JPH0731495Y2 - 高周波誘導結合プラズマ質量分析計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、試料導入系の１つであるスプレーチャンバー
の冷却方法を改善した高周波誘導結合プラズマ質量分析
計に関する。

〈従来の技術〉 高周波誘導結合プラズマ質量分析計は、高周波誘導結合
プラズマを用いて試料を励起させ、生じたイオンをノズ
ルとスキマーからなるインターフェイスを介して質量分
析計に導いて電気的に検出し該イオン量を精密に測定す
ることにより、試料中の被測定元素を高精度に分析する
ように構成されている。また、試料導入系の１つである
スプレーチャンバーは、均一な粒子だけを試料としてプ
ラズマトーチ１に導入し検出信号などを安定させるため
冷却される。第３図は、このような高周波誘導結合プラ
ズマ質量分析計の従来例構成説明図である。この図にお
いて、プラズマトーチ１の外室1bと最外室1cにはガス調
節器２を介してアルゴンガス供給源３からアルゴンガス
が供給されている。また、試料槽４内の試料はネブライ
ザ４′で霧化されてのちアルゴンガスによってスプレー
チャンバー５（詳しくはガラス製スプレーチャンバー本
体5a）内に搬送される。ここで、スプレーチャンバー本
体5aは冷却ジャケットのついた三重管内に配置されてお
り、該三重管の最外管5hには冷却水が流れてスプレーチ
ャンバー本体5aを冷却するようになっている。また、こ
のようにして冷却された試料は、再びアルゴンガスによ
ってスプレーチャンバー５（詳しくはスプレーチャンバ
ー本体5a）の出口を通ってプラズマトーチ１の内室1aへ
と搬入される。一方、プラズマトーチ１に巻回された高
周波誘導コイル６には高周波電源10によって高周波電流
が流され、該コイル６の周囲に高周波磁界（図示せず）
が形成されている。この状態で上記高周波磁界の近傍で
アルゴンガス中に電子かイオンが植え付けられると、該
高周波磁界の作用によって瞬時に高周波誘導結合プラズ
マ７が生ずる。また、ノズル８とスキマー９に挟まれた
フォアチャンバー本体11内は、真空ポンプ12によって例
えば1Torr.に吸引されている。更に、センターチャンバ
ー13内には中心軸上に光の進入を阻止する小円板14aと
該小円板と一定距離を保つように配置されたイオンレン
ズ14b,14cが設けられると共に、該センターチャンバー1
3の内部は第１油拡散ポンプ15によって例えば10^-4Torr.
に吸引され、マスフィルタ（例えば四重極マスフィル
タ）16を収容しているリアチャンバー17内は第２油拡散
ポンプ18によって例えば10^-5Torr.に吸引されている。
プラズマ７内のイオンは、ノズル８やスキマー９を経由
してのち例えば小円板14aとイオンレンズ14b,14c（若し
くはダブレット四重極レンズ）の間を通って収束されて
のちマスフィルタ16を通り二次電子増倍管19に導かれて
検出され、該検出信号が信号処理部20に送出されて演算
・処理されることによって前記試料中の被測定元素分析
値が求められるようになっている。

然しながら、上記従来例において、ガラス製のスプレー
チャンバー本体5aを用いて上述のようにして試料を冷却
する際、スプレーチャンバー本体5aがガラス製であるた
め割れる可能性が高く、もし割れた場合には近くの高電
圧部分に冷却水がかかって非常に危険であるという欠点
があった。また。スプレーチャンバー５の温度制御を行
なう場合、前記三重管の最外管内を流れる冷却水の温度
をコントロールしなければならないため、装置が大掛か
りなものになるという欠点があった。更に、前記三重管
の最外管内には冷却水が流れているため、スプレーチャ
ンバーの洗浄作業などが繁雑であるという欠点もあっ
た。

