JPS5810694B2 - プラズマジエツト装置およびそれらの動作方法 - Google Patents

プラズマジエツト装置およびそれらの動作方法

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JPS5810694B2
JPS5810694B2 JP54001377A JP137779A JPS5810694B2 JP S5810694 B2 JPS5810694 B2 JP S5810694B2 JP 54001377 A JP54001377 A JP 54001377A JP 137779 A JP137779 A JP 137779A JP S5810694 B2 JPS5810694 B2 JP S5810694B2
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anode
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 直流およびイオン化ガスを使用するプラズマジェット装
置のような種々のプラズマジェット装置が種々の物質の
分光分析のためあるいは種々の物質の高温度化学的およ
び物理的現象の研究のため、プラズマジェットを発生さ
せるのに有用である。
特に、かかるプラズマジェット装置は米国特許第３，６
５８，４２３号に記載された形式のニジエル（階段格子
）分光計のような分光計システムにおいてしばしば使用
される。
この米国特許に記載されたニジエル分光計はプリズムお
よびニジエルが使用されかつ２方向に回転するように装
着され、分光計の出口焦点面における分散エネルギの垂
直および水平成分の調整を行なうものである。
勿論、プラズマジェット装置は他の分光計においても、
またサンプル物質の高温励起が望まれる他の装置におい
ても使用できる。
例えば、分光分析において有用なプラズマジェットまた
は励起源が米国特許第３，５９６，１２８号に記載され
ている。
かかるプラズマジェット装置はアノード電極を取囲む渦
巻室を含み、この渦巻室中に観察されるべき噴霧化サン
プルとイオン化キャリヤガスとをあらかじめ混合したも
のが導入される。
アノードは渦巻室内に配置されかつオリフィスと反対側
に位置付けされる。
カソードは渦巻室の外側に、それから離間されてかつプ
ラズマ柱の軸線に対しある角度で位置付けされ、従って
カソードはプラズマ柱からオフセットされている。
渦巻室からオリフィスを通って出て行った後、プラズマ
フレームはプラズマ柱の軸線に対しである角度で曲げら
れ、カソード電極に接触する。
このプラズマ装置は従来技術に勝る改良を呈するけれど
、装置の構成に関連したある難点がある。
このプラズマジェット装置の改良は米国特許第４．００
９，４１３号に記載されており、それを参照願いたい。
この改良されたプラズマジェット装置はアノード電極お
よびカソード電極を含み、各電極はそれらの軸線が、延
長した場合にある角度で交差するように離間されかつ位
置付けされている。
これら電極のそれぞれは電極を取囲む同軸スリーブ素子
を含み、このスリーブ素子を通じてイオン化可能ガスが
流れる。
イオン化可能ガスは動作時にプラズマジェットを形成し
、イオン化ガスの連続柱をアノード電極とカソード電極
との間に提供し、このプラズマジェットは逆■形状で特
徴付けられている。
プラズマジェットはアノードおよびカソード電極の延長
軸線の交点の下方領域においてプラズマジェット内に反
応または励起帯域を呈する。
プラズマジェットはまた、サンプルを、代表的にはエー
ロゾル形式で、特にイオン化可能キャリヤガスで、アノ
ードとカソードとの間を上方に導入する外部手段を含み
、その結果サンプルはプラズマアークの反応または励起
帯域中に直接導入される。
これら従来技術のプラズマアーク装置においては、装置
の動作においである難点があることが分っている。
すなわち、プラズマアークの位置が動きまわる傾向があ
り、従って、励起または反応帯域の位置が移動する欠点
があった。
かかる励起帯域の移動によってこの帯域中に導入される
サンプルからのスペクトルの強さに変化および差が生じ
また分光分析データの質および量に差が生じる。
得られた分光分析データはかかるプラズマアーク位置の
不安定によって変化する。
その上、従来技術の装置はタングステンアノードの使用
を必要とする。
タングステンアノードの使用は、例えばタングステンカ
