JPH02309599A - マイクロ波誘導されたプラズマのための分光プラズマ・トーチ - 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】 ｛産業上の利用分ＩＩＩＦＪ 本発明は概して大器圧下で動作さリるタイプのプラズマ
トーチであって、ガス状物質の分析のための分析スペク
トロメータとの使用に適したものに関する．更に詳しく
は、本発明はプラズマがマイクロ波エネルギーによって
起こされるようなトーチに関する．本発明は、プラズマ
・サポート・ガスとしてヘリウムを用いるガス・クロマ
トグラフィー検出器の構成部分としての使用に非常に適
している。

［従来技術］ 分光装置における使用に適した従来知られたプラズマ！
・−チは、サボー］・・ガス中にプラズマを起こすのに
使用される物理的機構にｔ＊　、ｒｆする二つの広いカ
テゴリーに分けられる．トーチの何れのカテゴリーもプ
ラズマを閑じ込めるための何等かの形の誘電プラズマ管
を使用し、理論ではＯｉｌれのカテゴリーも空気、窒素
、アルゴン及びヘリウムのようなサポート・ガス中にプ
ラズマを起こすように設計することができる．ガスクロ
マトグラファーの興味をｌＩ’Ｐぶある種の非金属原子
種、例えば塩素、臭素、ヨウ素、炭素及び硫黄を含むも
ののみがヘリウムプラズマによって効果的に励起される
。

ある形式に於いては、プラズマ・サポート・ガスが層流
をともなって小さな径の放電管を通る．別の形式に於い
ては、サポート・ガスは渦流をともなっていくぶん大き
い径の放電管を通る。

トーチの第一の広いカテゴリーは電磁結合プラズマ（ｉ
ｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｐ！ａｓｍａ
ｓ（ＩＣＰ）　）を用いるものであり、現在は分光装置
において広く用いられている．このようなトーチは一般
にアルゴン、空気又は窒素といったサポート・ガスを用
い、５００Ｍ｝Ｉ．（典ｙ長的には２７．２Ｍ　Ｉ１一
以下の１４波数で１キロワツト以下の出力で動作するよ
うに作られ１４）る、しかし、」、記のようにガス・ク
ロマ１−グラフィーは概してサボー■・　ガスとしてヘ
リウ１１のｆ・ｐ川を９！！求し、それ故Ｉ　Ｃ！３は
カス・クロマトグラフィー検出器に使用されていない、
ＩＣＩ）にヘリウムを用いる研究は非常に４ｉ＆かしか
ない、ヘリウムＩ　ＣＩ）をつくるためには、数Ａ・ロ
ワッＩ・の出力が通常要求される。これはプラズマ放電
管中に磁気的に誘導された電場が３亥管の軸線方向に沿
ってはゼロであり、軸線と内壁との間の領域の大部分で
は壁面の限界値にすぐに達するだけの状邪にある。この
電場形状はプラズマ放電管のＢｉ　’ｌｈｉ付近にある
ヘリウムによるエネルギーの大部分の吸収を引き起こさ
せ、アルゴン、窒素あるいは空気の何れと比較してもよ
り高いヘリウムの熱伝導性及び電子［寥動性がヘリウム
Ｉ　ＣＩ）に対してより大きいエネルギー損失を起こし
、従って、そのエネルギーＩＣ′１．失を補うためによ
り大きい出力が必要となるのである。ヘリウムを在来の
ＩＣＰトーチに使用するときは、アルゴン、窒素あるい
は空気の何れに関してもより遅いヘリウムのガス速度の
ために、渦巻き状の安定化されたプラズマを形成するこ
とのまたより難しいことである。−最的に、渦巻き状の
安定化されたヘリウムＩ　Ｃ））を誘導するために、非
常に高い流量のヘリウムが数キロワットの出力で用いら
れなければならない。

近年、プラズマ・トーチのもう一つのカテゴリー、１列
えばマイクロ波誘導プラズマ（輸ｉｃｒｏｗａｖｅｉｎ
ｄｕｃｅｄ　ｐｌａｓｍａ（旧＋１））　−トーチ、へ
の関心が高まってきた。これらの様式では、プラズマ放
電管の長手方向の軸線がマイクロ波空胴の対称軸線によ
って分割されている。数百ワットの出力の装置が１００
０Ｍ　１１　、を」−回る（典型的には２４５０Ｍ　ｔ
（−周波数で、トーチ及びマイクロ波空胴の双方の対称
軸線に沿って振動電場を発生させる。その結果、軸線に
沿った領域は極めて大きいプラズマ密度を１ｒシ、従っ
て、電場から最大の出力を吸収する。

