JPS59171838A - プラズマ励起システム - 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】 発明の背景 発明の分野 この発明は無線周波（ｒｆ）電力発生器に関する。更に
詳しくは、この発明（σ原子放出分光測定に使用される
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ｋ発生し且つ励起するため
の無線周波発生器に関する。

誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は放出分光分析用の試料全
励起するのに使用されている。「分析化学論文集１７４
　（１９７５）に発表されたニス・グリーンフィールド
、アイ・ニルエル争ジョーンズ、エイチ・エムシーディ
ー・マクジーチン及びピー・ビー・スミス共著の論文「
エム・エフ・プラズマトーチ及び直読式分光計による自
動多試料同時多元紫分析Ｊ　（Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ”Ａ
ｕｔｏｍａｔｉｃＭｕｌｔｉ−８ａｍｐｌｅ　Ｓｉｍｕ
ｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｍｕｌｔｉ−ＥｌｅｍｅｎｔＡｎａ
ｌｙｓｉｓ　ｗｉｔｈ　　ａ　Ｍ、Ｆ、Ｐｌａｓｍａ　
Ｔｏｒｃｈ　　ａｎｄＤｉｒｅｃｔ　Ｒｅａｄｉｎｇ　
５ｐｅｃｔｒｏｒｎｅｔｅｒ”　ｂｙ　Ｓ。

Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ、１．ＬＬ、Ｊｏｎｅｓ、Ｈ，Ｍ
ＣＤ。

ＭｃＧｅａｃｈｉ：１　ａｎｄ　Ｐ、Ｂ、Ｓｍ１ｔｈ、
ｐｕｂｌｉｓｈｅｄｉｎＡｎａｌｙｔｉｃａＣｈｉｒｎ
ｉｃａＡｃｔａ：　　　７４（１９７５））は、完全自
動で順次試料供給、露出及び読取りを行う６０チャンネ
ル直読式分光計に結合されたＩＣＰを論述している。

フィリップス技術評論（１９７３）に発表されたビー・
ダブリュー・ジエイ・エム嗜ボウマンス、エフ・ジエイ
・ドブル及びジエ・イ・ダブリュー・ロイター共著の「
放出分光分析用の安定化無線周波アルゴンプラズマトー
チ」と題する論文（Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ”Ａ　５ｔａｂ
ｉｌｉｚｅｄ　Ｒ，Ｆ、　Ａｒｇｏｎ−Ｐｌａｓｍａ　
Ｔｏｒｃｈ　ｆｏｒ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　５ｐｅｃｔｒ
ｏｓｃｏｐＶ”１）ｙ　ｐ、　Ｗ、　Ｊ、、Ｍ、　Ｂｏ
ｗｒｎａｎｓ、　Ｆ、　Ｊ、　ｄｅＥｏｅｒａｎｄ　Ｊ
、　Ｗ、　Ｒｕ１ｔｅｒ、　Ｔ）ｕｂ］１ｓｈｅｄ　ｉ
ｎ　Ｐｈｉ］１ｐｓＴｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ
（１９７３）　）　　は、誘導結合アルゴンプラズマ（
ＩＣＡＰ）’を発生するための無線周波発生装置を論じ
ている。ボウマンス外の装置は、ＩＣＡＰに対して安定
化電力を与え且つ試料がプラズマ中に導入されたときに
発生するプラズマ強度変動を最小限にするように構成さ
れている。、 グリーンフィールド外及びボウマンス外のもののような
通常の励起装置においてに、無線周波発生器は通常同調
・動作兼用コイルに電力を供給している。このコイルは
発生器の出力同調（タンク）回路におけるインダクタコ
イルとして且つ又プラズマ強度生する動作コイルとして
動作する。プラズマは典型的には環状の形状をしていて
、試料を導入して励起するためのトンネ、ル領域を備え
ている。

通常の励起装置はプラズマが確立されて動作していると
きには十分なものである。しかしながら、起動及びプラ
ズマ点火の臨界期間中は、そのような従来の装置は一般
にその動作特性の不安定領域において動作する。同調・
動作兼用コイルへの電力を精智に調整して確実なプラズ
マ点火を確保するためには複雑な制御装置が必要である
。従って、従来の装置に高価、複雑でかさばっており、
しかも通常複雑な三相電力を必要としている。

無線周波の電力を発生するとき、発生器からの放射電力
を厳密に調整し且つ動作の交流周波数を特定の許容帯域
幅内に保持して、近くの通信機器のような他の装置との
高周波干渉を防止することができる。典型的には、交流
周波数は水晶制御発振器の使用によって実質上固定され
ている。しかしながら、水晶制御無線周波発振器金偏え
た発生器は一般にＩ　ＣＰ（ｉ：発生し且つ維持するの
に必要とされる出力電力を発生するために伺加的な増幅
器段を必要とし、又しはしは特殊な無線周波伝送ケーブ
ノペ無線周波コネクタ、及び関連のインピーダンス整合
回路を使用している。加えて、分析試料のプラズマ点火
及びプラズマ励起の期間中に出力同調回路に発生する共
振周波数移動を補償するために複雑な同調調整回路を必
要としている。

