JPS60189198A - 高周波放電発生装置 - Google Patents

高周波放電発生装置

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JPS60189198A
JPS60189198A JP59044702A JP4470284A JPS60189198A JP S60189198 A JPS60189198 A JP S60189198A JP 59044702 A JP59044702 A JP 59044702A JP 4470284 A JP4470284 A JP 4470284A JP S60189198 A JPS60189198 A JP S60189198A
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JP
Japan
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waveguide
frequency
plasma
frequency discharge
tube
Prior art date
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JP59044702A
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English (en)
Inventor
大石 公之助
英明 小泉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高周波放電発生装置に係り、特にス450±
50MH2の周波数のマイクロ波を放射するマグネトロ
ンとこの周波数帯において使用される矩形導波管より構
成されるプラズブ放′8L’J生装置に関する。
〔発明の背景〕
第1図には従来のグラズマ放電発生装置が示されている
図において・1は周波数2,450±50MH2、最大
量カフQQwatts のマグネトロンである02はマ
クネトロン1に直流電力を供給するケーブルである。3
(1マグネトロツを冷却する空冷ファンである。5はマ
イクロ波を放射するマグネトロン1の放射端であり・矩
形導波管9の内部に挿入せられている。マクネトロン1
は矩形導波管9にカスケラト6を介して、マイクロ波の
漏洩が発生しないようにきつく締めつけられて取付けら
れている。捷た、7は矩形導波管9の中に挿入された棒
である。この棒7の材質は矩形導波管9と同じ高周波電
流抵抗の小さい銅である。この銅棒7はいわば放射端5
から発せられたマイクロ波を効率よく受信するアンテナ
の役割をしている・また・8は矩形導波管9の外側に取
付けられた銅の管であり、中心は銅棒7と一致するよう
に設けられている。この銅棒7と銅管8は両者−組とな
って・同・油導波管が形成されている。
すなわち、矩形導波管9の中に挿入された同軸導波管と
同じ効果を持ち、銅棒7の先端と銅管8の内壁の間に高
密度の高周波電界が作られている。
すなわち・マグネトロン1の放射端5から放射されたマ
イクロ波は・共鳴器(fLeso nator lとし
て働く矩形導波管9の中に設置された同軸導波管である
銅管8に伝えられ・同軸導波管の銅管8の同軸部である
銅棒7の先端と、同軸導波管の外導体である銅管8の内
壁との間の空間に極めて高い密度の高周波電界が形成さ
れる。従って、銅棒7と銅管8の間に・例えばアルゴン
ガスが流れていると・上述の高密度の高周波電界により
容易に電離され、アルゴンの陽イオンと゛電子から成る
、いわゆる高温のアルゴンプラズマ12が形成され “
る。このアルゴンプラズマ12はアルゴンカス入口11
から、アルゴンガスが導入されることにより・銅棒7の
先端に接して゛たいまつ”の如く上方に伸びる炎となる
したがって、このアルゴンプラズマ12はプラズマトー
チ(plasma Torch )と称されている。1
0は、アルゴンガスの流れをつくる管で・この周波数帯
のマイクロ波の誘電損失の少ない物質1例えばテフロン
などで作られている。
第1図図示従来の高周波放電発生装置は分光分析用光源
として利用されている。すなわち、水溶液の中の微曖元
素を分析する場合・アルゴンカス入口いて斜吹き(Ne
bul 1zer l を動作させ、水溶液の一部を霧
(Aerosol ) となしアルゴンガスと共にプラ
ズマトーチを形成するアルゴンプラズマ12中に導入キ
セる。この除霧の溶媒は蒸発し・溶質が原子に解離し、
電子温度7.0000にのアルゴンプラズマにより原子