層流の及び渦巻き状のサボーｉ・・ガス流の何れもがＭ
　ｌ　ｌ）　トーチに用いられる。渦巻き状の安定化さ
れたＭ　Ｉ　Ｉ’　）−−チの記載がＡ、　Ｂｏｌｌｏ
−Ｋａｍａｒａ及びｌ’、　、　Ｇ　、　Ｃａｄｄｉｎ
ｇの論文である’　ＣｏｎｓｉｄｅｒａＬｉｏｎｓ　　
ｉｎ　　ｔｂｅ　　ＴＭａＩｏ　　ＣａｖｉＬｙ　　ｆ
ｏｒ　　０ｐＬｉｃａｌ　　Ｅｍｉ９ｓｉｏｎ　　Ｓ　
ｐｅｃＬｒｏ８ｃｏｐｙ−Ｓ　ｐｃｅＬｒｏｃｌ＋１ｍ
１ｃａ　　Δｅｔａ。

Ｖｏｌ、３６Ｂ　、　Ｎｏ、１０．ｐｐ、９７：ｌ−９
８２，１９８１の中にあり、その開示は本明細Ｈ１中に
参考として記載しである。

ガスクロマトグラフィーを必要とする分光装置のための
従来の総てのＩ　ＣＩ）及びＭ　ｌ　１１トーチは、有
機化合物が存在するとき、それらに関係するプラズマ放
電管の壁面に沿って炭素の付着が起こる。

このような付着は、有機試料物質がプラズマが誘導され
る前にサポート・ガスの高温領域において早過ぎる熱分
解を受けるときに起こる。このような炭素付着は、もし
収り除かれなければその炭素の伝導性のために、空胴の
電気的シャンテインクによって引き起こされたプラズマ
の消滅をもたらずであろう、ＭＩＰ型トーチにおいて１
１（来技術は、サンプルがサボーｉ・・ガスと混合され
た後、筒中な拡散によってプラズマ中に入ることを許容
するのが普通である。炭素付着は渦巻き状プラズマ・ト
ーチには問題でｉｌｌるが、Ｈ４流放電管が使用される
４　ｈ、ソルヴエンド・ピークがガスクロマトり゛ラフ
から抽出されるとき炭素付着はより大きくなり、ソルヴ
エン１−・ピークがプラズマ・トーチに入り込むことを
防ぐためにソルヴエント・ピークのＪＪｊ　ｌｊ　Ｌこ
特別の注意が払われなければならない。

炭素付着を化学的に除去するためにプラズマ・サポート
・ガスに水素又は酸素のようなスカヴエンジング・ガス
を加えることによって、ＩＫ来の技術ブラフζマ・トー
チにおける好ましくない炭素１寸着の形成が部分的に避
けられた。しかしこのアプローチは、酸素及び水素の同
時検出を妨げる。なぜならばそれらのうちの一方は炭素
の除去のために用いられなければならないからである。

酸素不純物の４Ａ合物がｔ　ｐｐｍ以下になされるとき
、これらの問題は強調され、酸素の特性分析の場合には
酸素を除去するためにサポート・ガスはフィルターにか
けられていた。

Ｍｅ＋ｓｒ！１．Ｂｏｌｌｏ−Ｋａｍａｒａ及びＣｏｄ
ｄｉｎｇによって記載された渦巻き状横遺物（ただ二つ
の螺旋状ガスチャネルを有する）はプラズマ放電管中に
はぢようと良く適合せず、プラズマ・サポート・ガスを
幾分か軸線に沿ってプラズマ放電管に流してしまうとい
う欠点を露１；−１する。これは濯１巻きの崩壊をもた
らし、したがって、プラズマタ）安定性を減少させる。

これはソルヴエント・ピークがガスクロマトグラフィー
から抽出される場合のように、大量の有機化合物がプラ
ズ゛？中に入るときに特に問題となる。

「発明の概要」 本発明は当業者に知られたマイクロ波誘導プラズマのた
めの分光プラズマ・トーチの１１能ケイパビリティ−を
拡張するものである。それは対称なマイクロ波管を備え
るハウジングによってなり、３ｔｉ管はハウジングを貫
通するアパーチャの軸線に関して配置されている。誘電
性プラズマ放電管がハウジング内でアパーチャと同ノＣ
弓こ配置されており、マイクロ波出力源に連結されたマ
イクロ波管を貫通している。一つのトーチ体がプラズマ
放電管の一端に取り付けられており、該トーチ体は放電
管と同心配列に並置された端部口径を有する。

一つのプラズマ・サポート・ガス源がトーチ体の端部口
径と流体連通しており、端部口径内にはプラズマ放電管
に渦巻き状ガス流を誘導ための渦巻き状手段が配置され
ており、トーチの動作中、前記放電管の長手方向の軸線
に沿って内壁から離してプラズマをＩＩＩ持安定させる
。高速ガスＩｎ出手段が前記Ｉ−−千体に接続されてお
り、渦巻き状の安定化されたプラズマ中に直接ガス状試
着物質を導入するために渦巻き状手段を越えて伸び、プ
ラズマの外側の逸ばれた試料物質の早過ぎる熱分解によ
り引き起こされるプラズマ放電管中の炭素付着の形成を
防いでいる。