この期間中、無線周波電力出力同調回路は固定発振周波
数から不整合になる。このために同調・動作兼用コイル
に供給される電力が変化し７、プラズマ強度の変動が生
じろ、プラズマは消えることさえある。この問題を補償
するために、複雑な回路を用いて電力出力、′電圧位相
関係、及び出力同調回路の共振周波数ケ精密に調整し、
プラズマへの適切な電力を確保している。。

非安定（自走式）発振器を便用した無線周波発生器は一
般に、固定周波数発振器全備えた発生器よりも簡単で経
済的であるために好んで用いられている。しかしながら
、そのような発生器を用いた普通の励起装置は軸にプラ
ズマ点火中数百キロヘルツに及ぶ非常に大きい周波数偏
移を受ける。

その結果、非安定発振器を用いた通常の発生器は許容可
能な動作帯域幅を越え、しかも他の機器との破壊的な無
線周波干渉全防止するためにかさばる高価な無線周波シ
ールドを必要としでいる。

このように、これらの通常のプラズマ励起装置は複雑、
高価でかさ１ばったせ丑であυ、且つ一般に複雑な電源
装置を必要としている。発生器の出力周波数が厳密に制
御されている装置は、特にプラズマ点火中に、プラズマ
への電力全調整するために、付加的な増輛器、伺加的な
伝送部品及び複雑な制伍回路ケ必要としている。無線周
波発生器が非安定発振器を使用している装置は過度の周
波数偏移を呈し且つ実質的な無線周波シールドを必要と
している。これらの通常のプラズマ励起装置に、複雑で
、かきぼり且つ高価であるために、ｌ」＼事務新形ωｆ
究室における使用には不適当である。

発明の要約 この発明は誘導結合プラズマを発生して分析試料を加熱
するようにするための経済的で有効な無線周波（ｒｆ＞
励起装置及び方法を与えるものである。−ｊ恢的に１え
はこの励起装置は選択した無線周波数の電力を発生する
ための無線周波発生器装置からなっている。この発生器
装置には発生ムの無線周波数全決定するための少なくと
も一つの出力同調インダクタからなる電力出力同調装置
かりる。分離したプラズマ負荷回路が発生器装置に結合
されており、この負荷回路ハ動作コイル及び直列接続の
インピーダンス整合用コンデンサからなっている。この
動作コイルは誘導結合プラズマ？発生するように構成さ
れ、又コンテ／すに動作コイル及びプラズマの流合誘纒
性すアクタ／スを実質上平衡させ且つ中和するように構
成されている。プラズマ負荷回路への電力入力を制御す
るだめの１１ｉ１ｊ　押装置かプラズマを安定化する。

この発明によれは、蝉導結合プラズマを発生して分析試
料を加熱するようにするための励起方法が更に与えられ
る。選択した無線周波数の電力が電力出力量ル１１装置
？備えた無線周波発生器装置で発生される。この発生装
置からの知１力はお尋結合プラズマ奮発生するように構
成された分離した動作コイル會備えたプラズマ負荷回路
に纒かれ、且つこの分離した動作コイルへの電力入力上
プラズマ負荷回路と発生器装置との間に動作可能に接続
された節」押装置で制御ｊされる。

この発明の励起装置は適応範囲が広く、三相電力を−ｊ
没にオリ用できない小事務ｎ丁形吠究室での１史川に適
している。この装置は単相電力を必要とするだけであり
、非安定（自走式）発振器を備えている。発振器が非な
定（自走式）であるので、発振器ばその発振筒仮数を偏
移させてプラズマへの最大′亀力伝達全維持するように
することによって変化する負荷インピータ゛ンス孕自動
的に補償する。

プラズマ負荷回路は、プラズマ発生動作コイルを無線周
波発生器の出力量Ｗ４回路から都合よく別にし且つ実質
上分離し、又できることならば結合損失を最小限にする
ために無線周波発生器にＭ接結合される。動作コイルが
無線周波発生器同調回路とは別にされ且つ実買上分離さ
れているので、プラズマ点火及び試料のプラズマ中への
導入中に発生する動作コイルインピーダンスの変化は大
部分無線周波発生器同調回路へは反映されない。従って
、無線周波発生器及び励起装置はプラズマ点火の広範囲
に変化するプラズマ負荷栄件下でさえも約１００　ｋＨ
ｚ　　未満の小さい周波数偏位しか呈しない。史に、動
作コイルが分離しているために、−／−多い＠数を持っ
た一層長い動作コイル全使用して一層長く且つ一層広い
プラズマ？発生することができる。そして一層広いプラ
ズマは試料の一層強い励起を発生するので、一層少量の
成分元素の検出が可能となり、一層精密な分析が行われ
る。