が励起され・原子スペクトルが放射される。この状態に
おいて分光器によりスペクトルの強度を測定し、溶質元
素を定量する。
このような従来の高周波発生装置における周波数245
0±50MH2,出力450wattsのマイクロ波に
より作られたアルゴンプラズマトーチの温度分布の測定
結果は第2図に示す如、〈である0 第2図において・横軸は第1図のプラズマトーチの横方
向の距離を示しており・縦軸はプラズマの温度で単位は
0K (Kelvtn)y示している。
図において温度は銅棒7の中心軸において最も高く、横
方向の距離(xmm)とともに減衰し・中心から2簡の
距離で最大値の1/2に減衰している。このプラズマト
ーチについて、原子の発光スペクトルの共存効果は@3
図に示す如くである。
すねわち、縦軸にはカドミウムの発光スペクトル・Cd
I 228.802nm の光強度が相対値で示されており・横軸には・測定を行
った7個の水溶液試料(カドミウムの濃度は0.2pI
)m一定:ナトリウム濃度を変えて、ある)のす) I
Jウム濃度が示されている。図において。
スペクトルCdI228.802nm17)強[H1共
存するす) IJウム元素の濃度と共に急激に減少し、
ナトリウム濃度i、oooppmの時、ナトリウム濃度
lppmの時の値の1/10に減少している〇 一般に試料中に分析目的元素以外の元素が含まれる場合
、分析目的元素の測定値がこれらの他の元素の量により
変化する現象を共存効果と称している。この共存効果は
分光分析装置の性能を決定する最も重要な要素となって
いる。この共存効果の評価の目的として・人間の生活環
境の中で最も多量に存在する元素で、かつ、プラズマ中
でのイオン化率の最も高いところからナトリウム(Na
)が用いられている。第3図の如く・ナトリウム濃度変
化によってカドミウム検出値が下がってしまうのは・共
存効果が大きいことを示している。このように、第1図
に示される従来の高周波放電発生装置は、分光分析用光
源として利用する場合。
共存効果が大きいという欠点を有していた・〔発明の目
的〕 本発明の目的は・共存効果の小さい高周波放電発生波1
u全提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、2450±50MH2の周波数帯域の高周波
を発振するマクネトロンと、該マクネトロンを搭載する
矩形導波管とを備え高周波プラズマを発生する高周波放
電発生装置において、上記マクネトロンの高周波を放射
する発振軸から一定距離はなれ該発振軸と同じ方向に上
記導波管の内部に所定の長さだけ突出し、両端が導波管
の内部で一足の距離を保持する管を設は筒形状の温度分
布を持つ高周波プラズマを上記矩形導波管の内部に発生
させることにより・共存効果を小さくしようというもの
である。
〔発明の実施例〕
以下・本発明の実施例について説明する。
第4図には、本発明の一実施例が示されており・第5図
は・第4図の右側面より見た図が第6図、第7図には一
部断面図がそれぞれ示されている。
図において、101は周波数2450±5p囲2゜最大
出力800Wのマグネトロンである。102はこのマク
ネトロンに直流高圧(例えばD−C・4200VO1t
、3001nA)電力を供給するケーブルである。10
3U1マグネトロンを冷却する空冷ファンである。また
−105Hマイクロ波の放射端である。さらに、106
Uマグネトロン101を導波管109に接続し・マイク
ロ波の漏洩を防止するカスケラトである。以上の部分は
、第1図に示される従来例と変るところはない。この導
波管1tfIのYY’軸を中心とする上下平面部は・第
6図に示す如く円筒形をなし導波管tt4の内部に突出
して設けられている。導波管loフの上内壁より突出し
た円管の長さと、導波管lρ/の下内壁より突出した円
管の長さはII′!、は等しく、それぞれの突出部の長
さは第4図、第5図の導波管の高さH(w)の約173
の値である・これらの円筒は導波管1a7の一部であり
表面を高周波電流が流れるため抵抗損失の少ない材質の
銅などが用いられる。110は、同じ<YY’を中心軸
とした円筒管であり。
霧115を含んだアルゴンガスのを導入するための導入
口119、およびアルゴンガス入口116から導入され
たアルゴンカスが導波管109の内部に拡散することを
防止するものである。この円筒管110の材質は−24
5Of50MH2のマイクロ波に対して誘電損失の少な
い1例えば不純物の少ない透明石英などが用いられる。
