JPH09318542A - 元素分析方法および元素分析装置 - Google Patents
元素分析方法および元素分析装置Info
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- JPH09318542A JPH09318542A JP8350151A JP35015196A JPH09318542A JP H09318542 A JPH09318542 A JP H09318542A JP 8350151 A JP8350151 A JP 8350151A JP 35015196 A JP35015196 A JP 35015196A JP H09318542 A JPH09318542 A JP H09318542A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 元素の分析を高感度かつ高精度に行うことが
できる元素分析方法および元素分析装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 プラズマトーチ２のプラズマ室２ｄは、
先端に行くほど絞られた円錐台形状となっている。加え
て、その周囲には高周波付加用のコールドコイル３が配
置されている。そして、Ａｒが供給されている状態でコ
ールドコイル３により高周波（２７．１２ＭＨｚ）を印
加することで、プラズマ室２ｄではプラズマ４が発生す
る。
できる元素分析方法および元素分析装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 プラズマトーチ２のプラズマ室２ｄは、
先端に行くほど絞られた円錐台形状となっている。加え
て、その周囲には高周波付加用のコールドコイル３が配
置されている。そして、Ａｒが供給されている状態でコ
ールドコイル３により高周波（２７．１２ＭＨｚ）を印
加することで、プラズマ室２ｄではプラズマ４が発生す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、元素分析方法お
よび元素分析装置に関するものである。
よび元素分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】試料中に含まれる元素の分析としては、
炎光・発光分析、原子吸光分析、質量分析等が一般的で
ある。中でも、高周波誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）ト
ーチを用いた高周波誘導結合型プラズマ質量分析法は、
高感度でありまた高精度であるなどの特徴を有している
ため、広く用いられている。そして、高周波誘導結合型
プラズマ質量分析法は高周波誘導結合型プラズマ発光分
析法よりも３桁以上も感度が高く、ｐｐｔ以下の濃度の
元素分析が可能である。
炎光・発光分析、原子吸光分析、質量分析等が一般的で
ある。中でも、高周波誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）ト
ーチを用いた高周波誘導結合型プラズマ質量分析法は、
高感度でありまた高精度であるなどの特徴を有している
ため、広く用いられている。そして、高周波誘導結合型
プラズマ質量分析法は高周波誘導結合型プラズマ発光分
析法よりも３桁以上も感度が高く、ｐｐｔ以下の濃度の
元素分析が可能である。
【０００３】また、元素分析の高感度化の方法として
は、検出系の高感度化と試料導入系の高効率化とが考え
られる。そして、検出系については、より高感度の検出
方法の採用、透過率の高い検出器の採用等によって改良
されてきた。また、高周波誘導結合型プラズマトーチを
用いた分析法においても、検出方法を分光器からさらに
高感度の質量分析器を採用した高周波誘導結合型プラズ
マ質量分析に変遷することにより、高周波誘導結合型プ
ラズマ発光分析のｐｐｂよりも３桁低いｐｐｔの感度を
実現することができた。
は、検出系の高感度化と試料導入系の高効率化とが考え
られる。そして、検出系については、より高感度の検出
方法の採用、透過率の高い検出器の採用等によって改良
されてきた。また、高周波誘導結合型プラズマトーチを
用いた分析法においても、検出方法を分光器からさらに
高感度の質量分析器を採用した高周波誘導結合型プラズ
マ質量分析に変遷することにより、高周波誘導結合型プ
ラズマ発光分析のｐｐｂよりも３桁低いｐｐｔの感度を
実現することができた。
【０００４】また、高周波誘導結合型プラズマ質量分析
においても、四重極型質量分析器から二重収束型質量分
析器を採用することにより、さらに高感度化が進み、ｐ
ｐｔよりも３桁低いｐｐｑの検出限界をもつ装置も市販
されるようになった。一方、試料導入系についても、超
音波ネブライザや脱溶媒型ネブライザの開発によって試
料導入の効率化が図られ、通常型のネブライザより１桁
から２桁程度感度が向上することが知られている。
においても、四重極型質量分析器から二重収束型質量分
析器を採用することにより、さらに高感度化が進み、ｐ
ｐｔよりも３桁低いｐｐｑの検出限界をもつ装置も市販
