JPH02215038A - マイクロ波プラズマ極微量元素分析装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ極微量元素分析装置

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JPH02215038A
JPH02215038A JP1033579A JP3357989A JPH02215038A JP H02215038 A JPH02215038 A JP H02215038A JP 1033579 A JP1033579 A JP 1033579A JP 3357989 A JP3357989 A JP 3357989A JP H02215038 A JPH02215038 A JP H02215038A
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discharge lamp
sample
tube
discharge tube
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JP1033579A
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Yukio Okamoto
幸雄 岡本
Makoto Yasuda
誠 安田
Tadataka Koga
古賀　正太佳
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Hitachi Ltd
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/105—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation, Inductively Coupled Plasma [ICP]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体分野等における極微量元素の定量法として
のプラズマイオン源質量分析装置やプラズマ発光分光分
析装置などプラズマ極微量元素分析装置に係り、特にこ
のような装置におけるマイクロ波電力を用いたプラズマ
トーチに関する。
〔従来の技術〕
従来のマイクロ波電力を用いたプラズマ極微量元素分析
装置は、第２図に示すように、スペクトロケミ力・アク
タ、　ＶｏＪｌ、３７　Ｂ、　＆７（１９８２年）ｐｐ
、　６８３−９５２　（Ｓｐａｃｔｒｏｃｈｌｍｉｃａ
　Ａｃｔａ、３７Ｂ。
＆７（１９８２）５８３−５９２）において論じられて
いる。ここで、１はマイクロ波同軸ケーブル用コネクタ
、２はマイクロ波カップラ、３はギヤツブｄ調節部、４
は薄板、５はキャビティ長調節部、６はキャビティ、７
は放電管、８はガス状試料およびプラズマガスの混合気
体、９は冷却用空気入口を示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従、来技術は、液状試料の分析については考慮され
ておらず１分析試料の制限や試料の導入効率とそのイオ
ン化効率−などに問題があった。
すなわち、第２図から明らかなように、プラズマ生成用
のマイクロ波電力を同軸ケーブルを用いてキャビティ６
に供給しているため、その電力は最大５００Ｗ以下に制
限され、液状の試料の直接分析は不可能なこと、また、
同軸ケーブルでの電力損失も大きいこと、さらに、前記
カップラ２など構造や調節が複雑であった。
さらに、プラズマは表面波を用いて生成するため、ドー
ナツ状のプラズマ生成が充分でなく、また試料とプラズ
マガスとを混合した状態で供給するため、試料の導入効
率とそのイオン化効率は低く、検出限界（感度）などに
問題があった。
本発明の目的は、上記諸問題点を解決した高性能のプラ
ズマ極微量元素分析装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、第１図に示すように、同軸
ケーブルを用いることなく、内外導体から成る同軸導波
管構成とするとともに、内導体を馬 ヘリカル状コイルなどにして同偏波を励起し、この波を
用いて前記コイル内に設けた放電管内にプラズマを生成
するよう構成したものである。
また、前記放電管は少なくとも二重管とし、試料とプラ
ズマガスとを分離した状態で前記放電ン導入するととも
に、前記コイル付近で前記試料と前記プラズマガスの一
部とが混合するように構成したものである。
さらに、少なくとも前閘放雷管を冷却するために、前記
放電管の軸方向から送風（空気）するよう構成したもの
である。
【作用〕
前記同軸導波管ヘリカルコイル構成は、コイル３０に流
れる高周波電流によって（円偏波モード）、半径方向の
電界と軸方向に誘起される磁界とによって、前記放電管
７０の内部に導入したプラズマガス８０のドーナツ状プ
ラズマ１００（プラズマ１の径方向の温度が中心部より
周辺部が高くなる温度分布、を有するプラズマ）を効率
よく生成することができる。
そして、前記ドーナツ状プラズマ１００の中心部に、ネ
プライザ（図示せず）からの液状試料９０を試料導入管
７１から導入するこ・とにより。
高効率で前記試料を解離→励起→イオン化することがで
きる。
さらに、冷却ガス（例えば空気など）６０を導入パイプ
５１より冷気部５０に導入することにより、前記放電管
７０を軸方向から冷却できるとともに、前記コイル３０
も冷却することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１ｖ４は本発明のマイクロ波プラズマトーチ部の基本
構成を示す、ここで、１０は鋼などから成る偏平導波管
（例えば、内寸法８．６Ｘ１０９．２Ｘ８４ｍ８）、２
０は銅などから成る同軸変換部悲 （形状は、例えば円錐台：底辺直径３０−１上記直径２
０ｍ）、３０は銅などからなるヘリカルコイル（寸法は
、例えば、直径：２０〜５■、ピッチ：１０〜２ｍ、線
