JPH02231552A - Plasma spectroscopic analysis device - Google Patents
Plasma spectroscopic analysis deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、発光するプラズマを生成して微量気体の分
光分析を行うプラズマ分光分析装置に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a plasma spectrometer that generates luminescent plasma and performs spectroscopic analysis of trace gases.
[従来の技術]
プラズマ分光分析装置は、気体試料にプラズマを発生さ
せ、このプラズマが発生する光を、光の波長分析器で検
出して気体試料の成分分析を行う装置であり、従来のこ
の種の装置としては第2図,第3図に示すものがあった
.
第2図,第3図は、それぞれ従来のプラズマ分光分析装
置の原理構成を説明するための図で、各図において(1
)は測定試料である気体を導入する試料管で、例えば石
英ガラスが用いられる.(5)は発生したプラズマ、(
6》はプラズマ(5)からでて検出される光線の方向、
(7)は光の波長分析器、(10)は試料導入口、(1
1)は二一ドルバルブ、(12》は試料排出口、(14
)は高周波放電用のコイル、(15)はマイクロ波を導
くための導波管または共鳴空洞である。[Prior Art] A plasma spectrometer is a device that analyzes the components of a gas sample by generating plasma in a gas sample and detecting the light generated by the plasma with a light wavelength analyzer. Seed devices include those shown in Figures 2 and 3. Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the principle configuration of a conventional plasma spectrometer, respectively.
) is a sample tube that introduces the gas that is the measurement sample, and is made of, for example, quartz glass. (5) is the generated plasma, (
6》 is the direction of the detected light ray coming out of the plasma (5),
(7) is a light wavelength analyzer, (10) is a sample inlet, (1
1) is the 21 dollar valve, (12》 is the sample outlet, (14)
) is a coil for high-frequency discharge, and (15) is a waveguide or resonant cavity for guiding microwaves.
次に動作について説明する。第2図.第3図に示すプラ
ズマ分光分析装置は、いずれも高周波放電あるいはマイ
クロ波放電を利用してプラズマを発生させる装置であり
、試料導入口(10)より分析を目的とする気体試料を
導入し、試料管(1〉へ封じ込め、あるいは試料管ク1
)を通過させ、外部に設置したコイル(14).導波管
または共鳴空洞(15)などの装置により、高周波放電
あるいはマイクロ波放電を起こさしめ、即ち外部機器に
より発生させた高周波あるいはマイクロ波のエネルギー
を、試料管(1)内部の気体試料に吸収させてプラズマ
(5)を発生させ、このプラズマ(5)が放出する光線
(6)を光の波長分析器(7)で分析し、気体試料の成
分分析を行っており、これらの装置でプラズマが発生す
る動作領域は、気体の圧力としては1〜1 0−3To
rr程度が必要であり、また発生するプラズマ密度は1
010〜1011個/cm3程度である.なお、各バル
ブ(11)は試料管(1)内の気体の圧力を調整するた
めに用いられており、また第2図に示す装置ではコイル
(14)で、第3図に示す装置では導波管または共鳴空
洞(15)で、高周波あるいはマイクロ波を導入するこ
ととしている.そして成分分析を終えた気体は試料排出
口(12)より排出される.
[発明が解決しようとする課題]
上記のような従来のプラズマ分光分析装置は以上のよう
に構成されているが、更に分析性能を向上させ、微量成
分の分析を可能とし、分子結合力の強い気体成分の分析
も可能な装置の開発が望まれていた.
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、微量成分の分析を行うことができるとともに、分析可
能な気体成分の範囲を広げ、且つ正確な分析を行うこと
ができるプラズマ分光分析装置を提供することを目的と
している。Next, the operation will be explained. Figure 2. The plasma spectrometer shown in Fig. 3 is a device that generates plasma using high-frequency discharge or microwave discharge, and a gas sample for analysis is introduced through the sample inlet (10), and the sample is Contain in tube (1) or sample tube (1)
) and installed outside the coil (14). A device such as a waveguide or a resonant cavity (15) causes a high frequency or microwave discharge, i.e. the high frequency or microwave energy generated by an external device is absorbed into the gas sample inside the sample tube (1). to generate plasma (5), and the light beam (6) emitted by this plasma (5) is analyzed using a light wavelength analyzer (7) to analyze the components of the gas sample. The operating region where this occurs is 1 to 10-3To in terms of gas pressure.
