central axis direction of the conical section of the first pipe section and the central axis direction of the cylindrical section of the second pipe section. The Y direction also coincides with the central axis direction of the flow passage pipe section. The Z direction is the central axis direction of the introduction pipe section.

他の形態のスプレーチャンバーの上面図が図5Aであり、側面図が図5Bである。図5Aおよび図5Bに示す態様は、アディショナルガス導入管部101および試料導入口部121の配置が異なる点以外、図2~図4Cに示すスプレーチャンバーと同様である。同様の点の説明は省略する。 Figure 5A shows a top view of another type of spray chamber, and Figure 5B shows a side view. The embodiments shown in Figures 5A and 5B are similar to the spray chambers shown in Figures 2 to 4C, except that the arrangement of the additional gas inlet tube 101 and the sample inlet 121 is different. A description of the similarities will be omitted.

X方向とY方向とのなす角度θ1は、図4A~図4Cに示す態様では90°であり、図5Aおよび図5Bに示す形態では110°である。角度θ1は、0°~180°の範囲で規定されるものとする。角度θ1は、アディショナルガス導入管部から導入されたアディショナルガスのガス流を二重管部内で円滑に旋回させる観点から90°~130°の範囲であることが好ましい。また、アディショナルガス導入用開口は、二重管部の外側側面の任意の位置に設けることができる。例えば、二重管部の外側側面の中央を基準として、第二管部寄りの位置に設けてもよく、第一管部寄りの位置に設けてもよく、アディショナルガス導入用開口の中心が二重管部の外側側面の中央と一致する位置に設けてもよい。アディショナルガス導入管部から導入されたアディショナルガスのガス流を二重管部内で円滑に旋回させる観点からは、アディショナルガス導入用開口は、二重管部の外側側面の第二管部よりの位置に設けることが好ましく、より第二管部に近い位置に設けるほど好ましい。 The angle θ1 between the X direction and the Y direction is 90° in the embodiment shown in FIG. 4A to FIG. 4C, and 110° in the embodiment shown in FIG. 5A and FIG. 5B. The angle θ1 is defined in the range of 0° to 180°. The angle θ1 is preferably in the range of 90° to 130° from the viewpoint of smoothly rotating the gas flow of the additional gas introduced from the additional gas introduction pipe section in the double pipe section. In addition, the additional gas introduction opening can be provided at any position on the outer side surface of the double pipe section. For example, it may be provided at a position closer to the second pipe section, or closer to the first pipe section, based on the center of the outer side surface of the double pipe section, or it may be provided at a position where the center of the additional gas introduction opening coincides with the center of the outer side surface of the double pipe section. From the viewpoint of smoothly swirling the gas flow of the additional gas introduced from the additional gas introduction pipe section within the double pipe section, it is preferable to provide the additional gas introduction opening at a position closer to the second pipe section on the outer side surface of the double pipe section, and the closer it is to the second pipe section, the more preferable it is.

アディショナルガス導入管部から導入されたアディショナルガスのガス流を二重管部内で円滑に旋回させる観点からは、二重管部の長さ、即ち第一管部側の底面を第一底面と第二管部側の底面との間の最短距離は、10.0mm~30.0mmの範囲であることが好ましい。また、アディショナルガス導入用開口の直径は、0.1~3.0mmの範囲であることが好ましい。なお廃液用開口の直径についても、同様である。 From the viewpoint of smoothly swirling the gas flow of the additional gas introduced from the additional gas introduction pipe section within the double pipe section, it is preferable that the length of the double pipe section, i.e., the shortest distance between the bottom surface of the first pipe section and the bottom surface of the second pipe section, is in the range of 10.0 mm to 30.0 mm. In addition, it is preferable that the diameter of the additional gas introduction opening is in the range of 0.1 to 3.0 mm. The same applies to the diameter of the waste liquid opening.

第一管部において、円錐部は、円筒部と排出口部との間に位置し、排出口部の側に向かって内径が小さくなる部分である。第一管部において、円筒部側から排出口部側に向かう内径変化が開始する位置を円錐部の一方の端部とし、内径変化が終了する位置を円錐部の他方の端部とする。円錐部の一方の端部から他方の端部までの最短距離を、円錐部の長さと呼ぶ。円錐部の長さと円錐部の最大内径との比(長さ/最大内径)は、円錐部での試料液滴の壁面付着ロスを低減する観点から0.3以上であることが好ましい。上記の比が0.3以上(より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.8以上)であることにより、円錐部においてアディショナルガスのガス流を、より円滑にらせん状に旋回させることができる。また、上記の比が大きくなるほど円錐部の最大内径に対して円錐部の長さが長くなることを意味する。上記の比は、例えば4.0以下または3.5以下であることができる。ただし円錐部の長さを長くして上記の比を大きくするほど、スプレーチャンバーの全長が長くなりスプレーチャンバーは大型になる。一方、本発明者らの検討によれば、上記の比が3.0超になるほど円錐部を長くしてもそれ以上の分析感度の変化は見られなかった。したがって、分析感度の向上とスプレーチャンバーの小型化の両観点から、上記の比は、3.0以下であることが好ましい。 In the first tube section, the conical section is located between the cylindrical section and the outlet section, and the inner diameter becomes smaller toward the outlet section. In the first tube section, the position where the inner diameter change from the cylindrical section side toward the outlet section side starts is one end of the conical section, and the position where the inner diameter change ends is the other end of the conical section. The shortest distance from one end of the conical section to the other end is called the length of the conical section. The ratio of the length of the conical section to the maximum inner diameter of the conical section (length/maximum inner diameter) is preferably 0.3 or more from the viewpoint of reducing the wall adhesion loss of the sample droplet in the conical section. By having the above ratio be 0.3 or more (more preferably 0.5 or more, even more preferably 0.8 or more), the gas flow of the additional gas can be more smoothly spirally swirled in the conical section. In addition, the larger the above ratio, the longer the length of the conical section becomes relative to the maximum inner diameter of the conical section. The above ratio can be, for example, 4.0 or less or 3.5 or less. However, the longer the conical section is made and the larger the above ratio is, the longer the overall length of the spray chamber becomes, and the larger the spray chamber becomes. On the other hand, according to the inventors' studies, no further change in analytical sensitivity was observed even if the conical section was made longer so that the above ratio exceeded 3.0. Therefore, from the standpoints of both improving analytical sensitivity and miniaturizing the spray chamber, it is preferable that the above ratio is 3.0 or less.

第一管部の円錐部の最大内径は、例えば25.0~65.0mmの範囲であることが好ましい。円錐部の最大内径とは、即ち円錐部と連通する円筒部の内径である。なお円筒部は、先に記載したように端部においてテーパー状に先細る形状を有していてもよい。この場合、ここでいう円筒部の内径とは、円筒部の最大内径をいう。また、第一管部の円錐部の最小内径は、例えば5.0~10.0mmの範囲であることが好ましい。円錐部は、中心軸を通る断面の形状が完全な三角形の一部であることは必須ではなく、上記断面形状の少なくとも一部に曲線が含まれることも許容されるものとする。 The maximum inner diameter of the conical portion of the first tubular portion is preferably in the range of, for example, 25.0 to 65.0 mm. The maximum inner diameter of the conical portion is the inner diameter of the cylindrical portion that communicates with the conical portion. As described above, the cylindrical portion may have a tapered shape at the end. In this case, the inner diameter of the cylindrical portion refers to the maximum inner diameter of the cylindrical portion. The minimum inner diameter of the conical portion of the first tubular portion is preferably in the range of, for example, 5.0 to 10.0 mm. It is not essential that the cross-sectional shape of the conical portion passing through the central axis is part of a perfect triangle, and it is acceptable for at least a portion of the cross-sectional shape to include a curve.