されるようになった。一方、試料導入系についても、超
音波ネブライザや脱溶媒型ネブライザの開発によって試
料導入の効率化が図られ、通常型のネブライザより１桁
から２桁程度感度が向上することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体材料な
ど高純度材料の開発により、さらに一層高感度な分析法
の開発，改良が不可欠となってきている。このような中
で、上述した高周波誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）トー
チを用いる分析においても、より高感度化が要求されて
いる。ここで、その分析精度は、トーチで発生させるプ
ラズマ炎の形状により大きく影響される。そして、トー
チ内の試料気流の制御によって高温炎（プラズマ炎）の
形状が左右されるにもかかわらず、従来では、試料気流
の制御については単に圧力と流量とを制御するだけであ
る。高周波誘導結合型プラズマ発光分析，高周波誘導結
合型プラズマ質量分析を例にとると、現在市販されてい
る装置では、加圧されたアルゴンガスを装置の配管に単
純に通すだけである。もちろん、減圧弁などによる圧力
制御や流量計などによる流量制御は行なわれているが、
トーチ内の試料気流自体を制御していない。
ど高純度材料の開発により、さらに一層高感度な分析法
の開発，改良が不可欠となってきている。このような中
で、上述した高周波誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）トー
チを用いる分析においても、より高感度化が要求されて
いる。ここで、その分析精度は、トーチで発生させるプ
ラズマ炎の形状により大きく影響される。そして、トー
チ内の試料気流の制御によって高温炎（プラズマ炎）の
形状が左右されるにもかかわらず、従来では、試料気流
の制御については単に圧力と流量とを制御するだけであ
る。高周波誘導結合型プラズマ発光分析，高周波誘導結
合型プラズマ質量分析を例にとると、現在市販されてい
る装置では、加圧されたアルゴンガスを装置の配管に単
純に通すだけである。もちろん、減圧弁などによる圧力
制御や流量計などによる流量制御は行なわれているが、
トーチ内の試料気流自体を制御していない。
【０００６】その結果、アルゴンは乱流の状態で配管
（トーチ）中を通過する。この乱流は脈流の原因とな
り、脈流はプラズマ炎の不安定性の原因になる。プラズ
マ炎を観察すると、瞬間的に炎が消え、また点滅するよ
うなゆらぎが認められるが、これは脈流の発生のためで
ある。このプラズマ炎の不安定性が発光強度、イオン強
度の変動になって現れ、精度低下の原因となっている。
また、乱流ではトーチ部でアルゴン気流が発散するか
ら、収束されたプラズマ炎にならない。このため、従来
よりある市販の装置では、試料気流をさらに二重のガス
流で包み込む三重構造のプラズマトーチを用い、収束さ
れたプラズマ炎を得る方式を採用しているが、十分に収
束されたプラズマ炎が得られていない。したがって、従
来では、より高感度，高精度に元素の分析を行うことが
できないという問題があった。
（トーチ）中を通過する。この乱流は脈流の原因とな
り、脈流はプラズマ炎の不安定性の原因になる。プラズ
マ炎を観察すると、瞬間的に炎が消え、また点滅するよ
うなゆらぎが認められるが、これは脈流の発生のためで
ある。このプラズマ炎の不安定性が発光強度、イオン強
度の変動になって現れ、精度低下の原因となっている。
また、乱流ではトーチ部でアルゴン気流が発散するか
ら、収束されたプラズマ炎にならない。このため、従来
よりある市販の装置では、試料気流をさらに二重のガス
流で包み込む三重構造のプラズマトーチを用い、収束さ
れたプラズマ炎を得る方式を採用しているが、十分に収
束されたプラズマ炎が得られていない。したがって、従
来では、より高感度，高精度に元素の分析を行うことが
できないという問題があった。
【０００７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、元素の分析を高感度かつ
高精度に行うことができる元素分析方法および元素分析
装置を提供することを目的とする。
るためになされたものであり、元素の分析を高感度かつ
高精度に行うことができる元素分析方法および元素分析
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の元素分析方法
では、分析対象の試料を解離させることで生じた原子を
用いてその試料を分析する元素分析方法において、供給
されるプラズマ源となるガスによるプラズマを発生さ
せ、ガスをキャリアとして試料を気化した試料気流また
は試料の成分を含む試料気流をプラズマに導き、その試
料気流または試料気流を含むプラズマをスパイラル気流
にし、試料の成分を解離し、その解離により生じた原子
の状態により試料の分析を行うようにした。以上のこと
により、発生するプラズマ炎は、より収束したものとな
る。
では、分析対象の試料を解離させることで生じた原子を
