JPH09318542A - Method and apparatus for analyzing element - Google Patents

Method and apparatus for analyzing element

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JPH09318542A
JPH09318542A JP35015196A JP35015196A JPH09318542A JP H09318542 A JPH09318542 A JP H09318542A JP 35015196 A JP35015196 A JP 35015196A JP 35015196 A JP35015196 A JP 35015196A JP H09318542 A JPH09318542 A JP H09318542A
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JP
Japan
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plasma
sample
torch
generated
elemental analysis
Prior art date
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Application number
JP35015196A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Kurosawa
賢 黒沢
Yoshiichi Ishii
芳一 石井
Kiyoyuki Horii
清之 堀井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for analyzing an element with high sensitivity and high accuracy. SOLUTION: A plasma torch 2 has a conical plasma chamber 2d pointed toward the forward end. In addition, a cold coil 3 for applying high frequency is arranged around the plasma chamber 2d. A plasma 4 is generated in the plasma chamber 2d by applying a high frequency (27.12MHz) voltage from the cold coil 3 while feeding Ar.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、元素分析方法お
よび元素分析装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an elemental analysis method and an elemental analysis apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料中に含まれる元素の分析としては、
炎光・発光分析、原子吸光分析、質量分析等が一般的で
ある。中でも、高周波誘導結合型プラズマ(ICP)ト
ーチを用いた高周波誘導結合型プラズマ質量分析法は、
高感度でありまた高精度であるなどの特徴を有している
ため、広く用いられている。そして、高周波誘導結合型
プラズマ質量分析法は高周波誘導結合型プラズマ発光分
析法よりも3桁以上も感度が高く、ppt以下の濃度の
元素分析が可能である。
2. Description of the Related Art As an analysis of elements contained in a sample,
Flame / emission analysis, atomic absorption analysis, mass spectrometry, etc. are common. Among them, the high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry using a high frequency inductively coupled plasma (ICP) torch is
It is widely used because of its characteristics such as high sensitivity and high accuracy. Further, the high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry is more sensitive than the high frequency inductively coupled plasma atomic emission spectrometry by three digits or more, and elemental analysis with a concentration of ppt or less is possible.

【0003】また、元素分析の高感度化の方法として
は、検出系の高感度化と試料導入系の高効率化とが考え
られる。そして、検出系については、より高感度の検出
方法の採用、透過率の高い検出器の採用等によって改良
されてきた。また、高周波誘導結合型プラズマトーチを
用いた分析法においても、検出方法を分光器からさらに
高感度の質量分析器を採用した高周波誘導結合型プラズ
マ質量分析に変遷することにより、高周波誘導結合型プ
ラズマ発光分析のppbよりも3桁低いpptの感度を
実現することができた。
Further, as a method for increasing the sensitivity of elemental analysis, it is considered that the detection system and the sample introduction system have higher sensitivity. The detection system has been improved by adopting a detection method with higher sensitivity and a detector with high transmittance. Moreover, even in the analysis method using the high frequency inductively coupled plasma torch, by changing the detection method from the spectrometer to the high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry employing the highly sensitive mass analyzer, the high frequency inductively coupled plasma is analyzed. It was possible to achieve a sensitivity of ppt that is three orders of magnitude lower than the ppb of emission analysis.

【0004】また、高周波誘導結合型プラズマ質量分析
においても、四重極型質量分析器から二重収束型質量分
析器を採用することにより、さらに高感度化が進み、p
ptよりも3桁低いppqの検出限界をもつ装置も市販
されるようになった。一方、試料導入系についても、超
音波ネブライザや脱溶媒型ネブライザの開発によって試
料導入の効率化が図られ、通常型のネブライザより1桁
から2桁程度感度が向上することが知られている。
Also in high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry, the sensitivity is further improved by adopting a double focusing type mass spectrometer instead of a quadrupole type mass analyzer.
Devices with detection limits of ppq that are three orders of magnitude lower than pt have also become commercially available. On the other hand, regarding the sample introduction system as well, it is known that the efficiency of sample introduction is improved by the development of an ultrasonic nebulizer or a desolvation type nebulizer, and the sensitivity is improved by one to two orders of magnitude over that of a normal nebulizer.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体材料な
ど高純度材料の開発により、さらに一層高感度な分析法
の開発,改良が不可欠となってきている。このような中
で、上述した高周波誘導結合型プラズマ(ICP)トー
チを用いる分析においても、より高感度化が要求されて
いる。ここで、その分析精度は、トーチで発生させるプ
ラズマ炎の形状により大きく影響される。そして、トー
チ内の試料気流の制御によって高温炎(プラズマ炎)の
形状が左右されるにもかかわらず、従来では、試料気流
の制御については単に圧力と流量とを制御するだけであ
る。高周波誘導結合型プラズマ発光分析,高周波誘導結
合型プラズマ質量分析を例にとると、現在市販されてい
る装置では、加圧されたアルゴンガスを装置の配管に単
純に通すだけである。もちろん、減圧弁などによる圧力
制御や流量計などによる流量制御は行なわれているが、
トーチ内の試料気流自体を制御していない。
However, with the development of high-purity materials such as semiconductor materials, it has become indispensable to develop and improve analytical methods with even higher sensitivity. Under such circumstances, higher sensitivity is required even in the analysis using the above-mentioned high frequency inductively coupled plasma (ICP) torch. Here, the analysis accuracy is greatly influenced by the shape of the plasma flame generated by the torch. And, although the shape of the high temperature flame (plasma flame) is influenced by the control of the sample air flow in the torch, conventionally, the control of the sample air flow simply controls the pressure and the flow rate. Taking high frequency inductively coupled plasma emission spectrometry and high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry as examples, currently commercially available devices simply pass pressurized argon gas through the pipes of the device. Of course, pressure control with a pressure reducing valve etc. and flow rate control with a flow meter etc. are performed,
It does not control the sample air flow in the torch itself.