上記スプレーチャンバーにおいて、第二管部の円筒部の外径は、上記第一管部の円筒部の内径より小さい。これにより、第一管部の円筒部と上記第二管部の円筒部とが少なくとも一部で重なり合うことにより二重管部を形成することができる。第一管部の円筒部の内径と第二管部の円筒部の外径との差は、1.0mm~6.0mmの範囲であることが好ましい。上記の差が1.0mm~6.0mmの範囲であれば、二重管部において、第一管部の円筒部の壁面と第二管部の円筒部の外側側面とにより囲まれる空間、即ちアディショナルガスが導入される空間の幅を、0.5mm~3.0mmの範囲とすることができる。上記空間の幅が0.5mm以上であることは、二重管部からの廃液を容易にする観点から好ましい。また、上記空間の幅が3.0mm以下であることは、アディショナルガス導入管部から導入されたアディショナルガスのガス流を二重管部内で円滑に旋回させる観点から好ましい。一例として、第二管部の円筒部の内径は、例えば20.0mm~60.0mmの範囲であることが好ましい。例えば第二管部の円筒部の内径が20mm以上であれば、試料導入口部から導入されたガス流中の試料液滴同士の衝突を効果的に抑制することができ、液滴同士の衝突による液滴ロスを低減することができる。また、例えば第二管部の円筒部の内径が60mm以下であれば、第二管部の小型化、更にはスプレーチャンバーの小型化の観点から好ましい。 In the spray chamber, the outer diameter of the cylindrical portion of the second pipe is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion of the first pipe. This allows the cylindrical portion of the first pipe and the cylindrical portion of the second pipe to overlap at least partially to form a double pipe. The difference between the inner diameter of the cylindrical portion of the first pipe and the outer diameter of the cylindrical portion of the second pipe is preferably in the range of 1.0 mm to 6.0 mm. If the difference is in the range of 1.0 mm to 6.0 mm, the width of the space surrounded by the wall surface of the cylindrical portion of the first pipe and the outer side surface of the cylindrical portion of the second pipe in the double pipe, that is, the space into which the additional gas is introduced, can be in the range of 0.5 mm to 3.0 mm. It is preferable that the width of the space is 0.5 mm or more from the viewpoint of facilitating the discharge of the waste liquid from the double pipe. In addition, it is preferable that the width of the space is 3.0 mm or less from the viewpoint of smoothly swirling the gas flow of the additional gas introduced from the additional gas introduction pipe within the double pipe. As an example, it is preferable that the inner diameter of the cylindrical portion of the second pipe is in the range of 20.0 mm to 60.0 mm, for example. For example, if the inner diameter of the cylindrical portion of the second tube is 20 mm or more, collisions between sample droplets in the gas flow introduced from the sample inlet can be effectively suppressed, and droplet loss due to collisions between droplets can be reduced. Also, for example, if the inner diameter of the cylindrical portion of the second tube is 60 mm or less, this is preferable from the viewpoint of miniaturizing the second tube and further miniaturizing the spray chamber.

第二管部は、円筒部および試料導入口部を有し、好ましくは円筒部と試料導入口部とからなる。図4Cに示す態様では、試料導入口部121の中心軸方向(Z方向)と第一管部の円筒部の中心軸方向(Y方向)となす角度θ2は、30°である。一方、図5Bに示す態様では、Z方向はY方向と同一方向(即ち、Z方向とY方向とのなす角度θ2=0°)。θ2は、0°~90°の範囲で規定されるものとする。θ2が0°の場合、試料導入口部の中心軸方向と略同一の方向から試料液滴を含むガス流をスプレーチャンバー内に導入すると、試料液滴は第二管部の円筒部の壁面と衝突し難くなる。これによりスプレーチャンバー内での液滴壁面付着ロスをより一層効果的に低減することができると考えられる。したがって、分析感度のより一層の向上の観点からは、Z方向とY方向とは同一方向であることが好ましい。
一方、Z方向がY方向に対して傾斜している場合、試料導入口部の中心軸方向と略同一の方向から試料液滴を含むガス流をスプレーチャンバー内に導入すると、試料液滴の少なくとも一部が第二管部の円筒部の壁面と衝突し易くなる。第二管部の円筒部の壁面と衝突すると、液滴は衝突粉砕され、より微細な液滴となることができるため、スプレーチャンバーから排出される液滴がより微細化される傾向がある。試料液滴の微細化は、分析装置の分析部における感度の安定性の観点から好ましい。したがって、安定性を重視する場合には、Z方向はY方向に対して傾斜していることが好ましく、例えばθ2は10°~60°の範囲であることが好ましい。
The second tube portion has a cylindrical portion and a sample introduction port portion, and is preferably composed of a cylindrical portion and a sample introduction port portion. In the embodiment shown in FIG. 4C, the angle θ2 between the central axis direction (Z direction) of the sample introduction port portion 121 and the central axis direction (Y direction) of the cylindrical portion of the first tube portion is 30°. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 5B, the Z direction is the same as the Y direction (i.e., the angle θ2 between the Z direction and the Y direction = 0°). θ2 is defined in the range of 0° to 90°. When θ2 is 0°, when a gas flow containing sample droplets is introduced into the spray chamber from a direction substantially the same as the central axis direction of the sample introduction port portion, the sample droplets are less likely to collide with the wall surface of the cylindrical portion of the second tube portion. It is considered that this can more effectively reduce the loss of droplets adhering to the wall surface in the spray chamber. Therefore, from the viewpoint of further improving the analytical sensitivity, it is preferable that the Z direction and the Y direction are the same direction.
On the other hand, when the Z direction is inclined with respect to the Y direction, when a gas flow containing sample droplets is introduced into the spray chamber from a direction substantially the same as the central axis direction of the sample introduction port, at least a part of the sample droplets is likely to collide with the wall surface of the cylindrical part of the second tube part. When the droplets collide with the wall surface of the cylindrical part of the second tube part, they are crushed by collision and can become finer droplets, so that the droplets discharged from the spray chamber tend to be finer. The finer sample droplets are preferable from the viewpoint of the stability of the sensitivity in the analysis part of the analysis device. Therefore, when stability is important, it is preferable that the Z direction is inclined with respect to the Y direction, and for example, θ2 is preferably in the range of 10° to 60°.

上記スプレーチャンバーにおいて、第二管部の円筒部の長さは、例えば10.0~70.0mmであることが好ましい。円筒部の少なくとも一部は、二重管部を構成しているが、上記長さとは、二重管部を構成している部分の長さも含むものとする。なお第二管部の円筒部は、例えば図3Bおよび図4Cに示す態様のように、完全な円筒形状ではなく試料導入口部側の底面部が、第二管部の円筒部の中心軸方向に対して傾斜していてもよい。この場合、円筒部の長さとは、最短長さ(例えば図4C中のl)をいうものとする。 In the above spray chamber, the length of the cylindrical portion of the second tube is preferably, for example, 10.0 to 70.0 mm. At least a portion of the cylindrical portion constitutes a double tube portion, and the above length includes the length of the portion that constitutes the double tube portion. Note that the cylindrical portion of the second tube portion may not be a perfect cylinder, and the bottom surface portion on the sample introduction port side may be inclined with respect to the central axis direction of the cylindrical portion of the second tube portion, as shown in Figures 3B and 4C, for example. In this case, the length of the cylindrical portion refers to the shortest length (for example, l in Figure 4C).