rr is required, and the generated plasma density is 1
It is about 010 to 1011 pieces/cm3. Each valve (11) is used to adjust the pressure of the gas inside the sample tube (1), and in the device shown in FIG. 2 it is a coil (14), and in the device shown in FIG. High frequency waves or microwaves are introduced using a wave tube or resonant cavity (15). After the component analysis, the gas is discharged from the sample outlet (12). [Problems to be Solved by the Invention] The conventional plasma spectrometer described above is configured as described above, but it is possible to further improve the analysis performance, enable analysis of trace components, and use a plasma spectrometer with strong molecular bonding force. There was a desire to develop a device that could also analyze gas components. This invention was made to solve these problems, and provides a plasma spectrometer that can analyze trace components, expand the range of gas components that can be analyzed, and perform accurate analysis. is intended to provide.
[課題を解決するための手段]
この発明にかかるプラズマ分光分析装置は、マイクロ波
を放射させるアンテナ付近の試料管外周にマグネットを
配設し、試料管の内部で磁場を発生させることとした。[Means for Solving the Problems] In the plasma spectrometer according to the present invention, a magnet is disposed around the outer periphery of the sample tube near the antenna that radiates microwaves, and a magnetic field is generated inside the sample tube.
[作用コ
この発明においては、マイクロ波を放射させるアンテナ
付近の試料管外周にマグネットを配設し、試料管の内部
で磁場を発生させることとしたので、電子サイクロトロ
ン共鳴を利用して動作圧力を下げ、発生するプラズマの
プラズマ温度を高めプラズマ密度を大きくすることが可
能となる。[Operation] In this invention, a magnet is disposed around the sample tube near the antenna that emits microwaves, and a magnetic field is generated inside the sample tube, so the operating pressure can be adjusted using electron cyclotron resonance. It becomes possible to lower the plasma temperature and increase the plasma temperature of the generated plasma, thereby increasing the plasma density.
[実施例]
以下、この発明の実施例を図面について説明する.第1
図はこの発明によるプラズマ分光分析装置の一実施例を
示す断面図で、図において第2図,第3図と同一符号は
同一又は相当部分を示し、(2)はマグネット、(3)
はマイクロ波放射用のアンテナ、(4)はマイクロ波を
導く同軸ケーブル、(8)は真空槽、(9)は排気装置
、(13)はマイクロ波発振器である.
次に動作について説明する.気体試料はバルブ(11)
を通り試料導入口(10)から試料管(1)を通り、試
料管(1)の中央部近辺に至り、ここでアンテナ(3)
によりマイクロ波が放射される.またこのアンテナ(3
)付近の試料管(1)外周には、マグネット(2)が配
設されており、試料管(1)内部に所定の強度の磁場を
発生させ、電子サイクロトロン共鳴を起こさせるような
構造となっている.電子サイクロトロン共鳴を利用する
プラズマ発生方法は、イオン源の技術として確立された
ものがあり、この発明におけるプラズマ分光分析装置に
おいても、この技術を原理的に応用している。[Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a sectional view showing an embodiment of a plasma spectrometer according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as in FIGS. 2 and 3 indicate the same or corresponding parts, (2) is a magnet, (3)
is an antenna for microwave radiation, (4) is a coaxial cable that guides microwaves, (8) is a vacuum chamber, (9) is an exhaust device, and (13) is a microwave oscillator. Next, we will explain the operation. Gas sample is at the valve (11)
The antenna (3) passes through the sample inlet (10), passes through the sample tube (1), and reaches near the center of the sample tube (1).
Microwaves are emitted by the Also, this antenna (3
) A magnet (2) is placed around the outer periphery of the sample tube (1), which has a structure that generates a magnetic field of a predetermined strength inside the sample tube (1) to cause electron cyclotron resonance. ing. A plasma generation method using electron cyclotron resonance has been established as an ion source technology, and this technology is also applied in principle to the plasma spectrometer of the present invention.