用いてその試料を分析する元素分析方法において、供給
されるプラズマ源となるガスによるプラズマを発生さ
せ、ガスをキャリアとして試料を気化した試料気流また
は試料の成分を含む試料気流をプラズマに導き、その試
料気流または試料気流を含むプラズマをスパイラル気流
にし、試料の成分を解離し、その解離により生じた原子
の状態により試料の分析を行うようにした。以上のこと
により、発生するプラズマ炎は、より収束したものとな
る。
【０００９】また、この発明の元素分析装置は、分析対
象の試料を解離させることで生じた原子を用いてその試
料を分析する元素分析装置において、周囲に高周波を印
加するためのコイルが配置され、その高周波によりプラ
ズマを生成して試料を解離させるプラズマ室を備え、そ
の生成したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で
先端ほど径が小さい形状を有するトーチと、そのプラズ
マ室に向かって試料溶液が吐出される試料供給部と、プ
ラズマ源となりかつ前記試料供給部より吐出される試料
溶液を気化するための補助ガスを前記プラズマ室に向か
って試料供給部周囲より供給する補助ガス供給部と、プ
ラズマ源となりかつトーチ壁面を冷却するための主ガス
をプラズマ室に向かって補助ガス供給部周囲より供給す
る主ガス供給部と、トーチより吐出されたプラズマ中の
解離された試料の原子の状態を検出する検出器とを備え
るようにした。以上の構成とすることにより、プラズマ
室で発生するプラズマ炎は、トーチ先端部の形状に沿っ
て、より収束したものとなる。
象の試料を解離させることで生じた原子を用いてその試
料を分析する元素分析装置において、周囲に高周波を印
加するためのコイルが配置され、その高周波によりプラ
ズマを生成して試料を解離させるプラズマ室を備え、そ
の生成したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で
先端ほど径が小さい形状を有するトーチと、そのプラズ
マ室に向かって試料溶液が吐出される試料供給部と、プ
ラズマ源となりかつ前記試料供給部より吐出される試料
溶液を気化するための補助ガスを前記プラズマ室に向か
って試料供給部周囲より供給する補助ガス供給部と、プ
ラズマ源となりかつトーチ壁面を冷却するための主ガス
をプラズマ室に向かって補助ガス供給部周囲より供給す
る主ガス供給部と、トーチより吐出されたプラズマ中の
解離された試料の原子の状態を検出する検出器とを備え
るようにした。以上の構成とすることにより、プラズマ
室で発生するプラズマ炎は、トーチ先端部の形状に沿っ
て、より収束したものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
けるＩＣＰを用いた原始吸光分析装置の要部構成を示す
概略図である。図１に示すように、試料導入部１内の試
料溶液は、試料管１ａを通ってプラズマトーチ２の試料
導入管２ａに供給される。この石英製のプラズマトーチ
２は３重構造となっており、冷却ガス系２ｂおよび補助
ガス系２ｃよりＡｒガスが導入され、試料導入管２ａを
取り巻くようにそれらガスが供給されるようになってい
る。
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
けるＩＣＰを用いた原始吸光分析装置の要部構成を示す
概略図である。図１に示すように、試料導入部１内の試
料溶液は、試料管１ａを通ってプラズマトーチ２の試料
導入管２ａに供給される。この石英製のプラズマトーチ
２は３重構造となっており、冷却ガス系２ｂおよび補助
ガス系２ｃよりＡｒガスが導入され、試料導入管２ａを
取り巻くようにそれらガスが供給されるようになってい
る。
【００１１】また、プラズマトーチ２のプラズマ室２ｄ
は、先端に行くほど絞られた円錐台形状となっている。
加えて、その周囲には高周波付加用のコールドコイル３
が配置されている。そして、Ａｒが供給されている状態
でコールドコイル３により高周波（２７．１２ＭＨｚ）
を印加することで、プラズマ室２ｄではプラズマ４が発
生する。ここで、冷却ガス系２ｂより供給されるＡｒ
は、プラズマトーチ２の外壁を冷却しながらプラズマ室
２ｄにおいてプラズマ源として消費されている。
は、先端に行くほど絞られた円錐台形状となっている。
加えて、その周囲には高周波付加用のコールドコイル３
が配置されている。そして、Ａｒが供給されている状態
でコールドコイル３により高周波（２７．１２ＭＨｚ）
を印加することで、プラズマ室２ｄではプラズマ４が発
生する。ここで、冷却ガス系２ｂより供給されるＡｒ
は、プラズマトーチ２の外壁を冷却しながらプラズマ室
２ｄにおいてプラズマ源として消費されている。
【００１２】一方、補助ガス系２ｃより供給されるＡｒ
は、プラズマ室２ｄで発生しているプラズマ４が、試料
導入管２ａ先端部にまで下がってこないように押し上げ
るために導入されている。加えて、試料導入管２ａの先
端周辺よりこのＡｒは供給されていくため、試料導入管
２ａ先端からは、試料溶液が気化してプラズマ室２ｄ内