上記スプレーチャンバーにおいて、第一管部の排出口部は、排出口となる開口を有する限り、その形状および長さは特に限定されるものではない。排出口部の先端は、通常、分析装置において分析部との接続部分となるため、分析部の形状に応じて先端形状を決定すればよい。
一方、第二管部の試料導入口部は、ネブライザーから試料液滴を含むガス流を導入するための開口を有する限り、その形状および長さは特に限定されるものではない。試料導入口部は、通常、ネブライザー先端を挿入する挿入口部となる。試料導入口部は、例えば円筒形状を有することができるが、上記の通り形状は特に限定されるものではない。
In the above-mentioned spray chamber, the shape and length of the outlet part of the first tube part are not particularly limited as long as it has an opening that serves as the outlet. The tip of the outlet part is usually a connecting part with an analysis part in an analysis device, so the shape of the tip can be determined according to the shape of the analysis part.
On the other hand, the shape and length of the sample introduction port of the second tube part are not particularly limited as long as it has an opening for introducing a gas flow containing sample droplets from a nebulizer. The sample introduction port is usually an insertion port into which the tip of a nebulizer is inserted. The sample introduction port can have, for example, a cylindrical shape, but as described above, the shape is not particularly limited.

上記スプレーチャンバーの全長については、一般に、全長が短いほどスプレーチャンバー内での液滴ロスは低減できる傾向があり、一方、全長が長いほど粒径選別能は高くなる傾向がある。以上の点を考慮し、上記スプレーチャンバーの全長は、例えば80.0mm~200.0mmの範囲であることが好ましい。スプレーチャンバーの全長とは、側面視において、一方の最端部から他方の最端部までの最短距離をいうものとする。例えば、図4C中の長さL、図5B中の長さLである。 Regarding the overall length of the spray chamber, generally, the shorter the overall length, the more likely it is that the droplet loss in the spray chamber will be reduced, while the longer the overall length, the more likely it is that the particle size selection ability will be improved. In consideration of the above, it is preferable that the overall length of the spray chamber is, for example, in the range of 80.0 mm to 200.0 mm. The overall length of the spray chamber refers to the shortest distance from one extreme end to the other extreme end when viewed from the side. For example, it is the length L in Figure 4C and the length L in Figure 5B.

上記スプレーチャンバーは、二重管部からアディショナルガスを導入することができ、これにより試料液滴の壁面付着ロスを低減することができる。ただしスプレーチャンバー内での重力差を利用した試料液滴の粒径選別によって、液滴として導入された試料液の一部がスプレーチャンバーから排出されずにスプレーチャンバー内に残留することがあり得る。また、壁面付着が起こることにより液滴として導入された試料液の一部がスプレーチャンバー内に残留することもあり得る。上記スプレーチャンバーは、このように残留した試料液を外部へ廃液するための廃液路を少なくとも1つ有することが好ましい。例えば、第一管部内に残留した試料液を排出するための廃液路は、第一管部の任意の位置に設けることができ、一態様では二重管部を構成する部分に設けることができる。即ち、上記スプレーチャンバーは、二重管部の外側側面に廃液用開口および廃液用開口を介して二重管部内から外部へ廃液する廃液路となる廃液管部を有することができる(例えば図3B中、廃液管部113)。また、第二管部の外側側面に、第二管部内に残留した試料液を廃液するための廃液用開口と廃液用開口を介して第二管部内から外部へ廃液する廃液路となる廃液管部を有することもできる(例えば図3B中、廃液管部122)。 The spray chamber can introduce additional gas from the double tube section, which can reduce the wall adhesion loss of the sample droplets. However, due to the particle size selection of the sample droplets using the gravity difference in the spray chamber, some of the sample liquid introduced as droplets may remain in the spray chamber without being discharged from the spray chamber. In addition, some of the sample liquid introduced as droplets may remain in the spray chamber due to wall adhesion. It is preferable that the spray chamber has at least one waste liquid path for discharging the remaining sample liquid to the outside. For example, the waste liquid path for discharging the sample liquid remaining in the first tube section can be provided at any position in the first tube section, and in one embodiment, it can be provided in a part that constitutes the double tube section. That is, the spray chamber can have a waste liquid opening on the outer side surface of the double tube section and a waste liquid pipe section that serves as a waste liquid path for discharging liquid from the inside of the double tube section to the outside through the waste liquid opening (for example, waste liquid pipe section 113 in FIG. 3B). The outer side of the second tube section may also have a waste liquid opening for discharging sample liquid remaining in the second tube section, and a waste liquid pipe section that serves as a waste liquid path for discharging liquid from inside the second tube section to the outside via the waste liquid opening (for example, waste liquid pipe section 122 in FIG. 3B).

なお本発明および本明細書において、円筒部に関して記載する「円筒」とは、完全な円筒形状を意味するものに限定されず、先に記載したように円筒形状の部分と連続する端部に内径が異なる部分が含まれる態様も包含されるものとする。円錐部に関して記載する「円錐」とは、先に記載したように、完全な円錐形状を意味するものに限定されるものではない。また、2つの方向の位置関係について記載する略同一、2つの径の大きさに関して記載する略同一とは、完全な同一に加えて一般に許容される誤差範囲を含む意味で用いるものとする。上記誤差範囲とは、2つの方向の位置関係については、例えば0.1°以内の範囲を意味し、2つの径の大きさに関しては、例えば1%以内の範囲を意味する。 In this invention and this specification, the term "cylinder" used in relation to the cylindrical portion is not limited to a perfect cylindrical shape, but also includes an embodiment in which the end portion connected to the cylindrical portion has a different inner diameter, as described above. The term "cone" used in relation to the conical portion is not limited to a perfect conical shape, as described above. Furthermore, "almost the same" used in relation to the positional relationship in two directions, and "almost the same" used in relation to the size of the two diameters, are used to mean not only complete sameness, but also a generally acceptable range of error. The above-mentioned range of error means, for example, a range of 0.1° or less for the positional relationship in two directions, and, for example, a range of 1% or less for the size of the two diameters.

以上説明した第一管部および第二管部は、任意の材料製の部材であることができる。上記材料としては、耐酸性、耐アルカリ性等の化学的耐久性の観点からは、各種ガラス、石英、フッ素樹脂、および、エンジニアリングプラスチックまたはスーパーエンジニアリングプラスチックに分類される各種樹脂等が好ましい。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン等の各種フッ素樹脂を挙げることができる。エンジニアリングプラスチックとしてはポリカーボネート(PC)等の各種エンジニアリングプラスチックを挙げることができ、スーパーエンジニアリングプラスチックとしてはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の各種スーパーエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。先に記載した理由から、第一管部および第二管部は、ガラス、石英またはフッ素樹脂製であることが好ましい。また、第一管部および第二管部は、単管構造の部材であることができる。第一管部および第二管部は、公知の成形方法により製造することができる。 The first and second tube sections described above can be members made of any material. From the viewpoint of chemical durability such as acid resistance and alkali resistance, the above-mentioned materials are preferably various glasses, quartz, fluororesin, and various resins classified as engineering plastics or super engineering plastics. Examples of fluororesin include various fluororesins such as polytetrafluoroethylene. Examples of engineering plastics include various engineering plastics such as polycarbonate (PC), and examples of super engineering plastics include various super engineering plastics such as polyether ether ketone (PEEK). For the reasons described above, it is preferable that the first and second tube sections are made of glass, quartz, or fluororesin. In addition, the first and second tube sections can be members of a single tube structure. The first and second tube sections can be manufactured by a known molding method.

