▶ サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-04
(45)【発行日】2023-08-15
(54)【発明の名称】分光計のためのプラズマ源チャンバ
(51)【国際特許分類】
H05H 1/26 20060101AFI20230807BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
H05H1/26
G01N27/62 G
【請求項の数】
29
(21)【出願番号】P 2021559897
(86)(22)【出願日】2020-04-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-06
(86)【国際出願番号】 EP2020060048
(87)【国際公開番号】W WO2020208085
(87)【国際公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-10-08
(31)【優先権主張番号】1905069.9
(32)【優先日】2019-04-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】508306565
【氏名又は名称】サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100224672
【弁理士】
【氏名又は名称】深田 孝徳
(72)【発明者】
【氏名】クアース ノルベルト
(72)【発明者】
【氏名】ムルタジン アイラト
(72)【発明者】
【氏名】ガイスラー セバスチャン
(72)【発明者】
【氏名】ヴォルフ トビアス
(72)【発明者】
【氏名】ラートカンプ ヤン
(72)【発明者】
【氏名】ヴェーラース ディルク
(72)【発明者】
【氏名】スコブリン ミハイル
【審査官】大門 清
(56)【参考文献】
【文献】特開平０３－０９５８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２２４３２２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０８－０８６７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０２８８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４２２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０５６５４３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｇ０１Ｎ ２７／６０－２７／７０
Ｇ０１Ｎ ２７／９２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
分光計内で使用するためのプラズマ源チャンバであって、プラズマ源を収容するための内側ハウジングと、
前記内側ハウジングを収容する外側ハウジングとを備え、
前記外側ハウジングが、第１の壁内の少なくとも１つの外側空気入口開口部、および、第２の壁内の少なくとも１つの外側空気出口開口部を備え、
前記内側ハウジングの壁および前記外側ハウジングの壁が、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間の間隔を通じて前記少なくとも１つの外側空気入口開口部から前記少なくとも１つの外側空気出口開口部への第１の空気流を可能にするように、前記間隔を規定し、
前記内側ハウジングが、第１の壁内の少なくとも１つの内側空気入口開口部、および、第２の壁内の少なくとも１つの内側空気出口開口部とを備え、前記内側ハウジングを通じて前記少なくとも１つの内側空気入口開口部から前記少なくとも１つの内側空気出口開口部への第２の空気流を可能にし、
前記壁、前記入口、および前記出口が、使用時に前記第１の空気流が前記第２の空気流よりも大きくなるように構成されている、プラズマ源チャンバ。
【請求項2】
前記少なくとも１つの外側空気入口開口部および前記少なくとも１つの外側空気出口開口部が、前記外側ハウジングの対向する壁に配置されている、請求項１に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項3】
前記少なくとも１つの外側空気入口開口部が、使用中、前記少なくとも１つの外出口開口部よりも低く配置されている、請求項１または２に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項4】
前記少なくとも１つの外側空気出口開口部が、前記少なくとも１つの外側空気入口開口部よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項5】
前記少なくとも１つの外側空気入口開口部が、実質的に前記外側ハウジングの壁の幅にわたって延在する、請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項6】
前記少なくとも１つの外側空気出口開口部が、実質的に前記外側ハウジングの壁の幅にわたって延在する、請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項7】
前記少なくとも１つの内側空気入口開口部および前記少なくとも１つの内側空気出口開口部が、前記内側ハウジングの対向する壁に配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項8】
前記少なくとも１つの内側空気入口開口部が、使用中、前記少なくとも１つの内側空気出口開口部よりも低く配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項9】