〈考案が解決しようとする課題〉 本考案はかかる従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、スプレーチャンバーの冷却方法が改善
されネブライザで霧化された試料が十分に冷却されたス
プレーチャンバー５を通り均一な微粒子だけが試料とし
てプラズマトーチ１の内室1a内に導入され究極的に被測
定元素を正確に測定できるような高周波誘導結合プラズ
マ質量分析計を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上述のような問題点を解決する本考案の特徴は、試料槽
内の試料をネブライザで霧化してのちアルゴンガスによ
ってスプレーチャンバー本体5a内に搬送して冷却し、そ
の後、プラズマトーチの内室へ搬入し高周波誘導結合プ
ラズマを用いて前記試料をイオン化し生じたイオンを真
空中に導入しイオン光学系を通して質量分析計検出器に
導いて検出することにより前記試料中の被測定元素を分
析する分析計において、一方の面が前記スプレーチャン
バー本体5aの外周に沿うように形成され他方の面が平面
状に形成された一組の冷却アルミニウムブロック5b、5c
と、前記スプレーチャンバー本体の大部分を覆って前記
冷却アルミニウムブロックで挟み固定するためのねじ5g
と、前記冷却アルミニウムブロックの内の一方の側に配
置された平板状のペルチェ素子5dと、内部に冷却水が流
れる連通孔5fが形成された放熱用アルミニウムブロック
5eと、前記ペルチェ素子を前記放熱用アルミニウムブロ
ックで挟んで前記冷却アルミニウムブロックに固定する
ねじ5gからなり、前記スプレーチャンバー本体5a内に搬
送された試料が前記ペルチェ素子の冷却効果によって冷
却されるようにしたことを特徴とするものである。

〈実施例〉 以下、本考案について図を用いて詳細に説明する。第１
図は本考案の要部を示すスプレーチャンバーの分解構成
斜視図であり、第２図は本考案実施例の構成説明図であ
る。また、これらの図において、第３図と同一記号は同
一意味をもたせて使用しここでの重複説明は省略する。
更に、５′はスプレーチャンバーであり、該スプレーチ
ャンバーの中核たるスプレーチャンバー本体5aは、その
両側の大部分が一組の冷却用アルミニウムブロック5b,5
cで覆われており、該冷却用アルミニウムブロック5cと
放熱用アルミニウムブロック5eの間にはペルチェ素子5d
が装着されている。このため、スプレーチャンバー本体
5a内に搬送された試料はペルチェ素子5dの冷却効果によ
ってスプレーチャンバー本体5a内で冷却されるようにな
っている。また、放熱用アルミニウムブロック5eには内
部に冷却水が流れる連通穴5fが設けられている。尚、5g
は第１図に示した構成部品を組立てて固定するためのネ
ジである。また、本考案は上述の構成に限定されること
なく種々の変形が可能であり、例えばスプレーチャンバ
ー本体をペルチェ素子が直接取り付けられる形状（四角
柱形にしたり円柱の一部分に取付用ガラス板を取り付け
るなど）にして直接冷却するようにしてもよい。

このような構成からなる本考案の実施例において、上記
ペルチェ素子5dに電流を流すとペルチェ素子5dの冷却面
（第２図の上側）が冷却され、該冷却面に接している冷
却用アルミニウムブロック5cが冷却される。また、ペル
チェ素子5dの冷却面（第２図の上側）が冷却されると同
時にペルチェ素子5dの放熱面（第２図の下側）が熱くな
るが、該放熱面に放熱用アルミニウムブロック5eが接触
しているため、ペルチェ素子5dの熱負荷が小さくなり冷
却用アルミニウムブロック5cが更に冷却される。このよ
うにして冷却用アルミニウムブロック5cが十分に冷却さ
れ、究極的にスプレーチャンバー本体5aが冷却されるよ
うになる。一方、プラズマトーチ１の外室1bと最外室1c
にはガス調節器２を介してアルゴンガス供給源３からア
ルゴンガスが供給されている。また、試料槽４内の試料
はネブライザ４′で霧化されてのちアルゴンガスによっ
てスプレーチャンバー５（詳しくはガラス製スプレーチ
ャンバー本体5a）内に搬送され、上述のようなペルチェ
素子5dの冷却効果によってスプレーチャンバー本体5a内
で冷却されるようになっている。また、このようにして
冷却された試料は、再びアルゴンガスによってスプレー
チャンバー５（詳しくはスプレーチャンバー本体5a）の
出口を通ってプラズマトーチ１の内室1aへと搬入され
る。プラズマトーチ１に巻回された高周波誘導コイル６
には高周波電源10によって高周波電流が流され、該コイ
ル６の周囲に高周波磁界（図示せず）が形成されてい
る。この状態で上記高周波磁界の近傍でアルゴンガス中
に電子かイオンが植え付けられると、該周波数磁界の作
用によって瞬時に高周波誘導結合プラズマ７が生ずる。
また、ノズル８とスキマー９に挟まれたフォアチャンバ
ー本体11内は、真空ポンプ12によって例えば1Torr.に吸
引されている。更に、センターチャンバー13内には中心
軸上に光の進入を阻止する小円板14aと該小円板と一定
距離を保つように配置されたイオンレンズ14b,14cが設
けられると共に、該センターチャンバー13の内部は第１
油拡散ポンプ15によって例えば10^-4Torr.に吸引され、
マスフィルタ（例えば四重極マスフィルタ）16を収容し
ているリアチャンバー17内は第２油拡散ポンプ18によっ
て例えば10^-5Torr.に吸引されている。プラズマ７内の
イオンは、ノズル８やスキマー９を経由してのち例えば
小円板14aとイオンレンズ14b,14c（若しくはダブレット
四重極レンズ）の間を通って収束されてのちマスフィル
タ16を通り二次電子増倍管19に導かれて検出され、該検
出信号が信号処理部20に送出されて演算・処理されるこ
とによって前記試料中の被測定元素分析値が求められ
る。