【0006】その結果、アルゴンは乱流の状態で配管
(トーチ)中を通過する。この乱流は脈流の原因とな
り、脈流はプラズマ炎の不安定性の原因になる。プラズ
マ炎を観察すると、瞬間的に炎が消え、また点滅するよ
うなゆらぎが認められるが、これは脈流の発生のためで
ある。このプラズマ炎の不安定性が発光強度、イオン強
度の変動になって現れ、精度低下の原因となっている。
また、乱流ではトーチ部でアルゴン気流が発散するか
ら、収束されたプラズマ炎にならない。このため、従来
よりある市販の装置では、試料気流をさらに二重のガス
流で包み込む三重構造のプラズマトーチを用い、収束さ
れたプラズマ炎を得る方式を採用しているが、十分に収
束されたプラズマ炎が得られていない。したがって、従
来では、より高感度,高精度に元素の分析を行うことが
できないという問題があった。
As a result, argon passes through the pipe (torch) in a turbulent state. This turbulence causes pulsation, which causes instability of the plasma flame. When observing the plasma flame, the flame extinguishes momentarily and a flickering fluctuation is observed, which is due to the generation of pulsating flow. This instability of the plasma flame appears as a change in the emission intensity and the ionic intensity, which causes a decrease in accuracy.
Further, in the turbulent flow, the argon gas flow diverges in the torch portion, so that a converged plasma flame does not form. For this reason, in the conventional commercially available device, a method of obtaining a converged plasma flame by using a plasma torch with a triple structure in which the sample airflow is further wrapped by a double gas flow is adopted, but it is sufficiently converged. No plasma flame is obtained. Therefore, conventionally, there has been a problem that element analysis cannot be performed with higher sensitivity and higher accuracy.

【0007】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、元素の分析を高感度かつ
高精度に行うことができる元素分析方法および元素分析
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an elemental analysis method and an elemental analysis device capable of performing elemental analysis with high sensitivity and accuracy. To aim.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明の元素分析方法
では、分析対象の試料を解離させることで生じた原子を
用いてその試料を分析する元素分析方法において、供給
されるプラズマ源となるガスによるプラズマを発生さ
せ、ガスをキャリアとして試料を気化した試料気流また
は試料の成分を含む試料気流をプラズマに導き、その試
料気流または試料気流を含むプラズマをスパイラル気流
にし、試料の成分を解離し、その解離により生じた原子
の状態により試料の分析を行うようにした。以上のこと
により、発生するプラズマ炎は、より収束したものとな
る。
According to the elemental analysis method of the present invention, a gas serving as a plasma source is supplied in the elemental analysis method of analyzing a sample using atoms generated by dissociating a sample to be analyzed. Plasma is generated, and the sample air flow obtained by vaporizing the sample using the gas as a carrier or the sample air flow containing the sample components is introduced into the plasma, and the sample air flow or the plasma containing the sample air flows is made into the spiral air flow, and the sample components are dissociated, The sample was analyzed according to the state of atoms generated by the dissociation. As a result of the above, the generated plasma flame becomes more convergent.