史に、コイルに存在する気体が電離していないときでさ
えも動作コイルに全電力が供給される。その結果、プラ
ズマ点火の複雑さが著しく低減される。プラズマへの無
、腺周彼′電力は点火の進行中安定であり、従ってプラ
ズマは、複雑な制御装置をｆ史用して動作コイル及びプ
ラズマへの電力入力を調整することなく開始し拡大する
ことができる。

このように、無線周波゛電力出力同調コイルと一体にな
った兼用の動作コイルを備えた通常の励起装置に比べて
、この発明に一層小形で効率のよい経済的な励１起装置
を与える。この励起装置は選択した試料を一層精密に分
析し且つ一層効率よく最大電力を供給して点火を行いＩ
ＣＰ負荷を維持する。ＩＣＰへの電力は複雑な電源装置
を用いず、複雑な電力調整を行わず、且つ無源周波電力
の周波数の過度の偏移を生じないで安定化される。

この発明に、その採択した実施例についての次の詳細な
読切及び添付の図面を参照すれば、一層完全に理解され
且つその他の諸オリ点が明らかになるであろう。

第１図は選択した物質の試料の成分元素を分析するため
の装置の概略的表示を示す。この装置は励起器１及び分
析装置８がらなっている。励起器１は無線周波発生器２
、電源装置３、及びプラスマド−チアからなっている。

プラズマトーチ７はトーチ管６、動作コイル１９、及び
気体供給器ろ１からなっている。分析装置８は分光計９
、計算器１１、及び読取り装置１ろからなっている。

試料を分析するために、無線周波発生器２は無線周波電
力を発生してこれ全トーチ７に供給する。

動作コイル１９はトーチ管乙の周りに巻かれてぃて、気
体源ろ１から供給されたアルゴンのような適当な気体か
ら誘導結合プラズマ全発生するように構成されている。

第７図について述べると、試料供給装置５は選択した物
質の分析試料２５（アナライト）全導管２６経由でプラ
ズマ２７中に射出する。この試料は加熱され励起されて
原子放出スペクトルろ６を放射するが、このスペクトル
はヤの物質の成分元素にｑカ有のものでめる。

与び第１図について述べると、スペクトル６ろは分光計
９で検出されて分光計出力信号を発生する。計算機１１
ばこの分光計出力信号を処理して成分元素及びこれの惜
の読取り分析を与える。例えば、適滴な読取ｆ）装置は
電子式表示装置及びハードコピー印刷装置からなってい
るであろう。

第２図は無線周波発生器２の史に詳細な概略的構成図を
示す。無線周波発生器は無線周波増幅器２９、同調装置
１５、及びコンデンサ１７のような結合装置からなって
いる。電源装置ろは電力を無線周波増幅器２９に供給す
るが、この増幅器は電力出力同調装置１５に接続されて
いる。同調装置１５は少なくとも一つの同調インダクタ
２１、及び同調コンデンザ６５からなっている。インダ
クタ及びコンデンサは電子的並列共振タンク回路を形成
するように並列に接続されることが望ましい。結合コン
デンサ１７は分離式動作コイル１９と並列に動作可能に
接続され且つ同調インダクタ２１−に動作可能に接続さ
れている。

動作時には、無線周波増幅器２９と同調装置１５は共同
して無線周波発振ｂｔ影形成、これが所要の無線周波電
力を同調インダクタ２１に与える。四ル・ツインダクタ
２１及びコンデンサ６５によって形成された共振タンク
回路は周知の電子回路の原理に従って発振周波数を制御
する。諸部品の数値は米国工業帯域幅である２　７　、
１２１ＶＩＨｚ　　で発振を行うように選択することが
望ましい。

結合コンデンサ１７は真空形可変コンテンサであること
が望ましい。コンデンサ１７は無線周波車力全動作コイ
ル１９に結合し且つインピーダンス整合装置を与えて動
作コイル及びプラズマ２７に供給される電力を最大にす
る。コンデンサ１７のりアクタンスは、コイル１９及び
プラズマ２７の総合リアクタンスを平衡させ且つ実質上
中和させてそれに供給される電力全最大にするように調
整される。

相当量の′電力が同調インダクタ２１及び動作コイル１
９によって消費される。なるべくならば、これらの素子
は管状の材料、例えば管状の鋼で構成して、適当な１Ｊ
ｔＬ体冷却畑、汐りえは水がそれ全通過できるようにす
る。

