JP2016513254A - 組成分析システムのためのレーザアブレーションセル及びトーチシステム - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (126)
- ターゲットのレーザアブレーション位置から除去されたターゲット材料を処理する装置であって、
前記ターゲットに近接して配置されるように構成された試料捕捉セルを備え、
前記試料捕捉セルは、
前記捕捉セルの表面に形成された開口を有する捕捉キャビティであって、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接しているときに、前記レーザアブレーション位置から放出又は生成されたターゲット材料を前記開口を介して受け入れるように構成された捕捉キャビティと、
前記捕捉キャビティと流体連通する第1の流入口であって、前記捕捉セルの外部空間に隣接する第1の位置からキャリアガスの流れを前記捕捉キャビティの領域に送るように構成された第1の流入口と、
前記捕捉キャビティと流体連通する流出口であって、前記捕捉キャビティの他の領域からキャリアガスを受け入れるように構成された流出口と、
前記捕捉キャビティ内に露出するガイド壁であって、前記捕捉キャビティ内に受け入れられた前記ターゲット材料の少なくとも一部を試料として前記流出口に送れるように前記第1の流入口と前記流出口との間の前記捕捉キャビティ内で前記キャリアガスの流れを案内するように構成されたガイド壁と、
を含む、
装置。 - 前記表面が1mm未満の離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1の装置。
- 前記表面が0.5mm未満の離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1又は2の装置。
- 前記表面が0.2mm未満の離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1から3のいずれかの装置。
- 前記表面が0.1mm未満の離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1から4のいずれかの装置。
- 前記表面が0.05mm未満の離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1から5のいずれかの装置。
- 前記表面が0.01mmよりも長い離間距離だけ前記ターゲットから離間したときに、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接する、請求項1から6のいずれかの装置。
- 前記捕捉キャビティの容積が1cm3より小さい、請求項1から7のいずれかの装置。
- 前記捕捉キャビティの容積が0.5cm3より小さい、請求項1から8のいずれかの装置。
- 前記捕捉キャビティの容積が0.05cm3より小さい、請求項1から9のいずれかの装置。
- 前記捕捉キャビティの容積が0.005cm3より小さい、請求項1から10のいずれかの装置。
- 前記捕捉キャビティの容積が0.001cm3より大きい、請求項1から11のいずれかの装置。
- 前記第1の流入口は、前記キャリアガスの前記流れを第1の方向に沿って前記捕捉キャビティの前記第1の領域に送るように構成される、請求項1から12のいずれかの装置。
- 前記第1の方向は、前記ターゲットの前記表面に対して少なくとも実質的に平行である、請求項13の装置。
- 前記試料捕捉セルは、前記捕捉キャビティと流体連通する第2の流入口であって、前記捕捉セルの前記外部空間に隣接する第2の位置からキャリアガスの外部流れを前記捕捉キャビティの他の領域に送るように構成された第2の流入口をさらに含む、請求項1から14のいずれかの装置。
- 前記第2の流入口は、前記キャリアガスの流れを前記第1の方向とは異なる第2の方向に沿って前記捕捉キャビティに送るように構成される、請求項15の装置。
- 前記第2の方向は、前記第1の方向に対して少なくとも実質的に垂直である、請求項16の装置。
- 前記第2の方向は、前記第1の方向に対して斜めに傾いている、請求項16の装置。
- 前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、光が前記ターゲットの領域上に伝搬されるように前記第2の流入口及び前記捕捉キャビティが構成される、請求項15から18のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、レーザ光が前記ターゲットの領域上に伝搬されるように前記第2の流入口及び前記捕捉キャビティが構成される、請求項19の装置。
- 前記ターゲットの前記領域は前記レーザアブレーション位置に対応する、請求項21の装置。
- 前記ガイド壁は、前記キャリアガスの前記流れを前記第1の流入口から前記ターゲットの表面を横切って前記捕捉キャビティを通り前記流出口に案内するように構成される、請求項1から21のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、案内される流れが層流となるように、前記キャリアガスの前記流れを前記ターゲットの前記表面にわたって案内するように構成される、請求項22の装置。
- 前記ガイド壁は、案内される流れが準層流となるように、前記キャリアガスの前記流れを前記ターゲットの前記表面にわたって案内するように構成される、請求項22から23のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、案内される流れが乱流となるように、前記キャリアガスの前記流れを前記ターゲットの前記表面にわたって案内するように構成される、請求項22から24のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、案内される流れが乱流となるように、前記キャリアガスの前記流れを前記ターゲットの前記表面にわたって案内するように構成される、請求項22から25のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの流れが層流となるように、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの前記流れを案内するように構成される、請求項1から26のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの流れが準層流となるように、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの前記流れを案内するように構成される、請求項1から27のいずれかの装置。