【0009】また、この発明の元素分析装置は、分析対
象の試料を解離させることで生じた原子を用いてその試
料を分析する元素分析装置において、周囲に高周波を印
加するためのコイルが配置され、その高周波によりプラ
ズマを生成して試料を解離させるプラズマ室を備え、そ
の生成したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で
先端ほど径が小さい形状を有するトーチと、そのプラズ
マ室に向かって試料溶液が吐出される試料供給部と、プ
ラズマ源となりかつ前記試料供給部より吐出される試料
溶液を気化するための補助ガスを前記プラズマ室に向か
って試料供給部周囲より供給する補助ガス供給部と、プ
ラズマ源となりかつトーチ壁面を冷却するための主ガス
をプラズマ室に向かって補助ガス供給部周囲より供給す
る主ガス供給部と、トーチより吐出されたプラズマ中の
解離された試料の原子の状態を検出する検出器とを備え
るようにした。以上の構成とすることにより、プラズマ
室で発生するプラズマ炎は、トーチ先端部の形状に沿っ
て、より収束したものとなる。
Further, the elemental analysis device of the present invention is an elemental analysis device for analyzing a sample to be analyzed by using atoms generated by dissociating the sample to be analyzed, and a coil for applying a high frequency is arranged around the elemental analysis device. A torch having a plasma chamber for generating plasma by the high frequency to dissociate the sample, and the outlet from which the generated plasma is emitted has a shape in which the tip has a smaller diameter at a predetermined throttle angle, and the sample is directed toward the plasma chamber. A sample supply section for discharging a solution, and an auxiliary gas supply section for supplying a supplemental gas serving as a plasma source and for vaporizing the sample solution discharged from the sample supply section from the periphery of the sample supply section toward the plasma chamber. , A main gas supply unit that supplies a main gas that serves as a plasma source and cools the torch wall surface from around the auxiliary gas supply unit toward the plasma chamber. The state of the dissociated sample atoms in the plasma discharged from the torch was set to and a detector for detecting. With the above configuration, the plasma flame generated in the plasma chamber becomes more convergent along the shape of the tip portion of the torch.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態にお
けるICPを用いた原始吸光分析装置の要部構成を示す
概略図である。図1に示すように、試料導入部1内の試
料溶液は、試料管1aを通ってプラズマトーチ2の試料
導入管2aに供給される。この石英製のプラズマトーチ
2は3重構造となっており、冷却ガス系2bおよび補助
ガス系2cよりArガスが導入され、試料導入管2aを
取り巻くようにそれらガスが供給されるようになってい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a primitive absorption spectrometer using an ICP according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the sample solution in the sample introduction part 1 is supplied to the sample introduction tube 2a of the plasma torch 2 through the sample tube 1a. This quartz plasma torch 2 has a triple structure, and Ar gas is introduced from the cooling gas system 2b and the auxiliary gas system 2c, and these gases are supplied so as to surround the sample introduction tube 2a. There is.

【0011】また、プラズマトーチ2のプラズマ室2d
は、先端に行くほど絞られた円錐台形状となっている。
加えて、その周囲には高周波付加用のコールドコイル3
が配置されている。そして、Arが供給されている状態
でコールドコイル3により高周波(27.12MHz)
を印加することで、プラズマ室2dではプラズマ4が発
生する。ここで、冷却ガス系2bより供給されるAr
は、プラズマトーチ2の外壁を冷却しながらプラズマ室
2dにおいてプラズマ源として消費されている。
The plasma chamber 2d of the plasma torch 2
Has a truncated cone shape that is narrowed toward the tip.
In addition, a cold coil 3 for high frequency addition around it
Is arranged. Then, with Ar being supplied, a high frequency (27.12 MHz) is generated by the cold coil 3.
Is applied, plasma 4 is generated in the plasma chamber 2d. Here, Ar supplied from the cooling gas system 2b
Is consumed as a plasma source in the plasma chamber 2d while cooling the outer wall of the plasma torch 2.

【0012】一方、補助ガス系2cより供給されるAr
は、プラズマ室2dで発生しているプラズマ4が、試料
導入管2a先端部にまで下がってこないように押し上げ
るために導入されている。加えて、試料導入管2aの先
端周辺よりこのArは供給されていくため、試料導入管
2a先端からは、試料溶液が気化してプラズマ室2d内
に供給されることになる。このようにして、高周波が印
加されArによるプラズマ4が生成しているプラズマ室
2d内には、気化した試料溶液が導入される。そして、
プラズマ4中に導入された試料は、プラズマにより電離
してイオン化する。なお、プラズマトーチ2の外径は2
0mm、プラズマトーチ2の先端ノズル径dは11m
m、トーチ部の絞り角度θは13度である。そして、プ
ラズマ4中でイオン化した試料の発光スペクトルもしく
は光吸収スペクトルを検出器5で検出することで、試料
の分析が行える。
On the other hand, Ar supplied from the auxiliary gas system 2c
Is introduced in order to push up the plasma 4 generated in the plasma chamber 2d so that it does not come down to the tip of the sample introduction tube 2a. In addition, since Ar is supplied from around the tip of the sample introduction tube 2a, the sample solution is vaporized and supplied into the plasma chamber 2d from the tip of the sample introduction tube 2a. In this manner, the vaporized sample solution is introduced into the plasma chamber 2d in which the high frequency is applied and the plasma 4 is generated by Ar. And
The sample introduced into plasma 4 is ionized by the plasma and ionized. The outer diameter of the plasma torch 2 is 2
0 mm, the tip diameter d of the plasma torch 2 is 11 m
m, the aperture angle θ of the torch part is 13 degrees. Then, by detecting the emission spectrum or the light absorption spectrum of the sample ionized in the plasma 4 with the detector 5, the sample can be analyzed.