従って、本発明の目的の二つはマイクロ波誘導プラズマ
のための新規で改良された分）ζプラズマ・トーチを提
供することである。

本発明のもう一つの目的は、プラズマ放電管の壁面」−
１で炭素付着が形成され、試料吸収がなされることを防
ぐ分光プラズマ・トーチを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、プラズマを族１ヒ管の長手
方向のｌ１１＋線部分にｔＩ持し安定させるように働く
プラズマ・サポート・ガスのための新規で改善された渦
巻き伏流を提［ｊ−することである。

本発明のもう一つの目的は、スカヴエンジャー・ガスの
使用を・ｇ・要としない新規で改良された分光プラズマ
・トーチを提供することである。

更に、本発明のもう一つのＬ１的は、炭素、水素及び酸
素を同時に検出できる分光プラズマ・トーチを提供する
ことである。

更に、本発明のもう一つの目的は、炭素１＝ｉ着の形成
を防ぎ、ガスクロマトグラフの出力からのソルヴエント
・ピークがプラズマ中に入るときの安定性を改善し、ま
た、試料感度及び選択性を改善するために、ガス状試料
物質を渦巻き状の安定化されたプラズマ中に直接導入す
る高速ガス噴流を実施する分光プラズマ・ｌ〜−チを提
供することである。

本発明の特徴と見なψる新規な特徴が、特許請求の範囲
に訂しく記載されている。

［実施例］ 幾−）かの図面、特に第１図を参照すると、分光プラズ
マ・トーチ１０が示されている。トーチ１０はマイクロ
波ハウジング１２によって作られており、そのハウジン
グ１２は該ハウジング１２をは通して伸びるアパーチャ
１６に関して対称的に配置されたマイクロ波空胴を有す
る。−木の誘電性のマイクロ波透過性プラズマ放電管１
８がアパーチャ１６を通って伸び、その長手方向の軸線
は空胴１４の対称軸線と一致している。ハウジング１２
は好ましくは電気的にも熱的にも伝導性があるもので、
アルミのような金属から作られてもよい０石英、アルミ
、窒化ホウ素及びベリリウムは何れもプラズマ放電管１
８適した金属である。同軸コ本りター２０及びマイクロ
波カツアリング・ループ・アンテナ２２がマイクロ波出
力源と空胴１４をカップリングするのに用いられている
。トーチ体２４がプラズマ放電管１８の一端２６に収り
付けられている。熱隔離ワッシャー２５がトーチ体２４
の位置をマイクロ波ハウジング１２から離れた所に維持
している。１〜−チ体２４は端部口径２６を有しており
、それはプラズマ放電管１８の長子方向の１ＩＩｌｌ線
と１４１１１１＋配置に・１「、置されている。ｊ≦【
路：ＪＯが端部口径２６を１ラフ；マ・サポート・ガス
′Ｊ、１２に接続している。放電管を通るプラズマ・サ
ポート・ガス中に渦流を誘導するための渦悠き状手段３
２が、端部口径２６内で流路３０の下流に配：ηされて
いる。高速ガス噴流手段：３Ｇがトーチ体２４に収り付
けられ、図示のように渦巻き状手段３２の端部３５を越
えて伸びている。噴流手段３６はガス状試料物質を直接
、渦巻き状の安定化されたプラズマ３４中に導入し、そ
れによって、プラズマの外の有１汽試ｆ”１物質の早過
ぎる熱分解よって引き起こされるプラズマ放電管１８の
内１１！Ｉｔでの炭素付着の形成を防いでいる。一本の
流路３８がガス噴流手段３６を、例えばガスクＩ７マト
グラフからの産出物であるガス状試料物質源に接続して
いる。ガス状噴流「段：（６は、例えばアルミニューム
、ベリリウム、窒化ホウ素或は石英のような誘電物質で
できた中空の長く伸びたノズル４０を有する。ノズル４
０は第１端部４Ｚと第２端部４４を有する。ノズル４０
の第１端部４２は流路４６を介して噴流ガス源に接続さ
れている。流路４６を通る；４流カスの流星は試ｔ１物
質をプラズマ３４中に注入するために最大の速度をりえ
るように還択される。一般的に噴１ｆ＋Ｅガス、プラズ
マ・サポート・ガス及びキャリアー・カスがクロマ■・
グラフ・カラノ＼内で試ｆ目勿質を輸送１〜、分離する
のに用いられる。ｋｒ適には、そのガスは極めて純粋な
ヘリウムである。