即ち磁場の中では、希薄気体中の自由電子は磁力線のま
わりでサイクロトロン運動と呼ばれる回転運動を行うが
、そこに周波数の一致する電磁波を入射することにより
、エネルギーを共鳴吸収して加速する.加速した自由電
子は、希薄気体中の原子と衝突して原子内の電子をはじ
き飛ばし、原子をイオン化してプラズマを発生させる。In other words, in a magnetic field, free electrons in a dilute gas perform a rotational motion called cyclotron motion around the magnetic field lines, and when electromagnetic waves of the same frequency are incident thereon, they absorb energy resonantly and accelerate. Accelerated free electrons collide with atoms in the dilute gas, knocking off the electrons within the atoms, ionizing the atoms, and generating plasma.
プラズマ中のイオンは再び電子を補捉して中性に戻るが
、この時そのイオンを構成する、原子やラジカル,分子
に特有な波長を持った光を放射する。従って、この光の
波長を測定することにより気体試料の成分を知ることが
でき、電子サイクロトロン共り1を利用したプラズマ分
光分析を行うことが可能となる.
なお上述したイオン源の技術と異なり、電子サイクロト
ロン共鳴を利用したプラズマ分光分析装置においては、
気体試料中に不純物の混入を防止するために、発生した
プラズマ(5)が、マグネッ}(2),アンテナ(3)
,真空槽(8)などの、プラズマを発生させるための磁
場発生手段や電磁波放射手段および真空手段から分離さ
れている必要がある。Ions in the plasma capture electrons again and return to neutrality, but at this time they emit light with a wavelength unique to the atoms, radicals, and molecules that make up the ions. Therefore, by measuring the wavelength of this light, it is possible to know the components of a gas sample, and it becomes possible to perform plasma spectroscopic analysis using an electron cyclotron. Note that, unlike the ion source technology described above, in a plasma spectrometer that uses electron cyclotron resonance,
In order to prevent impurities from entering the gas sample, the generated plasma (5) is transferred to a magnet (2), an antenna (3)
, a vacuum chamber (8), etc., must be separated from magnetic field generating means, electromagnetic wave emitting means, and vacuum means for generating plasma.
そのため、この発明では磁場発生手段と電磁波放射手段
とを試料管(1)外部に配設し、試料管(1)内部で発
生するプラズマ(5)とは試料管壁を隔てて完全に分離
するように構成されている。Therefore, in this invention, the magnetic field generating means and the electromagnetic wave emitting means are arranged outside the sample tube (1), and are completely separated from the plasma (5) generated inside the sample tube (1) across the sample tube wall. It is configured as follows.
以上のような電子サイクロトロン共鳴を利用した、この
発明によるプラズマ分光分析装置においては、従来の装
置に比べプラズマが発生する動作圧力が10−3〜1
0−’Torrと低く、発生するプラズマ密度も101
2〜1013個/cm’と大きく、且つプラズマ温度が
高いことが本願出願人における実験結果において判明し
ている.
各バルブ(11)は試料管(1)内の気体の圧力を調整
するために用いられており、成分分析を終えた気体は、
バルブ(11)を通り試料排出口(12)から排出され
、排気装置(9)で排気される。In the plasma spectrometer according to the present invention that utilizes electron cyclotron resonance as described above, the operating pressure at which plasma is generated is 10-3 to 1
The generated plasma density is as low as 0-'Torr and 101
The applicant's experimental results have shown that the number of plasma particles is large, ranging from 2 to 1013 particles/cm', and the plasma temperature is high. Each valve (11) is used to adjust the pressure of the gas in the sample tube (1), and the gas after component analysis is
It passes through a valve (11), is discharged from a sample discharge port (12), and is exhausted by an exhaust device (9).
なお上記実施例では、マグネット(2)とアンテナ(3
)とが排気装置(9)を持つ真空槽(8)内に設置され
ているが、試料管(1)の外部にプラズマが発生しない
ような構造であれば、排気装置(9)と切り離した構造
にすることができる。またマグネット(2)としては、
永久磁石,電磁石の双方を使用することができる。更に
上記実施例では、電磁波放出手段として同軸ケーブル(
4)とアンテナ(3)とを使用しているが、導波管ある
いは共鳴空洞を使用することもできる。In the above embodiment, the magnet (2) and the antenna (3)
) is installed in a vacuum chamber (8) with an exhaust device (9), but if the structure is such that plasma is not generated outside the sample tube (1), it can be separated from the exhaust device (9). It can be made into a structure. Also, as a magnet (2),
Both permanent magnets and electromagnets can be used. Furthermore, in the above embodiment, a coaxial cable (
4) and an antenna (3), a waveguide or a resonant cavity could also be used.
