JPH0426099A - 高周波プラズマ用トーチおよび該トーチを用いる元素分析装置 - Google Patents

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〕 本発明は高周波電力、特にマイクロ波電力により放電維
持されている高周波プラズマを発生させるためのトーチ
（放電ガスのガス導入管）に係り、さらに上記トーチを
使用した高周波プラズマを用いる元素分析装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来のマイクロ波プラズマ用トーチは、アプライド・ス
ペクトロスコピー、第４２巻（１９８８年）、第１ｏ２
３頁から第１０２５頁（ＡｐｐｌｉｅｄＳｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ　ＶｏＱ、４２．　ｐ　１０２３〜１０２５
（１９８８））において記載されている。第４図にプラ
ズマ発生部周辺の断面図を示した。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、プラズマ発生部のトーチは内
径が軸方向に一定な直管であった。上記従来のトーチは
安定にプラズマを形成させるための比較的大量のガスを
消費して経済的に不利であった。

本発明の目的は、ガスの消費量を減らしても安定にプラ
ズマを形成させることができるトーチを提供することを
目的としている。

さらに本発明の他の目的はガスの消費量を減らした経済
的に有利な元素分析装置を提供することを目的としてい
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、プラズマ発生部のトーチの
内径を軸方向に変化させて、ガスの流れに沿って徐々に
内径が小さくなるように構成したものである。

〔作用〕

トーチ内径を徐々に細くすることによって、ガスの流れ
は進むほど（下流側で）速くなる。それによって安定な
層流領域が少ない流量で維持できるように作用する。ま
た、徐々に細くなっているのでガスの内側に向く速度成
分が生じ、プラズマがトーチ中心部に安定に維持できる
ように働く。

〔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１図に示したトーチは二重管構造になっている、石英
もしくはアルミナなどで作られている。

外管１１の入口１１′は接線方向に取りつけられており
、入口１１′よりプラズマ形成用のガスである窒素を導
入し、内管１２の前方においてプラズマを形成させる。

内管１２には、水溶液試料を霧化してそれをキャリヤガ
スである窒素とともに内管１２の入口１２′より導入す
る。

キャリヤガスおよび試料は、内管１２の前方に形成され
ているプラズマ中に導入され、原子化。

励起、イオン化される。プラズマ形成用のガス流量は約
５＋１２７ｍ１ｎ、キャリヤガス流量は約０．５　ｆｌ
／ｍｉｎである。また窒素以外にアルゴン、ヘリウム、
空気などの単体または混合ガスも用いることができる。

ところで、プラズマが安定に形成されるかどうかは、プ
ラズマ形成用のガスの流れ方に依るところが大きい。プ
ラズマ形成用ガスは入口に於て接線方向に導入されるた
めガスはらせん状に回転しながらトーチ先端方向へ流れ
ていく。ところで本実施例ではトーチ内径が軸方向に変
化していて、先端に行くほど細くなっているので、ガス
の流速も先端に行くほど速くなり、またガスの内側（軸
方向）への成分が生じている。このためトーチ内径が一
定の従来のトーチと比較して、形成される層流がくずれ
にくく、プラズマ形成用のガス流量を従来のトーチより
も大幅に減らしても安定なプラズマを中心部に形成する
ことが可能になった。

ここで、第１図では明示しなかったが、高周波の印加は
内管１２の先端部の前方でトーチ周囲から等方的に供給
するように構成する。その具体例については第３図にて
説明する。

第２図に本発明の他の実施例を示した。第２図に示した
トーチは三重管構造になっている。外管１１の入口１１
′と中間管１３の入口１３′はともに接線方向に取りつ
けられている。

本実施例のプラズマトーチにおいても第１図の実施例と
同様に入口１１′よりプラズマ形成用のガスが、入口１
２′よりキャリヤガスおよび霧化された試料が導入され
、内管１２の前方向に形成されるプラズマ中で試料の原
子化、励起、イオン化が行われる。また第１図と同様に
外管１２の内径はガスの流れとともに小さくなっていて
、ガスの流速が徐々に速くなっている。このため従来の
トーチと比較して少ない流量で安定なプラズマを形成す
ることが可能になっている。

ところで第２図の実施例では中間管１３の入口１３′か
らは少量のガスが導入される。この中間管１３にガスを
流すことによって発生するプラズマを内管１２の先端部
より浮かせるように作用するので、その結果プラズマに
よる内管１２の熱的な損傷をなくすことができる。さら
に内管１２の材料がプラズマ中に不純物として混入する
ことがなくなる。例えば内管１２が石英でできている場
合Ｓｉの微量分析が可能となる。