ヒートシンク手段４日がプラズマ放電管１Ｂのもう一方
の端部５０と熱接触しているところが図示されている。

ピー１ヘシフ２手段４８は金属冷却フィン５２として第
１図に示されているが、別の手段、例えば水冷ジャケラ
１へ（図示せず）も十分に用いることができることが理
解される。第１図の実施例においては、熱移送を高める
ためにグラファイト製フェルール５４がプラズマ放電管
１８の外１ｌＩ１１部分５６の一方の端部に近い部分と
金属冷却フィン５２の部分との間に：πかれている。ネ
ジ部品５８が冷却フィン５２を゛？イク１７波ハウジン
グ１２に固定し、グラファイト製フェルール５４を放電
管１８の部分と一致するように押し付けるために用いら
れる。トーチ体２４部分内でガス状試ｆ’ｌ物質の凝縮
が起こらないようにするために、略本的に要素６０とし
て示された過熱手段が１７−えられてもよい、過熱手段
は例えば、赤外線過熱ランプ（１’ｆｆｌ示きず〉、１
−−チ体に巻かれた長い電気ヒーター・テープ（図示せ
ず）又は好適には］・−チ体Ｚ４の部分を受は入れるの
に適した熱質量及び電気カートリッジ・ヒーター（何れ
もし１示ぜ゛ず）を提供する金属ハウジングがらなって
もよい。

第２Ａ図を参照すると、石英ガラスで作られた従来技術
の細い誘電プラズマ放電管２１０の断面が示されている
。肢管は一般的に直径が２１１１−以下の内腔２１２を
有する。プラズマ２１４は細い管内で電磁結合又はマイ
クロ波による誘導によって作られてもよい、プラズマ・
サポート・ガスは内腔２１２内をＲ流を」（なって通る
ので、プラズマは管の内面の部分と直接接触している。

プラズマによって発生した高温のために、その細い管は
例えばウォータージャケット（図示せず）のような冷却
手段で１Ｎり巻くことが必要であ、る。

第２Ｂ国はｆｉＣ来技術の渦流型プラズマ放電管２１６
の１Ｕｉ面図である。該管は専ら石英ガラスで作られて
おり、ｌＪｔ＋ｌｌｏ−Ｋａｍａｒａ及びＣｏｄｄｉｎ
ｇの論文に開示されている。このトーチはガスクロマト
グラフと共に用いることができなかったことが知られて
いる。かなりのエアゾルが作られ、プラズマ中に導入さ
れた。トーチｔＭ造には同心の管配列が用いられている
。内側の石英管２１７には口径の大きい方の端部２１８
に一対の螺旋状の切込みが付けられている。同心の外側
の（］英骨管１９は内側の石英管２１７の切込みを付け
られた端部２１８の回りで各々第１及び第２の螺旋ガス
流路２２０及び２２１を形成するヒート・シュランク（
ｌ＋ｃａｔ　ｓｌ＋ｒｕｎｋ）である。

これらの流路を密閉すること及び同心管の間の軸線方向
のガス流を避けることに、特別の注意が払われなければ
ならない、内ｆｉｌｌｌの管２１７と外囲の管２１９と
の間の環状間隙の周りにシール２２：（が形成されてい
る。プラズマ・サポート・ガスのために流路２２２が一
す、えられている。内側の管２１７の流路２２４は分析
エアゾルの導入のために用いられる。流路２２４は二重
切込み端部２１８の４１部を越えて？Ｉｌびてはいない
が、端部面２２６で境界を共にしている。ニアゾル混り
領域２２６はプラズマ２３０より上流に位置している。

葭にスカヴエンジング・ガスが用いられても、炭素付活
２３２は放電管の内側表面に１［５成されからである、
というのは、有機分析物はそれらがプラズマ２：（０中
に入る１１１１に早過ぎる熱分解を受ける傾向が有るか
らである。別の従来技術の渦巻き型プラズマ放電管は内
側の管２１７が具鍮又はポリテトラフルオロエチレンの
何れがで作られている事が知られている。これらの知ら
れた従来技１４ｉｊは、渦巻き状ガス流を誘存する二つ
の螺旋流路以上に使用されたとは思えない。

第３　ＵＫには渦巻き状手段：３２の一つの実施例の拡
大部分切欠き図が示されており、また、高速ガス噴流手
段３６が第１し１はと詳しくないが示されている。特に
、誘電性プラズマ放電管１８がその一端２６がオーバー
ラッピング・ジヨイント６４をＪ［３成するようにトー
チ体２４に組み込まれているところが示されている。こ
の実施例において、端部口径２６は放電管１８の内径よ
りも小さい、一部口径２６は外に向かって先細になる遷
移領域６６を有し、それは小さい断面領域がら大きい断
面領域に接線方向に流れる）゛ラズマ・サポート・ガス
中の好ましくない　　　′乱流の形成を妨げる。端部１
コ径が放電管１８の内径よりも大きいという設計は何等
かの好ましくない乱流を起こすことが当業者には明らか
であろう。

先細遷移領域６６は放電管１８の内径を端部口径２６と
同様にそして近接するように形成することで完全に避け
られ得ると！１μ解されるべきである。第３図の実施例
においては、プラズマ放電管１８をトーチ体２４にしっ
かりと柿付けるために金属カツアリング６日が使用され
ている。そのカップリング６８は永久アセンブリにする
ためにブレイズ熔接されてもよい、プラズマへの好まし
くない摂動を防ぐために気密シールは必要とされないの
で、代わりにカップリンク６８は崖にスプリング保持ク
リップとして機能しても良い。