前記少なくとも１つの内側空気出口開口部が、前記少なくとも１つの内側空気入口開口部よりも大きい、請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項10】
前記少なくとも１つの内側空気入口開口部が、実質的に前記内側ハウジングの壁の幅にわたって延在する、請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項11】
前記少なくとも１つの内側空気出口開口部が、実質的に前記内側ハウジングの壁の幅にわたって延在する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項12】
前記少なくとも１つの内側空気入口開口部が、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間の前記間隔と直接連通している、請求項１～１１のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項13】
前記少なくとも１つの内側空気入口開口部が、前記外側ハウジングの外側から空気が流れることを可能にするように、前記間隔および前記外側ハウジングの壁を通って延在するダクトに接続されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項14】
前記少なくとも１つの内側空気出口開口部が、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間の前記間隔と直接連通している、請求項１～１３のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項15】
前記少なくとも１つの内側空気出口開口部が、前記外側ハウジングの外側へと空気が流れることを可能にするように、前記間隔および前記外側ハウジングの壁を通って延在するダクトに接続されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項16】
前記内側ハウジングが取り外し可能である、請求項１～１５のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項17】
前記外側ハウジングの少なくとも１つの壁を覆うためのシールド要素をさらに備え、前記シールド要素および前記壁が、前記シールド要素と前記外側ハウジングとの間の第３の空気流を可能にするような、さらなる間隔を規定する、請求項１～１６のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項18】
前記シールド要素が、前記外側ハウジングの２つの実質的に垂直な壁を覆うように構成されており、前記さらなる間隔が、前記シールド要素と前記壁との間に延在し、前記壁のうちの１つは、好ましくは、使用中、上壁である、請求項１７に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項19】
前記内側ハウジングが、使用中に底壁である壁内に、少なくとも１つのさらなる空気入口開口部を有する、請求項１～１８のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項20】
プラズマ源および少なくとも１つのペリスコープ観察要素を収容するために、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングの両方の壁内にさらなる開口部が設けられている、請求項１～１９のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項21】
垂直プラズマ源を収容するように構成されている、請求項１～２０のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項22】
水平プラズマ源を収容するように構成されている、請求項１～２０のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項23】
前記プラズマ源が、誘導結合プラズマ源、火炎源、マイクロ波誘導プラズマ源、または電熱イオン化源である、請求項１～２２のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項24】
前記内側ハウジングのための内側ドアおよび前記外側ハウジングのための外側ドアをさらに備える、請求項１～２３のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項25】
前記内側ドアおよび前記外側ドアのうちの少なくとも１つがスライドドアである、請求項２４に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項26】
前記内側ドアおよび前記外側ドアが、前記外側ドアを開閉することによって前記内側ドアも開閉されるように接続されている、請求項２４または２５に記載のプラズマ源チャンバ。
【請求項27】
請求項１～２６のいずれか一項に記載のプラズマ源チャンバを備える、分光計。
【請求項28】
光学発光分光計もしくは原子蛍光分光計などの発光分光計、または原子吸光分光計、または
質量分析計である、請求項２７に記載の分光計。
【請求項29】
プラズマ光学発光分光計である、請求項２８に記載の分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分光計のためのプラズマ源チャンバに関する。より詳細には、本発明は、チャンバ内に能動冷却要素を必要とせずにプラズマ源を収容することができる分光計内で使用するためのプラズマ源チャンバに関する。