に供給されることになる。このようにして、高周波が印
加されＡｒによるプラズマ４が生成しているプラズマ室
２ｄ内には、気化した試料溶液が導入される。そして、
プラズマ４中に導入された試料は、プラズマにより電離
してイオン化する。なお、プラズマトーチ２の外径は２
０ｍｍ、プラズマトーチ２の先端ノズル径ｄは１１ｍ
ｍ、トーチ部の絞り角度θは１３度である。そして、プ
ラズマ４中でイオン化した試料の発光スペクトルもしく
は光吸収スペクトルを検出器５で検出することで、試料
の分析が行える。
は、プラズマ室２ｄで発生しているプラズマ４が、試料
導入管２ａ先端部にまで下がってこないように押し上げ
るために導入されている。加えて、試料導入管２ａの先
端周辺よりこのＡｒは供給されていくため、試料導入管
２ａ先端からは、試料溶液が気化してプラズマ室２ｄ内
に供給されることになる。このようにして、高周波が印
加されＡｒによるプラズマ４が生成しているプラズマ室
２ｄ内には、気化した試料溶液が導入される。そして、
プラズマ４中に導入された試料は、プラズマにより電離
してイオン化する。なお、プラズマトーチ２の外径は２
０ｍｍ、プラズマトーチ２の先端ノズル径ｄは１１ｍ
ｍ、トーチ部の絞り角度θは１３度である。そして、プ
ラズマ４中でイオン化した試料の発光スペクトルもしく
は光吸収スペクトルを検出器５で検出することで、試料
の分析が行える。
【００１３】また、図２は、本発明に係るＩＣＰを用い
た質量分析装置の要部構成を示す概略図である。この質
量分析の場合は、プラズマトーチ２のプラズマ室２ｄで
イオン化されプラズマトーチ２を飛び出した試料を、セ
パレーター６により磁場をかけてその飛行方向曲げ、フ
ァラデーカップなどからなる検出器７に到達させて検出
するようにしている。また、質量分析装置の場合、プラ
ズマトーチ２の外径は２０ｍｍ、その先端ノズル径は１
６ｍｍ、先端部の絞り角度θは１３度である。
た質量分析装置の要部構成を示す概略図である。この質
量分析の場合は、プラズマトーチ２のプラズマ室２ｄで
イオン化されプラズマトーチ２を飛び出した試料を、セ
パレーター６により磁場をかけてその飛行方向曲げ、フ
ァラデーカップなどからなる検出器７に到達させて検出
するようにしている。また、質量分析装置の場合、プラ
ズマトーチ２の外径は２０ｍｍ、その先端ノズル径は１
６ｍｍ、先端部の絞り角度θは１３度である。
【００１４】ところで、この実施の形態とは異なり、先
端部が絞られていない通常のプラズマトーチにおいて
も、冷却ガスや補助ガスの導入口は中心からずらしてあ
り、ある程度回転成分を有する構造となっている。つま
り、従来のトーチにおいても、旋回流が発生する構造と
なっている。しかし、これだけでは十分に収束されたプ
ラズマ炎が得られない。また、トーチの出口を単に絞り
込んでも収束されたプラズマ炎とならない。このように
トーチの出口を単に絞り込んだだけでは、圧損が増加し
て静圧を確保できなくなり、ガスが流れにくくなるため
に生成するプラズマ炎が収束されなくなる。
端部が絞られていない通常のプラズマトーチにおいて
も、冷却ガスや補助ガスの導入口は中心からずらしてあ
り、ある程度回転成分を有する構造となっている。つま
り、従来のトーチにおいても、旋回流が発生する構造と
なっている。しかし、これだけでは十分に収束されたプ
ラズマ炎が得られない。また、トーチの出口を単に絞り
込んでも収束されたプラズマ炎とならない。このように
トーチの出口を単に絞り込んだだけでは、圧損が増加し
て静圧を確保できなくなり、ガスが流れにくくなるため
に生成するプラズマ炎が収束されなくなる。
【００１５】それらのことに対して、この実施の形態で
は、プラズマトーチ２の先端部を所定の形状（コーン
状）に絞るようにしているので、ガスを導入するとそれ
らはスパイラル流となり、これに高周波を印加すれば収
束して安定したプラズマ炎が得られることとなる。ここ
で、その所定の形状とは、ガス流の半径方向のレイノル
ズ数（ＳRe）を−６以下にすることである。ここに、平
均軸方向速度Ｖzaとトーチ先端部絞り角度θとの関数で
ある半径方向速度をＶr＝ｆ（Ｖza，θ）とし、動粘性
係数をγRとすると、半径方向のレイノルズ数はＳRe＝
ＶrＲ／γRで示される。また、トーチ先端部径ｄ＝２Ｒ
である。そして、そのレイノルズ数が−６以下のときに
スパイラル流が発生することが明らかになっている。具
体的には、トーチ先端部の径が０．１〜１００ｍｍのと
き、トーチ先端部絞り角度θが５〜６０度の範囲でスパ
イラル気流が発生する。
は、プラズマトーチ２の先端部を所定の形状（コーン
状）に絞るようにしているので、ガスを導入するとそれ
らはスパイラル流となり、これに高周波を印加すれば収
束して安定したプラズマ炎が得られることとなる。ここ
で、その所定の形状とは、ガス流の半径方向のレイノル
ズ数（ＳRe）を−６以下にすることである。ここに、平
均軸方向速度Ｖzaとトーチ先端部絞り角度θとの関数で
ある半径方向速度をＶr＝ｆ（Ｖza，θ）とし、動粘性
係数をγRとすると、半径方向のレイノルズ数はＳRe＝
ＶrＲ／γRで示される。また、トーチ先端部径ｄ＝２Ｒ