先に説明した加熱用電磁波照射部は、ネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除くスプレーチャンバーの少なくとも一部の部分に向かって、加熱用電磁波を照射する。ネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除けば、スプレーチャンバーの任意の部分に加熱用電磁波を照射することができる。一形態では、少なくとも、スプレーチャンバーにおいて、ネブライザーから導入された上記ガス流の少なくとも一部が排出される側の端部寄りの部分に向かって加熱用電磁波を照射することが好ましい。かかる端部寄りの部分とは、スプレーチャンバーの側面視において、一方の最端部から他方の最端部までの最短距離をLとし、L/2の位置を中央部とすると、L/2の位置から上記ガス流の少なくとも一部が排出される側の端部までの部分の少なくとも一部をいうものとする。かかる部分を、以下では、「後方部」とも呼ぶ。一方、ネブライザーから上記ガス流が導入される側の端部寄りの部分とは、かかる端部からL/2の位置までの部分の少なくとも一部をいうものとする。かかる部分を、以下では、「前方部」とも呼ぶ。後方部に加熱用電磁波を照射することは、ガス流に含まれる試料液の液滴が加熱された後に温度が下がってスプレーチャンバー内で結露することを抑制する観点から好ましいと考えられる。結露を抑制できることは、分析装置における信号強度のばらつき低減の観点から好ましい。一形態では後方部のみに向かって、他の一形態では後方部および前方部に向かって、加熱用電磁波を照射することが好ましい。 The heating electromagnetic wave irradiation unit described above irradiates heating electromagnetic waves toward at least a part of the spray chamber except the part where the spray nozzle of the nebulizer is inserted. The heating electromagnetic waves can be irradiated to any part of the spray chamber except the part where the spray nozzle of the nebulizer is inserted. In one embodiment, it is preferable to irradiate the heating electromagnetic waves toward at least a part of the spray chamber near the end where at least a part of the gas flow introduced from the nebulizer is discharged. The part near the end refers to at least a part of the part from the position of L/2 to the end where at least a part of the gas flow is discharged, assuming that the shortest distance from one end to the other end in a side view of the spray chamber is L and the position of L/2 is the center. This part is also referred to as the "rear part" below. On the other hand, the part near the end where the gas flow is introduced from the nebulizer refers to at least a part of the part from the end to the position of L/2. This part is also referred to as the "front part" below. Irradiating the rear portion with electromagnetic waves for heating is considered preferable from the viewpoint of suppressing condensation in the spray chamber due to a drop in temperature of droplets of sample liquid contained in the gas flow after heating. Suppressing condensation is preferable from the viewpoint of reducing variation in signal strength in the analysis device. In one embodiment, it is preferable to irradiate electromagnetic waves for heating only toward the rear portion, and in another embodiment, toward both the rear portion and the front portion.

上記試料導入装置は、試料液を霧化して各種分析装置に導入するために好適に用いることができる。 The above sample introduction device can be suitably used to atomize sample liquid and introduce it into various analytical devices.

[誘導結合プラズマ分析装置]
本発明の一態様は、上記試料導入装置と、分析部と、を含む誘導結合プラズマ分析装置(以下、単に「分析装置」とも記載する。)に関する。
[Inductively Coupled Plasma Analyzer]
One aspect of the present invention relates to an inductively coupled plasma analyzer (hereinafter also simply referred to as "analyzer") including the above-mentioned sample introduction device and an analysis section.

上記分析装置に含まれる試料導入装置の詳細は、先に記載した通りである。 Details of the sample introduction device included in the above analytical device are as described above.

上記分析装置は、誘導結合プラズマ分析装置であり、少なくとも分析部にプラズマトーチを含むことができる。例えば、図2に示されている分析装置の入口部14は、分析部において、試料導入装置の最も近くに位置する部分であり、プラズマトーチの入口部であることができる。プラズマトーチは、例えば、誘導結合プラズマ分析装置の一例である誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS;Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer)または誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES;Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer)において、プラズマによりイオン化を行う部分である。 The above-mentioned analytical device is an inductively coupled plasma analytical device, and may include at least a plasma torch in the analytical section. For example, the inlet section 14 of the analytical device shown in FIG. 2 is the part of the analytical section that is located closest to the sample introduction device, and may be the inlet section of the plasma torch. The plasma torch is, for example, a part that performs ionization by plasma in an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) or an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (ICP-AES), which are examples of inductively coupled plasma analytical devices.

上記分析装置における試料導入装置の設置角度は、試料導入装置が設置された設置面の水平方向(例えば図2中、H方向)と、スプレーチャンバーの中心軸方向(例えば図2中、Y方向)とがなす角度θ3が、0°~90°(即ち設置面の水平方向と平行~設置面の水平方向と垂直)の範囲であることが好ましい。これにより、ネブライザーからスプレーチャンバーに導入された試料液滴の中で、粒径の大きな液滴を重力によって落下させて粒径を選別する粒径選別能を向上させることができる。なお角度θ3は、0°~±90°の範囲で規定するものとする。θ3がマイナスの値を取る場合、スプレーチャンバーは、前方部より後方部が下方に位置するように設置されている。θ3がプラスの値を取る場合、スプレーチャンバーは、後方部より前方部が下方に位置するように設置されている。また、スプレーチャンバーの排出口部の外側側面の任意の位置に、排出口部内に残留した試料液を廃液するための廃液用開口を1つ以上設けてもよい。中でも、θ3がマイナスの値を取る場合、そのような廃液用開口をスプレーチャンバーの排出口部の外側側面に設けることが好ましい。
角度θ3は、分析部への試料導入効率と粒径選別能との両観点を考慮すると、20°~90°の範囲であることがより好ましく、20°~70°の範囲であることが更に好ましく、20°~50°の範囲であることが一層好ましく、20°~30°の範囲であることがより一層好ましい。
The installation angle of the sample introduction device in the above-mentioned analysis device is preferably in the range of 0° to 90° (i.e., parallel to the horizontal direction of the installation surface to perpendicular to the horizontal direction of the installation surface) as the angle θ3 between the horizontal direction of the installation surface on which the sample introduction device is installed (e.g., H direction in FIG. 2) and the central axis direction of the spray chamber (e.g., Y direction in FIG. 2). This makes it possible to improve the particle size selection ability of selecting the particle size by allowing droplets with a large particle size to fall by gravity among the sample droplets introduced from the nebulizer to the spray chamber. The angle θ3 is specified in the range of 0° to ±90°. When θ3 is a negative value, the spray chamber is installed so that the rear part is located lower than the front part. When θ3 is a positive value, the spray chamber is installed so that the front part is located lower than the rear part. In addition, one or more waste liquid openings for discharging the sample liquid remaining in the discharge port part may be provided at any position on the outer side surface of the discharge port part of the spray chamber. In particular, when θ3 has a negative value, it is preferable to provide such an opening for waste liquid on the outer side surface of the outlet portion of the spray chamber.
Considering both the efficiency of sample introduction into the analytical section and the particle size selection ability, the angle θ3 is more preferably in the range of 20° to 90°, even more preferably in the range of 20° to 70°, still more preferably in the range of 20° to 50°, and even more preferably in the range of 20° to 30°.

プラズマトーチの入口部は、インジェクターを含むことができる。上記試料導入装置から導入された試料液滴は、インジェクターを通過してプラズマトーチに導入され得る。上記インジェクターの内径は、プラズマトーチの中央部により安定に試料液滴を導入する観点からは1.50mm以下であることが好ましく、1.20mm以下であることがより好ましく、1.00mm以下であることが更に好ましく、0.90mm以下であることが一層好ましく、0.80mm以下であることがより一層好ましい。試料液滴の導入効率の観点からは、上記内径は0.50mm以上であることが好ましい。 The inlet of the plasma torch may include an injector. Sample droplets introduced from the sample introduction device may pass through the injector and be introduced into the plasma torch. From the viewpoint of more stable introduction of sample droplets into the center of the plasma torch, the inner diameter of the injector is preferably 1.50 mm or less, more preferably 1.20 mm or less, even more preferably 1.00 mm or less, even more preferably 0.90 mm or less, and even more preferably 0.80 mm or less. From the viewpoint of sample droplet introduction efficiency, the inner diameter is preferably 0.50 mm or more.

