JPH0734363Y2 - プラズマ放出源 - Google Patents

プラズマ放出源

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JPH0734363Y2
JPH0734363Y2 JP1993061890U JP6189093U JPH0734363Y2 JP H0734363 Y2 JPH0734363 Y2 JP H0734363Y2 JP 1993061890 U JP1993061890 U JP 1993061890U JP 6189093 U JP6189093 U JP 6189093U JP H0734363 Y2 JPH0734363 Y2 JP H0734363Y2
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  • Plasma Technology (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、一般にプラズマ放出
源、たとえば電力伝達率が連続的にかつ自動的に最大に
されるプラズマ放出源に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ放出源は、サンプルを原子化か
つ励振して、サンプルの原子構造の特徴を示す波長の光
を放出させるのに使用される。放出された光は分析プロ
セスを完全にするために分光光度計によって検出、測定
される。
【０００３】慣用のプラズマ放出源では、高周波（Ｒ
Ｆ）エネルギーが高周波発生器からプラズマ・トーチへ
誘導結合される。液状サンプルは溶剤と混合され、霧状
にされ、かつプラズマ・トーチの炎へ供給される。通
常、プラズマ・トーチはアルゴン・プラズマ放電であ
り、サンプルおよび溶剤はアルゴン流によってプラズマ
・トーチの中に運ばれる。
【０００４】どの高周波発生装置でも同じであるが、高
周波発生器から負荷（すなわちプラズマ・トーチ）へ伝
達されるエネルギーの効率は両者間のインピーダンス整
合に依存する。従って、最近のプラズマ放出源は、高周
波発生器とプラズマ・トーチの間にインピーダンス整合
回路網を含む。
【０００５】たまたま、周知のように、プラズマ・トー
チのインピーダンス（詳しく負荷コイル）は、プラズマ
放出源の静的動作パラメータおよび動的動作パラメータ
の両方に依存する。プラズマ・トーチのインピーダンス
に影響する若干のパラメータは、サンプルと溶剤の少な
くとも一方、プラズマ・トーチの所望の動作温度および
噴霧器の効率の変化を含む。このような変化を更新する
には、オペレータがインピーダンス整合回路網を手動で
微細調整することが必要だった。その上、所要の手動調
整を最少にするのを助けるためには、噴霧器の流量調整
は極めて重要だった。それにもかかわらず、変化が通常
動的でありかつ実際の測定時間中起るので、連続的に最
大の電力伝達を維持することを極めて難しい。
【０００６】その結果、プラズマ放出源は、現在では、
プラズマ・トーチへの比較的貧弱な電力伝達を補償する
のに過剰の高周波電力入力レベルを必要とし、また特に
溶剤が変更されるときにしばしば調整を必要とする問題
点があった。
【０００７】
【考案が解決しようする課題】したがって本考案の課題
は、高周波電力発生器からプラズマ・トーチへ伝達され
るエネルギーを最大にするプラズマ放出源を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本考案によればこの課題
は以下の構成により解決される。すなわち、高周波信号
を発生するための発振器を有する高周波電力発生器と、
前記高周波信号を増幅する手段と、プラズマを形成する
ためのガスの入口、および前記プラズマ中で原子化され
るサンプル混合物の入口を有し、前記高周波電力発生器
から高周波電力を受け取る高周波負荷コイルが組み合わ
されたプラズマ・トーチと、前記高周波電力発生器から
前記高周波負荷コイルへ伝送される高周波電力を自動的
にかつ連続的に最大にする手段とが設けられており、該
手段は、前記高周波電力発生器と前記高周波負荷コイル
の間のインピーダンス整合を連続的に監視してインピー
ダンスの不整合を表わす信号を発生する手段と、該信号
に応動して前記高周波電力発生器のインピーダンスと前
記高周波負荷コイルのインピーダンスを自動的に整合す
る手段とを有しており、インピーダンス整合を連続的に