第３図の実施例の設計はプラズマ・サポートガスとして
ヘリウムを使用するのに最適にされている。第１１ど１
に兄られるように、このように１λ１連１゛るマイク１
７波空胴１４は１）ｌ彌槽の軸線方向の長さを有し、再
入可能なフランジ部分７０を有している。

１■入り能なフランジ部分７０は８ｎｍの長さを８し、
環状リップ７２ｅイｉ’している。第３図の実施例にお
いては、渦巻き状手段３Ｚは六つの当間隔の螺旋状ｉ／
４を持った金属性差し込み金具から成る０選ばれた別の
物質が使用されてもよいが、渦巻き状差し込み金具及び
］・−チ体２４のための金属の使用は接近した寸法：１
容差ｔ、Ｉｌ持の促進に好ましい、踊の１・ｔいた差し
込み金具がトーチ体２４の口径２６に組み込まれるとき
、纜数の螺旋状プラズマ・サポート・ガス・チャネル６
２が形成される。このようなチャネルが第４図に示され
ており、該１図は第３図の４−４線から見たらチャネル
ｉｉ巻き状差し込み金具の断面図である。この図では個
々のガス・チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、
６２ｃ及び６２４が渦巻き状差し込み金具の周辺に一様
に間隔を開けて示されている。開発段階の試験ではただ
二つの螺ｈ２ガス・サポート・チャネルを有する従来技
術の渦巻き発生ｔＭ造体は、１ラスマ放射スペクトルを
検出するように設計された１１月ＩＪｉ、ｉｉｌ’　Ｉ
ｔヒな分析装置での使用に適するヘリウムのプラズマを
維持し、安定さ古るのに適していないという指摘があっ
た。このような装置には、少なくとも４つのｖＡ旋プラ
ズマ・ガス・サボー１〜・チャイ・ル６Ｚが必要である
と考えられた。

大きさの制限は螺旋ガス・チャネルの最大数を約９に制
限する。第３図の実施例においては、６つの各カス・チ
ャネルには各々６０°から８５°の螺旋角度（中心軸線
から計ったもの）が付けられている。これらの値は６輪
−の内径を有する放電管と毎分２乃至６リツトルのヘリ
ウム・ガス流との使用のために決定された。これらの値
はまた、およそ毎分１００ｍ　ｌの高速ガス噴流手段３
６を通る添加ヘリウム流をも考に′ｉ、シである。ガス
状試料物質を導入するための高速ガス噴流手段３６の使
用は、試料が周りのサポート・ガスの大きな流れの中で
希薄になる”口を防ぐ、これはり１き起こされた放射の
強度を増加させる。噴流手段３からの試ＩＴ　導入はプ
ラズマ中に入る１１；１にプラズマ放電管の内壁に炭素
の付着が形成されることを１（１」ぐ、炭素ｆ−［７↓
の観察はプラズマ放電管に生じる、より一般的な試料１
４箔の１１１なる［１に見える現象である。プラズマ放
電管の壁（こに＋ｉ収さｉｔた１勿ηは、いつかは去り
かれて〕。

ラズマ中に入り、後にり１コマトゲラフ信すのピーク・
ティリングを引き起こす。

第３図の実施例に置いては、ノズル４０がアルミナで造
られており、その内径は０，３０５１Ｉτ・であり外径
は０．７１１ｍｍである。ノズル４０の第２の端部４４
は渦巻き状手段３２の端部面３５を４ｍＩＩＩ超えて伸
びている。毎分１００ｉ＊Ｉの典型的なヘリウム噴流量
により、このノズルによるヘリウム・ガスの線速度はお
よ毎秒２，３００ｃｍで有る。６＋Ｈの内径をイｆする
プラズマ放電管１８を通る毎分５リツトルのヘリウム流
量が毎秒２９４ｃｍの軸線方向のプラズマ・サポート・
ガス速度を引き起こすことがかなりの問題であると気ず
く、第３図の実施例においては、渦巻き状手段３５の端
部が再入可能なフランジ７０のリップ７２から直線にし
て６５ｙａ−Ｌ流に離して配置されている。