【0013】また、図2は、本発明に係るICPを用い
た質量分析装置の要部構成を示す概略図である。この質
量分析の場合は、プラズマトーチ2のプラズマ室2dで
イオン化されプラズマトーチ2を飛び出した試料を、セ
パレーター6により磁場をかけてその飛行方向曲げ、フ
ァラデーカップなどからなる検出器7に到達させて検出
するようにしている。また、質量分析装置の場合、プラ
ズマトーチ2の外径は20mm、その先端ノズル径は1
6mm、先端部の絞り角度θは13度である。
FIG. 2 is a schematic view showing the structure of the main part of a mass spectrometer using the ICP according to the present invention. In the case of this mass spectrometry, the sample ionized in the plasma chamber 2d of the plasma torch 2 and ejected from the plasma torch 2 is subjected to a magnetic field by the separator 6 to bend its direction of flight and reach the detector 7 composed of a Faraday cup or the like. I'm trying to detect. Further, in the case of a mass spectrometer, the outer diameter of the plasma torch 2 is 20 mm and the tip nozzle diameter is 1
6 mm, the aperture angle θ of the tip is 13 degrees.

【0014】ところで、この実施の形態とは異なり、先
端部が絞られていない通常のプラズマトーチにおいて
も、冷却ガスや補助ガスの導入口は中心からずらしてあ
り、ある程度回転成分を有する構造となっている。つま
り、従来のトーチにおいても、旋回流が発生する構造と
なっている。しかし、これだけでは十分に収束されたプ
ラズマ炎が得られない。また、トーチの出口を単に絞り
込んでも収束されたプラズマ炎とならない。このように
トーチの出口を単に絞り込んだだけでは、圧損が増加し
て静圧を確保できなくなり、ガスが流れにくくなるため
に生成するプラズマ炎が収束されなくなる。
Incidentally, unlike the present embodiment, even in a normal plasma torch whose tip portion is not narrowed, the introduction ports for the cooling gas and the auxiliary gas are displaced from the center, and the structure has a rotational component to some extent. ing. That is, the conventional torch has a structure in which a swirling flow is generated. However, this alone cannot provide a sufficiently focused plasma flame. Also, simply constricting the outlet of the torch does not result in a converged plasma flame. If the outlet of the torch is simply narrowed in this way, the pressure loss increases and the static pressure cannot be secured, and it becomes difficult for the gas to flow, so that the generated plasma flame is not converged.

【0015】それらのことに対して、この実施の形態で
は、プラズマトーチ2の先端部を所定の形状(コーン
状)に絞るようにしているので、ガスを導入するとそれ
らはスパイラル流となり、これに高周波を印加すれば収
束して安定したプラズマ炎が得られることとなる。ここ
で、その所定の形状とは、ガス流の半径方向のレイノル
ズ数(SRe)を−6以下にすることである。ここに、平
均軸方向速度Vzaとトーチ先端部絞り角度θとの関数で
ある半径方向速度をVr=f(Vza,θ)とし、動粘性
係数をγRとすると、半径方向のレイノルズ数はSRe
rR/γRで示される。また、トーチ先端部径d=2R
である。そして、そのレイノルズ数が−6以下のときに
スパイラル流が発生することが明らかになっている。具
体的には、トーチ先端部の径が0.1〜100mmのと
き、トーチ先端部絞り角度θが5〜60度の範囲でスパ
イラル気流が発生する。
On the other hand, in this embodiment, the tip of the plasma torch 2 is squeezed into a predetermined shape (cone shape). When a high frequency is applied, it converges and a stable plasma flame is obtained. Here, the predetermined shape is that the Reynolds number (S Re ) in the radial direction of the gas flow is −6 or less. Let V r = f (V za , θ) be the radial velocity that is a function of the average axial velocity V za and the torch tip aperture angle θ, and let the kinematic viscosity coefficient be γ R , then the radial Reynolds is The number is S Re =
It is represented by V r R / γ R. Also, the torch tip diameter d = 2R
It is. It has been clarified that a spiral flow occurs when the Reynolds number is -6 or less. Specifically, when the diameter of the torch tip portion is 0.1 to 100 mm, a spiral airflow is generated in the range of the torch tip end aperture angle θ of 5 to 60 degrees.