[発明の効果]
この発明は以上説明したとおり、マイクロ波を放射させ
るアンテナ付近の試料管外周にマグネットを配設し、試
料管の内部で磁場を発生させて電子サイクロトロン共鳴
を利用することとしたので、動作圧力を下げ、発生する
プラズマのプラズマ温度を高めプラズマ密度を大きくす
ることができ、分析性能を向上させて微量成分の分析を
行うことができるとともに、不純物の混入を最小限に押
さえて正確な分析を行うことができ、且つプラズマ温度
が十分高くなるために従来では分析できなかったような
分子結合力の強い気体成分の分析も可能となる等の効果
がある。[Effect of the invention] As explained above, this invention utilizes electron cyclotron resonance by disposing a magnet around the sample tube near the antenna that radiates microwaves and generating a magnetic field inside the sample tube. Therefore, it is possible to lower the operating pressure, raise the plasma temperature of the generated plasma, and increase the plasma density, improving analytical performance and analyzing trace components, while minimizing the contamination of impurities. Accurate analysis can be performed, and since the plasma temperature is sufficiently high, it is possible to analyze gaseous components with strong molecular bonding forces that could not be analyzed conventionally.
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図,第
3図は従来のプラズマ分光分析装置の原理構成を示す図
。
(1)は試料管、(2)はマグネット、(3)はアンテ
ナ、(4)は同軸ケーブル、(5》はプラズマ、(6)
は検出される光線の方向、(7)は光の波長分析器、ク
8)は真空槽、(9)は排気装置、(10)は試料導入
口、(11)はバルブ、(12)は試料排出口、(13
)はマイクロ波発振器。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示すものと
する。
第2図
1:試料管
5:プラズマ
6:光線の方向
10:試料導入口
11:パルブ
12:試料排出口FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the principle configuration of a conventional plasma spectrometer. (1) is sample tube, (2) is magnet, (3) is antenna, (4) is coaxial cable, (5》 is plasma, (6)
is the direction of the detected light beam, (7) is the optical wavelength analyzer, 8) is the vacuum chamber, (9) is the exhaust device, (10) is the sample inlet, (11) is the valve, and (12) is Sample outlet, (13
) is a microwave oscillator. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts. Figure 2 1: Sample tube 5: Plasma 6: Light beam direction 10: Sample inlet 11: Pulp 12: Sample outlet
Claims (1)
料管へ電磁波を放射する電磁波放射手段、上記試料管外
周にマグネットを配設して上記試料管内部に磁場を発生
させる磁場発生手段を備え、上記磁場発生手段により発
生した上記試料管内の磁場を通過する気体試料へ上記電
磁波放射手段によって電磁波を放射し電子サイクロトロ
ン共鳴を生じさせて上記気体試料をプラズマ化し、この
プラズマの発する光の波長を分析することで該気体試料
の成分分析を行うことを特徴とするプラズマ分光分析装
置。A sample tube through which a gas sample for the purpose of analysis passes, an electromagnetic wave radiating means for radiating electromagnetic waves to the sample tube, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field inside the sample tube by disposing a magnet around the outer periphery of the sample tube. , radiating electromagnetic waves by the electromagnetic wave emitting means to the gas sample passing through the magnetic field in the sample tube generated by the magnetic field generating means to generate electron cyclotron resonance, turning the gas sample into plasma, and changing the wavelength of light emitted by the plasma. A plasma spectrometer characterized in that a component analysis of the gas sample is performed by analysis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5001489A JPH02231552A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Plasma spectroscopic analysis device |
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JP5001489A JPH02231552A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Plasma spectroscopic analysis device |
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JPH02231552A true JPH02231552A (en) | 1990-09-13 |
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JP5001489A Pending JPH02231552A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Plasma spectroscopic analysis device |
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JP (1) | JPH02231552A (en) |
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1989
- 1989-03-03 JP JP5001489A patent/JPH02231552A/en active Pending
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