気体ｍ、６１はアルゴン又は窒素のような適当な気体を
トーチ７に供給する。無線周波発生器２によってコイル
１９に誘起された藁周波磁界は、気体を電離して約１０
０　ＵＯＫの温度に達することのできるプラズマを発生
するような磁界を発生する。なるへくならば、電力の周
波数及び気体流を調整して安定な環状のプラズマ２７を
発生させる。

環状プラズマ２７は、分析試料全励起のために効率よく
確実に導入することのできる安定な「トンネル」鎖酸を
都合よく形成する。

通常の励起装置は典型的には、第３図において６８で総
括的に概略表示したような動作コイルと一体の同調イン
ダクタを備えている。タンク回路ｔｒｉ、Ｌ＝コ’！ル
６７のインダクタンス、Ｃ−コンデンサ６５のキャパシ
タンスとした場合１　／　Ｌ　Ｃの式で近似的に定義さ
れる同調共振周波数を持っている。このような形態は部
品を節約することができる。しかしなから、プラズマが
開始すなわち「点火」されると、プラズマ２７は同調・
動作コイルに誘導的に結合されたインタフタンスＬ及び
抵抗１ｔの直列回路２８と等価である。インダクタンス
Ｌは動作コイル１９と同軸的に配置された１回巻きのコ
イルと実質上等価であり、従ってその実効インダクタン
スはプラズマ２７の大きさ及び寸法に応じて変化する。

プラズマが点火されると、タンク回路は、Ｌ′−コイル
ろ７及び等価プラズマ回路２８の組合せによって与えら
れる実効等価インダクタンス、として１／Ｌ’Ｃにほぼ
等しい新しいＰｌ調共振周波数を発生する。この現象に
ついての詳細な論述はグリーンフィールド外の論文にお
いて、特に２２６〜２６２ページに行われている。

類似の現象（は試料が励起のためにプラズマ中に導入さ
れたときに起こる。試料の存在によって動作コイルの実
効インダクタンスが変化するので、同調タンク回路の共
振周波数が変化して動作コイル及びプラズマに供給され
る電力の量が影響を受ける。

水晶制御発振器を使用したもののような固定周波数無線
周波発生器は、動作コイルへの十分な電力の供給１ｍ保
してプラズマ２７を開始し且つ維持するために捉拉な電
力調整器全必要とする。非安定発振器を用いた無、詠周
波発生器はその発掘周波数を偏移させて動作コイル１９
への十分な電力の供給を確保することができるか、しか
しその周波数偏移がしはしは許容可能な動作帯域幅を越
えることがあり、又高価でかさばる無線周波シールドの
使用が必要とされる。

第２図及び第６図に示したように、゛この発明はＳ脆イ
ンダクタ２１をインピーダンス整合コンデンスを実質上
平衡させ且つ中和するように調整される。それゆえ、プ
ラズマ負荷は広帯域幅の周波数にわたって無、腺周波発
生器２の出力に対して実質上抵抗性の負荷として現れる
。この形態は起動中及び試料のプラズマ２７への注入中
における同調装置１５によって経験される実効インダク
タンスの変化全最小にするものである。加えて、この形
態は同調装ｈ１５の同調周波数及び無線周波発生器２の
出力における偏移を最小にするものである。通常の励起
装置においては周波数偏移は動作コイル１９の巻数全豹
１又は２目に制限することによって減／Ｊ・させること
ができる。コイル１９０巻数が少ないほどインダクタン
スが小さくなり、従って変化するプラズマ負荷状態中に
おける実効インダクタンス変化も小さくなる。その結果
無線周波発生器の同調出力回路にはより小さい周波数偏
移が生じる。

しかしながら、この発明は無線周波発生器の同調出力に
及ぼす影響を最小限にしながら動作フィル１９の実効イ
ンダクタンスにおけるはるかに大きい変化を可能にする
。その結果、無線周波発生器出力周波数に悪影響を及ぼ
すことなく、より多い巻数の動作コイル全便用ｆること
ができる。巻数が多いと、より大きくてより広いプラズ
マが得られる。そして、より大きいプラズマは分析試料
をよりよく励起する一層大きい加熱帯域を与える。

従って一層強い放出スペクトル全分光側検出器に不」用
することかできる。例えば、この発明のこの実施例は６
回生巻きの動作コイルケ使用している。

第４図はこの発明の励起装面に使用てれた採択した非安
定（自走式）発振器回路を示す。高電圧ばＡ２Ｊｉにお
いて回路に久ジ、チョークＬ１とコンデンサＣろ及びＣ
５によってフィルタされて、四分の一波長チヨークＬ２
’ｌｒ通してＶｌ及びＶ２の陽極に加えられる。電子管
Ｖ１及びｖ２ｉｌ−ｊ：所要の電力出力ゲｂえ且つ実効
ｌ＠極インピーダンスを低減するために並列接続されて
いる。容易に明らかなことであるが、付加的な電子管を
用いて覗力出カケ上けるようにすることも又は複数の電
子管を単一の大きい電子管に減少させることも可能であ
ろう。回路網りろ及びＬ４は寄生振動抑圧器と呼ばれる
重制動インピーダンスであって、並列電子管形態におけ
る管間共振を防止するものである。