【0016】図3は螺旋気流を得るために用いる上述し
た実施の形態のトーチによるスパイラル気流の速度分布
の例を示すグラフである。このグラフは横軸にトーチの
中心軸からの半径方向の距離rとトーチ先端のノズル半
径Rとの比すなわち相対距離r/Rをとっており、縦軸
にトーチの軸方向速度Vzとトーチにおける最大軸方向
速度Vzmaxとの比すなわち相対速度Vz/Vz maxをとって
いる。また、図3において、上向三角,円,四角,下向
三角は、それぞれノズル出口からの軸方向の距離zとノ
ズル径dとの比z/dが、1.25,2.50,3.7
5,5.00の場合を示す。この図3から明らかなよう
に、スパイラル気流の場合には、軸方向速度Vzは中心
部で大きくなっており、トーチの管壁に向かって急激に
軸方向速度Vzが減少するような速度分布を持ち、層流
に限りなく近い安定な気流となるから、プラズマ炎は広
がらず、収束したプラズマ炎となる。
FIG. 3 is a graph showing an example of the velocity distribution of the spiral airflow by the torch of the above-described embodiment used to obtain the spiral airflow. In this graph, the horizontal axis represents the ratio of the radial distance r from the central axis of the torch to the nozzle radius R of the torch tip, that is, the relative distance r / R, and the vertical axis represents the axial velocity V z of the torch and the torch. At the maximum axial velocity V zmax , that is, the relative velocity V z / V z max . In FIG. 3, the upward triangle, the circle, the square, and the downward triangle have a ratio z / d of the axial distance z from the nozzle outlet to the nozzle diameter d of 1.25, 2.50, and 3, respectively. .7
The case of 5,5.00 is shown. As is apparent from FIG. 3, in the case of the spiral airflow, the axial velocity Vz is large in the central portion, and the velocity distribution is such that the axial velocity Vz rapidly decreases toward the torch pipe wall. Since it has a stable air flow that is as close to a laminar flow as possible, the plasma flame does not spread and becomes a converged plasma flame.

【0017】図4に通常の旋回流と上述した実施の形態
のトーチによるスパイラル気流との違いを示す。図4で
は、横軸がスワール数0.3の場合の旋回流とスパイラ
ル気流のレイノルズ数、縦軸がプラズマ炎の広がりの半
値幅を示している。図4から明らかなように、レイノル
ズ数が|6|の付近でプラズマ炎の広がりの半値幅が急
激に減少し、スパイラル流となることでそれが収束され
たものになることがわかる。
FIG. 4 shows the difference between the normal swirling flow and the spiral air flow generated by the torch of the above-described embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis represents the Reynolds number of the swirling flow and the spiral air flow when the swirl number is 0.3, and the vertical axis represents the half width of the spread of the plasma flame. As is clear from FIG. 4, the half width of the spread of the plasma flame sharply decreases in the vicinity of the Reynolds number of | 6 |, and the spiral flow makes it converge.

【0018】以上説明したことにより、試料の供給量が
一定の場合には、通常型のトーチに比較して、上述した
この発明によるスパイラル気流を発生させるトーチの方
が、収束される分だけArによるプラズマ炎中に存在す
るAr以外の不純物濃度、すなわち検出すべき試料元素
の濃度が高くなる。また、その収束された検出可能な領
域の径がプラズマ炎の外径より十分小さければ、その効
果は一段と大きくなる。たとえば、プラズマ炎の検出可
能な領域の径がプラズマ炎の外径の1/2となれば、不
純物濃度は4倍となるから、感度が4倍に向上し、プラ
ズマ炎の検出可能な領域の径がプラズマ炎の外径の1/
3となれば、不純物濃度は9倍となるから感度が9倍と
なり、感度が約1桁向上する。
As described above, when the supply amount of the sample is constant, the torch for generating the spiral airflow according to the present invention described above has a larger amount of Ar than the conventional torch. Thus, the concentration of impurities other than Ar present in the plasma flame due to, that is, the concentration of the sample element to be detected becomes high. Further, if the diameter of the converged and detectable region is sufficiently smaller than the outer diameter of the plasma flame, the effect is further enhanced. For example, if the diameter of the region where the plasma flame can be detected is ½ of the outer diameter of the plasma flame, the impurity concentration will be four times higher, so the sensitivity will be four times higher, and Diameter is 1 / outer diameter of plasma flame
When the value becomes 3, the impurity concentration becomes 9 times, so the sensitivity becomes 9 times, and the sensitivity is improved by about one digit.