の太さ＝１〜１０ｍ１巻数：１〜１０ターン）で雄前記
同軸変換部２０に設けた溝２１に１例えば、図のように
設けである。
４０は銅などから成る円筒状の外導体（寸法は、例えば
、内径４０ｍ、長さ２０〜７０ｍ）で、その一端には放
電管７０を通すための穴４２（放電管の外径より多少大
きい）と前記ヘリカルコイル３０の終端を取付けるため
の穴４１（ヘリカルコイル３０を浮す場合は不要）と複
数個の空気穴４３（必要に応じて、空冷にともなって発
生する音を低減する効果がある）が設けられている。
５０は銅などから成る冷却ガス（通常空気）導入部で、
５１は導入パイプ、６０は冷却ガス（通常高圧空気）、
７０は石英やセラミックスなどから成る放電管（内径１
〜２０■）、７１は石英やセラミックスなどから成る試
料導入管で、その先端７２は必要に応じて絞っである。
７３は前記放電管７０に設けたプラズマガス（例えば、
ＡｒｇＮｘｇＨａなど）８０の導入口：９０はネプライ
ザ（図示せず）な、どからの試料とキャリアガス（前記
プラズマガスと同一）、１００は高温のドーナツ状プラ
ズマ、１１０は拡散プラズマ、１２０はマイク口波電力
のリーク防止と安全と保護のための円筒状のステンレス
などから成るシールドケースで。
熱風などを放出するために複数の穴が設けである（さら
に、必要に応じて、分光計測などのための１程度のアパ
ーチャ１３１が設けである。１４０は分光分析のための
分光Ｉｔ（真空分光器含む）や質量分析のためのインタ
フェース部や質量分析器などを示す、１５０はマイクロ
波電力（例えば、２．４５ＧＨｚ、０．５〜５ｋＷ）、
１６０は標準導波管から前記偏平導波管１０に接続する
ためのテーバ導波管を示す。
次に１本発明の基本的な動作を説明する。
マグネトロンなどからなるマイクロ波発生器からのマイ
クロ波電力１５０は、アイソレータ（図示せず）やパワ
ーメータ（図示せず）、さらに、チューナ（図示せず）
を経て、前記偏平導波管１０に伝送され、次に、前記同
軸導波管変換部２０から前遍カルコイル３０に供給され
る。このとき、前記ヘリカルコイル３０に高周波電流が
流れ、このとき発生する電界と磁界との作用により、前
記放電管７０に導入したプラズマガス６０がイオン化さ
れ、高湿のドーナツ状プラズマ１００を発生する。そし
て、分析すべき前記試料９０を前記試料導入管７１より
、前記ドーナツ状プラズマ１００の中心部に導入すると
、周辺部に拡散することなく、効率よく解離→励起→イ
オン化を行うことができる。このとき発生する光を前記
分光器及び／又はイオンを前記質量分析器１４０などを
用いて分析する。
外側に冷却管７５を設は導入ロアロより冷却ガス６０を
導入する場合を示す、このとき、第１図における５０と
５１は不要である。この構成は、前記放電管７０の冷却
効果は大きい。
一方、列国（ロ）と（ハ）は前記プラズマ８０と前記試
料９０を従来技術同様、同時に供給する場合の放電管７
７の一例を示す（簡易型）。
なお、前記放電管で前記ヘリカルコイル３０の内部に対
応する部分の放電管の径は、目的に応じて選定する。さ
らに、その端末部７＾状も目的に応じて（プラズマの安
定化や損失の低減、さらに放熱のために）円錐状などに
する。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、マイクロ波プラズマト
ーチ部を、同軸導波管ヘリカルコイルと二重管型放電管
と前記放電管を軸方向から冷却する冷却系とから構成す
ることにより、簡単になるとともに、大電力（０，５ｋ
Ｗ以下）で効率よく率よく解離→励起→イオン化するこ
とができ、従来技術に比べ、検出限界も１０倍以上高め
ることができる（例えば、Ｃａの場合の検出限界は０．
００１ｐｐｍ　）　ａ また、調整も簡単で、取扱い方も非常に楽になるなどの
効果もある。
さらに、前記シールドケースを設けることにより、マイ
クロ波のリークによる障害も低減できるなどの効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の基本的な構成のプラズマト
ーチ部の断面図、第２図は従来技術のプラズマトーチ部
の断面図、第３図（イ）、（ロ）、（ハ）は本発明の放
電管構造の他の実施例を示す。 １・・・マイクロ波同軸ケーブル用コネクタ、２・・・
マイクロ波カップラ、７・・・放電管、８・・・プラズ
マガスと気体状試料の混合気体、９・・・空冷口、１０
・・・偏平導波管、２０・・・同軸導波管変換部、３ｏ
・・・ヘリカルコイル、４０・・・外導体、５０・・・
冷却部、６０・・・冷却ガス、７０・・・放電管、８０
・・・プラズマガス、９０・・・試料、１００・−・ド
ーナツ状プラズマ、１１０・・・拡散プラズマ、１２０
・・・シールドケース、１３０・・・サンプリングコー
ン、１４ｏ・・・質量分析器など、１５０・・・マイク
ロ波電力、１８０・・・テーバ導波管、。 纂 図 Ｉρ ４ＪＲ１ＪＭ管 ７θ 放電管 劣 図 マイ７０３走１聡〉り ｊ周軸７−２゛ル コ不７り ｉフッ・う 訓節部 薄状 直珂節りＰ 午ヤと゛テ４ 方丈電層ｒ 試料次ス 怨汐口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波プラズマを用いた極微量元素分析装置の
    プラズマトーチ部において、マイクロ波電力を少なくと
    も円筒状外導体とヘリカルコイル状内導体とで構成した
    同軸導波器に供給する系と、少なくとも試料を導入する
    絶縁物の内管とプラズマガスを導入する絶縁物の外管と
    から成る二重管構造の放電管系と、少なくとも前記放電
    管を軸方向から冷却する系とを具備してなることを特徴
    とするマイクロ波プラズマ極微量元素分析装置。 ２、上記マイクロ波電力の外部へのリークを阻止するシ
    ールドケースを具備したことを特徴とする第１項のマイ
    クロ波プラズマ極微量元素分析装置。
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