誘導結合プラズマ分析装置は、通常、プラズマトーチにプラズマ生成用ガスを供給するためのガス供給源を含む。プラズマ生成用ガスとしては、通常、アルゴンガスが使用される。したがって、上記分析装置も、プラズマトーチにアルゴンガスを供給するためのガス供給源を含むことができる。また、一形態では、上記分析装置は、アルゴンガスを供給するガス供給源に加えて、アルゴンガス以外の一種以上の他のガスをプラズマトーチに供給するためのガス供給源を含むことができる。かかる他のガスをプラズマトーチに導入することは、プラズマ中の電子密度の増加、粘性や比熱の異なるガス導入によるイオン化促進や信号強度向上の観点から好ましい。以上の観点からは、かかる他のガスは、プラズマ生成用ガスとして導入されるアルゴンガスと比べて単位時間あたりの供給量として、より少量でプラズマトーチに供給されることが好ましい。また。一形態では、そのようなガスを、スプレーチャンバーにおいて導入することもできる。上記ガスとしては、窒素ガス、酸素ガスおよび水素ガスからなる群から選択される一種または二種以上のガスを挙げることができる。プラズマトーチにプラズマ生成用ガスとして導入されるアルゴンガスについて、プラズマトーチへの単位時間あたりの供給量は、例えば、16L/min~20L/minであることができる。これに対し、上記の他のガスについては、プラズマトーチへの単位時間あたりの供給量は、例えば、1mL/min~30mL/minであることができる。プラズマ生成用のアルゴンガスおよび上記の他のガスは、同一ガス流路または異なるガス流路から、プラズマトーチに導入することができる。 An inductively coupled plasma analyzer typically includes a gas supply source for supplying a plasma generating gas to the plasma torch. Argon gas is typically used as the plasma generating gas. Therefore, the analyzer may also include a gas supply source for supplying argon gas to the plasma torch. In one embodiment, the analyzer may include a gas supply source for supplying one or more other gases other than argon gas to the plasma torch in addition to the gas supply source for supplying argon gas. Introducing such other gases into the plasma torch is preferable from the viewpoints of increasing the electron density in the plasma, promoting ionization by introducing gases with different viscosities and specific heats, and improving signal strength. From the above viewpoints, it is preferable that such other gases are supplied to the plasma torch in a smaller amount per unit time than the argon gas introduced as the plasma generating gas. In one embodiment, such gases may also be introduced in the spray chamber. The gas may be one or more gases selected from the group consisting of nitrogen gas, oxygen gas, and hydrogen gas. For argon gas introduced into the plasma torch as a plasma generating gas, the supply amount to the plasma torch per unit time can be, for example, 16 L/min to 20 L/min. In contrast, for the other gases mentioned above, the supply amount to the plasma torch per unit time can be, for example, 1 mL/min to 30 mL/min. The argon gas for plasma generation and the other gases mentioned above can be introduced into the plasma torch from the same gas flow path or different gas flow paths.

プラズマトーチに導入された試料液滴に含まれる分析対象試料は、プラズマトーチ先端で生成されたプラズマによってイオン化される。誘導結合プラズマ分析装置の具体例としては、ICP-MS、ICP-AES等を挙げることができる。例えば、ICP-MSの場合、質量分析計に上記イオン化により発生したイオンが導入され、質量分析計によって質量選別されてイオン検出器によって検出される。こうしてイオン検出器によって検出されるイオンの質量に基づき定性分析を行うことができ、各質量のイオンの信号強度に基づき定量分析を行うことができる。 The sample to be analyzed, contained in the sample droplets introduced into the plasma torch, is ionized by the plasma generated at the tip of the plasma torch. Specific examples of inductively coupled plasma analyzers include ICP-MS and ICP-AES. For example, in the case of ICP-MS, ions generated by the above ionization are introduced into a mass spectrometer, which selects them by mass and detects them with an ion detector. In this way, qualitative analysis can be performed based on the mass of the ions detected by the ion detector, and quantitative analysis can be performed based on the signal intensity of ions of each mass.

[分析方法]
本発明の一態様は、分析対象試料の定性分析、定量分析または定性分析および定量分析を、上記誘導結合プラズマ分析装置によって行うことを含む分析方法に関する。
[Analysis Method]
One aspect of the present invention relates to an analytical method including performing qualitative analysis, quantitative analysis, or qualitative analysis and quantitative analysis of a sample to be analyzed by the inductively coupled plasma analyzer described above.

図2等を示し例示した試料導入装置では、試料液滴を含むガス流が流路管部に流通される際、アディショナルガス導入管部からアディショナルガスが導入される。これにより、先に記載したように、導入されたアディショナルガスは、二重管部内を旋回し第一管部の円錐部に向かってらせん状のガス流(アディショナルガス流)をもたらすことができる。アディショナルガスとしては、例えば、キャリアガスの例として例示した各種ガスを用いることができる。アディショナルガスは、例えば、ガス供給源とアディショナルガス導入管部とを樹脂製チューブ等のチューブで接続してアディショナルガス供給源からアディショナルガス導入管部およびアディショナルガス導入用開口を経て、二重管部へ導入することができる。樹脂製チューブとしては、耐久性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂製のチューブが好適である。アディショナルガス流量は、例えば、0.3~0.5L/minとすることができるが、二重管部のアディショナルガスが導入される空間の幅、円錐部のサイズ等を考慮し適宜設定すればよいため上記範囲に限定されるものではない。 In the sample introduction device exemplified in FIG. 2, when a gas flow containing sample droplets is circulated through the flow path tube, an additional gas is introduced from the additional gas introduction tube. As described above, the introduced additional gas can rotate within the double tube and produce a spiral gas flow (additional gas flow) toward the conical part of the first tube. As the additional gas, for example, various gases exemplified as examples of carrier gas can be used. For example, the gas supply source and the additional gas introduction tube can be connected with a tube such as a resin tube, and the additional gas can be introduced from the additional gas supply source through the additional gas introduction tube and the additional gas introduction opening into the double tube. From the viewpoint of durability, a tube made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene is suitable as the resin tube. The additional gas flow rate can be, for example, 0.3 to 0.5 L/min, but is not limited to the above range, as it can be set appropriately taking into account the width of the space into which the additional gas is introduced in the double tube, the size of the conical part, etc.

スプレーチャンバーから排出された試料液滴を含むガス流は、上記分析装置の分析部に導入され、定性分析および/または定量分析が行われる。分析部の具体例等の詳細は、先に説明した通りである。分析対象成分としては、例えば重金属等の各種金属成分、非金属成分等を挙げることができる。 The gas flow containing the sample droplets discharged from the spray chamber is introduced into the analysis section of the above-mentioned analysis device, where qualitative and/or quantitative analysis is performed. Details of the specific examples of the analysis section are as described above. Components to be analyzed include, for example, various metal components such as heavy metals, non-metal components, etc.