変圧器Ｔ’ｌは両電子管に対して線条電力を供給する。

コンデンサＣ６及びＣ１１−Ｊ二つの線条に発生する任
意の無線周波エネルギーを接地に側路する。両電子管の
陽極における電圧は結合コンデンザＣ７を経由して、三
つのコンデンサｃ１１゜ＣＩ２及びＣ１３並ひにインダ
クタＬ５からなる並列共振回路に結合される。この共振
回路は公称２７、１２．ＭＨｚで振動するように同調さ
せられている。この回路においては、電子管の格子に給
電するための１８０°ｆｉ７．相外れの電圧がＲ２１の
下方部分から取り出される。この電圧はグリッドリーク
コンデンサの糾合せＣ’ｌ、Ｃ２及びＣ９，Ｃ１０を経
由して発振管Ｖ１及びｖ２の格子に並列に加エラレる。

管ｖ１に対する負のグリッドバイアスはグリッドリーク
抵抗Ｒ１によって発生される。

管Ｖ２に対する負のグリッドバイアスはグリッドリーク
抵抗Ｒ３によって発生される。抵抗Ｒ２及びＲ４は電諒
装置において監視される個個の電子管の格子電流の測定
値を与えるものである。電力はインダクタＬ２１の中心
部分からプラズマ負荷コイルに結合される。同調コンデ
ンサＣ１７はプラズマ動作コイルＬ１９及びプラズマ自
体によって形成されるインダクタンスを補償する。ファ
ンＢ１によって空気冷却が行われ、又インダクタＬ２１
及びプラズマ動作コイルＬ１９は水冷される。このよう
に、図示の回路（弓二ハートレー発振器全形成し、コン
デンサ６５及びインダクタ２１のリアクタンスを適当に
選択することによって、この回路は２７．１２１ＶＩＨ
ｚの採択した公称周波数で発振するようになる。

真空管は堀・幅する能力かあるために発振器として機能
することかてきる。増幅管の入力に必要とされる電力Ｕ
増幅された出力よりもに、ろかに小さいので、増ｌ陽器
にそれ自体の入カケ供給させることができる。これが行
われると、発振か生じて、真空管は陽極回路に供給され
る直流電力を増幅器出力において交流エネルギーに変換
する電力交換器として機能する。一般に、出力から帰還
させられて真空管の格子に加えられる電圧は増幅器の陽
極回路の負荷インピーダンスに存在する′電圧と１８０
°位相外れになっていなければならず、又所要の入力電
圧を発生するのに必要な出力電力を発生するのに十分な
大きさを持っていなければならない。ハートレー回路に
おいてはこれは共振回路に発生した電圧の一部分を格子
に加えることによって行われろ。このグリソトリークバ
イアスは発振器を自起動させ且つ所望の電圧・電流関係
での安定な動作を確実にする。グリッドリークのｆ史用
により発振器は自起動ケ行うが、これは陽極電圧が最初
に供給されるときにはグリッドバイアスが零であって陽
極電流、従って増幅器、が犬きいがらである。発生する
過渡電圧により共振回路の周波数での振動の増大か開始
される。この振動により格子には電流が生じ、これがグ
リッドリーク抵態（で達して、陽極電流ぼ増幅器かちょ
うど１である点丑で減小する。振動の振幅が減小すると
、グリッドリーク抵抗によって発生されるバイアスも減
小し、従って格子の励振が、増大して振動の振幅が増大
するので、グリッドリークは安定性を与えるものである
。

第６図について述べると、プラズマを収容する無線周波
コイル（プラズマ動作コイル）は一種の変圧器の一次コ
イルとみなすことかできる。プラズマは、やはりインダ
クタンスケ］守っており、−同容きの二次巻称８５とし
て機能°ずろ。−次巻線と二次巻線との間の結合（結合
係数）はプラズマの直径と共に増大する。プラズマのエ
ネルギー含ｍ−における変動（譲温度変化ケ通してプラ
ズマの直径に影留ヲ与えるか、この状況は一定圧力で変
化する温度の下での気体のそれに似ている。

第６図は結合係数の変動により安定化が与えられる次第
を図解している。直列に配列されたＬｔ及びＲｔ　はプ
ラズマ動作コイル及びプラズマにより構成される実効イ
ンピーダンスケ表してい４］、。