ソードと組合せてグラファイトアノードを使用するより
も、タングステンのスペクトルレベルが非常に高く、相
当数の４，０００までの干渉タングステン線をスペクト
ルに提供し、得られた分光データの分析にときどき干渉
を生じるという点で、難点がある。
これに対しグラファイトアノードの使用は単にいくつか
の干渉線のみをスペクトルに提供するだけである。
本発明は改良されたプラズマジェット装置、この装置を
動作させる方法およびこの装置を使用する方法に関し、
また逆Ｙ形イオン化ガス放電プラズマジェットならびに
一極性の複数の電極および反対極性のより少ない数の電
極の使用によって特徴付けられたプラズマジェット装置
に関する。
詳しくいうと、本発明は、２つのアノード電極の軸線が
延長された場合にある角度で交差するように位置付けさ
れた２つのアノード電極とこれらアノード電極の交差す
る軸線によって形成される面からオフセットされかつ離
間された第３のカソード電極との組合せを使用すること
により、プラズマジェットが適所に安定化される改良さ
れたプラズマジェット装置および動作方法に向けられて
いる。
このように形成されるプラズマジェットはプラズマ柱の
軸線に対しである角度で曲げられ、安定したプラズマア
ークを形成し、そしてこの装置はグラファイトをアノー
ド電極として使用することを可能にする。
適所に安定化された反応または励起帯域を有するプラズ
マジェット装置は、−極性の第１および第２の電極とこ
れら第１および第２の電極とは異なる反対極性の第３の
電極とを組合せて使用し、第１および第２の電極を、そ
れらの軸線が延長された場合にある角度で、例えば６０
ないし９０度の角度で、好ましくは約７５度の角度で、
交差するような位置に、離間させ、また、第３の電極が
第１および第２の電極の延長軸線の交点から離間されか
つ交差する軸線によって形成された面からオフセットさ
れ、代表的には、好ましくはこの面から実質的に直角に
オフセットされ、それによって電極間にイオン化ガスの
柱のプラズマジェットを動作時に形成し、このプラズマ
ジェットが逆Ｙ形状によって特徴付けられることにより
、得られることが分った。
Ｙ形状プラズマジェットの励起または反応帯域は前記第
１および第２の電極の延長軸線の交点の下方領域におい
て形成される。
このように形成されたプラズマジェットは安定化位置の
励起または反応帯域を有し、その結果プラズマジェット
装置は、例えば発光分光分析法において使用されるとき
に、スペクトルの強さを不変にし、かつ帯域の不安定に
よる分光データのドリフトの傾向を減少させる。
このプラズマジェット装置はイオン化可能ガスで電極を
取囲み、イオン化ガスの逆Ｙ形状柱を形成する同軸スリ
ーブ手段を含む。
動作において、ガスは代表的にはアルゴンまたはプラズ
マジェット装置において使用される類似のイオン化可能
ガスである。
このプラズマジェット装置はまた、安定なりＣ電力供給
手段を含み、好ましくは２つの別個の電源を含み、そし
て一極性の単一電極はこれら電源のそれぞれに電気的に
連通しており、また各電源は個々に他方の極性の他方の
複数の電極の１つと通じている。
複数の電極がアノード電極であり、単一のまたは他方の
電極がカソード電極であることが好ましい。
カソード電極は代表的にはタングステン電極であり、他
方アノード電極はグラファイトまたはタングステンより
構成されるものでよい。
本発明の改良されたプラズマジェットの逆Ｙ形プラズマ
ジェットは位置が非常に安定であることが分った。
米国特許第４，００９，４１３号に記載されたような逆
■形プラズマジェット放電においては、特にイオン化ガ
スが交点で出会う場合には、プラズマジェットを取囲む
非常に高強度の磁界が存在することが分った。
その上、異なる極性によりイオン化ガスまたはプラズマ
柱がガスのイオン化柱の交点によって形成された励起ま
たは反応帯域において離れるように押される傾向がある
ことが分った。
従ってこの異なる極性のイオン化ガス柱はそれらが磁界
と逆■において一緒になるときに、ガス柱を離れるよう
に押して反応または励起帯域を不安定化するまたは動き
まわらせる傾向がある。
さらに、プラズマジェット装置が米国特許第４．００９
，４１３号に示されかつ記載されたようなエーロゾルサ
ンプル物質を反応帯域に導入する手段とともに使用され
る場合に、かかるエーロゾル噴霧装置の動作はさらにプ
ラズマ柱を離れるように押してプラズマジェット位置を
不安定にする傾向がある。
