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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-23
(54)【発明の名称】フレア出口を有する誘導結合プラズマトーチ構造
(51)【国際特許分類】
H05H 1/30 20060101AFI20240416BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20240416BHJP
G01N 21/73 20060101ALI20240416BHJP
【ＦＩ】
H05H1/30
G01N27/62 F
G01N21/73
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023565533
(86)(22)【出願日】2022-04-21
(85)【翻訳文提出日】2023-12-22
(86)【国際出願番号】 US2022025745
(87)【国際公開番号】W WO2022231939
(87)【国際公開日】2022-11-03
(31)【優先権主張番号】63/179,715
(32)【優先日】2021-04-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/179,759
(32)【優先日】2021-04-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/179,827
(32)【優先日】2021-04-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516257707
【氏名又は名称】エレメンタル・サイエンティフィック・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＬＥＭＥＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】ウィーデリン，ダニエル アール
(72)【発明者】
【氏名】バレット，ゲイリー ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】ウィーデリン，ケビン
【テーマコード（参考）】
2G041
2G043
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G041CA01
2G041DA14
2G041FA16
2G043BA01
2G043CA02
2G043CA03
2G043DA01
2G043EA08
2G084AA27
2G084BB23
2G084BB26
2G084BB36
2G084CC13
2G084FF02
2G084FF33
2G084FF38
2G084GG03
2G084GG18
2G084GG24
(57)【要約】
テーパ付きの外側端部を含む誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチについて説明する。システムの実施形態は、管状試料インジェクタの壁によって画定された内部でエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、第１環状空間に補助ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、第２環状空間に冷却ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブであって、外側チューブの出口においてフレア領域を有する外側チューブと、を含むが、これらに限定されない。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
管状試料インジェクタの壁によって画定された内部にエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、前記管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと前記管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを前記第１環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、
前記内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを前記第２環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブと、を備え
前記外側チューブは、前記外側チューブの出口においてフレア領域を有する、
誘導結合プラズマトーチ。
【請求項2】
前記フレア領域は、前記内側チューブの出口端の下流に位置し、前記内側チューブの前記出口端は、前記外側チューブの中に位置する、
請求項１に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項3】
前記外側チューブは、前記フレア領域において、第１チューブ幅から前記外側チューブの出口で第２チューブ幅に幅を広げる、請求項２に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項4】
前記第１チューブ幅から前記第２チューブ幅までの幅の増加は、一定の増加である、請求項２に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項5】
前記第１チューブ幅から前記第２チューブ幅までの幅の増加は、非線形的な増加である、請求項２に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項6】
前記フレア領域は、前記第１チューブ幅と前記第２チューブ幅との間で、幅が一定である１つまたは複数の領域を含む、請求項２に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項7】
前記第２チューブ幅は、前記第１チューブ幅よりも約１０％から約２０％大きい、請求項２に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項8】
前記フレア領域は、前記外側チューブの長さの約４％から約１０％の長さを有する、請求項１に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項9】
管状試料インジェクタの少なくとも一部を受け入れるように構成された内側チューブと、前記内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを前記環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブと、を備え
前記外側チューブは、前記外側チューブの出口においてフレア領域を有し、