【0019】さらに、スパイラル気流は層流に限りなく
近い気流であるから脈流がほとんどなく、また指向性が
強いので、ゆらぎがほとんどない安定なプラズマ炎が得
られる。このため、不純物分布,プラズマ分布が再現性
よく得られ、これから得られる発光スペクトル強度,イ
オン量も再現性良く得られるから、繰り返し精度等が向
上する。
Furthermore, since the spiral airflow is an airflow which is as close as possible to a laminar flow, there is almost no pulsating flow, and since the directivity is strong, a stable plasma flame with almost no fluctuation can be obtained. Therefore, the impurity distribution and the plasma distribution can be obtained with good reproducibility, and the emission spectrum intensity and the amount of ions obtained from this can also be obtained with good reproducibility, so that the repeatability and the like are improved.

【0020】ここで、この発明によるプラズマトーチと
従来型のプラズマトーチとによる得られるプラズマの状
態を、それぞれ図5,6に示す。このときは、トーチの
プラズマ室には、27.12MHzの高周波を出力1k
W印加し、供給する試料気流は0.55(l/min)
とした。また、冷却ガスとしてArを15(l/mi
n)供給し、補助ガスとしてArを0.5(l/mi
n)供給した。図6に示すように、従来のプラズマトー
チでは、プラズマ炎は収束されていないが、図5に示す
ように、この発明によるプラズマトーチでは、プラズマ
炎が収束されている。
Here, the plasma states obtained by the plasma torch according to the present invention and the conventional plasma torch are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. At this time, a high frequency of 27.12 MHz was output to the torch plasma chamber at 1 k
The sample air flow that applies and supplies W is 0.55 (l / min)
And In addition, as a cooling gas, Ar was set at 15 (l / mi)
n) is supplied and Ar is used as an auxiliary gas at 0.5 (l / mi)
n) Supplied. As shown in FIG. 6, the plasma flame is not converged in the conventional plasma torch, but as shown in FIG. 5, the plasma flame is converged in the plasma torch according to the present invention.

【0021】以上のことから、図1、図2に示したこの
発明の元素分析装置,その装置を用いた元素分析方法に
おいては、プラズマトーチで試料気流がスパイラル気流
となるから、収束されたプラズマ炎が得られる。この結
果、まず、試料中に含まれる微量の元素の分析を高感度
に行うことができる。また、スパイラル流のプラズマ炎
では中心部の流速が速いため、トーチの管壁との相互作
用もほとんど起きなくなり、図6に示すように、プラズ
マ炎がトーチの管壁に直接ふれることがなくなる。この
ため、トーチを溶融させることがなくなり、また、トー
チと試料成分との化学反応による汚染で分析感度や精度
を阻害することもなくなる。
From the above, in the elemental analysis apparatus of the present invention and the elemental analysis method using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, since the sample airflow becomes a spiral airflow in the plasma torch, the converged plasma is generated. A flame is obtained. As a result, firstly, the trace amount of elements contained in the sample can be analyzed with high sensitivity. Further, in the spiral-flow plasma flame, since the flow velocity at the central portion is high, interaction with the tube wall of the torch hardly occurs, and the plasma flame does not directly touch the tube wall of the torch as shown in FIG. Therefore, the torch is not melted, and the analytical sensitivity and accuracy are not hindered by the contamination due to the chemical reaction between the torch and the sample components.

【0022】そして、この発明では、ゆらぎがほとんど
ない安定なプラズマ炎が得られるので、元素の分析を高
精度に行うことができる。たとえば、周波数27.12
MHzの高周波出力を1.4kW、冷却ガス流量を1
2.0(l/min)、補助ガス流量を0.5(l/m
in)とした条件で、試料気流量を1.0(l/mi
n)としたランタン10ppb溶液を、従来のプラズマ
トーチを用いて質量分析すると、139Laの強度は、フ
ァラデーカップ(検出器)測定では7.4×1010カウ
ントであった。
Further, according to the present invention, a stable plasma flame with almost no fluctuation can be obtained, and therefore, the elemental analysis can be performed with high accuracy. For example, the frequency 27.12
High frequency output of 1.4MHz, cooling gas flow rate of 1
2.0 (l / min), auxiliary gas flow rate 0.5 (l / m)
in), the sample gas flow rate is 1.0 (l / mi
When the 10 ppb lanthanum solution of n) was subjected to mass spectrometry using a conventional plasma torch, the intensity of 139 La was 7.4 × 10 10 counts in Faraday cup (detector) measurement.