従って、エーロゾルサンプル導入手段の使用は、特にサ
ンプルがイオン化ガス流でかつ比較的早いガス速度で反
応帯域の下方に導入される場合には、磁界中でガス流の
異なる極性と結合され、プラズマジェットを不安定にし
、その結果得られた分光データは質あるいは強さが一定
でなくなる。
プラズマジェットの交差する軸線の電力らオフセットさ
れた第３のカソード電極の使用は安定化位置のプラズマ
アークを提供することが分った。
上記した電極の組合せは、逆Ｙ形の２つの電極の脚部が
同じ極性をもつので、そして第１および第２の電極から
放出されるガスのイオン化柱は同じ方向に一緒に動き、
離れるように押されないので、プラズマアークを安定に
し、従ってプラズマジェットは定められた安定な反応ま
たは励起帯域に集合し得る。
これは良好な位置の安定性をもたらし、従ってたとえエ
ーロゾル手段がサンプル物質およびイオン化キャリヤガ
スを反応帯域中に指向するために使用されても、反応帯
域は従来技術のプラズマ装置におけるようには不安定に
はならない。
その上、３電極プラズマ装置の重要な針設上の特徴はこ
の装置がアノードとしてタングステンの代りにグラファ
イトを使用できるということであることが分った。
勿論、所望ならばタングステンもアノードとして使用で
きる。
グラファイトはスペクトルにおいて単にいくつかの炭素
線を提供するだけであるので、グラファイトの使用はア
ノードとして非常に望ましい。
また、第３のすなわちカソード電極は第１および第２の
電極によって形成された逆Ｖ上に直接位置付けされるべ
きでなく、第１および第２の電極の交差軸線によって形
成された面からオフセットされるべきであり、代表的に
はプラズマジェットの曲がりが生じるように、好ましく
は交差軸線の面から一般に直角な方向にプラズマアーク
の曲がりが生じるように、位置付けされるべきであるこ
とが分った。
第３の電極が軸線間に直接整列される場合には、汚染の
問題があるが、しかしオフセット位置にしてプラズマジ
ェットを曲げると、汚染のない良好な安定が得られるこ
とが分った。
種々のＤＣ電源がプラズマジェット装置に対する電源と
して使用できる。
しかしながら、好ましい実施例においては、２個の電源
が共通カソードを具備する電源として使用される。
これら電源はそれぞれの電源に固定されたカソードに関
してカソード電極に共通である。
代表的には、カソード電極は、極めて高いアンペア数を
搬送するので、タングステンまたは金属電極のま１であ
る。
本発明はその好ましい実施例に関連して記載されるけれ
ど、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに記
載される実施例に対し種々の変形および変更がこの分野
の技術者によってなし得ることは認識されることである
。
以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施例につき
詳細に説明する。
プラズマジェット装置１０は電極に対する支持フ宅ツク
１２，１４および１６を含み、また軸線を延長した場合
にある角度で、例えば７５度で交差するグラファイトま
たはタングステンの第１および第２のアノード電極２０
および２２、ならびにタングステンの第３のカソード電
極１８を含む。
これら電極１８，２０および２２はそれぞれ支持。
ブロック１２，１４および１６中のセラミックの同軸ス
リーブ素子２４，２６および２８中に位置付けされてい
る。
アルゴンのようなイオン化可能ガスがセラミックスリー
ブ素子のそれぞれの一端に導入され、それぞれのスリー
ブ内の電極のまわ、りを流れて動作の際にプラズマジェ
ットを形成する。
セラミックスリーブ内で電極の軸線方向の移動を行なう
手段（図示せず）があり、その結果電極は所望のように
延ばしたり引っ込めたりすることができ、そして動作時
に所望の定位置に固定できる。
電極２０および２２の交差する軸線の直下に、出口３２
を有する噴霧器３０を含む噴霧装置またはエーロゾルサ
ンプル導入手段があり、サンプル物質３４はエーロゾル
形式でガス流中に、例えば、イオン化可能ガス流中に、
置かれ、出口３２を通じて形成されたプラズマジェット
の励起領域３８中に直接導入される。
例示するようにプラズマジェット３６は逆Ｙ形状である
。
プラズマジェット装置１０は２つの定電流ＤＣ電源４０
および４６を含み、共通の電気リードがカソード電極１
８に達しており、また電源４０からアノード２２へのリ