前記フレア領域は、前記内側チューブの出口端の下流に位置し、
前記内側チューブの前記出口端は、前記外側チューブの中に位置する、
誘導結合プラズマトーチ。
【請求項10】
前記外側チューブは、前記フレア領域において、第１チューブ幅から前記外側チューブの出口で第２チューブ幅に幅を広げる、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項11】
前記第１チューブ幅から前記第２チューブ幅までの幅の増加は、一定の増加である、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項12】
前記第１チューブ幅から前記第２チューブ幅までの幅の増加は、非線形的な増加である、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項13】
前記フレア領域は、前記第１チューブ幅と前記第２チューブ幅との間で、幅が一定である１つまたは複数の領域を含む、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項14】
前記第２チューブ幅は、前記第１チューブ幅よりも約１０％から約２０％大きい、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項15】
前記フレア領域は、前記外側チューブの長さの約４％から約１０％の長さを有する、請求項９に記載の誘導結合プラズマトーチ。
【請求項16】
誘導結合プラズマトーチの運転方法であって、エアロゾル化された試料を誘導結合プラズマトーチの管状試料インジェクタの内部に導入することであって、前記誘導結合プラズマトーチは、
前記管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと前記管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを前記第１環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、
前記内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを前記第２環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブであって、外側チューブの出口においてフレア領域を有する外側チューブと、を含む、エアロゾル化された試料を導入することと、
補助ガスを前記内側チューブの少なくとも一つの入口ポートを介して前記誘導結合プラズマトーチの前記第１環状空間に導入することと、
前記外側チューブの少なくとも１つの入口ポートを介して前記誘導結合プラズマトーチの前記第２環状空間に冷却ガスを１２Ｌ／分未満の流量で導入することと、を含む、
方法。
【請求項17】
前記フレア領域は、前記内側チューブの出口端の下流に位置し、前記内側チューブの前記出口端は、前記外側チューブの中に位置する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記外側チューブは、前記フレア領域において、第１チューブ幅から前記外側チューブの出口で第２チューブ幅に幅を広げる、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記第２チューブ幅は、前記第１チューブ幅よりも約１０％から約２０％大きい、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記フレア領域は、前記外側チューブの長さの約４％から約１０％の長さを有する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２１年４月２６日に提出された「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ ＣＯＵＰＬＥＤ ＰＬＡＳＭＡ ＴＯＲＣＨ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＬＯＷ ＣＯＯＬＩＮＧ ＧＡＳ ＦＬＯＷＳ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，７１５号、２０２１年４月２６日に提出された「ＩＣＰ ＴＯＲＣＨ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＷＩＴＨ ＰＲＯＴＥＣＴＥＤ ＩＮＪＥＣＴＯＲ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，７５９号、および２０２１年４月２６日に提出された「ＦＬＡＲＥＤ ＬＯＷ－ＦＬＯＷ ＴＯＲＣＨ ＦＯＲ ＩＣＰ ＡＮＤ ＩＣＰＭＳ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，８２７号の３５ ＵＳＣ§１１９（ｅ）の利益を主張する。米国仮出願第６３／１７９，７１５号、第６３／１７９，７５９号、および第６３／１７９，８２７号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年４月２６日に提出された「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ ＣＯＵＰＬＥＤ ＰＬＡＳＭＡ ＴＯＲＣＨ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＬＯＷ ＣＯＯＬＩＮＧ ＧＡＳ ＦＬＯＷＳ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，７１５号、２０２１年４月２６日に提出された「ＩＣＰ ＴＯＲＣＨ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＷＩＴＨ ＰＲＯＴＥＣＴＥＤ ＩＮＪＥＣＴＯＲ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，７５９号、および２０２１年４月２６日に提出された「ＦＬＡＲＥＤ ＬＯＷ－ＦＬＯＷ ＴＯＲＣＨ ＦＯＲ ＩＣＰ ＡＮＤ ＩＣＰＭＳ」という名称の米国仮出願第６３／１７９，８２７号の３５ ＵＳＣ§１１９（ｅ）の利益を主張する。米国仮出願第６３／１７９，７１５号、第６３／１７９，７５９号、および第６３／１７９，８２７号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分析法は、液体試料中の微量元素濃度と同位体比の測定に一般的に使用される分析手法である。ＩＣＰ質量分析法では、約７０００Ｋの温度に達する、電磁的に生成され、部分的にイオン化されたアルゴンプラズマが使用される。試料がプラズマに導入されると、高温により試料原子がイオン化または発光する。各化学元素は特徴的な質量または発光スペクトルを生成するため、そのスペクトルを測定することにより、元の試料の元素組成を決定できる。
【0003】