可変コンデンサＣば、容量性インピーダンスＸ　（Ｃ）
−’ｙωＣ，誘導性インビーｉ゛ンスＸ　（Ｌｔ）　＝
ωＬｔ　である場合Ｘ（Ω＝Ｘ（Ｌｔ）のときにプラズ
マに最大電力が供給されるように調整される。このとき
には負荷は完全に抵抗性であるように見える。プラズマ
の成長中結合係数が増大し且つインダクタンスＬｔ　が
減小することば周知である。しかしながら、試料の注入
中プラズマは冷却されて収縮する。結合係数は減小して
り、　ｋ増大させる。

動作点全負荷回路共振点の左方に選ぶと、Ｌｔ　の増大
につれてＸ（Ｌｔ）が増大し、プラズマへの電力全増大
させて試料の吸込みによる温度低下を補償する。負荷回
路共振点の右方での動作は不安定なプラズマを生じるこ
とになる。このような条件下でＬｔが増大するとＸ（Ｌ
ｔ’）はやはり増大するが、プラズマへの電力は今度は
減小してプラズマを振動させるか又は消滅させることさ
えもある。

第２形式の補償は共振回路における振動の太きさを安定
化するものである。第８図を参照すれば、共振回路の負
荷抵抗、すなわちプラズマの変化は振動の振幅にほとん
ど影響を与えないが直流陽極電流を変化させることがわ
かる。共振回路の抵抗が増大すると、この増大した抵抗
のために陽極電圧源かも供給されるものよりも共振回路
において消費されるエネルギーの方が大きくなるので、
振動の振幅は減小しようとする。このために最小陽極電
圧ｅ　（ｍｉｎ）が大きくなり、陽極電流（ｉｐ）パル
スの振幅が増大して共振回路が付加的なエネル斤−を受
けろことになる。振動の振幅は、増大した陽極電流イン
ノ々ルスが振幅を安定化するために共振回路に十分なエ
ネ／Ｌキーを供給するような帝ｉしい平衡点をとる。ｅ
、のピークピーク振中１１における／」・比率の変化に
よｅ）　ｅ、（ｍｉｎ）にはるかに大きい比率の変化が
生じて、ポートストラップ効果７５；生じ、振幅を安定
化する。咋のプロットは格子電圧を表している、 第６形式の安定化は、第６図の厩が変化すると共振回路
のインダクタンスが変化するという事実によって与えら
れる。しかしながら、共振回路における電流は基本周波
数をわずかに偏移させることによって最大値のま捷にす
ることができる。

これば基本的システムが所要の動作条件範囲において「
同調」状態にとどまることを確保する。

結果として得られた非安定発振器は、プラズマ２７の点
火により引き起こされた又はプラズマ中への分析試料の
導入により引き起こされた同調インダクタに供給される
電力の変化を最小にする、従って、無線周波増幅器２９
は非電離アルコ゛ン気体かトーチ７に存在しているとき
でさえも発振して実質上全電力を動作コイル１９に供給
することができる。全電力は、点火過程中電力周波数及
び位相関係の複雑な調整なしでプラズマを点火して維持
するのに利用することができる。プラズマ点火中又はプ
ラズマへの試料の導入中、プラズマに供給される無線周
波電力を維持するためにｌＪ・さい周波数偏移が自動的
に発生する。この形態は非常に小さい周波数偏移だけを
有利に発生するものであり、無線周波出力は許容される
帯域幅内に容易にとどまる。最大周波数偏移は一般に約
″１００ｋＨｚ未満に制限される。

端子Ａ２Ｊ１に接続された安定化電源装置は電子管Ｖ１
及びｖ２の陽極電圧を調整し、これによシ、プラズマ負
荷が変化し且つ一次電源が変化する状態下で無線周波発
生器２からの交流電圧出力をほぼ一定に維持する。第５
図はこの発明に使用された電源装置の概略図を示す。無
線周波励起装置又はヘッドユニットの無線周波出力の制
御は電源装置の高電圧出力を変えることによって行われ
る。これは可飽和リアクトルＬ１の制御巻線における直
流電流を変えることによって行われる。この電流を増大
させると可飽和リアクトルの鉄心が飽和して、より大き
い比率の入力電力が変圧器Ｔ２の一次巻線に加えられる
ようになって、高電圧出力が増大する。

外部電力は線路フィルタＦＬ１　　経由で入り、前面パ
ネル形遮断器ＣＢＩによって保護され且つ開閉される。

制御目的のために、この電力はヒユーる。制御変圧器Ｔ
１は継電器及びプラズマヘッド制御器及びファン回路に
対する電力並びに調整器盤用の電力を与える。主電力は
継電器に１によって開閉されるが、この継電器は前面パ
ネルの押しボタンスイッチＳ１及びＳ２によって制御さ
れる。