である。そして、そのレイノルズ数が−６以下のときに
スパイラル流が発生することが明らかになっている。具
体的には、トーチ先端部の径が０．１〜１００ｍｍのと
き、トーチ先端部絞り角度θが５〜６０度の範囲でスパ
イラル気流が発生する。
【００１６】図３は螺旋気流を得るために用いる上述し
た実施の形態のトーチによるスパイラル気流の速度分布
の例を示すグラフである。このグラフは横軸にトーチの
中心軸からの半径方向の距離ｒとトーチ先端のノズル半
径Ｒとの比すなわち相対距離ｒ／Ｒをとっており、縦軸
にトーチの軸方向速度Ｖzとトーチにおける最大軸方向
速度Ｖzmaxとの比すなわち相対速度Ｖz/Ｖz maxをとって
いる。また、図３において、上向三角，円，四角，下向
三角は、それぞれノズル出口からの軸方向の距離ｚとノ
ズル径ｄとの比ｚ／ｄが、１．２５，２．５０，３．７
５，５．００の場合を示す。この図３から明らかなよう
に、スパイラル気流の場合には、軸方向速度Ｖzは中心
部で大きくなっており、トーチの管壁に向かって急激に
軸方向速度Ｖｚが減少するような速度分布を持ち、層流
に限りなく近い安定な気流となるから、プラズマ炎は広
がらず、収束したプラズマ炎となる。
た実施の形態のトーチによるスパイラル気流の速度分布
の例を示すグラフである。このグラフは横軸にトーチの
中心軸からの半径方向の距離ｒとトーチ先端のノズル半
径Ｒとの比すなわち相対距離ｒ／Ｒをとっており、縦軸
にトーチの軸方向速度Ｖzとトーチにおける最大軸方向
速度Ｖzmaxとの比すなわち相対速度Ｖz/Ｖz maxをとって
いる。また、図３において、上向三角，円，四角，下向
三角は、それぞれノズル出口からの軸方向の距離ｚとノ
ズル径ｄとの比ｚ／ｄが、１．２５，２．５０，３．７
５，５．００の場合を示す。この図３から明らかなよう
に、スパイラル気流の場合には、軸方向速度Ｖzは中心
部で大きくなっており、トーチの管壁に向かって急激に
軸方向速度Ｖｚが減少するような速度分布を持ち、層流
に限りなく近い安定な気流となるから、プラズマ炎は広
がらず、収束したプラズマ炎となる。
【００１７】図４に通常の旋回流と上述した実施の形態
のトーチによるスパイラル気流との違いを示す。図４で
は、横軸がスワール数０．３の場合の旋回流とスパイラ
ル気流のレイノルズ数、縦軸がプラズマ炎の広がりの半
値幅を示している。図４から明らかなように、レイノル
ズ数が｜６｜の付近でプラズマ炎の広がりの半値幅が急
激に減少し、スパイラル流となることでそれが収束され
たものになることがわかる。
のトーチによるスパイラル気流との違いを示す。図４で
は、横軸がスワール数０．３の場合の旋回流とスパイラ
ル気流のレイノルズ数、縦軸がプラズマ炎の広がりの半
値幅を示している。図４から明らかなように、レイノル
ズ数が｜６｜の付近でプラズマ炎の広がりの半値幅が急
激に減少し、スパイラル流となることでそれが収束され
たものになることがわかる。
【００１８】以上説明したことにより、試料の供給量が
一定の場合には、通常型のトーチに比較して、上述した
この発明によるスパイラル気流を発生させるトーチの方
が、収束される分だけＡｒによるプラズマ炎中に存在す
るＡｒ以外の不純物濃度、すなわち検出すべき試料元素
の濃度が高くなる。また、その収束された検出可能な領
域の径がプラズマ炎の外径より十分小さければ、その効
果は一段と大きくなる。たとえば、プラズマ炎の検出可
能な領域の径がプラズマ炎の外径の１／２となれば、不
純物濃度は４倍となるから、感度が４倍に向上し、プラ
ズマ炎の検出可能な領域の径がプラズマ炎の外径の１／
３となれば、不純物濃度は９倍となるから感度が９倍と
なり、感度が約１桁向上する。
一定の場合には、通常型のトーチに比較して、上述した
この発明によるスパイラル気流を発生させるトーチの方
が、収束される分だけＡｒによるプラズマ炎中に存在す
るＡｒ以外の不純物濃度、すなわち検出すべき試料元素
の濃度が高くなる。また、その収束された検出可能な領
域の径がプラズマ炎の外径より十分小さければ、その効
果は一段と大きくなる。たとえば、プラズマ炎の検出可
能な領域の径がプラズマ炎の外径の１／２となれば、不
純物濃度は４倍となるから、感度が４倍に向上し、プラ
ズマ炎の検出可能な領域の径がプラズマ炎の外径の１／
３となれば、不純物濃度は９倍となるから感度が９倍と
なり、感度が約１桁向上する。
【００１９】さらに、スパイラル気流は層流に限りなく
近い気流であるから脈流がほとんどなく、また指向性が
強いので、ゆらぎがほとんどない安定なプラズマ炎が得
られる。このため、不純物分布，プラズマ分布が再現性
よく得られ、これから得られる発光スペクトル強度，イ
オン量も再現性良く得られるから、繰り返し精度等が向
上する。
近い気流であるから脈流がほとんどなく、また指向性が
強いので、ゆらぎがほとんどない安定なプラズマ炎が得
られる。このため、不純物分布，プラズマ分布が再現性
よく得られ、これから得られる発光スペクトル強度，イ
オン量も再現性良く得られるから、繰り返し精度等が向
上する。
【００２０】ここで、この発明によるプラズマトーチと