監視する前記の手段は２位相検出回路網を有しており、
該２位相検出回路網は、直列可変インピーダンス回路網
を作動させる第１の位相検出器と、分路可変インピーダ
ンス回路網を作動させる第２の位相検出器を有してお
り、これらの直列および分路可変インピーダンス回路網
は、インピーダンスを自動的に整合する前記手段の可変
インピーダンス回路網内に配置されており、前記第１お
よび第２の位相検出器はそれぞれ、高周波電力発生器か
ら高周波負荷コイルへの電圧の位相と電流の位相との間
で位相差が生じたときに不整合信号を発生し、インピー
ダンスを自動的に整合する前記の手段はさらに制御ユニ
ットを有しており、該制御ユニットは、前記不整合信号
に応動して前記可変インピーダンス回路網のインピーダ
ンスを制御し、前記制御ユニットは、前記第１の位相検
出器の信号に応動する直列可変インピーダンス回路網制
御モータと、前記第２の位相検出器の信号に応動する分
路可変インピーダンス回路網制御モータを有しており、
前記直列可変インピーダンス回路網は、固定されたコン
デンサと並列に、直列接続された２つの可変コンデンサ
を有しており、前記分路可変インピーダンス回路網は、
並列接続された２つの可変コンデンサを有しており、前
記直列可変コンデンサおよび前記分路可変コンデンサは
空気誘電体形コンデンサであるプラズマ放出源により解
決される。
【０００９】次に、図面を参照して本考案を詳細に説明
する。
【００１０】
【実施例】
図１に示すように、本考案のプラズマ放出源１０は、高
周波電力発生器１２、アルゴン・プラズマ・トーチ１
４、およびこれらの間のインピーダンス整合回路網１６
を含む。
【００１１】高周波電力発生器１２は水晶制御発振器１
８を含み、この発振器１８は高周波エネルギーを高周波
ドライバ２０へ供給する。このドライバ２０は、５０Ω
の出力インピーダンスをもつことが望ましい高周波電力
増幅器２２へ高周波電力を供給する。望ましい実施例で
は、高周波電力発生器１２が２００〜２０００ワットの
高周波電力を供給するように設計される。この実施例で
は、５０Ωの出力インピーダンスは同軸線路２４へ接続
するのに適する。発振器１８、ドライバ２０および電力
増幅器２２は全て直流電源２６（整流した交流で動作す
る）から駆動される。この直流電源２６は、多出力型の
単一ユニットでもよいしあるいは２つ以上の周知の電源
でよい。
【００１２】プラズマ・トーチ１４は、そのガラス室３
０を取り囲む高周波負荷コイル２８を含む。ガラス室３
０は、この実施例では、アルゴン入口３２およびサンプ
ル混合物入口３４を含む。高周波負荷コイル２８は、４
ターンの３．１７ｍｍ（１／８インチ）Ｏ．Ｄ．銅また
はステンレス鋼製チューブでありかつ低いインピーダン
スをもつことが望ましい。高周波電力発生器１２はイン
ピータンス整合回路網１６を通してプラズマ・トーチ１
４の高周波負荷コイル２８へ高周波電力を供給する。す
なわち、高周波電力発生器１２の出力端子３６はインピ
ーダンス整合回路網１６の入力端子３８へ接続され、イ
ンピーダンス整合回路網１６の出力端子４０は高周波負
荷コイル２８へ直接接続されている。
【００１３】インピーダンス整合回路網１６は、図２に
より詳細に示されており、２位相検出回路網４２、可変
インピーダンス回路網４４および制御ユニット４６を含
む。２位相検出回路網４２はインピーダンス整合回路網
１６の入力端子３８へ接続されかつ可変インピーダンス
回路網４４と直列に接続される。この可変インピーダン
ス回路網４４は高周波負荷コイル２８に給電する。
【００１４】２位相検出回路網４２は、図３に詳しく示
す第１の位相検出器４８−これは可変インピーダンス回
路網４４内に配置された直列コンデンサ回路網６０を作
動させる−と、第２の位相検出器５０−これは可変イン
ピーダンス回路網４４内に配置された分路コンデンサ回
路網６２を作動させる−を有している。第１の位相検出
器４８、第２の位相検出器５０は、電圧の位相および電
流の位相を検知するそれぞれピックアップ・コイル５
２，５４を有している。もし位相差がなければ、高周波
負荷コイル２８は高周波電力発生器１２へ正確に整合さ
れ、最大電力が伝達される。しかしながら、たとえば動
作パラメータの変化のせいで位相が変ると、第１の位相
検出器４８、第２の位相検出器５０のそれぞれ出力端子
５６，５８に信号が発生する。これらの信号は制御ユニ
ット４６への入力信号として働く。
【００１５】望ましい実施例では、直列コンデンサ回路