【0023】これに対して、同一条件で、この発明のプ
ラズマトーチを用い、図2に示す質量分析装置で分析し
た場合では、検出器7の測定で139Laの強度は1.6
×1011カウントであり、従来と比較して約2倍の感度
向上が図れた。また、10回の測定での繰り返し精度
は、従来のプラズマトーチを用いた分析では、相対標準
偏差が4.04%であるのに対し、この発明のプラズマ
トーチを用いた分析では相対標準偏差が1.04%とな
り、精度が格段に向上した。さらに、プラズマ炎がトー
チ先端部で包まれる構造となっているので、空気中成分
の妨害による感度や精度の低下がさけられる。
On the other hand, when the plasma torch of the present invention is used and analyzed by the mass spectrometer shown in FIG. 2 under the same conditions, the intensity of 139 La measured by the detector 7 is 1.6.
It was x10 11 counts, and the sensitivity could be improved about twice as much as the conventional one. Further, regarding the accuracy of repetition in 10 measurements, the relative standard deviation is 4.04% in the analysis using the conventional plasma torch, whereas the relative standard deviation is in the analysis using the plasma torch of the present invention. It was 1.04%, which is a marked improvement in accuracy. Further, since the plasma flame is enclosed by the tip of the torch, the sensitivity and accuracy are prevented from being deteriorated due to the interference of air components.

【0024】以下に、リンを分析した例を示す。図7は
従来のトーチを用いた質量分析装置によるリンの分析結
果を示し、図8はこの発明によるトーチを用いた質量分
析装置によるリンの分析結果を示す。分析するリンの濃
度は10ppbであり、このときの分析分解能は300
0以上とした。図7に示されるように、ICPを用いた
31Pの質量分析では、1516Oや14161Hが妨害イ
オンとなる。これが、図8に示すように、この発明のト
ーチを用いると、31Pの検出ピーク高さが約2倍とな
る。しかし、妨害イオンである1516Oや14161
の検出ピーク高さに変化はない。すなわち、この発明の
トーチを用いることにより、相対的に妨害イオンの影響
が半減していることがわかる。
An example of phosphorus analysis will be shown below. FIG. 7 shows the results of phosphorus analysis by a conventional mass spectrometer using a torch, and FIG. 8 shows the results of phosphorus analysis by a mass spectrometer using a torch according to the present invention. The concentration of phosphorus to be analyzed is 10 ppb, and the analysis resolution at this time is 300
It was set to 0 or more. As shown in FIG. 7, ICP was used.
In 31 P mass spectrometry, 15 N 16 O and 14 N 16 O 1 H are interfering ions. As shown in FIG. 8, when the torch of the present invention is used, the 31 P detection peak height is approximately doubled. However, interfering ions such as 15 N 16 O and 14 N 16 O 1 H
There is no change in the height of the detected peak. That is, it can be seen that the use of the torch of the present invention relatively reduces the influence of interfering ions by half.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、生成
したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で先端ほ
ど径が小さい形状を有するトーチを用いるようにした。
このような構成としたことにより、トーチのプラズマ炎
が生成される領域では、試料気流がスパイラル気流とな
りプラズマ炎が収束されるようになる。この結果、この
発明によれば、元素の分析を高感度に行うことができる
とともに、ゆらぎがほとんどない安定な炎が得られるか
ら、元素の分析を高精度に行うことができる。
As described above, in the present invention, a torch having a shape in which the exit from which the generated plasma is emitted has a smaller diameter toward the tip at a predetermined throttle angle is used.
With such a configuration, in the region where the plasma flame of the torch is generated, the sample air flow becomes a spiral air flow and the plasma flame is converged. As a result, according to the present invention, element analysis can be performed with high sensitivity, and a stable flame with almost no fluctuation can be obtained. Therefore, element analysis can be performed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施の形態におけるICPを用い
た原始吸光分析装置の要部構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a primitive absorption spectrometer using ICP according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態におけるICPを用いた
質量分析装置の要部構成を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a main configuration of a mass spectrometer using an ICP according to an embodiment of the present invention.

【図3】 この発明のトーチによるスパイラル気流の速
度分布の例を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing an example of a velocity distribution of a spiral airflow by the torch of the present invention.

【図4】 通常の旋回流とこの発明のトーチによるスパ
イラル気流との違いを示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a difference between a normal swirling flow and a spiral air flow generated by the torch of the present invention.

【図5】 この発明によるプラズマトーチによるプラズ
マ発生の状態を示す写真である。
FIG. 5 is a photograph showing a state of plasma generation by the plasma torch according to the present invention.

【図6】 従来型のプラズマトーチによるプラズマ発生
の状態を示す写真である。
FIG. 6 is a photograph showing a state of plasma generation by a conventional plasma torch.

【図7】 従来のトーチを用いた質量分析装置によるリ
ンの分析結果を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing results of phosphorus analysis by a conventional mass spectrometer using a torch.