従来型のプラズマトーチとによる得られるプラズマの状
態を、それぞれ図５，６に示す。このときは、トーチの
プラズマ室には、２７．１２ＭＨｚの高周波を出力１ｋ
Ｗ印加し、供給する試料気流は０．５５（ｌ／ｍｉｎ）
とした。また、冷却ガスとしてＡｒを１５（ｌ／ｍｉ
ｎ）供給し、補助ガスとしてＡｒを０．５（ｌ／ｍｉ
ｎ）供給した。図６に示すように、従来のプラズマトー
チでは、プラズマ炎は収束されていないが、図５に示す
ように、この発明によるプラズマトーチでは、プラズマ
炎が収束されている。
従来型のプラズマトーチとによる得られるプラズマの状
態を、それぞれ図５，６に示す。このときは、トーチの
プラズマ室には、２７．１２ＭＨｚの高周波を出力１ｋ
Ｗ印加し、供給する試料気流は０．５５（ｌ／ｍｉｎ）
とした。また、冷却ガスとしてＡｒを１５（ｌ／ｍｉ
ｎ）供給し、補助ガスとしてＡｒを０．５（ｌ／ｍｉ
ｎ）供給した。図６に示すように、従来のプラズマトー
チでは、プラズマ炎は収束されていないが、図５に示す
ように、この発明によるプラズマトーチでは、プラズマ
炎が収束されている。
【００２１】以上のことから、図１、図２に示したこの
発明の元素分析装置，その装置を用いた元素分析方法に
おいては、プラズマトーチで試料気流がスパイラル気流
となるから、収束されたプラズマ炎が得られる。この結
果、まず、試料中に含まれる微量の元素の分析を高感度
に行うことができる。また、スパイラル流のプラズマ炎
では中心部の流速が速いため、トーチの管壁との相互作
用もほとんど起きなくなり、図６に示すように、プラズ
マ炎がトーチの管壁に直接ふれることがなくなる。この
ため、トーチを溶融させることがなくなり、また、トー
チと試料成分との化学反応による汚染で分析感度や精度
を阻害することもなくなる。
発明の元素分析装置，その装置を用いた元素分析方法に
おいては、プラズマトーチで試料気流がスパイラル気流
となるから、収束されたプラズマ炎が得られる。この結
果、まず、試料中に含まれる微量の元素の分析を高感度
に行うことができる。また、スパイラル流のプラズマ炎
では中心部の流速が速いため、トーチの管壁との相互作
用もほとんど起きなくなり、図６に示すように、プラズ
マ炎がトーチの管壁に直接ふれることがなくなる。この
ため、トーチを溶融させることがなくなり、また、トー
チと試料成分との化学反応による汚染で分析感度や精度
を阻害することもなくなる。
【００２２】そして、この発明では、ゆらぎがほとんど
ない安定なプラズマ炎が得られるので、元素の分析を高
精度に行うことができる。たとえば、周波数２７．１２
ＭＨｚの高周波出力を１．４ｋＷ、冷却ガス流量を１
２．０（ｌ／ｍｉｎ）、補助ガス流量を０．５（ｌ／ｍ
ｉｎ）とした条件で、試料気流量を１．０（ｌ／ｍｉ
ｎ）としたランタン１０ｐｐｂ溶液を、従来のプラズマ
トーチを用いて質量分析すると、139Ｌａの強度は、フ
ァラデーカップ（検出器）測定では７．４×１０10カウ
ントであった。
ない安定なプラズマ炎が得られるので、元素の分析を高
精度に行うことができる。たとえば、周波数２７．１２
ＭＨｚの高周波出力を１．４ｋＷ、冷却ガス流量を１
２．０（ｌ／ｍｉｎ）、補助ガス流量を０．５（ｌ／ｍ
ｉｎ）とした条件で、試料気流量を１．０（ｌ／ｍｉ
ｎ）としたランタン１０ｐｐｂ溶液を、従来のプラズマ
トーチを用いて質量分析すると、139Ｌａの強度は、フ
ァラデーカップ（検出器）測定では７．４×１０10カウ
ントであった。
【００２３】これに対して、同一条件で、この発明のプ
ラズマトーチを用い、図２に示す質量分析装置で分析し
た場合では、検出器７の測定で139Ｌａの強度は１．６
×１０11カウントであり、従来と比較して約２倍の感度
向上が図れた。また、１０回の測定での繰り返し精度
は、従来のプラズマトーチを用いた分析では、相対標準
偏差が４．０４％であるのに対し、この発明のプラズマ
トーチを用いた分析では相対標準偏差が１．０４％とな
り、精度が格段に向上した。さらに、プラズマ炎がトー
チ先端部で包まれる構造となっているので、空気中成分
の妨害による感度や精度の低下がさけられる。
ラズマトーチを用い、図２に示す質量分析装置で分析し
た場合では、検出器７の測定で139Ｌａの強度は１．６
×１０11カウントであり、従来と比較して約２倍の感度
向上が図れた。また、１０回の測定での繰り返し精度
は、従来のプラズマトーチを用いた分析では、相対標準
偏差が４．０４％であるのに対し、この発明のプラズマ
トーチを用いた分析では相対標準偏差が１．０４％とな
り、精度が格段に向上した。さらに、プラズマ炎がトー
チ先端部で包まれる構造となっているので、空気中成分
の妨害による感度や精度の低下がさけられる。
【００２４】以下に、リンを分析した例を示す。図７は
従来のトーチを用いた質量分析装置によるリンの分析結
果を示し、図８はこの発明によるトーチを用いた質量分
析装置によるリンの分析結果を示す。分析するリンの濃
度は１０ｐｐｂであり、このときの分析分解能は３００
０以上とした。図７に示されるように、ＩＣＰを用いた