網６０は２位相検出回路網４２と高周波負荷コイル２８
の入力端子との間で直列に接続される。直列コンデンサ
回路網６０は、固定コンデンサ６６を有する第１分枝路
６４、および直列接続された２個の可変コンデンサ７０
を有する第２分枝路６８を含む。第１分枝路６４と第２
分枝路６８は互いに並列に接続されている。
【００１６】分路コンデンサ回路網６２の一方の側７２
は２位相検出回路網４２と直列コンデンサ回路網６０の
間に接続されている。分路コンデンサ回路網６２の他方
の側は高周波負荷コイル２８の出力端子と一緒にアース
されている。分路コンデンサ回路網６２は、互いに並列
に接続された方の可変コンデンサ７６および第２の可変
コンデンサ７８を含む。
【００１７】望ましい実施例では、直列コンデンサ回路
網６０の可変コンデンサ７０は５〜５０ピコフアラッド
の定格動作範囲をもつが、分路コンデンサ回路網６２の
可変コンデンサ７６および７８は２０〜２００ピコフア
ラッドの定格動作範囲をもつ。可変コンデンサ７０，７
６および７８は、マサチューセッツ州、マルデン所在の
ケイウッド（Ｃａｙｗｏｏｄ）社から製造、販売されて
いるような空気誘電体型のものが望ましい。
【００１８】制御ユニット４６は、第１の位相検出器４
８の出力端子５６へ接続されたサーボ・アンプ８２によ
って制御される第１モータ８０を含む。この第１モータ
８０は直流モータが望ましく、歯車列８４を介して可変
コンデンサ７０を駆動する。制御ユニット４６はまた、
第２の位相検出器５０の出力端子５８へ接続されたサー
ボ・アンプ８８によって制御される第２モータ８６も含
む。この第２モータ８６は歯車列９０を介して可変コン
デンサ７６および７８を駆動する。サーボ・アンプ８
２，８８は第１モータ８０、第２モータ８６の回転方向
がそれぞれ出力端子５６，５８での信号の極性に依存す
るように配設される。従って、第１モータ８０、第２モ
ータ８６はそれぞれ第１の位相検出器４８、第２の位相
検出器５０に完全に応答する。従って、可変インピーダ
ンス回路網４４のインピーダンス不整合に対する応答は
連続的かつ自動的である。
【００１９】動作時、第１の位相検出器４８および第２
の位相検出器５０はそれぞれ高周波電圧および高周波電
流をサンプリングする。これら２つのパラメータはそれ
らの位相関係に応じて加算され、そして整流したときに
インピーダンス整合回路網１６を通過する入射電力およ
び反射電力によりインピーダンス不整合を示す直流電圧
を発生する。プラズマ・トーチ１４が高周波電力発生器
１２と完全に整合されるときに、入射電力は最大であり
そしてプラズマ・トーチ１４からの反射電力はゼロであ
る。もし動作パラメータの変化または噴霧器の動作出力
の変化のせいでプラズマ・トーチ１４に不整合が起るな
らば、高周波負荷コイル２８の両端間のインピーダンス
は変化する。これが起るときに、第２の位相検出器５
０、第１の位相検出器４８は反射電力によりそれぞれ第
２モータ８６、第１モータ８０を作動させ、これは分路
コンデンサ回路網６２および直列コンデンサ回路網６０
のインピーダンス値を変化させて反射電力をゼロまで低
減させる。位相検出器からの信号の極性は、インピーダ
ンスを整合するために各モータがどちらの方向に回転さ
れるかを示す。
【００２０】
【考案の効果】上述したインピーダンス整合回路網１６
の結果として、高周波電力発生器１２からプラズマ・ト
ーチ１４への最大電力の伝達維持は充分に自動化されか
つこれによりオペレータによる手動機器の調節の必要性
をなしにする。プラズマ・トーチ１４へ伝達される電力
の最大化は、全ての状態での反射電力を除去し、従って
プラズマ・トーチからの最大エネルギー強度を確保し、
これにより分光光度計への分析信号をより高度で有用な
ものにする。インピーダンス整合回路網１６は、空気誘
電体型コンデンサを使用することにより真空コンデンサ
を使用した場合よりも更に速く調節できる別な利点を呈
する。従って、応答時間の最大化は動的動作状態のせい
でのエラーを少なくする。更に、プラズマ・トーチが最
大電力伝達で常に動作しているので、動作状態が変ると
きたとえば水溶剤の使用を有機溶剤の使用に変えたと
き、インピーダンス整合回路網の複雑な手動再調節の必
要がない。
【００２１】本考案をその一実施例について説明した
が、本考案は実用新案登録請求の範囲の記載および解釈
のみによって制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の原理を具体化したプラズマ放出源のブ