この配置はリップ７２からノズル４０の第２端部４４を
上流に２　ｍ　ｍ　ＦＪ、ずことになる、第１図に示さ
れるようにプラズマ３４はリップ７２の下流で誘導され
る。

第５図は高速ガス噴流手段３６によって可能になるクロ
マトグラフの感度における改善を明示する４つのクロマ
トグラフを示す、データは」−記の第３図の実施例に従
ってプラズマ・トーチを用いることによって測定された
０曲線８０ａは高速ガス噴流手段３Ｇを使用しないとき
の、３つの正規同族列アルカン：ＣｚＨｉ。；Ｃ＋ｑＨ
ｓ２；ＣＩ＠Ｈ３４の混き物に対する分ｖｉ実験の炭素
チャネルからのり１フマトグラムである。同様に、曲線
８０１）は同じ３つの正規同族列アルカンの混合物に対
しプラズマ・トーチ１０が高速ガス噴流手段３６によっ
て動作される分析実験による炭素−１−ヤネルからのク
ロマトグラムである。ピーク８１ｇは有椰資石溶剤に関
するものであるが、Ｒ１溶剤はプラズマを消滅か仕るの
で極めて細い、溶剤がプラズマ領域を通って初めてプラ
ズマは再注入される。ピーク８２ａ、８３１及び８４ａ
は各々Ｃ、、、Ｃ＋Ｓ及びＣ，アルカンに関するもので
、Ｐνる。３つのピークの下にある測成８５はプラズマ
放電管の壁面状に残った炭；＋：　１１着からのピーク
・ディリング３示している。カス噴流手段３６が同じ７
゛ルカンの混合物の検出に１重用されるとき、溶剤はと
〜７８１１）として現れ、プラズマを消滅させることは
無い、Ｉ、Ｔ！に、残りの炭素ティリングも無い。

ピーク８２ｂ、８３ｂ及び８４１＋は再び各”　ＣＩ＋
　＋　ｃ＋　ｓ及び（：１．アルカンに対応する。高感
度で／）す、ピーク・ディリングの無いことは、本発明
によりもたらされる改善のｅ４　、にの証拠を提供して
いる。それほど劇的ではないが、同様な現象が他の原子
種にも見られる０例えば曲線８６ｎは高速ガス噴流手段
の恩恵無しにリン酸トリブチルについてのリンチャネル
（ｕｌｕ＋ａｐＨ０ｒｕ！ｌ＋ｃｌ＋ａｎｎｃｌ　）か
らのクロマトグラフである。領域８８はピーク・チーｆ
リング及びリン試１１がクロマトグラフ・カラムを通っ
た１憂プラズマ放電管の壁面上へのリンの吸着からの−
Ｌｎを表す。

ガスｔｌＡ流手段；３６が用いられるときは、曲１！８
０ｂの下に如何なるピーク・ティリングも現れない。％
１故ならばリンはプラズマ放電管の壁面にに吸着される
ような残留物を残すことなく総て７°ラズマ中に入るか
らである。

本発明の分光プラズマ・トーチは、ガスクロマトグラフ
によって分離された様々なコンパウンドの分析をする完
全自動化されたベンチ１〜ツブ放射検出器に使用するた
めに特に設計されている。第６図は２本発明の分光プラ
ズマ・トーチを用いるようなガスク１７マトグラフイー
のためのプラズマ放射検出器の略本ｔａ図である。完全
な分析装Ｚｒ１ＯＯには噴射部分１０４と分離カラム１
０６を有するガスクロマトグラフ１０２を有している。

高純度ヘリウノ、ガスタンク１０８がキャリアーガスを
分離カラムｌＯ６に供給するために用いられるガス流制
（１装置〃１１０に接続されている。もう一つのガス流
制御装置１１２がトーチ１０へのプラズマ・サポート・
ガスを調節する。更に別のガス流制御装置１１４が高速
ガス噴流“〔段への流れを調節する。一つのマイクロ波
出力源１１６がトーチ１０に連結されている。この実施
例では、通常、家庭用マイクロ波オーブンに用いられる
タイプの市販のマグネトロン管が２４５０　Ｍ！１の１
１ｑ波数で信１Ｍ性があり、０（コストの必要なマイク
１７波エネルギー源を提供する６分むｉ装置１００には
装置サポート・エレクトロニクス１１８と光学スペクト
１７メータ十段１２０が備えられている。一対のカップ
リング・ミラー１２２がプラズマ・トーチ１０からの光
を集める。その光はエントランス・スリット１２４を通
してフオログラフィー回折格子１２６に向けられる。複
数のフォトダイオード検出器１２６が選択された検出さ
れるべき原子種からの選択された光放射を検出するよう
に配置されている。

対応する複数の電位計１３０が各々複数のダイオード検
出器１２６に接続されている。各電位計からの出力は１
秒間に２２回サンプルされ、アナログ−デジタル変換器
１３２によってデジタル信号に変換される。装置監視セ
ンサ一手段１３４からの信号もまた同様なサンプリング
率でデジタル化される。監視手段１３４は温度、圧力、
電流、様々な電源の電圧、インターロック・コンディシ
ョン及び診断の監視をする。中央処理装Ｗ１３６はアナ
ログ−デジタル変換器１３２、装置制御手段１３８及び
ゼネラルパーパス・インストルメント・バス１４０と双
方向に通じている。コントロール手段１３Ｂは様々な温
度、ガス・ソレノイド、ヴアルヴ、プラズマ・イグナイ
ター及び電源を制御する。ゼネラル、パーパス・インス
トルメント・バス１４０はワークステーション１４２に
双方向性通信経路を提供する。