【背景技術】
【0002】
発光分光計および質量分析計などの分光計内でプラズマ源を使用することはよく知られている。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源などのプラズマ源は、原子および分子がイオン化され得るプラズマを生成する。このようなプラズマでは、８，０００Ｋまたはさらには１０，０００Ｋの温度など、極度に高い温度が発生する可能性がある。従来の分光計では、プラズマ源は大型のチャンバに収容されており、したがって、プラズマとチャンバの壁および他の部分との間の距離を比較的長くすることが可能であった。分光計のユーザがますますよりコンパクトな機器を所望するようになったため、プラズマ源チャンバの寸法は減少しており、プラズマ源と他の部品との間の距離がより短くなっている。これは、温度および温度勾配に関連する問題を引き起こすことが理解されよう。
【0003】
プラズマチャンバ内部の空気流を冷却に使用することはよく知られている。例えば、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標）によって製造されているＴｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（商標）ｉＣＡＰ（商標）７０００ ＩＣＰ－ＯＥＳ Ａｎａｌｙｚｅｒシステムは、プラズマトーチが収容されており、かつ冷却に空気流が使用されるプラズマチャンバを有する。プラズマトーチの上方のプラズマチャンバの上壁内に空気出口開口部が設けられており、一方、側壁近くの底壁内に空気入口開口部が設けられており、したがって、空気がプラズマトーチを過ぎてチャンバの下部から上部に流れることができる。この構成は、半径方向に観察される垂直トーチには良好に機能するが、垂直トーチの軸方向視にはあまり適していない。このため、ｉＣＡＰ（商標）７０００システムのトーチは、上部空気出口を保持し、かつデュアルビュー構成において側面から軸方向に観察することを可能にしながら、水平に配置される。
【0004】
シングルビューとデュアルビューの両方の構成において、所望に応じてプラズマトーチを水平または垂直に自由に取り付けられるままにするために、プラズマチャンバの側面に上部空気出口を設け、したがって、プラズマトーチの上方の空間を解放することが可能である。しかしながら、プラズマチャンバの中心から離れた空気出口は、空気のクロスフローを引き起こし、これはプラズマを乱し、プラズマ源の不安定性をもたらす可能性がある。ただし、プラズマチャンバの寸法が制限されている場合でも、その外面が安全上の問題を引き起こさないように、空気流はプラズマチャンバを冷却するのに十分に大きい必要がある。
【0005】
特開２００５－２０５２９６号は、排ガス冷却装置を備えたＩＣＰ分光計を開示している。特開２００５－２０５２９６号のプラズマチャンバは、予備冷却器に固定されたエルボ形予備冷却配管を備えている。予備冷却配管の下流に配置されたガス冷却器は、水冷式熱交換コイルを含む。排気ファンも設けられている。冷却配管のエルボ形状は、入口と出口との間の見通し線を妨げ、これは、一部の用途では望ましくない。さらに、特開２００５－２０５２９６号のプラズマチャンバには、予備冷却器、ガス冷却器、およびファンが必要であり、これによって構成が複雑になり、比較的高価になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００５－２０５２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、従来技術の不利な点を克服し、コンパクトであり得、垂直プラズマ源の使用を可能にし、能動冷却機構を必要としない、分光計のためのプラズマ源チャンバを提供することを模索する。特に、本発明は、プラズマを乱す強い空気流を必要とせずに、その外面の十分な冷却を提供するプラズマ源チャンバを提供することを模索する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
したがって、本発明は、分光計内で使用するためのプラズマ源チャンバを提供し、プラズマ源チャンバは、プラズマ源を収容するための内側ハウジングと、内側ハウジングを収容する外側ハウジングとを備え、外側ハウジングは、第１の壁内の少なくとも１つの外側空気入口開口部、および、第２の壁内の少なくとも１つの外側空気出口開口部を備え、内側ハウジングの壁および外側ハウジングの壁は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔を通じて少なくとも１つの外側空気入口開口部から少なくとも１つの外側空気出口開口部への第１の空気流を可能にするように、間隔を規定し、内側ハウジングは、第１の壁内の少なくとも１つの内側空気入口開口部、および、第２の壁内の少なくとも１つの内側空気出口開口部を備え、内側ハウジングを通じて少なくとも１つの内側空気入口開口部から少なくとも１つの内側空気出口開口部への第２の空気流を可能にする。
【0009】
内側ハウジングと外側ハウジングの両方を提供することにより、二重層の熱保護構造が得られる。内側ハウジングと外側ハウジングとの間に間隔を設けることにより、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の直接的な熱伝達が回避され、したがって、断熱性が大幅に改善される。さらに、間隔は、空気流が内側ハウジングと外側ハウジングとの間を通過することを可能にし、したがって、内側ハウジングを通過しない空気によって外側ハウジングが冷却される。その結果、内側ハウジングを通過する空気流は、体積および速度を制限することができ、一方、プラズマ源チャンバの内部容積が小さい場合であっても、外側ハウジングの温度を、安全規制に準拠する値に制限することができる。特に、本発明は、特定の実施形態において２５０ ｍ3／ｈ未満の総空気流量が使用されることを可能にする。本発明のプラズマ源チャンバは、垂直プラズマトーチが使用される場合にも、プラズマの半径方向および軸方向の両方の観察に適し得る。