ードおよび電源４６からアノード２０へのり一ドを有す
る。
噴霧器３０の出口３２の上部の矢印は励起領域３８へ導
入されるサンプル物質の流れ経路を概略的に例示するも
のである。
動作において、イオン化ガスの層流が電極１８゜２０お
よび２２のまわりに維持され、他方サンプル物質３４は
噴霧器３０および出口３２を介してアルゴンキャリヤ中
のエーロゾルの層流としてプラズマジェット３６中に形
成される励起帯域３８中に直接導入される。
形成されるプラズマジェットは、各アノード電極からの
イオン化ジェットガスが同じ極性を有するため互いに吸
引するように作用するので、アノード２０および２２の
スリーブ素子２６および２８からのイオン化ガスの流れ
に従う。
例示するように、励起領域は、アノード電極からのイオ
ン化アルゴンの２つのプラズマ柱が結合する交差点の内
側でかつ直下に存在する。
イオン化プラズマジェットはカソード電極１８ならびに
アノード電極２０および２２をそれらのそれぞれのセラ
ミックスリーブの外側に延ばしてカソード電極１８およ
び一方のアノード電極２０または２２を接触させ、かつ
他方のアノード電極２０または２２を非常に接近してい
るが、しかし接触していない状態にすることによって、
開始される。
カソード電極１８か接触後引っ込められ、電極が例示す
るように電源に接続され、そしてアルゴンガスが流れる
と、プラズマジェットがイオン化アルゴンガスによって
形成され、第２のアノードもまた、導通関係に置かれる
ようになる。
最終的に、３つの電極はそれらの動作位置に所望のよう
に引っ込められ、それらの端部は個々のセラミックスリ
ーブ素子２４，２６および２８の僅かに内側にある。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明によるプラズマジェット装置の一実施
例を示す概略斜視図である。 １０：プラズマジェット装置、１２，１４゜１６：支持
フ七ツク、１８：カソード電極、２０゜２２ニアノード
電極、２４，２６，２８：セラミックの同軸スリーブ素
子、３０：噴霧器、３２：噴霧器の出口、３４：サンプ
ル物質、３６：プラズマジェット、３８：励起領域、４
０，４６：定電流ＤＣ電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １１つの極性の第１および第２の電極と、該第１および
    第２の電極とは異なる反対極性の１つの電極と、 前記第１および第２の電極は離間されかつそれらの軸線
    が、延長された場合に、鋭角で交差するように位置付け
    されていること、 前記具なる極性の電極は、第１および第２の電極の延長
    軸線の交点から離間されておりかつ前記交差する軸線に
    よって形成される面からオフセットされていること、 前記電極のまわりにイオン化可能ガスを流すようにこれ
    ら電極を取囲み、動作時に前記電極間に逆Ｙ形状のイオ
    ン化ガスの柱のプラズマジェットを形成する手段と、 前記第１および第２の電極の延長軸線の間でかつ該延長
    軸線の交点の下方領域においてプラズマジェットのイオ
    ン化ガスによって形成される励起帯域と、 分光学的に分析されるべきサンプル物質を前記励起帯域
    の下方領域中に直接導入する手段とを含む分光計システ
    ムに使用するのに適当したプラズマジェット装置。 ２ 電源ならびに該電源と前記電極のそれぞれとを電気
    的に接続する手段を含む特許請求の範囲第１項記載のプ
    ラズマジェット装置。 ３ 前記電源が２つの個々の定電流ＤＣ電源よりなり、
    これら電源のそれぞれが前記具なる極性の電極に電気接
    続されている特許請求の範囲第２項記載のプラズマジェ
    ット装置。 ４ 前記第１および第２の電極がアノード電極であり、
    前記具なる極性の電極がカソード電極である特許請求の
    範囲第１項記載のプラズマジェット装置。 ５ アノード電極がグラファイト電極であり、カソード
    電極がタングステン電極である特許請求の範囲第４項記
    載のプラズマジェット装置。 ６ 前記サンプル物質を励起帯域に導入する前記手段が
    分析されるべきサンプル物質のエーロゾルサンプルをイ
    オン化可能ガス流で第１および第２の電極間のプラズマ
    ジェットの励起帯域の下方領域中に直接上方へ導入する
    手段からなる特許請求の範囲第１項記載のプラズマジェ