以上説明した本発明の一態様にかかる分析方法によれば、例えば、半導体基板等として使用される各種シリコンウェーハ、シリコンウェーハを切り出す単結晶インゴット等の各種シリコン試料について、シリコン試料の金属成分分析を行い、金属不純物汚染の有無および/または程度を評価することができる。金属不純物汚染は半導体デバイスにおけるデバイス不良の原因となるため、金属不純物汚染の有無および/または程度を把握し、金属不純物で汚染されたシリコンウェーハを不良品として排除することや、製造条件の変更や製造装置の交換・補修を行うことにより金属不純物汚染を低減することは望ましい。近年、デバイスの高性能化等に伴い、半導体基板にはより一層高い品質を有することが要求されている。かかる要求に応えるためには、シリコン試料の金属不純物汚染を低減することが望ましい。上記分析方法は、例えば、各種シリコン試料の金属成分分析方法として好適である。上記分析方法を用いることにより、例えば、シリコン試料の金属不純物汚染評価として、金属成分の定性分析および/または定量分析を行うことができる。シリコン試料の金属不純物汚染評価を行う場合、評価対象のシリコン試料の一部または全部を溶解して得られた試料液や、シリコン試料の表面に酸溶液等の回収液を走査させて表面に付着していた金属成分を回収液に取り込ませて得た試料液を、必要に応じて酸溶液等によって希釈する等の前処理を行った後にネブライザーに導入して金属成分分析に付すことができる。こうして得られる分析結果によって、シリコン試料の表層部金属不純物汚染、バルク金属不純物汚染、表面金属不純物汚染等の各種金属不純物汚染の有無や程度を評価することができる。
ただし本発明は、シリコン試料の金属不純物汚染評価に限らず、様々な分野における成分分析に適用することができる。
According to the analysis method according to one aspect of the present invention described above, for example, for various silicon samples such as various silicon wafers used as semiconductor substrates and single crystal ingots cut from silicon wafers, metal component analysis of the silicon samples can be performed to evaluate the presence and/or degree of metal impurity contamination. Metal impurity contamination can cause device defects in semiconductor devices, so it is desirable to grasp the presence and/or degree of metal impurity contamination, and to eliminate silicon wafers contaminated with metal impurities as defective products, or to reduce metal impurity contamination by changing manufacturing conditions or replacing or repairing manufacturing equipment. In recent years, with the improvement of device performance, semiconductor substrates are required to have even higher quality. In order to meet such demands, it is desirable to reduce metal impurity contamination of silicon samples. The above analysis method is suitable, for example, as a method for analyzing metal components of various silicon samples. By using the above analysis method, for example, qualitative analysis and/or quantitative analysis of metal components can be performed as an evaluation of metal impurity contamination of silicon samples. When evaluating metal impurity contamination of a silicon sample, a sample liquid obtained by dissolving a part or all of the silicon sample to be evaluated, or a sample liquid obtained by scanning a recovery liquid such as an acid solution over the surface of the silicon sample to incorporate metal components attached to the surface into the recovery liquid, can be pretreated, for example, by diluting with an acid solution, if necessary, before being introduced into a nebulizer for metal component analysis. The analysis results thus obtained can be used to evaluate the presence or absence and the degree of various metal impurity contaminations, such as surface layer metal impurity contamination, bulk metal impurity contamination, and surface metal impurity contamination of the silicon sample.
However, the present invention is not limited to the evaluation of metal impurity contamination of silicon samples, but can be applied to component analysis in various fields.

以下、本発明を実施例により更に説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。
以下において、スプレーチャンバーのアディショナルガス導入管部にはポリテトラフルオロエチレン製チューブを接続してガスの導入を行い、廃液管部にはポリ塩化ビニル製チューブを接続して廃液を行った。また、以下に記載の実施例のスプレーチャンバーの第一管部および第二管部はガラス製であった。
The present invention will be further described below with reference to examples, although the present invention is not limited to the embodiments shown in the examples.
In the following, a polytetrafluoroethylene tube was connected to the additional gas inlet pipe of the spray chamber to introduce gas, and a polyvinyl chloride tube was connected to the waste liquid pipe to discharge the waste liquid. In the following examples, the first and second pipes of the spray chamber were made of glass.

[実施例1]
市販の二重収束型ICP-MSのスプレーチャンバーを、θ1=90°である点を除き図5Aおよび図5Bに示す構成のスプレーチャンバーに変更して実施例1のICP-MSを準備した。実施例1のICP-MSにおいて、θ1=90°、θ2=0°、θ3=30°、第一管部の円錐部の最大内径は45.0mm、円錐部の長さと円錐部の最大内径との比(長さ/最大内径)は0.5、二重管部の長さは20.0mm、アディショナルガス導入用開口ならびに二重管部および第二管部の廃液用開口の直径は3.0mm、第一管部の円筒部の内径(最大内径)は45.0mm、第二管部の円筒部の外径は42.0mm、スプレーチャンバー全長は130.0mmであった。
上記スプレーチャンバーの外側の後方部に、図1に示すように円環形状の加熱用電磁波照射部を設置した。この加熱用電磁波照射部では、円環形状のカバー部の内側の円周方向に複数の近赤外線ランプが配列されている。
試料液として、1ppb(体積基準)のInおよび2000ppm(体積基準)のSiを含むHF濃度1質量%のフッ化水素酸(HF水溶液)を準備した。
上記ICP-MSにおいて、100μL/minの導入量で試料液をネブライザーへ導入し、ネブライザーにより試料液をキャリアガス(アルゴンガス;流量0.75L/min)を用いて霧化して試料液滴を含むガス流を生成し、この試料液滴を含むガス流をスプレーチャンバーの試料導入管部からスプレーチャンバーの流路管部へ導入した。上記ガス流が流路管部に流通している間、加熱用電磁波照射部から近赤外線を照射し続け、かつアディショナルガスとしてアルゴンガスを流量約0.4L/minでアディショナルガス導入管部からアディショナルガス導入用開口を介して二重管部へ導入し続けながら、ICP-MSから出力されるInの信号強度をモニタリングした。こうして得られたモニタリング結果から、近赤外線の照射開始時(0分)の信号強度を1.0とした相対強度比として、近赤外線照射時間に対してIn強度の相対強度比をプロットしてグラフを作成した。
[Example 1]
The spray chamber of a commercially available double-convergence ICP-MS was changed to the spray chamber of the configuration shown in Figures 5A and 5B except that θ1 = 90 °, and the ICP-MS of Example 1 was prepared. In the ICP-MS of Example 1, θ1 = 90 °, θ2 = 0 °, θ3 = 30 °, the maximum inner diameter of the conical part of the first tube is 45.0 mm, the ratio of the length of the conical part to the maximum inner diameter of the conical part (length / maximum inner diameter) is 0.5, the length of the double tube is 20.0 mm, the diameter of the additional gas introduction opening and the waste liquid opening of the double tube and the second tube is 3.0 mm, the inner diameter (maximum inner diameter) of the cylindrical part of the first tube is 45.0 mm, the outer diameter of the cylindrical part of the second tube is 42.0 mm, and the total length of the spray chamber was 130.0 mm.
A ring-shaped electromagnetic wave heating irradiation unit was installed at the rear of the outside of the spray chamber as shown in Fig. 1. In this electromagnetic wave heating irradiation unit, a plurality of near-infrared lamps were arranged in the circumferential direction inside a ring-shaped cover unit.
As a sample liquid, hydrofluoric acid (HF aqueous solution) containing 1 ppb (volume basis) of In and 2000 ppm (volume basis) of Si and having an HF concentration of 1 mass % was prepared.
In the ICP-MS, the sample liquid was introduced into the nebulizer at an introduction rate of 100 μL/min, the sample liquid was atomized by the nebulizer using a carrier gas (argon gas; flow rate 0.75 L/min) to generate a gas flow containing sample droplets, and this gas flow containing sample droplets was introduced from the sample introduction tube of the spray chamber to the flow path tube of the spray chamber. While the gas flow was flowing through the flow path tube, near-infrared radiation was continuously irradiated from the heating electromagnetic wave irradiation unit, and argon gas was continuously introduced as an additional gas from the additional gas introduction tube unit through the additional gas introduction opening at a flow rate of about 0.4 L/min into the double tube unit, while monitoring the signal intensity of In output from the ICP-MS. From the monitoring results thus obtained, a graph was created by plotting the relative intensity ratio of In intensity against the near-infrared irradiation time as a relative intensity ratio with the signal intensity at the start of near-infrared irradiation (0 minutes) being set to 1.0.