〈考案の効果〉 以上詳しく説明したような本考案の実施例によれば、冷
却用アルミニウムでスプレーチャンバーの大部分を覆う
とともに冷却用アルミニウムブロック5cの一側と内部に
冷却水が流れる連通穴が設けられている放熱用アルミニ
ウムブロック5hとの間にペルチェ素子5dを装着し、該ペ
ルチェ素子5dの放熱面を冷却して熱負荷を低下させてい
るため、該ペルチェ素子5dの冷却効果によりスプレーチ
ャンバー本体5aを十分に冷却できるという利点がある。
また、スプレーチャンバー本体5aを冷却用アルミニウム
ブロック5b,5cで大部分を覆っているため、外部から放
射や伝導でスプレーチャンバー本体5aに伝わる熱を防ぐ
ことができるという利点もある。更に、前記従来例のよ
うにスプレーチャンバーがガラス製である場合には破損
防止の効果があり、また、スプレーチャンバー内に冷却
水を流さないため、近くに高電圧部分があっても危険性
がないうえ、継ぎ手がないため取り外し洗浄などが容易
であるという利点もある。また、ペルチェ素子の電流を
制御して温度制御ができるため、スプレーチャンバーの
温度制御が容易であり、冷却部材であるアルミニウムブ
ロックはねじにより組み立て取外しが簡単にできるとい
う利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の要部を示すスプレーチャンバーの分解
構成斜視図であり、第２図は本考案実施例の構成説明
図、第３図は従来例の構成説明図である。 １……プラズマトーチ、３……アルゴンガス供給源、４
……試料槽、４′……ネブライザ 5,5′……スプレーチャンバー 5a……スプレーチャンバー本体、5b,5c……冷却用アル
ミニウムブロック 5d……ペルチェ素子、5e……放熱用アルミニウムブロッ
ク 5f……冷却水用の貫通穴、5g……ネジ 5h……三重管の最外管、７……高周波誘導結合プラズ
マ、８……ノズル、９……スキマー、11……フォアチャ
ンバー、13……センターチャンバー、16……マスフィル
タ、17……リアチャンバー、20……信号処理部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】試料槽内の試料をネブライザで霧化しての
   ちアルゴンガスによってスプレーチャンバー本体5a内に
   搬送して冷却し、その後、プラズマトーチの内室へ搬入
   し高周波誘導結合プラズマを用いて前記試料をイオン化
   し生じたイオンを真空中に導入しイオン光学系を通して
   質量分析計検出器に導いて検出することにより前記試料
   中の被測定元素を分析する分析計において、一方の面が
   前記スプレーチャンバー本体5aの外周に沿うように形成
   され他方の面が平面状に形成された一組の冷却アルミニ
   ウムブロック5b、5cと、前記スプレーチャンバー本体の
   大部分を覆って前記冷却アルミニウムブロックで挟み固
   定するためのねじ5gと、前記冷却アルミニウムブロック
   の内の一方の側に配置された平板状のペルチェ素子5d
   と、内部に冷却水が流れる連通孔5fが形成された放熱用
   アルミニウムブロック5eと、前記ペルチェ素子を前記放
   熱用アルミニウムブロックで挟んで前記冷却アルミニウ
   ムブロックに固定するねじ5gからなり、前記スプレーチ
   ャンバー本体5a内に搬送された試料が前記ペルチェ素子
   の冷却効果によって冷却されるようにしたことを特徴と
   する高周波誘導結合プラズマ質量分析計。