31Ｐの質量分析では、15Ｎ16Ｏや14Ｎ16Ｏ1Ｈが妨害イ
オンとなる。これが、図８に示すように、この発明のト
ーチを用いると、31Ｐの検出ピーク高さが約２倍とな
る。しかし、妨害イオンである15Ｎ16Ｏや14Ｎ16Ｏ1Ｈ
の検出ピーク高さに変化はない。すなわち、この発明の
トーチを用いることにより、相対的に妨害イオンの影響
が半減していることがわかる。
従来のトーチを用いた質量分析装置によるリンの分析結
果を示し、図８はこの発明によるトーチを用いた質量分
析装置によるリンの分析結果を示す。分析するリンの濃
度は１０ｐｐｂであり、このときの分析分解能は３００
０以上とした。図７に示されるように、ＩＣＰを用いた
31Ｐの質量分析では、15Ｎ16Ｏや14Ｎ16Ｏ1Ｈが妨害イ
オンとなる。これが、図８に示すように、この発明のト
ーチを用いると、31Ｐの検出ピーク高さが約２倍とな
る。しかし、妨害イオンである15Ｎ16Ｏや14Ｎ16Ｏ1Ｈ
の検出ピーク高さに変化はない。すなわち、この発明の
トーチを用いることにより、相対的に妨害イオンの影響
が半減していることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、生成
したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で先端ほ
ど径が小さい形状を有するトーチを用いるようにした。
このような構成としたことにより、トーチのプラズマ炎
が生成される領域では、試料気流がスパイラル気流とな
りプラズマ炎が収束されるようになる。この結果、この
発明によれば、元素の分析を高感度に行うことができる
とともに、ゆらぎがほとんどない安定な炎が得られるか
ら、元素の分析を高精度に行うことができる。
したプラズマが放出する出口が所定の絞り角度で先端ほ
ど径が小さい形状を有するトーチを用いるようにした。
このような構成としたことにより、トーチのプラズマ炎
が生成される領域では、試料気流がスパイラル気流とな
りプラズマ炎が収束されるようになる。この結果、この
発明によれば、元素の分析を高感度に行うことができる
とともに、ゆらぎがほとんどない安定な炎が得られるか
ら、元素の分析を高精度に行うことができる。
【図１】 この発明の実施の形態におけるＩＣＰを用い
た原始吸光分析装置の要部構成を示す概略図である。
た原始吸光分析装置の要部構成を示す概略図である。
【図２】 本発明の実施の形態におけるＩＣＰを用いた
質量分析装置の要部構成を示す概略図である。
質量分析装置の要部構成を示す概略図である。
【図３】 この発明のトーチによるスパイラル気流の速
度分布の例を示すグラフである。
度分布の例を示すグラフである。
【図４】 通常の旋回流とこの発明のトーチによるスパ
イラル気流との違いを示す特性図である。
イラル気流との違いを示す特性図である。
【図５】 この発明によるプラズマトーチによるプラズ
マ発生の状態を示す写真である。
マ発生の状態を示す写真である。
【図６】 従来型のプラズマトーチによるプラズマ発生
の状態を示す写真である。
の状態を示す写真である。
【図７】 従来のトーチを用いた質量分析装置によるリ
ンの分析結果を示す特性図である。
ンの分析結果を示す特性図である。
【図８】 この発明によるトーチを用いた質量分析装置
によるリンの分析結果を示す特性図である。
によるリンの分析結果を示す特性図である。
１…試料導入部、１ａ…試料管、２…プラズマトーチ、
２ａ…試料導入管、２ｂ冷却ガス系…、２ｃ…補助ガス
系、３…コールドコイル、４…プラズマ、５…検出器、
６…セパレーター、７…検出器。
２ａ…試料導入管、２ｂ冷却ガス系…、２ｃ…補助ガス
系、３…コールドコイル、４…プラズマ、５…検出器、
６…セパレーター、７…検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 清之 東京都目黒区上目黒五丁目８番15−501号
Claims (5)
- 【請求項１】 分析対象の試料を解離させることで生じ
た原子を用いて前記試料を分析する元素分析方法におい
て、 供給されるプラズマ源となるガスによるプラズマを先端
ほど径が小さい形状を有するトーチ内で発生させ、 前記ガスをキャリアとして前記試料を気化した試料気流
または前記試料の成分を含む試料気流を前記プラズマに
導き、 前記試料気流または前記試料気流を含むプラズマをスパ
イラル気流にし、前記試料の成分を解離し、 その解離により生じた原子の状態により前記試料の分析
を行うことを特徴とする元素分析方法。 - 【請求項２】 分析対象の試料を解離させることで生じ
た原子を用いて前記試料を分析する元素分析装置におい
て、 周囲に高周波を印加するためのコイルが配置され、前記
高周波によりプラズマを生成して前記試料を解離させる
プラズマ室を備え、その生成したプラズマが放出する出
口が、所定の絞り角度で先端ほど径が小さい形状を有す
るトーチと、 前記プラズマ室に向かって前記試料溶液が吐出される試
料供給部と、 プラズマ源となりかつ前記試料供給部より吐出される試
料溶液を気化するための補助ガスを前記プラズマ室に向