[比較例1]
加熱用電磁波照射部の設置位置を、スプレーチャンバーの第二管部の円筒部の試料導入口部側の部分および試料導入口部を覆う位置に移動させ、近赤外線の照射をネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分に向かって行った点以外、実施例1と同様にしてInの信号強度をモニタリングした。得られたモニタリング結果から、実施例1と同様にグラフを作成した。
[Comparative Example 1]
The position of the heating electromagnetic wave irradiator was moved to a position covering the sample inlet side of the cylindrical part of the second tube part of the spray chamber and the sample inlet, and the signal intensity of In was monitored in the same manner as in Example 1, except that the irradiation of near-infrared rays was directed toward the part into which the spray nozzle of the nebulizer was inserted. A graph was created from the obtained monitoring results in the same manner as in Example 1.

実施例1および比較例1についてそれぞれ作成されたグラフを図6に示す。 The graphs created for Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Figure 6.

図6に示されている結果から、比較例1では、実施例1と比べて近赤外線照射時間が長くなるほど相対強度比が低下したこと、即ち分析感度低下が生じたことが確認できる。これは、比較例1では、近赤外線の照射をネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分に向かって行ったため、試料液に含まれるSiがネブライザーの噴霧口部の先端で乾燥して目詰まりを生じさせたことが原因と考えられる。これに対し、実施例1では、近赤外線の照射をネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分以外の部分に対して行ったことが、近赤外線照射に伴う分析感度低下の抑制が可能であった理由と推察される。 From the results shown in Figure 6, it can be seen that in Comparative Example 1, the longer the near-infrared irradiation time, the lower the relative intensity ratio became, in other words, a decrease in analytical sensitivity occurred, compared to Example 1. This is thought to be because in Comparative Example 1, near-infrared irradiation was performed toward the part where the nebulizer nozzle was inserted, causing the Si contained in the sample liquid to dry out at the tip of the nebulizer nozzle, causing clogging. In contrast, in Example 1, near-infrared irradiation was performed toward a part other than the part where the nebulizer nozzle was inserted, which is presumably the reason why it was possible to suppress the decrease in analytical sensitivity associated with near-infrared irradiation.

[実施例2]
試料液として、1ppb(体積基準)のInを含むHF濃度1質量%のフッ化水素酸(HF水溶液)を使用した点以外、実施例1と同様にしてInの信号強度をモニタリングした。得られたモニタリング結果から測定結果(In信号強度)を20個抽出し、それらの相対標準偏差(RSD)を算出した。
[Example 2]
Except for using hydrofluoric acid (HF aqueous solution) containing 1 ppb (volume basis) In and having an HF concentration of 1 mass %, the signal intensity of In was monitored in the same manner as in Example 1. Twenty measurement results (In signal intensity) were extracted from the obtained monitoring results, and their relative standard deviations (RSD) were calculated.

[実施例3]
加熱用電磁波照射部の設置位置を、スプレーチャンバーの第二管部の円筒部を覆う位置(ただしネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分は覆わない)に移動させ、スプレーチャンバーの前方部に向かって近赤外線照射を行った点以外、実施例2と同様にしてInの信号強度をモニタリングした。得られたモニタリング結果から測定結果(In信号強度)を20個抽出し、それらの相対標準偏差(RSD)を算出した。
[Example 3]
The position of the heating electromagnetic wave irradiation unit was moved to a position covering the cylindrical part of the second tube part of the spray chamber (but not covering the part where the spray nozzle of the nebulizer was inserted), and near-infrared radiation was irradiated toward the front part of the spray chamber, and the signal intensity of In was monitored in the same manner as in Example 2. Twenty measurement results (In signal intensity) were extracted from the obtained monitoring results, and their relative standard deviations (RSD) were calculated.

実施例2および実施例3について算出された相対標準偏差(RSD)を図7に示す。 The relative standard deviations (RSDs) calculated for Examples 2 and 3 are shown in Figure 7.

図7に示されている結果から、スプレーチャンバーの後方部に加熱用電磁波を照射した実施例2において、実施例3と比べて、信号強度のばらつきが抑制されていること(即ち、より安定な強度で信号が得られること)が確認できる。 The results shown in Figure 7 confirm that in Example 2, in which the heating electromagnetic waves were irradiated to the rear part of the spray chamber, the variation in signal strength was suppressed compared to Example 3 (i.e., a signal with a more stable strength was obtained).

[実施例4]
実施例1と同じ構成のICP-MSにおいて、プラズマトーチのインジェクターとして内径が異なる3種のインジェクター(内径0.75mm、1.00mm、1.50mm)を使用し、かつ試料液としてアナライトCo、Y、Ce、Tlをそれぞれ1ppb(体積基準)含むHF濃度1質量%のフッ化水素酸(HF水溶液)を使用した点以外、実施例1と同様にしてアナライトの信号強度をモニタリングした。比較のために、加熱用電磁波照射部からの電磁波照射を行わずに同様に上記試料液の分析を行い、アナライトの信号強度を測定した。各アナライトの信号強度を、加熱用電磁波照射なしでの信号強度に対する相対強度比(加熱用電磁波照射ありでの信号強度/加熱用電磁波照射なしでの信号強度)として図8に示す。
更に、各インジェクターを使用して得られた各アナライトの信号強度を20個抽出し、それらの相対標準偏差(RSD)を算出した。算出された結果を図9に示す。
[Example 4]
In an ICP-MS having the same configuration as in Example 1, three types of injectors with different inner diameters (inner diameters 0.75 mm, 1.00 mm, and 1.50 mm) were used as the injectors of the plasma torch, and hydrofluoric acid (HF aqueous solution) containing 1 ppb (volume basis) of each of the analytes Co, Y, Ce, and Tl and having an HF concentration of 1 mass% was used as the sample solution. For comparison, the above sample solution was analyzed in the same manner without irradiating electromagnetic waves from the heating electromagnetic wave irradiating unit, and the signal intensity of the analytes was measured. The signal intensity of each analyte is shown in FIG. 8 as a relative intensity ratio (signal intensity with heating electromagnetic wave irradiation/signal intensity without heating electromagnetic wave irradiation) to the signal intensity without heating electromagnetic wave irradiation.
Furthermore, 20 signal intensities for each analyte obtained using each injector were extracted, and their relative standard deviations (RSDs) were calculated. The calculated results are shown in FIG.

図8に示す結果から、3種のインジェクターのいずれを使用した場合にも、加熱用電磁波照射を行ったことによって照射なしの場合と比べて信号強度が高まったこと、即ち分析感度が向上したことが確認できる。更に、図8に示す結果から、内径がより小さいインジェクターを使用するほど、分析感度がより向上したことも確認できる。更に、図9に示す結果からは、内径がより小さいインジェクターを使用するほど、信号強度のばらつきをより抑制できることが確認できる。 The results shown in Figure 8 confirm that, regardless of which of the three types of injectors was used, the signal strength was increased by irradiating electromagnetic heating waves compared to the case without irradiation, i.e., the analytical sensitivity was improved. Furthermore, the results shown in Figure 8 also confirm that the analytical sensitivity was improved more when an injector with a smaller inner diameter was used. Furthermore, the results shown in Figure 9 confirm that the variation in signal strength could be suppressed more when an injector with a smaller inner diameter was used.