前面パネルのパイロットランプは割付電力の存在及び継
電器に１の位置を表示する。継電器に１からの電力は可
飽和リアクトルＬ１によって制御されて、前面パネルの
タブセレクト動作開始スイソチＳ３’に経由し２て高電
圧変圧器Ｔ２の一次巻線に加えられる。変圧器Ｔ２の出
力は整流器ＣＲ１及びＣＲ２並びにコンデンサ群Ｃ’９
０〜Ｃ９９からなる倍電圧回路によって整流される。出
力電圧はケーブルＷ１によって無線周波励起発生器ヘッ
ド２に送られる。無線周波ヘッドユニットからの帰路電
流は抵抗１３及び過負荷継電器に２により測定される。

過負荷電流によりに２の接点が開いて継電器に１が外れ
、高電圧をオフにする。

調整器印刷配線（ＰＣ）板は直流電流を発生して可飽和
リアクトル全制御する。第５図の印刷配線板部分７７を
見ると、二つの外部入力が調整器板による使用のための
入力信号を与えている。第１に、前面パネルに配置され
た分圧計Ｒ６ｔｄ電源装置の高電圧レベル全設定する入
力を与える。第２に、抵抗Ｒ１４〜Ｒ２３と抵抗Ｒ２４
とからなる分圧器によっである比率の出力電圧が発生さ
れる。

分圧計Ｒ６Ｕ抵抗Ｒ５及びトランジスタＱ２を通して動
作して三端子調整器Ｑ１の設定点を制御する。Ｑｌに対
する入力′電力ばＴ１の低電圧巻線、全波整流器ＣＲ１
及びコンデンサＣ１から発生される。Ｑｌの出力は高電
圧レベルを直接制御するために可飽和リアクトルＬ１の
制御巻線に接続されている。高′Ｎ：圧レベルの調整は
分圧器信号を抵抗Ｒ２及びＲ６によシ演算増幅器Ｑ６に
帰還させることによって行われる。Ｒ２及びＲ３の接合
部がＱ６の負入力端子に接続されているので、Ｑ３の出
力は高電圧レベルの変化とに逆に変化する。

Ｑ６の出力ｆｌＱ２’に経てＱｌの制御入力に加えられ
て逆帰還ループが閉じている。コネクタＪ２ば１１０Ｖ
電力をプラズマトーチ包囲装置に供給し且つこれとの運
動全行うために設けられている。