- 前記ガイド壁は、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの流れが乱流となるように、前記捕捉キャビティ内の前記キャリアガスの前記流れを案内するように構成される、請求項1から28のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルは、前記試料収集器が前記ターゲットに近接したときに、前記捕捉キャビティの外側に位置する前記キャリアガスの流れを前記ターゲットの表面から離れるように案内するように構成される、請求項1から29のいずれかの装置。
- 前記第1の流入口、前記流出口、前記ガイド壁、及び前記第2のポートのうち少なくとも1つは、前記捕捉キャビティ内に受入可能な少なくとも実質的にすべてのターゲット材料を前記流出口に送ることができるように構成される、請求項1から30のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルは本体を備え、前記捕捉キャビティ、前記第1の流入口、前記流出口、前記ガイド壁、及び前記ポートからなる群より選択される少なくとも2つは、前記第2の流入口であり、前記本体と一体的に形成される、請求項1から31のいずれかの装置。
- 前記ターゲットを収容するように構成された内部空間を含む試料チャンバをさらに備える、請求項1から32のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルは、前記ターゲットに近接した位置で前記試料チャンバの前記内部空間に配置されるように構成される、請求項33の装置。
- 前記試料捕捉セルに連結され、前記試料チャンバの前記内部空間で前記試料捕捉セルを支持するように構成されたセル支持部をさらに備える、請求項33から34のいずれかの装置。
- 前記セル支持部は、前記試料チャンバの側壁に連結されるように構成される、請求項35の装置。
- 前記捕捉キャビティの外側の位置から前記キャリアガスの流れを生成するように構成された主噴射ノズルをさらに備える、請求項1から36のいずれかの装置。
- 前記主噴射ノズルは、前記試料チャンバの前記内部空間内の位置から前記キャリアガスの前記流れを生成するように構成される、請求項37の装置。
- 前記捕捉キャビティに直接補助流体を導入するように構成された1以上の補助流入口をさらに備える、請求項1から38のいずれかの装置。
- 補助流入口は、前記流出口よりも前記第1の流入口に近い位置で前記補助流体を前記捕捉キャビティに導入するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、前記ターゲットの前記表面に対して少なくとも実質的に平行な方向に延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、前記ターゲットの前記表面に対して少なくとも実質的に垂直な方向に延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、前記ターゲットの前記表面に対して少なくとも実質的に斜めの方向に延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記流出口に向かって延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記第1の流入口に向かって延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、前記ターゲットに向かって延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口は、前記試料捕捉セルが前記ターゲットに近接したときに、前記ターゲットから離れる方向に延びる前記補助流体の流れを生成するように構成される、請求項39の装置。
- 補助流入口の流出口はレーザアクセスポートと流体連通する、請求項39の装置。
- 補助流入口の少なくとも一部は、前記試料捕捉セルの少なくとも一部を貫通する、請求項39の装置。
- 前記流出口に連結される移送管であって、前記試料の少なくとも一部を前記レーザアブレーションチャンバの外側の位置に移送するように構成された移送管をさらに備える、請求項1から49のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記試料捕捉セルに連結される第1の端部と、前記第1の端部の反対側の第2の端部とを含む、請求項50の装置。
- 前記試料の少なくとも実質的にすべてが前記第1の端部から前記第2の端部に移送可能であるように前記移送管が構成される、請求項51の装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが2m未満である、請求項51から52のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記試料受入端から前記試料噴射端までの長さが1.5m未満である、請求項51から53のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが1m未満である、請求項51から54のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが500mm未満である、請求項51から55のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが450mm未満である、請求項51から56のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが400mm未満である、請求項51から57のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが100mm未満である、請求項51から58のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部までの長さが50mm未満である、請求項51から59のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記第1の端部から前記第2の端部まで少なくとも実質的に一直線である、請求項51から60のいずれかの装置。