[実施例5]
実施例1と同じ構成のICP-MSにおいて、プラズマトーチへプラズマ生成用アルゴンガス(流量:18L/min)とは別の流路からN(流量:30mL/min)を導入し、かつ試料液としてアナライトCo、Y、Ce、Tlをそれぞれ1ppb(体積基準)含むHF濃度1質量%のフッ化水素酸(HF水溶液)を使用した点以外、実施例4(内径1.50mmのインジェクターを使用)と同様にしてアナライトの信号強度を測定した。この測定とは別に、Nを導入しなかった点以外は同様として測定を実施した。各アナライトの信号強度を、N導入なしでの信号強度に対する相対強度比(N導入ありでの信号強度/N導入なしでの信号強度)として図10に示す。
更に、N導入ありでの測定結果から測定結果(各アナライトの信号強度)を20個抽出し、それらの相対標準偏差(RSD)を算出した。算出された結果を図11に示す。
[Example 5]
In an ICP-MS having the same configuration as in Example 1, N 2 (flow rate: 30 mL/min) was introduced into the plasma torch from a flow path separate from the argon gas for plasma generation (flow rate: 18 L/min), and hydrofluoric acid (HF aqueous solution) with an HF concentration of 1 mass% containing 1 ppb (volume basis) of analytes Co, Y, Ce, and Tl was used as the sample solution, and the signal intensity of the analytes was measured in the same manner as in Example 4 (using an injector with an inner diameter of 1.50 mm). Apart from this measurement, measurements were performed in the same manner except that N 2 was not introduced. The signal intensity of each analyte is shown in FIG. 10 as the relative intensity ratio (signal intensity with N 2 introduction/signal intensity without N 2 introduction) to the signal intensity without N 2 introduction.
Furthermore, 20 measurement results (signal intensity of each analyte) were extracted from the measurement results with N2 introduction, and their relative standard deviations (RSD) were calculated. The calculated results are shown in Figure 11.

図10に示す結果から、プラズマトーチへのN導入によって導入なしの場合と比べて信号強度が高まったこと、即ち分析感度が向上したことが確認できる。
更に、図11に示す結果を、図9中の内径1.50mmのインジェクターを使用した場合(N導入なし)と対比すると、プラズマトーチへのN導入によって信号強度のばらつきをより抑制できることが確認できる。
From the results shown in FIG. 10, it can be confirmed that the introduction of N 2 into the plasma torch increased the signal intensity compared to the case where it was not introduced, that is, the analytical sensitivity was improved.
Furthermore, when the results shown in FIG. 11 are compared with the results in FIG. 9 in which an injector with an inner diameter of 1.50 mm was used (without N2 introduction), it can be confirmed that the introduction of N2 into the plasma torch can further suppress the variation in signal intensity.

以上の結果から、本発明の一態様によれば、誘導プラズマ分析装置において、信頼性の高い分析結果を得ることが可能になることが確認できる。 From the above results, it can be confirmed that according to one aspect of the present invention, it is possible to obtain highly reliable analysis results in an inductive plasma analysis device.

Claims (12)

試料液を霧化するネブライザーと、
一方の端部に前記ネブライザーの噴霧口部が挿入され、該噴霧口部から噴霧された試料液の液滴の少なくとも一部が他方の端部から外部へ排出されるスプレーチャンバーと、
前記スプレーチャンバーの外側に配置された加熱用電磁波照射部と、
を有し、
前記加熱用電磁波照射部は、前記スプレーチャンバーの外側から、前記ネブライザーの噴霧口部が挿入されている部分を除く前記スプレーチャンバーの少なくとも一部の部分に向かって加熱用電磁波を照射し、かつ
前記加熱用電磁波は、近赤外線である、試料導入装置。
A nebulizer for atomizing the sample liquid;
a spray chamber into one end of which the spray nozzle of the nebulizer is inserted and into which at least a portion of the droplets of the sample liquid sprayed from the spray nozzle are discharged to the outside from the other end;
A heating electromagnetic wave irradiation unit arranged outside the spray chamber;
having
The heating electromagnetic wave irradiation unit irradiates heating electromagnetic waves from the outside of the spray chamber toward at least a part of the spray chamber excluding a part into which a spray nozzle of the nebulizer is inserted; and
A sample introduction device , wherein the heating electromagnetic wave is near infrared radiation .
前記スプレーチャンバーは、ガラス、石英またはフッ素樹脂製である、請求項1に記載の試料導入装置。 The sample introduction device according to claim 1 , wherein the spray chamber is made of glass, quartz, or fluororesin. 前記加熱用電磁波照射部は、少なくとも前記スプレーチャンバーの前記液滴の少なくとも一部が排出される側の端部寄りの部分に向かって加熱用電磁波を照射する、請求項1または2に記載の試料導入装置。 3. The sample introduction device according to claim 1, wherein the heating electromagnetic wave irradiating unit irradiates the heating electromagnetic wave toward at least a portion of the spray chamber near an end from which at least a portion of the droplets are discharged. 前記加熱用電磁波照射部は円環形状を有し、該円環形状の空洞部に前記スプレーチャンバーが挿入されている、請求項1~のいずれか1項に記載の試料導入装置。 4. The sample introduction device according to claim 1, wherein the heating electromagnetic wave irradiation unit has a circular ring shape, and the spray chamber is inserted into a hollow portion of the circular ring shape. 前記ネブライザーへの前記試料液の導入量は、1μL/min以上500μL/min以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の試料導入装置。 5. The sample introduction device according to claim 1, wherein the amount of the sample liquid introduced into the nebulizer is 1 μL/min or more and 500 μL/min or less . 請求項1~のいずれか1項に記載の試料導入装置と、分析部と、を含む誘導結合プラズマ分析装置。 An inductively coupled plasma analyzer comprising the sample introduction device according to any one of claims 1 to 5 and an analysis section. プラズマトーチと、該プラズマトーチに分析対象試料を導入するインジェクターと、を含み、
前記インジェクターの内径は、0.50mm以上1.50mm以下である、請求項に記載の誘導結合プラズマ分析装置。
A plasma torch and an injector for introducing a sample to be analyzed into the plasma torch,
7. The inductively coupled plasma analyzer according to claim 6 , wherein the inner diameter of the injector is not less than 0.50 mm and not more than 1.50 mm.
前記プラズマトーチにアルゴンガスを供給するガス供給源およびアルゴンガス以外の一種以上の他のガスを供給するガス供給源を更に含む、請求項に記載の誘導結合プラズマ分析装置。 8. The inductively coupled plasma analyzer of claim 7 , further comprising a gas supply source for supplying argon gas to the plasma torch and a gas supply source for supplying one or more gases other than argon gas. 前記一種以上の他のガスは、窒素ガス、酸素ガスおよび水素ガスからなる群から選択され、単位時間あたりの供給量として、アルゴンガスより少量の該ガスが前記プラズマトーチに供給される、請求項に記載の誘導結合プラズマ分析装置。 9. The inductively coupled plasma analyzer of claim 8, wherein the one or more other gases are selected from the group consisting of nitrogen gas, oxygen gas, and hydrogen gas, and the gas is supplied to the plasma torch in an amount less than that of argon gas per unit time. 誘導結合プラズマ質量分析装置または誘導結合プラズマ発光分光分析装置である、請求項のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ分析装置。 The inductively coupled plasma analyzer according to any one of claims 6 to 9 , which is an inductively coupled plasma mass analyzer or an inductively coupled plasma optical emission spectrometer. 分析対象試料の定性分析、定量分析または定性分析および定量分析を、請求項10のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ分析装置によって行うことを含む、分析方法。 An analytical method comprising performing qualitative analysis, quantitative analysis, or qualitative analysis and quantitative analysis of a sample to be analyzed by the inductively coupled plasma analyzer according to any one of claims 6 to 10 . 分析対象試料中の金属成分の定性分析、定量分析または定性分析および定量分析を行う、請求項11に記載の分析方法。 The analytical method according to claim 11 , wherein a qualitative analysis, a quantitative analysis, or a qualitative analysis and a quantitative analysis of metal components in a sample to be analyzed is performed.
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