かって前記試料供給部周囲より供給する補助ガス供給部
と、 プラズマ源となりかつ前記トーチ壁面を冷却するための
主ガスを前記プラズマ室に向かって前記補助ガス供給部
周囲より供給する主ガス供給部と、 前記トーチより吐出されたプラズマ中の解離された前記
試料の原子の状態を検出する検出器とを備えたことを特
徴とする元素分析装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の元素分析装置において、 前記絞り角度は、トーチ先端部におけるレイノルズ数が
−６以下となる角度であることを特徴とする元素分析装
置。 - 【請求項４】 請求項２または３記載の元素分析装置に
おいて、 前記検出器は、前記トーチより放出されたプラズマ中の
原子の光特性を検出する光検出手段から構成されている
ことを特徴とする元素分析装置。 - 【請求項５】 請求項２または３記載の元素分析装置に
おいて、 前記検出部は、 前記トーチの前記プラズマが放出される先に配置された
セパレーターと、 前記トーチより放出してそのセパレーターを通過した原
子を検出するイオン検出器とから構成されていることを
特徴とする元素分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8350151A JPH09318542A (ja) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | 元素分析方法および元素分析装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-340345 | 1995-12-27 | ||
| JP34034595 | 1995-12-27 | ||
| JP8350151A JPH09318542A (ja) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | 元素分析方法および元素分析装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006274813A Division JP4095646B2 (ja) | 1995-12-27 | 2006-10-06 | 元素分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318542A true JPH09318542A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=26576683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8350151A Pending JPH09318542A (ja) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | 元素分析方法および元素分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09318542A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101386017B1 (ko) * | 2005-09-02 | 2014-04-16 | 퍼킨엘머, 인크. | 플라즈마 발생 유도 장치 |
| CN119069336A (zh) * | 2024-08-01 | 2024-12-03 | 暨南大学 | 一种高通量icp炬管及其应用和质谱分析方法 |
| EP3509086B1 (en) * | 2016-09-23 | 2025-11-05 | Horiba, Ltd. | Elemental analysis device and elemental analysis method |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP8350151A patent/JPH09318542A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101386017B1 (ko) * | 2005-09-02 | 2014-04-16 | 퍼킨엘머, 인크. | 플라즈마 발생 유도 장치 |
| EP3509086B1 (en) * | 2016-09-23 | 2025-11-05 | Horiba, Ltd. | Elemental analysis device and elemental analysis method |
| CN119069336A (zh) * | 2024-08-01 | 2024-12-03 | 暨南大学 | 一种高通量icp炬管及其应用和质谱分析方法 |
| CN119069336B (zh) * | 2024-08-01 | 2025-09-30 | 暨南大学 | 一种高通量icp炬管及其应用和质谱分析方法 |
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