JP2010197080A - 誘導結合プラズマ分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマトーチと高周波誘導コイルとの相対位置を所定位置に固定して、プラズマを安定化して発生すること。
【解決手段】 誘導結合プラズマ分析装置であって、プラズマ用ガスと霧滴化した試料が導入されるプラズマトーチ４と、プラズマトーチ４に高周波電圧を印加する誘導コイル６とを備え、この誘導コイル６は、プラズマトーチ４を通す空洞を備えた誘導コイル押さえ１１で固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）などの誘導結合プラズマ分析装置（以下、ＩＣＰ装置と称する）に関し、特にＩＣＰ装置のプラズマ生成部に関するものである。

図２に、従来のＩＣＰ装置のプラズマ生成部の概略構成図の一例を示す。プラズマ生成部１は、誘導結合プラズマを生じさせるプラズマトーチ４、そのプラズマトーチ４の最外管を着脱自在に固定するためのプラズマトーチ押さえ部材５、プラズマトーチ４に高周波電圧を印加する誘導コイル６、プラズマトーチ４の取り付け位置を位置決めするための位置決め凸部１９とからなっている。

そして、位置決め凸部１９は、プラズマトーチ４の所定位置に外嵌されてプラズマトーチ４と一体化された管状部材であって、プラズマトーチ４が所定位置に位置決めする時に、位置決め凸部１９が、プラズマトーチ押さえ５に当接されて固定されている。

そして、誘導コイル６に高周波電圧を印加することより形成される高周波電磁界が、プラズマトーチ４内に流されるアルゴンガスからなるプラズマ用ガスを励起してプラズマＡを形成する。

そして、別の導入口からアルゴンガスからなるキャリアガスと共にプラズマトーチ４内に噴出された試料は、このプラズマＡにより励起して原子化され発光する。（例えば、特許文献１を参照）
このプラズマの発光スペクトルを分光器により分光したり、質量分析器により質量分離したりすることで、試料中の元素の定性定量測定がなされていた。

特開平１１−４０１００号公報

しかしながら、上述した従来のＩＣＰ装置では、以下の課題が生じていた。

即ち、従来技術ではプラズマトーチ押さえに対するプラズマトーチの相対位置を容易に位置決めすることができるので、簡便且つ精度良くプラズマトーチを所定位置に取り付けることができるが、誘導コイルとプラズマトーチの相対位置が安定して位置決めができないので、プラズマが点火し難いかまたは点火しない、またはプラズマ点火しても不安定になるという問題点があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡便にプラズマトーチと誘導コイルとの相対位置を所定位置に取り付けることができるようにすることで、常にプラズマ点火やプラズマ状態安定化が可能なＩＣＰ装置を提供することをも目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明に係るＩＣＰ装置は、プラズマ用ガスと霧滴化した試料が導入される管状のプラズマトーチと、プラズマトーチに高周波電圧を印加する誘導コイルと、誘導コイルの高周波電圧で発生させるプラズマにより試料を励起して発光させ、その発光の検出する検出器と、検出した発光のスペクトルを分析する分析処理部を備え、この誘導コイルは前記プラズマトーチを通す中空筒状の空洞を備えた誘導コイル押さえで固定するようにした。

または、誘導コイル押さえの空洞の形状は、プラズマトーチの外周形状とほぼ同じにすることにより、プラズマトーチの管状の断面（短軸）方向に対して、プラズマトーチ外周と誘導コイルとの相対的な位置関係が固定できるようになる。

または、プラズマが放出される側のプラズマトーチ先端部と誘導コイル押さえの空洞の一方の面とが、ほぼ同一面上となる配置になるようにプラズマトーチを固定することにより、プラズマトーチの長軸方向に対して、プラズマトーチと誘導コイルの相対的な位置関係が固定できるようになる。

さらに、誘導コイル押さえは、押出ポリスチレンなどの比誘電率が空気と同程度の材料を用いるようにした。

本発明に係るＩＣＰ装置によれば、プラズマトーチと高周波誘導コイルとの相対位置を簡便に所定位置に取り付けることができるので、プラズマの点火が安定化することができるという効果が得られる。

本発明に係るＩＣＰ装置の第１実施形態を示す構成図である。 従来に係るＩＣＰ装置のプラズマトーチ周辺部分の一例を示す構成図である。

以下、本発明に係るＩＣＰ（誘導結合プラズマ分析装置）装置の第１実施形態を、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態のＩＣＰ装置の概略構成図の一例を示す。

本実施形態のＩＣＰ装置は、大別すると試料導入部２、プラズマ生成部１、検出部３から構成されている。試料導入部２では、ネブライザ９でキャリアガスとなるアルゴンガスを流すことにより試料容器７内の液体試料が吸引される。そして、ネブライザ９に吸引された試料はスプレーチャンバー１０に放出されて霧滴化される。そして、プラズマ生成部１では、プラズマトーチ４にアルゴンなどのプラズマ用ガスと霧滴化した試料とキャリアガスを流し、プラズマトーチ４の周りに設けた誘導コイル６に高周波電圧をかけることにことで、プラズマを発生させて試料を励起して電離化する。そして、検出部３では、プラズマ生成部１のプラズマトーチ４の試料導入部２側と反対側に生成された電離化した試料を含むプラズマ発光を、分光器や質量分析器など検出器で検出し、その検出された波長や質量から分析制御部１５で試料の元素などの定性定量分析をするものである。