コネクタＪ２の端子は、低冷却水圧力及び低アルゴン気
体圧力のようなある種の誤状態下で無線周波電力を遮断
するようにプラズマトーチ包囲装置と連結されている。

これまでむしろ十分詳細にこの発明を説明してきたので
、理解されることであろうが、これらの詳細事項に厳密
に執着する必要はなく、技術に通じた者には種種の変更
及び変形が念頭に浮かぶであろうが、それらはすべて特
許請求の範囲によって定義されたこの発明の範囲内に入
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導結合プラズマを原子放出分光分析に使用す
る場合の概略図である。 第２図はこの発明の励起装置の概略図である。 第６図は誘導結合プラズマに対する等価回路の概略図で
ある。 第４図はハートレー形無線周波発振器を構成するように
同調装置に接続された電子管増幅器を用いた励起装置の
回路図である。 第５図はこの発明に使用される電源装置の回路図である
。 第６図はこの発明のプラズマ負荷回路に結合された誘導
結合プラズマの概略図及びインピーダンス比対電力出力
、の図表である。 第７図は環状誘導結合プラズマの縦断面の概略図である
。 第８図は時間の関数としての陽極電圧、陽極電流及び格
子電圧の図表である。 これらの図面において、１は励起器、２は無線周波発生
器、６は電琥装置、７はプラズマトーチ８は分析装置、
９は分光計、１１は計算器、１６は読取９装置、１９は
動作コイル、６１は気体源、５は試料供給装置、２５は
分析試料、２７はプラズマ、６６は原子放出スペクトル
、２９は無線周波増幅器、１５は同調装置、１７は結合
コンデンサ、Ｖｌ、Ｖ２は電子管、Ｒ２１はインダクタ
、Ｃ１７は同調コンデンサ、Ｌ１９１ｄプラズマ動作コ
イルを示す。 特許出願人　　アライド・コーポレーション（外４名） ＦＩＧ、　　６ ＦＩＧ、７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］１（ａ）　　選択した無線周波数の′電力を発生す
   るための無線周波発生器装置であって、前記の発生器無
   線周波数を決定するための少なくとも一つの出力同調イ
   ンダクタからなる電力出力同調装置を備えた前記の発生
   器装置、 （ｂ）　　前記の発生器装置に結合され且つ動作コイル
   及び直列接続のインピーダンス整合用コンデンサからな
   っていて、前記の動作コイルが誘導結合プラズマを発生
   するように構成され且つ前記のコンデンサが前記の動作
   コイル及びプラズマの総合誘導性リアクタンスを実質上
   平衡させるように構成されている分離したプラズマ負荷
   回路、並びに（Ｃ）　　前記のプラズマ負荷回路への電
   力入力を制御して前記のプラズマ全安定させるようにす
   るための副側１装置 全備えている、誘導結合プラズマを発生し−Ｃ分析試ｆ
   ４ヲ加熱するようにするための無線周波励起装置。 （２）　　前記の制御装置が前記の動作コイル及び前記
   のインピーダンス腎合用コンデンサからなる直列回路を
   備えており、前記のコンデンサが前記の試料の加熱時に
   おける前記の動作コイル及びプラズマの総合誘導性イン
   ピーダンスに等しいか又はこれよりも大きい容量性イン
   ピーダンス全維持するように調整されている、特許請求
   の範囲第１項に記載の励起装置。 （３）　　前記の制御装置力１パ前記のプラズマにおけ
   る可変抵抗性インピーダンスを史に有していて、この抵
   抗性インピーダンスが前記の動作コイル及び前記のイン
   ピーダンス整合用コンデンサからなる直列回路を通して
   前記の発生器装置の出力同調インダクタに＝４的に結合
   されていて前記の試料の加熱により前記の抵抗性インピ
   ーダンスが増大するにつれて前記の出力同調インダクタ
   に供給される無線周波電力が増大するようになっている
   、特許請求の範囲第２項に記載の励起装置。 （４）　　ＭＩＪ記の発生器装置が、ハートレー形無線
   周波発振器をＩ’ｆｆ７成づ−るようにｉす記のｌｏｌ
   調装置と接続された電子管増幅器を備えている、特許請
   求の範囲第１項に記載の励起装置。 （５）　　前記のインピーダンス整合用コンデンサか真
   望形可変コンテンサである、特許請求の範囲第１項に記
   載の励起装置。 （６）前記の無線周波発生器への電力入力を調整するた
   めの電源装置ケ更に備えており、これにより発生器出力
   電圧がほぼ一定に維持されるようになっている、特許請
   求の範囲第１項に記Ａｉｋの励起装置。 ｆ７１　（ａ）　　選択した無線周波数の篭力孕発生す
   るための無線周波発生器装置であって、前記の発生器無
   線周波数を決定するための少なくとも一つの出力同調イ
   ンダクタからなる電力出力同調装置を備えた前記の発生
   器装置、 （ｂ）　　前記の発生器装置に結合され且つ動作コイル
   及び直列接続のインピーダンス蟹合用コンデンサからな
   っていて、前記の動作コイルが誘導結合プラズマを発生
   するように構成され且つ前記のコンデンサが前記の動作
   コイル及びプラズマの総合誘導性リアクタンス全実質上
   平衡させるように構成されている分離したプラズマ負荷
   回路、（Ｃ）　　前記のプラズマ負荷回路への電力入力
   を制御して前記のプラズマを安定させるようにするため
   の制御装置、 （ｄ）　　分析するように指定された物質の試料を前記
   のプラズマ中に導入してこの試料の成分元素に特有の原
   子放出スペクトルを発生させるようにするための試料供
   給装置、並びに （ｅ）　　前記の成分元素及びこれの量を検出するため
   の分光分析装置 全備えている原子放出分光分析用装置。 （８）（ａ）　　電力出力同調装置全備えた無線周波発
   生器装置で選択した無線周波数の電力を発生する段階、 （ｂ）　　誘導結合プラズマを発生するように構成さ力
   を導く段階、及び （ｃ）　　前記のプラズマ負荷回路と前記の発生器装置
   との間に動作可能に結合された制御装置で前記の分離し
   た動作コイルへの電力入力を制御して前記のプラズマト
   ーチさせるようにする段階全備えている、誘導結合プラ
   ズマ全発生するための励起方法。 （９）（ａ）　　電力出力同調装置を備えた無線周波発
   生器装置で選択した無線周波数の電力を発生する段階、 （ｂ）　　誘導結合プラズマを発生するように構成され
   ／乙分離した動作コイルを備えたプラズマ負荷回路に前
   記の同調装置からの前記の無線周波電力を導く段階、 （ｃ）　　前記の同調装置と前記のプラズマ負荷回路と
   の間に動作可能に結合された制御装置で前記のプラズマ
   中へ導かれる電力を安定化する段階、（ｄ）　　物質の
   分析試料を前記のプラズマ中に導入してこの試料の成分
   元素に特有の原子放出スペクトルを発生させるようにす
   る段階、並びに（ｅ）　　前記のスペクトル全分析して
   前記の成分元素及びこれの量を検出する段階 全備えている原子放出分光分析のための方法。