第１図および第２図の実施例ではトーチは一体で構成さ
れているが、例えば外管と内管を別個に製作して、それ
らをＯリングなどを用いて組み立てて構成しても良い。

また外管または中間管の入口を２ケ所以上にしても良い
。例えば外管の入口１１′とトーチの軸に対して対称と
なるように新たな入口を設け、プラズマ形成用ガスを二
重して導入することができる。この場合は入口が一ケ所
の場合と比較して、形成されるプラズマの軸対称性が良
くなる。

第３図に本発明の他の実施例を示す。第３図の実施例は
元素分析装置を示しており、プラズマ中で形成される試
料イオンを質量分析部に取り込んで元素分析を行う装置
である。ここではマイクロ波電力で放電維持されたプラ
ズマを示したが、この他の高周波領域、たとえば数十Ｍ
Ｈｚのラジオ周波数であっても良い。

第３図（ａ）は全体構成図、同図（ｂ）はマイクロ波プ
ラズマ発生部および試料導入部付近の詳細図である。マ
グネトロン２０で発生した２４５０ＭＨｚのマイクロ波
電力は方形導波管２１．スリースタブチューナ２２．λ
／４インピーダンス変成器２３を経て、薄形方形導波管
２４（内側の寸法、８．４Ｘ１０９．２ｍに伝播する。

薄形方形導波管２４を貫通するように石英製の二重管ト
ーチが設置されている。プラズマを形成するための窒素
ガスは、窒素ボンベ３０から外管１１に、入口１１′よ
り供給される。

外管１１の内径は先端に行くほど徐々に細くなっており
、従来の１／２以下の少ないガス流量で安定なマイクロ
波プラズマ１を発生している。このプラズマ１は大気圧
中の放電で、効率よくマイクロ波電力を吸収し、高温な
プラズマになっている。窒素ボンベ３０から出た窒素ガ
スはネプライザ（霧化器）３１に送られ、試料３２もネ
プライザ３１に送られて霧化される。霧化された試料は
窒素ガスとともにトーチの中管１２の入口１２′より導
入され、プラズマ１の中心部に供給される。

導入された試料はプラズマ１中で原子化、さらにイオン
化される。

プラズマ１中のイオンは質量分析部４０のサンプリング
・オリフィス４１より前置真空室４２に吸入される。前
置真空室４２の圧力は数ｔｏｒｒ程度であり、差動排気
されている。イオンはさらにスキーマ・オリフィス４３
を通過して質量分離された後イオン検出器４４に入り測
定される。本実施例では、少ないガス流量で安定なプラ
ズマ１が形成されているため、ガス消費量が少なく経済
的に優れた元素分析装置が実現されている。

本発明で用いるマイクロ波立体回路は、上述した実施例
に限らず、他のマイクロ波プラズマ発生用のキャビティ
、例えばサーファトロン型キャビティやビーネッカー型
キャビティを用いる元素分析装置にも適用できる。また
上記実施例では質量分析装置に適用したが、プラズマか
らの発光を用いる発光分光分析装置などの他の元素分析
装置にも容易に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス消費量を大幅（１／２以下）に減
らすことができるので、経済的に優れた装置を実現させ
ることができる。さらに分析すべきイオンの径方向への
拡散を低減できるので、分析感度の向上や検出限界の低
減もできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図（ｂ）は本発明の実施例の
プラズマトーチの縦断面図、第３図（ａ）は本発明のプ
ラズマトーチを用いた元素分析装置の概略構成図、第４
図は従来のプラズマトーチを示す縦断面図である。 １・・・プラズマ、１１・・・トーチの外管、１２・・
トーチの内管、 ２４・・・薄形方形導波管、 ３１・・・霧化器、 ３２・・・試料、 ４０・・・質量分析装置、 ４１・・・サンプ 第 函 １２゜ 半 図 ζ久）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大略大気圧下の高周波電力で放電維持されたプラズ
   マを発生させるためのトーチであって、プラズマ発生部
   のトーチの内径か軸に沿って異なり、プラズマガスの流
   れの上流部で太く下流側で細くなっていることを特徴と
   する高周波プラズマ用トーチ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の高周波プラズマ用トー
   チを用いた元素分析装置。