以上の詳細な記載から当業者には本発明の様々な変更な
どが明らかであろう０例えば一つには本発明のプラズマ
・ｉ・−チはトーチ体及び誘電性プラズマ放電管によっ
て形成されるが、これらの構成要素は誘電性物質の一体
に形成されたものであってもよいことが理解され、よう
、従って、本発明の範囲から離れないこのようなヴアリ
エーションの総てが本発明の特許請求の範囲にのみ限定
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った、マイクロ波誘専されたプラズ
マのための分光プラズマ・トーチの断面図である。 第２ＡＩ￥１は毛管型の従来技術のプラズマ放電管の断
面図である。 第２６ｊ：ｊＵは渦巻き原型の従来技術のプラズマ放電
管の断面図である。 第３図は第１図のプラズマ・トーチに示した渦巻き１段
及び高速ガス噴流手段の部分ＩＪＪ欠き拡大１図である
。 第４図は第３１″Ａの４−４線から見た６チヤンネル渦
巻き状差し込み金具の断面図である。 第５図は高速ガス噴流手段によってｉＴｆ能にされるク
ロマトグラフの選択性における改良を示す４つのクロマ
トグラムを示す。 第６図は本発明の分光プラズマ・トーチを用いるガス・
クロマトグラフィーのためのプラズマ放射検出器の略本
線図である。 し主要符号の説明］ １８・・・プラズマ放電管、　　　２４・・・トーチ体
３２・・・渦巻き状手「徒、　　　　３６・・・高速ガ
ス噴流特許出願人　　　　　パリアン・アソシェイツ・
インコーポレイテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波誘導されたプラズマのための分光プラズ
   マ・トーチであって： 誘電性マイクロ波透過プラズマ放電管； 前記プラズマ放電管にパワーカップルされたマイクロ波
   源； 前記プラズマ放電管の一端に取り付けられたトーチ体で
   あって、一端の穴が前記プラズマ放電管と同心配列に並
   置されているトーチ体；前記トーチ体内で前記一端の穴
   と流体連通しているプラズマ・サポート・ガス源； 前記一端の穴の中に配置され、前記トーチの動作中、前
   記プラズマ放電管の長手方向の軸線の周りで該管の内壁
   から離れた所でプラズマを維持し、安定させるために前
   記プラズマ放電管内に渦巻き状ガス流を誘導するための
   渦巻き状手段；並びに、 プラズマの外の有機試料物質の早過ぎる熱分解によって
   引き起こされる、前記プラズマ放電管内での炭素付着の
   形成を避けるために、前記トーチ体に接続され、渦巻き
   状に安定化されたプラズマ中に直接ガス状試料物質を導
   入するための前記渦巻き状手段を越えて伸びる高速ガス
   噴流手段、とから成る装置。 ２、前記ガス噴流手段が、前記トーチ体の前記一端の穴
   の部分中で同心に配置された第１及び第２の端部を有す
   る一本の中空の誘電性物質の伸びたノズルから成り、前
   記第１の端部がガス状試料物質源と流体連通し、前記第
   ２の端部がプラズマの近くの所へと前記渦巻き状手段を
   越えて前記プラズマ放電管中に同心に伸びているところ
   の請求項１記載の分光プラズマ・トーチ。 ３、更に、前記ガス噴流手段が、前記ガス状試料物質を
   プラズマ中に導入するのに最適なガス流量及び速度を維
   持するために前記ノズルの前記第１の端部と流体連通す
   る噴流ガス源から成る請求項２記載の分光プラズマ・ト
   ーチ。 ４、前記渦巻き状手段が、前記一端の穴の部分内に近接
   固定し、前記一端の穴の軸線に対称的に配置された少な
   くとも四つの螺旋状ガス・チャネルを形成するように作
   られた差し込みから成るところの請求項１記載の分光プ
   ラズマ・トーチ。 ５、更に、前記トーチによって発生した熱を放散するた
   めに他の一端に近い前記プラズマ放電管の部分に取り付
   けられたヒートシンク手段から成る請求項１記載の分光
   プラズマ・トーチ。 ６、前記ヒートシンク手段が一つのアパーチャを有する
   金属冷却フィンから成り、その結果、前記プラズマ放電
   管の前記他の一端の部分を受けるのに適するところの請
   求項５記載の分光プラズマ・トーチ。 ７、更に、前記他の一端の近くの前記プラズマ放電管の
   外部と前記金属冷却フィンとの間に置かれ、それらの間
   の熱移送を増加させる熱伝導性フェルールを有するとこ
   ろの請求項６記載の分光プラズマ・トーチ。 ８、前記ヒートシンク手段が前記他の一端に近い前記プ
   ラズマ放電管の部分の周りで熱連通して配置された水冷
   ジャケットから成る請求項５記載の分光プラズマ・トー
   チ。 ９、更に、前記ガス試料物質が前記トーチ体中で凝縮す
   ることを妨げるために、前記トーチ体と熱連通している
   ヒーター手段を有するところの請求項３記載の分光プラ
   ズマ・トーチ。 １０、前記ヒーター手段が前記トーチ体に向けられた赤