【0010】
本発明の有利な実施形態では、壁、入口、および出口は、使用時に第１の空気流が第２の空気流よりも大きくなるように構成されている。すなわち、そのような実施形態では、外側ハウジングを通る空気流は、内側ハウジングを通る空気流よりも体積および／または気流速度が大きい。逆に、内側ハウジングを通る空気流は、外側ハウジングを通る空気流よりも小さく、したがって、プラズマが空気流によって乱されるのを防ぐ。これは、空気入口開口部および空気出口開口部の相対的な寸法、およびそれらの相対的な向きによって達成することができる。
【0011】
本発明は、プラズマ源チャンバ内の空気流が、プラズマ源チャンバの外面が十分に冷却されるように導かれるべきであるという洞察に基づいている。本発明は、プラズマトーチにおける空気流およびその周辺の空気流が、プラズマが空気流によって乱されるのを回避するように、体積および速度を制限されるべきであるというさらなる洞察から利益を得る。
【0012】
本発明はまた、離間された内側ハウジングおよび外側ハウジングを提供することにより、その間隔を通る空気流を可能にし、したがって、内側ハウジング内のプラズマから空気を遠ざけながら外面を冷却することを可能にするという、またさらなる洞察から利益を得る。
【0013】
プラズマが空気流によって乱されるのを回避するために、内側ハウジングを通る空気流は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔を通る空気流よりも小さいことが好ましい。言い換えれば、主な空気流は、内側ハウジングを通るのではなく、その周りに導かれる。
【0014】
内側ハウジングおよび外側ハウジングの両方は、第１の壁内の少なくとも１つの空気入口開口部および第２の壁内の少なくとも１つの空気出口開口部を有し、第１の壁および第２の壁は、好ましくは対向する側壁などの、異なる壁である。内側ハウジングおよび外側ハウジングのいずれか、または両方において、少なくとも１つの空気入口開口部は、使用中、少なくとも１つの出口開口部よりも低く配置され得る。すなわち、プラズマチャンバが使用されているとき、入口開口部は、底壁に、および／または底壁の中に配置され得、一方、出口開口部は、内側ハウジングおよび外側ハウジングの上壁に、および／または上壁の中に配置され得る。このようにして、空気がプラズマチャンバを通過するときに相当に熱くなるため、自然な空気流が促進される。空気は熱くなると膨張するため、空気出口開口部が、空気入口開口部よりも大きいことが有利であり得、すなわち、例えば、空気出口開口部は、より大きい断面を有し得る。
【0015】
少なくとも１つの外側空気入口開口部、すなわち、外側ハウジングの空気入口開口部は、実質的に外側ハウジングの壁の幅を超えて延在することができる。同様に、少なくとも１つの外側空気出口開口部、すなわち、外側ハウジングの空気出口開口部は、実質的に外側ハウジングの壁の幅を超えて延在することができる。付加的にまたは代替的に、内側ハウジングの少なくとも１つの空気入口開口部、および／または、外側ハウジングの少なくとも１つの空気入口開口部は、実質的に内側ハウジングの壁の幅を超えて延在してもよい。
【0016】
本発明によるプラズマ源チャンバにおいて、少なくとも１つの内側空気入口開口部は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔と直接連通することができる。結果として、内側ハウジングを通る空気流（第２の空気流と呼ばれることがある）は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔を通る空気流（第１の空気流と呼ばれることがある）から導出することができる。すなわち、間隔を通る（第１の）空気流の一部分が分かれて、内側ハウジングを通る（第２の）空気流を構成する。
【0017】
代替的に、少なくとも１つの内側空気入口開口部は、外側ハウジングの外側からの空気流を可能にするように、上記間隔および外側ハウジングの壁を通って延在するダクトに接続されてもよい。そのような実施形態では、間隔を通る（第１の）空気流および内側ハウジングを通る（第２の）空気流は、別個の空気流である。
【0018】
同様に、少なくとも１つの内側空気出口開口部は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔と直接連通することができる。すなわち、内側ハウジングを通る（第２の）空気流は、上記間隔内で、好ましくは外側ハウジングの空気出口開口部においてまたはその近くで、（第１の）空気流に合流し得る。代替的に、または付加的に、少なくとも１つの内側空気出口開口部は、外側ハウジングの外側への空気流を可能にするように、上記間隔および外側ハウジングの壁を通って延在するダクトに接続されてもよい。
【0019】
特に有利な実施形態では、内側ハウジングは取り外し可能である。すなわち、内側ハウジングはプラズマチャンバから取り外すことができ、したがって、外側ハウジングに取り外し可能に取り付けることができる。取り外し可能な内側ハウジングを提供することにより、プラズマチャンバの内側をより容易に洗浄することができ、これは、内側ハウジング内の堆積物の蓄積に起因して必要となる可能性がある。また、取り外し可能な内側ハウジングを提供することによって、必要なときに内側ハウジングを交換することができる。
【0020】