- 前記第1の端部での前記移送管の内径は、前記第2の端部での前記移送管の内径と少なくとも実質的に等しい、請求項51から61のいずれかの装置。
- 前記移送管は単一のチューブである、請求項51から62のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記第1の端部と前記第2の端部との間にバルブを有していない、請求項51から63のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記第1の端部と前記第2の端部との間にバルブを有していない、請求項51から63のいずれかの装置。
- 前記移送管の内径が500μm未満である、請求項51から64のいずれかの装置。
- 前記移送管の内径が300μm未満である、請求項51から65のいずれかの装置。
- 前記移送管の内径が200μm未満である、請求項51から66のいずれかの装置。
- 前記移送管の内径が50μmよりも大きい、請求項51から67のいずれかの装置。
- 前記移送管の内径は、前記第1の端部から前記第2の端部まで実質的に一定である、請求項51から68のいずれかの装置。
- 前記移送管は少なくとも実質的に堅い、請求項50から69のいずれかの装置。
- 前記移送管は、ガラス、ポリマー、セラミック、及び金属からなる群より選択される少なくとも1つの材料から形成される、請求項50から70のいずれかの装置。
- 前記移送管は溶融ガラスから形成される、請求項50から71のいずれかの装置。
- 前記移送管は、PFA、PEEK、及びPTFEからなる群より選択される高分子材料からなる、請求項50から72のいずれかの装置。
- 前記移送管は、導電性高分子材料からなる、請求項50から73のいずれかの装置。
- 前記移送管は、アルミナ及びサファイアからなる群より選択される少なくとも1つのセラミック材料からなる、請求項50から74のいずれかの装置。
- 前記移送管は、ステンレス鋼、プラチナ、及び銅からなる群より選択される少なくとも1つの金属材料からなる、請求項50から75のいずれかの装置。
- 前記移送管に連結された噴射器であって、前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部に移送可能な粒子の少なくとも一部をプラズマトーチにより生成可能なプラズマに噴射するように構成された噴射器をさらに備える、請求項1から76のいずれかの装置。
- 前記噴射器は、前記移送管の前記第1の端部から前記第2の端部に移送可能な前記試料の少なくとも実質的にすべてを前記プラズマに噴射するように構成される、請求項77の装置。
- その閉じ込めチューブ内にプラズマを生成するように構成されたプラズマトーチに近接して配置されるように構成された噴射器を備え、
前記噴射器は、
流体噴射端を有する外側管であって、流体の外側噴射器流れを前記流体噴射端に移送して前記流体を前記流体噴射端から前記閉じ込めチューブに噴射できるように構成された外側管と、
前記流体噴射端で前記外側管の内部に配置され、試料噴射端を有する移送管であって、前記試料噴射端を介して材料を含むキャリア流れを噴射できるように構成された移送管と、
を含む、
装置。 - その閉じ込めチューブ内にプラズマを生成するように構成されたプラズマトーチに近接して配置されるように構成された噴射器を備え、
前記噴射器は、
流体噴射端を有する外側管であって、前記閉じ込めチューブ内に、比較的激しい乱流の流体流れを含む第1のゾーンと、比較的弱い乱流の流体流れを含む第2のゾーンとを生成するように構成され、前記第1のゾーンは前記第2のゾーンよりも前記流体噴射端に近い外側管と、
前記第2のゾーン内に位置する試料噴射端を有する移送管であって、前記試料噴射端を介して材料を含むキャリア流れを前記第2のゾーンに噴射できるように構成された移送管と、
を含む、
装置。 - 前記試料噴射端は前記外側管内に位置する、請求項79の装置。
- 前記試料噴射端は前記外側管の外側に位置している、請求項79から80のいずれかの装置。
- 前記外側管は、前記流体噴射端から噴射軸に沿って延び、前記移送管は、前記試料噴射端から前記噴射軸に沿って延びる、請求項81の装置。
- 前記外側管及び前記移送管は同軸である、請求項81から82のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、1mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から83のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、2mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から84のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、4mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から85のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、6mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から86のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、8mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から87のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、10mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から88のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、12mmよりも大きな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から89のいずれかの装置。