また、霧116を含んだアルゴンガスを導入するための
導入口119およびアルゴンカス人口116を構成する
二重管114も高周波に対する誘電損失の少ない石英材
料により作られていΣ。また・117は導波管を冷却す
る水冷フランジであるOこの冷却フランジ117は導波
管109の上下に用意され水導入口118,120より
冷却水が供給されるO このように構成されるものであるから、いま、第4図の
マグネトロン101からマイクロ波が供給されると、第
6図の2つの円筒管107と円筒管108との各先端の
間に強い高周波′1界が生成される。このとき、導入口
119.アルゴンカス入口116からアルゴンガスが供
給されると・このアルゴンガスが電離され円筒管107
と円筒管108の各先端間に接触した円筒状のアルゴン
プラズマ112が形成される。このとき、アルゴンカス
人口116より供給されるアルゴンは約6t/ m i
 n・である。また、導入口119より供給される霧1
15t−含んだアルゴンは約1t/min。
である。また・円筒管107と、円筒管108の外径は
8闘である。なお、マクネトロン101から供給される
マイクロ波電力が500watts以上の場合・円筒状
のプラズマが形成されるOすなわち、マグネトロン10
1から供給されるマイクロ波電力が低く、150wat
ts程度の時。
プラズマは円筒管107と円筒管108の各先端の一部
分から放電していて、1本の柱となっているO マグネトロン101から供給されるマイクロ波1150
wattsから次第に増加すると、円筒管107と円筒
管108の各先端のプラズマが接触゛している部分(熱
電子放射部分)の面積が次第に広がる0マイクロ波出力
が約5QQWattSになると、円筒管107と円筒管
108の先端の全面にプラズマが接触し・この全面から
熱電子放射が行なわれる。そしてプラズマ112は完全
な円筒形状になる〇 このように・第6図の円筒管107と円筒管108の先
端の一部分から放射する熱電子流は。
マイクロ波出力の増加と共に、最初電流密度が増加する
が・電流密度がほう和(5aturation)に達す
ると、次に熱電子放射面の面積が増加する。
いま・円筒管107と円筒管1”08の厚さを薄く(1
m!I)しておくと、マイクロ波出力500watts
で円筒管107と円筒管108の先端の全面から熱電子
放射が行なわれ、プラズマ112が円筒管107と円筒
管108の先端全面に接触して形成されている如く観測
される。かくして・円筒管のアルゴンプラズマ112が
形成される。
このアルゴンプラズマ112のプラズマ維持のためにア
ルゴンガス入口116から、約617m1n。
のアルゴンガスが供給される。一方、分光分析用試料は
霧吹き(Nebulizer )などを用いて、アルゴ
ンガスと共に霧115となって、二重管114の内管を
通って円筒状のアルゴンプラズマ112の中心部分に送
られる。霧115に含まれる溶媒はアルゴンプラズマ1
12によって瞬時に蒸発させられ・溶質はその元素が原
子と解離して励起発光を生じる。この励起発光によって
生じた放射光は・導波管109の側面に開けられた縦長
のスリン)122,123から外部に取り出されるO また、導波管109の内部壁を流れる高周波電流の向き
は、スリン)122,123の高さ方向(第61図図示
YY’軸方向)でありスリン)123゜124を導波管
109に設けることによる高周波電力損失は少なくおよ
そ5チ以下である。また、2450±50MHzのマイ
クロ波の波長は・およそ12crnであり、スリット1
22,123(高さ20 ++ua 、幅4+u+)か
ら直接外部に漏洩する仁とばない。
次に、第1図の従来例においては、プラズマ12が導波
管9の外部に作られるために、プラズマ12の発生する
熱による導波管9の温度上昇は少ないが、本実施例にお
いては、導波管109の内部にプラズマ112が形成さ
れるために、導波管109の温度が上昇する。これを防
ぐために水冷フランジ117を、導波管109の上面と
下面に接触して用意する必要がある・水導入口118゜
120より冷却水(3±0,5z/min、)が供給さ
れる。プラズマ112を形成するアルゴンガス流を安定
化し・プラズマ112′t−安定化する煙突113を備
え6° 、: 第8図には・本実施例を用いて測定したブラダ □マの
温度分布特性が示されている。この第8図は )アーベ
ル変換を行なったものでにない。従って。
アーベル変換を行なった温度分布曲線は中心軸 □(x
=Om)において温度の谷が出来ることが期待される。
第9図には、一定濃度0.2ppmのカドミウム □の