一実施形態では、プラズマ源チャンバは、外側ハウジングの少なくとも１つの壁を覆うために外側ハウジングの外側に配置されたシールド要素をさらに備えることができ、上記シールド要素および上記壁は、上記シールド要素と外側ハウジングとの間の第３の空気流を可能にするような、さらなる間隔を規定する。さらなる間隔および関連する空気流は、シールド要素によって構成される追加の層に起因する追加の断熱を提供しながら、外側ハウジングの外部の冷却を提供する。シールド要素は、外側ハウジングの２つの実質的に垂直な壁を覆うように構成することができ、さらなる間隔は、上記シールド要素と上記壁との間に延在し、上記壁のうちの１つは、好ましくは、使用中、上壁である。シールド要素は、分光計の（通常は温度に敏感な）光学セクションに面し得る。
【0021】
上記のように、内側ハウジングと外側ハウジングの両方は、複数の空気入口開口部および／または複数の空気出口開口部を有することができる。特に、内側ハウジングは、使用中に底壁である壁内に、少なくとも１つのさらなる空気入口開口部を有することができる。プラズマ源と、プラズマを観察するためのペリスコープなどの少なくとも１つの観察要素とを収容するために、内側ハウジングと外側ハウジングの両方の壁内にさらなる開口部を設けることができる。そのような構成ではプラズマトーチの真上に空気出口開口部を設ける必要がないため、軸方向観察要素を実質的にプラズマトーチの上に配置することができる。軸方向観察要素を、アルゴンの供給によってパージして、パージされた光路を提供することができる。
【0022】
本発明によるプラズマ源チャンバは、内側ハウジングのための内側ドアおよび外側ハウジングのための外側ドアを備えることができ、これらのドアは、ドアの組み合わされた動きを提供するために結合することができる。内側ドアおよび外側ドアのうちの少なくとも一方は、スライドドアであり得る。一実施形態では、内側ドアと外側ドアの両方がスライドドアである。
【0023】
本発明によるプラズマ源チャンバは、有利には、垂直プラズマ源を収容するように構成することができる。しかしながら、水平プラズマ源を収容する実施形態も可能である。いずれの方向でも、プラズマ源は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源であり得る。火炎源、ＭＩＰ（マイクロ波誘導プラズマ）源、またはＥＴＡ（電気熱イオン化）源などの他の源もまた、本発明のソースチャンバ内に水平または垂直に配置され得る。
【0024】
本発明はさらに、上記のようなプラズマ源チャンバを備える、発光分光計、より詳細には光学発光分光計、または質量分析計などの分光計を提供する。本発明による発光分光計は、分析されるサンプルをプラズマに導入するためのサンプル導入システムと、プラズマの発光を検出するための検出ユニットとをさらに備えることができる。本発明による質量分析計は、スキマーコーン、サンプリングコーン、四重極質量フィルタなどの少なくとも１つの質量フィルタ、イオン光学系、およびイオンを検出するための検出ユニットをさらに備えることができる。代替的に、本発明によって提供される分光計は、原子蛍光分光計または原子吸光分光計であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】従来技術によるプラズマ源チャンバの例示的な実施形態の概略図である。
【図2】本発明によるプラズマ源チャンバの第１の例示的な実施形態の概略図である。
【図3】本発明によるプラズマ源チャンバの第２の例示的な実施形態の概略図である。
【図4】本発明によるプラズマ源チャンバの内側ハウジングの一実施形態の概略図である。
【図5】本発明によるプラズマ源チャンバの外側ハウジングの一実施形態の概略図である。
【図6】本発明による一実施形態プラズマ源チャンバの概略図である。
【図7】本発明によるプラズマ源チャンバを備える発光分光計の例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
従来技術によるプラズマチャンバが、図１の断面図に概略的に示されている。この種のプラズマチャンバ（またはプラズマ源チャンバ）は、例えば、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標）製のｉＣＡＰ ７０００（商標）質量分析計に使用されている。プラズマチャンバ１０’は、プラズマトーチ３１が収容されるハウジング１５を備えるように示されている。プラズマトーチ３１は、プラズマトーチ３１の長さの一部分の周りに配置されたＲＦ電気誘導コイル３８を設けられている。ＲＦ電気誘導コイル３８は、プラズマを生成するための加熱要素として機能する。観察要素３９が、使用中のプラズマを側面から観察するために、プラズマチャンバの側壁から突出している。排気管１８が、プラズマトーチ３１の上方に位置する空気出口開口部２９と直接連通するプラズマチャンバ１０’の上壁上に配置されている。プラズマ室の底壁には、側壁に隣接して、空気入口開口部２１が設けられている。
【0027】
排気管１８の位置は、観察要素がプラズマチャンバの上壁に配置されることを防ぎ、そのような配置は、いくつかの用途ではあまり好都合ではない。さらに、プラズマチャンバを通る空気流５は、空気入口開口部２１からプラズマトーチ３１の上方のプラズマを通過して、空気出口開口部２９に至る。空気流が強すぎてはならず、そうでなければプラズマが乱されることが理解されよう。
【0028】
図２の断面図に概略的に示されている本発明によるプラズマ源チャンバ１０の例示的な実施形態は、外側ハウジング（または外側チャンバ）１２に収容されている内側ハウジング（または内側チャンバ）１１を備える。内側ハウジング１１内には、使用中にプラズマ３０を生成することができるプラズマトーチ３１が配置されている。プラズマトーチ３１の上方に、プラズマを軸方向に観察するための観察要素３２が配置されている。観察要素３２は、示される実施形態では、パージされた光路を提供するためにガスが供給される管によって構成される。ガスは、好ましくは、観察要素３２を介して深紫外線（ＵＶ）光を透過させることを可能にする、アルゴン（Ａｒ）などの無酸素乾燥ガスである。示される実施形態では、プラズマトーチが、使用中、内側ハウジング１１内に垂直に配置され、観察要素３２が、実質的に軸方向においてプラズマトーチ３１の上方に配置されることに留意されたい。