- 試料噴射端は、15mmよりも小さな範囲の距離だけ前記流体噴射端を超えて延びる、請求項81から90のいずれかの装置。
- 前記外側管に対する前記移送管の位置が固定されている、請求項79から91のいずれかの装置。
- 前記外側管に対する前記移送管の位置が調整可能である、請求項79から91のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記試料噴射端と反対側の試料受入端であって、前記ターゲット材料を受け入れるように構成された試料受入端をさらに含む、請求項79から93のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記試料受入端で受け入れた前記材料の少なくとも一部を前記試料噴射端に移送するように構成されている、請求項79から94のいずれかの装置。
- 前記移送管は、前記材料の少なくとも実質的にすべてを前記試料受入端から前記試料噴射端に移送できるように構成されている、請求項95の装置。
- 前記プラズマトーチをさらに含む、請求項79から96のいずれかの装置。
- 前記プラズマトーチは、前記閉じ込めチューブを有する誘導結合プラズマ(ICP)トーチである、請求項97の装置。
- 前記ICPトーチは、前記閉じ込めチューブの外側に配置され、前記流体及びエアロゾルをイオン化するように構成された誘導コイルを含む、請求項98の装置。
- 前記ICPトーチは、前記閉じ込めチューブの外側に配置され、前記流体及びエアロゾルをイオン化するように構成された1組の誘導平板を含む、請求項98の装置。
- 前記材料が除去されるターゲットを収容するように構成された内部空間を有する試料チャンバをさらに備える、請求項79から100のいずれかの装置。
- 前記移送管の前記試料受入端は前記試料チャンバ内に配置される、請求項101の装置。
- 前記移送管の前記試料受入端に連結され、前記ターゲットに隣接して配置されるように構成される試料捕捉セルであって、前記材料を捕捉し、該捕捉した材料を前記移送管に送るように構成された試料捕捉セルをさらに備える、請求項79から102のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルは前記試料チャンバの前記内部空間内に配置される、請求項103の装置。
- 前記移送管の内部空間と流体連通し、粒子を前記移送管の前記内部空間に移送するように構成された液滴生成器をさらに備える、請求項79から104のいずれかの装置。
- 前記液滴生成器と前記移送管との間に連結される脱溶媒ユニットをさらに備える、請求項105の装置。
- ターゲットを処理する装置であって、
第1の側面と第2の側面とを有するベースと、
前記ターゲットを支持するように構成されたターゲットホルダと、
前記ベースの前記第1の側面に移動可能に配置され、ターゲットホルダを支持するように構成された移送台と、
前記ベースの前記第2の側面に移動可能に配置される位置決めステージと、
を備え、前記移送台と前記位置決めステージが前記ベースを介して互いに磁気的に連結されている、装置。 - 前記位置決めステージは、前記ベースに対して直線的に移動可能である、請求項107の装置。
- 前記位置決めステージは、前記ベースに対して少なくとも2つの方向に沿って直線的に移動可能である、請求項108の装置。
- 前記位置決めステージは、前記ベースに対して回転可能である、請求項107から109のいずれかの装置。
- 前記移送台は、少なくとも1つの磁石を含む、請求項107から110のいずれかの装置。
- 前記移送台は、前記ベースの前記第1の側面に接触するように構成された少なくとも1つのベアリングを含む、請求項107から111のいずれかの装置。
- 前記ターゲットホルダにより支持され得るターゲット上にレーザ光のビームを光路に沿って照射するように構成された試料生成部をさらに備え、前記レーザ光のビームは、レーザアブレーション位置で前記ターゲットの少なくとも一部をアブレートするように構成される、請求項107から111のいずれかの装置。
- 前記移送台は、前記光路に対して移動可能である、請求項113の装置。
- 前記ベースに連結され、前記ターゲットホルダを収容するように構成された空間を取り囲むフレームをさらに備え、前記フレーム及び前記ベースがチャンバを構成する、請求項107から114のいずれかの装置。
- 前記フレームは、前記光路に位置合わせされた光ポートを含む、請求項115の装置。
- 前記光ポートを横切って延び、レーザ源により照射されるレーザ光を透過するように構成された透過窓をさらに備える、請求項116の装置。
- 前記試料チャンバの前記内部空間内の位置からキャリアガスの流れを生成するように構成された噴射ノズルをさらに備える、請求項107から117のいずれかの装置。
- 前記噴射ノズルは、前記試料捕捉セルの外側の位置から前記キャリアガスの外部流れを生成するように構成される、請求項118の装置。
- レーザアブレーション位置で前記試料から放出された粒子を含むエアロゾルの少なくとも一部を捕捉するように構成された試料捕捉セルをさらに備える、請求項107から119のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セルは前記光路と位置合わせされる、請求項120の装置。
- 前記試料捕捉セルは前記フレームに連結される、請求項120から121のいずれかの装置。
- 前記移送台は、前記試料捕捉セルに対して移動可能である、請求項120から122のいずれかの装置。
- 前記試料捕捉セル及び前記フレームに連結され、前記エアロゾルの少なくとも一部を前記試料捕捉セルから前記チャンバの外側の位置に移送するように構成された移送管をさらに備える、請求項120から123のいずれかの装置。
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