    ット装置。 ７ 前記具なる極性の電極が前記第１および第２の電極
    の延長された軸線によって形成される面から実質的に直
    角な方向に位置付けされている特許請求の範囲第１項記
    載のプラズマジェット装も８ 前記第１および第２の電
    極がグラファイトより構成されたアノード電極であり、
    前記具なる極性の電極がカソード電極である特許請求の
    範囲第１項記載のプラズマジェット装置。 ９１つの極性の第１および第２の電極と、該第１および
    第２の電極とは異なる反対極性の１つの電極と、 前記第１および第２の電極は離間されかつそれらの軸線
    が、延長された場合に、鋭角で交差するように位置付け
    されていること、 前記具なる極性の電極は、第１および第２の電極の延長
    軸線の交点から離間されておりかつ前記交差する軸線に
    よって形成される面からオフセットされていること、 前記電極のまわりにイオン化可能ガスを流すようにこれ
    ら電極を取囲み、動作時に前記電極間に逆Ｙ形状のイオ
    ン化ガスの柱のプラズマジェットを形成する手段と、 前記第１および第２の電極の延長軸線の間でかつ該延長
    軸線の交点の下方領域においてプラズマジェットのイオ
    ン化ガスによって形成される励起帯域と、 分光学的に分析されるべきサンプル物質を前記励起帯域
    の下方領域中に直接導入する手段とからなるプラズマジ
    ェット装置を分析されるべき分光測定サンプル物質の励
    起源として含む発光分光計システム。 １０２つの方向に回転するように装着され、分光計の出
    口焦点面における分散スペクトルエネルギの垂直および
    水平成分の調整を行なうプリズムおよびニジエル（階段
    格子）を含む特許請求の範囲第９項記載の発光分光計シ
    ステム。 １１ 同じ極性の離間された第１および第２の電極を、
    それらの軸線が延長された場合に鋭角で交差するように
    位置付けする段階と、 前記第１および第２の電極とは異なる反対極性の１つの
    電極を、これら第１および第２の電極から離間させかつ
    これら第１および第２の電極の交差軸線によって形成さ
    れる面からオフセットするように位置付ける段階と、 前記電極の軸線のまわりにイオン化可能ガスを流して前
    記電極間にイオン化ガスの連続柱よりなるプラズマジェ
    ットを動作時に形成する段階と、逆Ｙ形状を有する前記
    プラズマジェットを形成して交差軸線の下方領域に、プ
    ラズマジェットの適所に安定化された励起帯域を形成す
    る段階と、分光学的に分析されるべきサンプル物質を前
    記電極間の励起帯域の下方領域中に直接導入する段階と
    、 安定した励起帯域中のサンプル物質から得られたスペク
    トルを分光学的に分析する段階 とを含むサンプル物質を分光学的に分析する方法。 １２ 前記第３の電極を、前記第１および第２の電極の
    交差軸線の面からオフセットさせかつ実質的に直角方向
    に位置付ける段階を含む特許請求の範囲第１１項記載の
    分析方法。 １３ 異なる極性の電極がカソード電極であり、また第
    １および第２の電極がアノード電極である特許請求の範
    囲第１１項記載の分析方法。 １４ サンプル物質をイオン化可能ガス流でエーロゾル
    形式でプラズマジェットの安定した励起帯域中に導入す
    る段階を含む特許請求の範囲第１１項記載の分析方法。 １５ 力ノード電極がタングステン電極であり、またア
    ノード電極が両方ともタングステン電極である特許請求
    の範囲第１３項記載の分析方法。 １６ カソード電極がタングステン電極であり、またア
    ノード電極が両方ともグラファイト電極である特許請求
    の範囲第１３項記載の分析方法。 １７１つのＤＣ電極からカソードおよび第１のアノード
    電極にＤＣ電流を供給するとともに、他の別個のＤＣ電
    源からカソードおよび第２のアノード電極にＤＣ電流を
    供給する段階を含む特許請求の範囲第１３項記載の分析
    方法。
JP54001377A 1978-01-13 1979-01-12 プラズマジエツト装置およびそれらの動作方法 Expired JPS5810694B2 (ja)

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