【0029】
内側ハウジング１１は、空気入口開口部２３および空気出口開口部２４を設けられており、これらは、図に示される実施形態では、内側ハウジング１１を通る空気流２を可能にするように、内側ハウジング１１の対向する壁内に配置されている。プラズマトーチ３１に隣接して底壁に配置された空気入口開口部２３Ａなど、追加の空気入口開口部が内側ハウジングの壁内に存在してもよく、これにより、内側ハウジングを通る追加の空気流２Ａが可能にされる。同様に、追加の空気出口開口部が提供されてもよい。示される実施形態では、空気出口開口部２４は、使用中、プラズマによって加熱される空気の自然な流れを補助するように、空気入口開口部２３および２３Ａよりも高く配置される。しかしながら、いくつかの実施形態では、空気入口開口部は、空気出口開口部と実質的に同じ高さ、またはさらには空気出口開口部よりも高い位置に配置されてもよい。
【0030】
外側ハウジング１２は、示される実施形態では、空気入口開口部２１、空気出口開口部２２、および追加の空気出口開口部２２Ａを備えている。示される実施形態では、空気入口および出口開口部２１および２２は、外側ハウジング１２の反対側の壁に配置され、一方、空気出口開口部２２および２２Ａは、使用中、空気入口開口部２１よりも高く配置され、空気入口開口部２１を補助する。外側ハウジングを通る加熱された空気の自然な流れ。しかしながら、いくつかの実施形態では、空気入口開口部は、空気出口開口部と実質的に同じ高さ、またはさらには空気出口開口部よりも高い位置に配置されてもよい。
【0031】
本発明によれば、間隔２５は、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との間に存在し、これにより、外側ハウジング１２を通り、ただし実質的に内側ハウジング１１の周りでの空気流１が可能になる。図２の実施形態では、空気流１が、図２に示されている内側ハウジング１１の４つの壁すべての周りに存在していることが分かる。
【0032】
そのような空気流はまた、内側ハウジングのそれぞれの前壁と外側ハウジングとの間、および／または内側ハウジングのそれぞれの後壁と外側ハウジングとの間の間隔（図２には示さず）にも存在し得ることが理解されよう。いくつかの実施形態では、プラズマ源チャンバの前部および／または後部に空気流が提供される間隔はなく、少なくとも１対の側壁（すなわち、内側ハウジングおよび外側ハウジングのそれぞれの側壁の間）および少なくとも１対の上壁（すなわち、内側ハウジングおよび外側ハウジングのそれぞれの上壁またはカバーの間）の間の間隔のみに提供される。
【0033】
内側ハウジングと外側ハウジングとの間に間隔を設けることにより、空気は内側ハウジングと外側ハウジングとの間を流れることができる。さらに、このようにプラズマトーチの上方に設けられた二重壁は、プラズマトーチの熱からプラズマチャンバの上方の任意の物体を二重にシールドする。
【0034】
本発明のさらなる態様によれば、内側ハウジング１１および外側ハウジング１２は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の間隔を通る空気流１が、内側ハウジング１１を通る空気流２よりも大きくなるように構成されている。すなわち、内側ハウジング１１を通る（第２の）空気流２は、例えば、間隔２５を通る（第１の）空気流１よりも小さい体積流量を有する。全空気流のより小さい部分を内側ハウジング１１に通し、より大きい部分を間隔２５に通すことにより、同時に内側ハウジングと外側ハウジングの両方の優れた冷却効果を提供しながら、プラズマを通過する強い空気流、したがってプラズマの乱れが回避される。
【0035】
（相対）寸法を適切に選択することにより、内側ハウジングを通過するより小さい空気流を得ることができる。特に、内側ハウジング１１の空気入口開口部２３および空気出口開口部２４の直径および／または表面積、ならびに、外側ハウジング１２の空気入口開口部２１および空気出口開口部２２および２２Ａの直径および／または表面積は、は、間隔を通る第１の空気流１が、内側ハウジングを通る第２の空気流２よりも大きくなるように選択される。また、様々な開口部の相対的な向きが、所望の空気流を提供するのに寄与する。例えば、入口開口部２３の向きは、入口開口部２３の位置において間隔２５の長手方向に実質的に垂直である。結果として、間隔２５を通る空気流は、入口開口部２３へと方向付けられるのではなく、それに沿って方向付けられる。これは、上記間隔を通る空気流と比較して、内側ハウジングを通る空気流２を減少させることに寄与する。
【0036】
示される例示的な実施形態では、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との間の間隔は、開口部２３が配置されている側壁と上壁の両方において、約３ｃｍの幅を有する。空気入口開口部２１および空気出口開口部２２は両方とも、示される実施形態において、約４８ｃｍ2の面積を有し、一方、空気入口開口部２３は、約２４ｃｍ2の面積を有し、空気出口開口部２４は、約５２ｃｍ2の面積を有する。したがって、内側ハウジングの空気入口開口部２３の面積は、外側ハウジングの空気入口開口部２１の面積の約半分のサイズであり、一方、内側ハウジングの空気出口開口部２４の面積は、内側ハウジングの空気入口開口部２３の２倍を超えるサイズであり、この例では、約２．２倍の大きさであることが分かる。追加の空気出口開口部２２Ａは、約１１ｃｍ2の面積、すなわち、空気出口開口部２２の面積の約４分の１の面積を有し得る。