水溶液試料を霧吹きを用いて第6図の円筒プラズマ11
2に導入した場合の、カドミウムの発光 ・スペクトル CdI 228−802nnl に対するN a 1)イオンの共存効果が示されている
0 ′すなわち、本実施例によるとNa”イオンの濃度
と □共にスペクトル強度はゆるやかに増加していき・
Na1濃度100ppInに対して最大値となり・ □
Na1Na1イオン濃加と共にスペクトル強度はゆるや
かに減少する。N B 4− 濃度範囲θ〜11000
ppにおいて、Cd I228.802nm のスペク
トル強度の変化は+20チである口これに対し・従来の
高周波放電発生装置は、第3図に示され、る如<、Na
”濃度10ppffl におrて72ocs。
変化が生じてしまう。
このように、本実施例によれば、CdI228・。
80211m のスペクトル線の強度変化が±20俤以
内となるNa+濃度範囲を従来例に比べて100倍拡大
した効果がある。
すなわち・本実施例によれば、水溶液の分析試料中に共
存するイオン濃度の総和が11000pi)以内の場合
・はぼ誤差20チ以内で発光分析法を用いてカドミウム
の定量分析ができる。
〔鞄明の効果〕
以上説明したように・本発明によれば共存効果を小さく
することができる◎
【図面の簡単な説明】
第11角は従来の高周波放電発生装置の構成図。 m2図は第1図図示従来装置によるプラズマ温度特性図
、第3図は第1図図示従来装置によるNa共存効果を示
すカドミウムの発光スペクトル図、第4図、第5図、第
6図、第7図は本発明の実施例を示す図、第8図は本実
施例のプラズマ温度特性1図、第9図に本実施例による
共存効果を示すカドミウム発光スペクトル図である。 101・・・マグネトロン、107,108・・・円筒
管、109・・・導波管、112・・・アルゴンプラズ
マ、113・・・煙突、114・・・二重管、115・
・・霧、116・・・アルゴンガス入0.122,12
3・・・スリット◎ 代理人 弁理士 鵜沼辰之 光80 Temperature(7K) D+5tanCe(tnvn3 不q口 Lllit Intensttγ Na’ C0nCenT、?clT、1on(t’Pm
)。9え、ウ “ 1.事件の表示 昭和59年 特許願 第 44702 号2、発明の名
称 高周波放電発生装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 (510)株式会社日立製作所 4、代理人 補正の対象 図面(第2.3,8.9図)。 補正の内容 別紙のとおυ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.2450士50MH2の周波数帯域の高周波・を発
    掘するマグネトロンと、該マグネトロンヲ搭載する矩形
    導波管とを備え、高周波プラズマを発生する高周波放電
    発生装置において上記マグネトロンの高周波全放射する
    発掘軸から一定距離はなれ該発振軸と同じ方向に上記導
    波管の内部に所定の長さだけ突出し、両端が導波管の内
    部で一定の距離全保持する管を設け・筒形状の温度分布
    を持つ高周波プラズマ全上記矩形導波管の内部に発生さ
    せることを特徴とした高周波放電発生装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の発明において。 上記管は、矩形導波管の中央部分が上下対称的に円筒状
    に形成されていることを特徴とする高周波放電発生装置
    。 3、特許請求の範囲第1項又Fi−第2項記載の発明に
    おいて、突出円筒管の内部に径の小さい第2の円筒管を
    設け、分光分析用水溶液試料を霧状態にして・不活、性
    カスとともに上記礎出円筒管の中心部に送り込むように
    したことを特徴とする高周波放電発生装置。 4、特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項
    記載の発明において・突出円筒管の両端面間に発生した
    不活性ガスの高周波放電プラズマから放射する光線を導
    波管の外部に取り出すためのスリットを導波管の側面に
    設けたこと全特徴とする高周波放電発生装置0
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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