   外線ヒートランプからなるところの請求項９記載の分光
   プラズマ・トーチ。 １１、前記ヒーター手段が前記トーチ体及び電気カート
   リッジヒーターの一部を受けるのに適した金属性ハウジ
   ングから成るところの請求項９記載の分光プラズマ・ト
   ーチ。 １２、前記ヒーター手段が前記プラズマ・トーチ部分に
   巻かれた電気ヒーターテープから成るところの請求項９
   記載の分光プラズマ・トーチ。 １３、マイクロ波誘導されたヘリウムプラズマのための
   分光プラズマ・トーチであって： ハウジングであって、該ハウジングを伸びて通るアパー
   チャの軸線に関して対称的に置かれたマイクロ波空胴を
   有するハウジング； 前記アパーチャと同心に置かれ、前記マイクロ波空胴を
   通って伸びる誘電性マイクロ波透過プラズマ放電管； 前記プラズマ放電管にパワーカップルされたマイクロ波
   源； 前記プラズマ放電管の一端に取り付けられたトーチ体で
   あって、一端の穴が前記プラズマ放電管と同心配列に並
   置されているトーチ体；前記トーチ体の前記一端の穴と
   流体連通したヘリウムガス源； 前記一端の穴の中に配置され、前記トーチの動作中、前
   記プラズマ放電管の長手方向の軸線の周りで該管の内壁
   から離れた所でヘリウムプラズマを維持し、安定させる
   ために前記プラズマ放電管内に渦巻き状ガス流を誘導す
   るための渦巻き状手段；並びに、 プラズマの外の有機試料物質の早過ぎる熱分解によって
   引き起こされる、前記プラズマ放電管内での炭素付着の
   形成を避けるために、前記トーチ体に接続され、渦巻き
   状に安定化されたプラズマ中に直接試料物質を導入する
   ための前記渦巻き状手段を越えて伸びる高速ガス噴流手
   段、とから成る装置。 １４、前記ガス噴流手段が、前記トーチ体の前記一端の
   穴の部分中で同心に配置された第１及び第２の端部を有
   する一本の中空の誘電性物質の伸びたノズルから成り、
   前記第１の端部が試料物質源と流体連通し、前記第２の
   端部がプラズマの近くの所へと前記渦巻き状手段を越え
   て前記プラズマ放電管中に同心に伸びているところの請
   求項１３記載の分光プラズマ・トーチ。 １５、更に、前記ヘリウムガス噴流手段が、前記状試料
   物質をプラズマ中に導入するのに最適なガス流量及び速
   度を維持するために前記ノズルの前記第１の端部と流体
   連通する噴流ガス源から成る請求項１４記載の分光プラ
   ズマ・トーチ。 １６、前記渦巻き状手段が、前記一端の穴の部分内に近
   接固定し、前記一端の穴の軸線に対称的に配置された少
   なくとも四つの螺旋状ガス・チャネルを形成するように
   作られた差し込みから成るところの請求項１３記載の分
   光プラズマ・トーチ。 １７、更に、前記トーチによって発生した熱を放散する
   ために他の一端に近い前記プラズマ放電管の部分に取り
   付けられたヒートシンク手段から成る請求項１３記載の
   分光プラズマ・トーチ。 １８、前記ヒートシンク手段が一つのアパーチャを有す
   る金属冷却フィンから成り、その結果、前記プラズマ放
   電管の前記他の一端の部分を受けるのに適するところの
   請求項１７記載の分光プラズマ・トーチ。 １９、更に、前記他の一端の近くの前記プラズマ放電管
   の外部と前記金属冷却フィンとの間に置かれ、それらの
   間の熱移送を増加させる熱伝導性フェルールを有すると
   ころの請求項１８記載の分光プラズマ・トーチ。 ２０、前記ヒート・シンク手段が前記他の一端に近い前
   記プラズマ放電管の部分の周りで熱連通して配置された
   水冷ジャケットから成る請求項１７記載の分光プラズマ
   ・トーチ。 ２１、更に、前記ガス試料物質が前記トーチ体中で凝縮
   することを妨げるために、前記トーチ体と熱連通してい
   るヒーター手段を有するところの請求項１５記載の分光
   プラズマ・トーチ。 ２２、前記ヒーター手段が前記トーチ体に向けられた赤
   外線ヒートランプからなるところの請求項２１記載の分
   光プラズマ・トーチ。 ２３、前記ヒーター手段が前記トーチ体及び電気カート
   リッジヒーターの一部を受けるのに適した金属性ハウジ
   ングから成るところの請求項２１記載の分光プラズマ・
   トーチ。 ２４、前記ヒーター手段が前記プラズマ・トーチ部分に
   巻かれた電気ヒーターテープから成るところの請求項２
   １記載の分光プラズマ・トーチ。 ２５、前記試料物質源がガスクロマトグラフから成ると
   ころの請求項１４記載の分光プラズマ・トーチ。 ２６、更に、試料物１の選択された原子スペクトルを検
   出するために、ヘリウムプラズマに光学的に連結された
   スペクトロメータ手段から成るところの請求項２５記載
   の分光プラズマ・トーチ。