【図8】 この発明によるトーチを用いた質量分析装置
によるリンの分析結果を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the results of phosphorus analysis by a mass spectrometer using a torch according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料導入部、1a…試料管、2…プラズマトーチ、
2a…試料導入管、2b冷却ガス系…、2c…補助ガス
系、3…コールドコイル、4…プラズマ、5…検出器、
6…セパレーター、7…検出器。
1 ... Sample introduction part, 1a ... Sample tube, 2 ... Plasma torch,
2a ... Sample introduction pipe, 2b Cooling gas system ... 2c ... Auxiliary gas system, 3 ... Cold coil, 4 ... Plasma, 5 ... Detector,
6 ... Separator, 7 ... Detector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 清之 東京都目黒区上目黒五丁目8番15−501号 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kiyoyuki Horii 5-8-5-15, Kameguro, Meguro-ku, Tokyo

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分析対象の試料を解離させることで生じ
た原子を用いて前記試料を分析する元素分析方法におい
て、 供給されるプラズマ源となるガスによるプラズマを先端
ほど径が小さい形状を有するトーチ内で発生させ、 前記ガスをキャリアとして前記試料を気化した試料気流
または前記試料の成分を含む試料気流を前記プラズマに
導き、 前記試料気流または前記試料気流を含むプラズマをスパ
イラル気流にし、前記試料の成分を解離し、 その解離により生じた原子の状態により前記試料の分析
を行うことを特徴とする元素分析方法。
1. In an elemental analysis method for analyzing a sample by using atoms generated by dissociating a sample to be analyzed, a torch having a shape in which plasma supplied by a gas serving as a plasma source has a smaller diameter toward the tip. Generated in the, the gas is used as a carrier to guide the sample gas stream vaporized the sample or a sample gas stream containing the components of the sample to the plasma, the sample gas stream or the plasma containing the sample gas stream into a spiral gas stream, An elemental analysis method, characterized in that a component is dissociated, and the sample is analyzed according to the state of atoms generated by the dissociation.
【請求項2】 分析対象の試料を解離させることで生じ
た原子を用いて前記試料を分析する元素分析装置におい
て、 周囲に高周波を印加するためのコイルが配置され、前記
高周波によりプラズマを生成して前記試料を解離させる
プラズマ室を備え、その生成したプラズマが放出する出
口が、所定の絞り角度で先端ほど径が小さい形状を有す
るトーチと、 前記プラズマ室に向かって前記試料溶液が吐出される試
料供給部と、 プラズマ源となりかつ前記試料供給部より吐出される試
料溶液を気化するための補助ガスを前記プラズマ室に向
かって前記試料供給部周囲より供給する補助ガス供給部
と、 プラズマ源となりかつ前記トーチ壁面を冷却するための
主ガスを前記プラズマ室に向かって前記補助ガス供給部
周囲より供給する主ガス供給部と、 前記トーチより吐出されたプラズマ中の解離された前記
試料の原子の状態を検出する検出器とを備えたことを特
徴とする元素分析装置。
2. An element analyzer for analyzing a sample using atoms generated by dissociating a sample to be analyzed, wherein a coil for applying a high frequency is arranged around the element, and plasma is generated by the high frequency. A torch having a plasma chamber for dissociating the sample by means of which the generated plasma is discharged, and the outlet has a shape in which the tip has a smaller diameter at a predetermined throttle angle, and the sample solution is discharged toward the plasma chamber. A sample supply unit, a plasma source, and an auxiliary gas supply unit that supplies an auxiliary gas for vaporizing the sample solution discharged from the sample supply unit toward the plasma chamber from around the sample supply unit, and a plasma source And a main gas supply unit that supplies the main gas for cooling the torch wall surface from the periphery of the auxiliary gas supply unit toward the plasma chamber, Elemental analysis apparatus characterized by comprising a detector for detecting the state of the dissociated atoms of the sample in discharged from serial torch plasma.
【請求項3】 請求項2記載の元素分析装置において、 前記絞り角度は、トーチ先端部におけるレイノルズ数が
−6以下となる角度であることを特徴とする元素分析装
置。
3. The elemental analysis device according to claim 2, wherein the aperture angle is an angle at which the Reynolds number at the tip of the torch is -6 or less.
【請求項4】 請求項2または3記載の元素分析装置に
おいて、 前記検出器は、前記トーチより放出されたプラズマ中の
原子の光特性を検出する光検出手段から構成されている
ことを特徴とする元素分析装置。
4. The elemental analysis device according to claim 2 or 3, wherein the detector is composed of a photo-detecting means for detecting optical characteristics of atoms in plasma emitted from the torch. Element analysis device.
【請求項5】 請求項2または3記載の元素分析装置に
おいて、 前記検出部は、 前記トーチの前記プラズマが放出される先に配置された
セパレーターと、 前記トーチより放出してそのセパレーターを通過した原
子を検出するイオン検出器とから構成されていることを
特徴とする元素分析装置。
5. The elemental analysis device according to claim 2, wherein the detection unit includes a separator disposed in the torch where the plasma is emitted, and a separator which is emitted from the torch and passes through the separator. An element analysis device comprising an ion detector for detecting atoms.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101386017B1 (en) * 2005-09-02 2014-04-16 퍼킨엘머, 인크. Induction device for generating a plasma

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