【0037】
上記の寸法は単なる例であり、本発明によるプラズマ源チャンバの実際の寸法は、それらの相対的な向きにも依存して変化する可能性があることが理解されよう。例えば、内側ハウジングの空気入口開口部２３は、示されている例では、外側ハウジングの空気入口開口部２１に対して直角に配置されている。この角度が９０°よりも大きかったまたは小さかったとすると、内側ハウジングの空気入口開口部２３の面積は、同じ空気流２を達成するために適合されることになる。同様に、内側ハウジングの追加の空気入口開口部２３Ａは、示されている例では、上記間隔を通る空気流１に対して直角に配置され、異なる角度で配置される場合、他の寸法を有し得る。
【0038】
内側ハウジングの空気入口開口部２３の面積と外側ハウジングの空気入口開口部２１の面積との比は、０．５にほぼ等しい必要はないが、例えば、０．１～２．０の範囲内、または０．２５～１．０の範囲内であり得る。同様に、内側ハウジングの空気出口開口部２４の面積と内側ハウジングの空気入口開口部２３の面積との比は、２にほぼ等しい必要はないが、例えば、１～４の範囲内、または１．５～３の範囲内であり得る。
【0039】
図３に示すように、シールド部材を設けることにより、シールド効果と空冷効果の両方をさらに改善することができる。図３の例示的な実施形態はまた、図２の実施形態として、内側ハウジング１１および外側ハウジング１２を備える。さらに、図３の実施形態は、図示の実施形態では、プラズマ源３１とプラズマチャンバ１０の上方に位置する任意の物体との間に追加のシールド層を提供するように、側壁および上壁にわたって延在するシールド部材１３を備える。さらに、シールド要素１３は、追加の空気流３が流れることができる追加の間隔２６を提供するために、外側ハウジング１３から離間することができる。この追加の空気流３は、プラズマチャンバの外面の追加の冷却を提供し、したがって、より低い温度をもたらす。
【0040】
シールド部材１３は、いくつかの実施形態では、図３に示されるよりも多い、３つ以上の壁部分にわたって延在することができ、例えば、後壁にわたって延在することもできることに留意されたい。したがって、シールド要素は、追加の外側ハウジングとして機能することができる。代替的に、シールド要素は、単一の壁部分のみ、例えば、上壁のみ、または場合によっては側壁のみにわたって延在してもよい。
【0041】
図３に見られるように、シールド要素１３は、外側ハウジング１２とシールド要素１３との間に間隔２６を残して、外側ハウジング１２の壁と実質的に平行に、それらの壁からある距離（例えば、数センチメートルまたは数ミリメートル）をおいて延在する。本発明によれば、この追加の間隔２６は、プラズマチャンバ１０を通じてさらなる空気流を通過させるために有利に使用され得る。追加の空気入口開口部２７は、追加のまたは第３の空気流３が外側ハウジング１２とシールド要素１３との間の間隔２６を通過することを可能にするために提供される。示される実施形態では、（外側）空気出口開口部２２に隣接して配置された開口部２８が、追加の間隔２６の空気出口開口部を構成する。図３の実施形態では、共通の空気出口開口部または排気開口部２９が提供され、そこを通って、第１の空気流１、第２の空気流２、および第３の空気流３がプラズマチャンバを出る。
【0042】
示されている例示的な実施形態において、空気出口開口部２９は、約１３０ｃｍ2の面積を有し、一方、空気入口開口部２７は、約８ｃｍ2の面積を有し、結果、比は約１６になる。無論、他の比、例えば、約４～６４、または約８～約３２の範囲内の比も可能である。
【0043】
内側ハウジング１１の一実施形態が、図４の斜視図に概略的に示されている。内側ハウジング１１は、一方の側壁に空気入口開口部２３を有し、第１の側壁の反対側の別の側壁に空気出口開口部２４を有するように示されている。示されている実施形態では、空気出口開口部２４は、空気入口開口部２３よりも高く配置されていることが分かる。
【0044】
図４の内側ハウジング１１は、パージされた光路を構成することができる軸方向プラズマ観察要素（図１および図２の３２）を収容するための上壁内の観察開口部３４をさらに備える。観察開口部３４は、好ましくは可能な限り小さい。内側ハウジング１１はまた、プラズマトーチ（図２および図３の３１）を収容するためのプラズマトーチ開口部３５を備える。内側ハウジングは、プラズマトーチ開口部３５を取り囲むさらなる空気入口開口部２３Ａ（図２および図３も参照）などのさらなる開口部を備えてもよい。示される実施形態の後壁は、半径方向プラズマ観察要素（図６の３９）を収容するための開口部３６を備えている。半径方向プラズマ観察要素を収容するための開口部３６は、代わりに任意の側壁に配置されてもよいことが理解されるであろう。示される実施形態では、側壁は、プラズマビデオカメラがプラズマを観察することを可能にするためのビデオカメラ開口部４８を備えている。示される実施形態では、開口部４８は、空気出口開口部２４の下方に配置される。いくつかの実施形態では、そのようなビデオカメラ開口部は省略されてもよい。
【0045】