プラズマトーチ４は、石英からなる同心円筒状の三重管構造になっており、その中心にアルゴン（Ａｒ）ガスなどのキャリアガスと共に導入される試料のための試料ガス管（インナーチューブ）１２が位置し、その周囲にプラズマの上下位置を制御するための補助ガス管（ミドルチューブ）１３が、さらにその周りにプラズマ用のガスを流すためのプラズマ用ガス管（アウターチューブ）１４が取り囲むという構成からなっている。このプラズマトーチ４は、プラズマトーチ押さえ５に当接されて固定されている。

さらに、プラズマ用ガス管１４の外側に、誘導コイル押さえ１１によって固定されて誘導コイル６が３ターン巻き付けられている。

誘導コイル押さえ１１は、比誘電率が空気に近い材料を用いるのが望ましく、例えば押出ポリスチレンの一つである、比誘電率が空気に近くかつ耐熱性も高いスチロフォーム（登録商標）からなり、所定の位置に誘導コイル６を取り囲みプラズマ用ガス管１４の外形とほぼ同一形状の中空筒状の形状を有して一体型成型したものを用いている。

さらに、プラズマトーチ４の出口側の誘導コイル押さえ１１の面と、プラズマ用ガス管１４の出口側の面を同一平面となる位置で固定することで、誘導コイル６とプラズマトーチ４の相対的な位置が所定の位置に固定できるようになる。

そして、誘導コイル６により形成される高周波電磁界が、プラズマ用ガス管１４に流されるアルゴンガスを電離して、プラズマを形成する。

ネブライザ９にキャリアガスが流されると、液体試料を入れた試料容器７からチューブ８を介して、霧吹きの原理によって試料が吸い上げられ、霧滴化してスプレーチャンバー１０に吹き込まれる。そして、この霧滴化した試料がキャリアガスと共に試料ガス管１２を通って試料ガス管１２の先端部からプラズマ用ガス管１４内に噴出される。

そして、試料ガス管１２の先端部から噴出した試料は、このプラズマにより励起して発光する。

この励起した試料を含むプラズマ発光を、検出器１６であるシーケンシャル型分光器により分光され、試料中の元素の定性・定量測定がなされる。

シーケンシャル型分光器は、モノクロメータと呼ばれるタイプであり、光電子増倍管（ＰＭＴ ；Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ） を用い、回折格子をステッピングモータで回転させ、元素の波長位置を次々に移動しながら測定をする。

そして、分析制御部１５では、分光器１６からのデータからマススペクトルを作成して、試料中の元素の定性・定量分析をして、その結果をディスプレイ（図示せず）にマススペクトルや数値で表示するようにしている。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、本実施形態では、検出器としてシーケンシャル型分光器を用いたが、マルチ型分光器や質量分析計を用いても構わない。マルチチャンネル型分光器は、ポリクロメータとよばれる分光系と電荷結合素子（ＣＣＤ；Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの二次元検出素子を用いて、多波長を同時測定します。また、質量分析計は、電離化した試料を質量電荷比ごとに分離することにより測定する。

また、実施形態では、ファッセル形の三重管トーチを用いているが、これに限定されるものではなく四重管トーチでも構わない。

尚、本実施形態では、プラズマトーチ４の外周を配置された誘導コイル６の全体を取り囲むように誘導コイル押さえ１１で固定しているが、それには限定はされない。例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂の材料を用いて、誘導コイル６のターン部の一部を固定し、かつプラズマトーチ４の外形の一部を支持する形状にしてもよい。

また、誘導コイル押さえ１１とプラズマトーチ４の間に、放電防止用のシールドとなる石英などからなるボンネットを設けてもよい。この場合に、プラズマトーチ４の出口側の誘導コイル押さえ１１の面をボンネットの位置に合わせても良い。

尚、誘導コイル押さえ１１と誘導コイル６の間の放電を防ぐために、その間に石英などの絶縁層を設けても良い。

１ プラズマ生成部
２ 試料導入部
３ 検出部
４ プラズマトーチ
５ プラズマトーチ押さえ
６ 誘導コイル
７ 試料容器
８ チューブ
９ ネブライザ
１０ スプレーチャンバー
１１ 誘導コイル押さえ
１２ 試料ガス管
１３ 補助ガス管
１４ プラズマ用ガス管
１５ 分析制御部
１６ 検出器

Claims (5)

1. プラズマ用ガスと霧滴化した試料が導入されるプラズマトーチと、
   前記プラズマトーチに高周波電圧を印加する誘導コイルと、
   誘導コイルの高周波電圧で発生させるプラズマにより試料を電離して、
   その電離した試料を試料中の元素の測定する検出器と、
   を備えた誘導結合プラズマ分析装置において、
   前記誘導コイルは、前記プラズマトーチを通す空洞を備えた誘導コイル押さえで固定されていることを特徴とする誘導結合プラズマ分析装置。
2. 請求項１に記載の誘導結合プラズマ分析装置において、
   前記プラズマトーチは、円筒形であって、
   前記誘導コイル押さえの空洞の形状は、前記円筒形プラズマトーチの外周とほぼ同じであることを特徴とする誘導結合プラズマ分析装置。
3. 請求項２に記載の誘導結合プラズマ分析装置において、
   前記プラズマトーチの先端部と前記誘導コイル押さえの空洞の一方の出口側とが、ほぼ同一面上になるような配置で、前記プラズマトーチを固定することを特徴とする誘導結合プラズマ分析装置。
4. 請求項１に記載の誘導結合プラズマ分析装置において、
   前記誘導コイル押さえは、比誘電率が空気と同程度の材料からなることを特徴とする誘導結合プラズマ分析装置。
5. 請求項４に記載の誘導結合プラズマ分析装置において、
   前記誘導コイル押さえは、押出ポリスチレンからなることを特徴とする誘導結合プラズマ分析装置。

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