ロック図である。
【図２】図１中のインピーダンス整合回路網の詳しい回
路図である。
【図３】図２中の２位相検出回路網の詳しい回路図であ
る。
【符号の説明】
１０ プラズマ放出源 １２ 高周波電力発振器 １４ プラズマ・トーチ １６ インピーダンス整合回路網 １８ 発振器 ２２ 電力増幅器 ２８ 高周波負荷コイル ３０ ガラス室 ３２ アルゴンの入口 ３４ サンプル混合物の入口 ４２ ２位相検出回路網 ４４ 可変インピーダンス回路網 ４６ 制御ユニット ４８，５０ 位相検出器 ６０ 直列コンデンサ回路網 ６２ 分路コンデンサ回路網 ６６ 固定コンデンサ ７０，７６，７８ 可変コンデンサ ８０ 第１モータ ８６ 第２モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−135600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−169051（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ放出源において、 高周波信号を発生するための発振器を有する高周波電力
    発生器と、 前記高周波信号を増幅する手段と、 プラズマを形成するためのガスの入口、および前記プラ
    ズマ中で原子化されるサンプル混合物の入口を有し、前
    記高周波電力発生器から高周波電力を受け取る高周波負
    荷コイルが組み合わされたプラズマ・トーチと、 前記高周波電力発生器から前記高周波負荷コイルへ伝送
    される高周波電力を自動的にかつ連続的に最大にする手
    段とが設けられており、 該手段は、前記高周波電力発生器と前記高周波負荷コイ
    ルの間のインピーダンス整合を連続的に監視してインピ
    ーダンスの不整合を表わす信号を発生する手段と、該信
    号に応動して前記高周波電力発生器のインピーダンスと
    前記高周波負荷コイルのインピーダンスを自動的に整合
    する手段とを有しており、 インピーダンス整合を連続的に監視する前記の手段は２
    位相検出回路網を有しており、該２位相検出回路網は、
    直列可変インピーダンス回路網を作動させる第１の位相
    検出器と、分路可変インピーダンス回路網を作動させる
    第２の位相検出器を有しており、これらの直列および分
    路可変インピーダンス回路網は、インピーダンスを自動
    的に整合する前記手段の可変インピーダンス回路網内に
    配置されており、 前記第１および第２の位相検出器はそれぞれ、高周波電
    力発生器から高周波負荷コイルへの電圧の位相と電流の
    位相との間で位相差が生じたときに不整合信号を発生
    し、 インピーダンスを自動的に整合する前記の手段はさらに
    制御ユニットを有しており、該制御ユニットは、前記不
    整合信号に応動して前記可変インピーダンス回路網のイ
    ンピーダンスを制御し、 前記制御ユニットは、前記第１の位相検出器の信号に応
    動する直列可変インピーダンス回路網制御モータと、前
    記第２の位相検出器の信号に応動する分路可変インピー
    ダンス回路網制御モータを有しており、 前記直列可変インピーダンス回路網は、固定されたコン
    デンサと並列に、直列接続された２つの可変コンデンサ
    を有しており、前記分路可変インピーダンス回路網は、
    並列接続された２つの可変コンデンサを有しており、 前記直列可変コンデンサおよび前記分路可変コンデンサ
    は空気誘電体形コンデンサであるプラズマ放出源。
JP1993061890U 1984-03-02 1993-11-17 プラズマ放出源 Expired - Lifetime JPH0734363Y2 (ja)

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US06/585,807 US4629940A (en) 1984-03-02 1984-03-02 Plasma emission source

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EP (1) EP0155496B1 (ja)
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