本発明による外側ハウジング１２の一実施形態が、図５の斜視図に示されている。外側ハウジングは、側壁と底壁の両方の下部コーナーに空気入口開口部２１、ならびに、空気入口開口部２１に隣接する側壁の反対側の側壁の上部に位置する空気出口開口部２２を有するように示されている。プラズマトーチ３１（図１および図２を参照）を収容するために、内側ハウジング１１（図４を参照）内の開口部３５に対応する開口部３５Ａが提供される。外側ハウジング１２の上壁の２つの隣接する開口部３７Ａおよび３７Ｂは、それぞれ、ペリスコープなどの半径方向プラズマ観察要素、および軸方向プラズマ観察要素（図１および図２の３２）を収容するために提供される。外側ハウジング１２の開口部３７Ａは、内側ハウジング１１の開口部３４に対応する（図４を参照）。側壁の開口部４２は、ＲＦ電気加熱要素またはＲＦ誘導コイル（図２および図３の３８）を収容するように機能し、内側ハウジング１１（図４を参照）の開口部２３に対応する。半径方向観察要素を、外側ハウジング１２の開口部３７Ｂおよび内側ハウジング１１の開口部３６によって収容することができる。側壁は、プラズマビデオカメラがプラズマを観察することを可能にするようにするためのビデオカメラ開口部４９を備えている。外側ハウジングの開口部４９は、使用中、内側ハウジングの対応するビデオカメラ開口部４８と位置合わせされている（図４を参照）。示される実施形態では、開口部４９は、空気出口開口部２２の下方に配置される。いくつかの実施形態では、そのようなビデオカメラ開口部４９は省略されてもよい。外側ハウジング１２の後壁および前壁の上部にある隆起部４１は、外側ハウジングとシールド要素（図３の１３）との間の間隔（図３の２６）を規定する。
【0046】
内側ハウジングおよび外側ハウジングは、好ましくは、ステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属から作成される。内側ハウジングおよび／または外側ハウジングは、フライス加工、鋳造、または、板金切断、曲げ、および溶接の組み合わせによって製造することができる。
【0047】
内側ハウジングは、洗浄および／または交換を可能にするために取り外し可能であり得る。プラズマトーチ内のサンプル噴霧は必然的にプラズマチャンバ内、すなわち内側ハウジング１１内に材料が堆積する結果となるため、これは有利である。取り外し可能な内側ハウジングはより容易に洗浄され、洗浄が不可能であるかまたは不可能になったときに交換することができる。
【0048】
本発明によるプラズマ源チャンバの例示的な実施形態が、図６の断面図に概略的に示されている。図６のプラズマ源チャンバ１０は、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２とを備えるように示されており、その間に間隔２５が存在する。ＲＦコイル３８を備えたプラズマトーチ３１は、内側ハウジング１１の底壁内の開口部（図４の３５から突出し、一方、観察要素３２は、内側ハウジング１１内の開口部（図４の３４）から突出している。観察要素３２は、さらなる開口部（図５の３７Ａ）を通って外側ハウジング１２に入る。ペリスコープ観察要素３９が、外側ハウジング１２の上壁内の開口部（図５の３７Ｂ）および内側ハウジング１１の後壁内の開口部（図４の３６）を通って突出している。ペリスコープ観察要素３９は、プラズマトーチ３１によって生成されるプラズマの半径方向の観察を可能にする。プラズマの軸方向の観察は、この実施形態では、観察要素３２を通して観察することによって可能である。観察要素３９は、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との間の間隔に配置されていることが分かる。
【0049】
内側ハウジング１１は、示される実施形態では、ドア４５によって閉じられている。同様に、外側ハウジング１２は、ドア４６によって閉じられている。内側ドア４５および外側ドア４６は、例えば、ヒンジ式および／または取り外し可能であり得る。それらは、ドア４５および４６がともに動かされることを可能にする機構によって接続することができ、例えば、それによって、外側ドア４６が操作者によって開閉されるときに、内側ドアが、内側ドアおよび外側ドアを接続する機構によってそれぞれ開閉される。ドア４５および４６のうちの少なくとも１つは、スライドドアであってもよい。一実施形態では、内側ドア４５と外側ドア４６の両方がスライドドアである。
【0050】
本発明のプラズマ源チャンバは、発光分光計に特に適しているが、質量分析計および原子吸光分光計などの他の分光計にも適用することができる。本発明を利用することができる発光分光計は、例えば、光学発光分光計および原子蛍光分光計である。ここでは、プラズマ源（すなわち、ＩＣＰトーチ）を参照してソースチャンバについて説明しているが、本発明は、そのように限定されず、火炎源、ＭＩＰ（マイクロ波誘導プラズマ）源、またはＥＴＡ（電気熱イオン化）源とともに使用されてもよい。
【0051】
本発明によるプラズマ源チャンバを備える発光分光計は、プラズマトーチと、ガス（例えば、ガルゴン）源と、分析されるサンプルをプラズマに導入するためのサンプル導入システムと、発光を検出するための検出器構成とをさらに備えることができる。発光分光計の例示的な実施形態が図７に概略的に示されており、分光計１００は、光ダクト５０によって結合されたプラズマチャンバ１０と、分析器および検出器ユニット６０とを備えるように示されている。本発明によるプラズマチャンバ１０は、例えば、図２または図３に示すプラズマチャンバであってもよい。分析器および検出器ユニット６０は、従来技術に従って発光を検出するための検出器ユニット、例えば、光学分析器および／または光学検出システムを含むことができる。
【0052】
光ダクト５０は、開口部３４および３６（図４および図６を参照）をそれぞれ通じて内側ハウジング１１内に突出する観察要素３２およびペリスコープ３９などの、上記の軸方向および半径方向観察要素によって構成され得る。
【0053】
本発明が示されている実施形態には限定されないこと、ならびに、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明から逸脱することなく、多くの追加および修正を行うことができることが、当業者には理解されよう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