試料導入システムは、液体試料をＩＣＰ質量分析装置（例えば、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ／ＩＣＰＭＳ）、誘導結合プラズマ原子発光分析計（ＩＣＰ－ＡＥＳ）など）に導入するために使用されてもよい。例えば、試料導入システムは、液体試料のアリコートを容器から取り出し、その後、アリコートをネブライザーに輸送してもよく、ネブライザーは、アリコートをＩＣＰ質量分析装置によるプラズマ中のイオン化に適した多分散エアロゾルに変換する。次に、エアロゾルはスプレーチャンバ内で選別され、より大きなエアロゾル粒子が除去される。スプレーチャンバから出ると、エアロゾルは分析のためにＩＣＰＭＳまたはＩＣＰＡＥＳ機器に導入される。多くの場合、試料導入は自動化され、多数の試料を効率的な方法でＩＣＰ質量分析装置に導入できる。
【発明の概要】
【0004】
エアロゾル化された試料をプラズマに導入するためにインジェクタを取り囲むように構成された外側チューブと内側チューブとの間の複数の入力ポートによって導入される冷却ガスの層流を促進する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチが説明される。システムの実施形態は、内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで環状空間を形成する外側チューブとを含むがそれに限定されず、外側チューブは、複数の入口ポートの各入口ポートを介して層流として冷却ガスを環状空間に導入するための複数の入口ポートを画定する。
【0005】
システムの実施形態は、管状試料インジェクタの壁によって画定された内部でエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを第１環状空間に導入するための第１の複数の入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを層流として第２環状空間に導入するための第２の複数の入口ポートを画定する外側チューブとを含むが、これに限定されない。
【0006】
方法の実施形態は、誘導結合プラズマトーチの管状試料インジェクタの内部にエアロゾル化された試料を導入することを含み、誘導結合プラズマトーチは、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、第１環状空間に補助ガスを導入するための第１の複数の入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、第２環状空間に冷却ガスを導入するための第２の複数の入口ポートを画定する外側チューブと、を含む。方法の実施形態は、第１の複数の入口ポートを介して、補助ガスを誘導結合プラズマトーチの第１環状空間に導入することと、第２の複数の入口ポートを介して、冷却ガスを１２Ｌ／分未満の流量で誘導結合プラズマトーチの第２環状空間に導入することとを含むが、これに限定されない。
【0007】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチは、トーチの少冷却ガス運転中にインジェクタ端部を遮蔽するインジェクタプロテクタを含む。システムの実施形態は、管状試料インジェクタの壁によって画定された内部でエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲むインジェクタプロテクタと、インジェクタプロテクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブとインジェクタプロテクタとの間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを第１環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを第２環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブと、を含むが、これに限定されない。
【0008】
システムの実施形態は、管状試料インジェクタの壁によって画定された内部でエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲むインジェクタプロテクタと、インジェクタプロテクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブとインジェクタプロテクタとの間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを第１環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを第２環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブと、管状試料インジェクタとインジェクタプロテクタの間にガスを導入するために、管状試料インジェクタとインジェクタプロテクタのそれぞれの入力端に結合されたガス導入シースであって、インジェクタプロテクタと管状試料インジェクタの間に画定された第３環状空間に導入するためのガスを受け入れるように構成されたガス入口ポートを画定するガス導入シースと、を含むが、これに限定されない。
【0009】
方法の実施形態は、誘導結合プラズマトーチの管状試料インジェクタの内部にエアロゾル化された試料を導入することを含み、誘導結合プラズマトーチは、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲むインジェクタプロテクタと、インジェクタプロテクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブとインジェクタプロテクタとの間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、第１環状空間に補助ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、第２環状空間に冷却ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する外側チューブと、を含む。方法の実施形態は、内側チューブの少なくとも１つの入口ポートを介して、補助ガスを誘導結合プラズマトーチの第１環状空間に導入することと、外側チューブの少なくとも１つの入口ポートを介して、冷却ガスを１２Ｌ／分未満の流量で誘導結合プラズマトーチの第２環状空間に導入することとを含むが、これに限定されない。
【0010】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチは、外側チューブのテーパされた外側端を含み、トーチの少冷却ガス運転の間、テーパされた外側端によって外側端をプラズマから離す。システムの実施形態は、管状試料インジェクタの壁によって画定された内部でエアロゾル化された試料を受け入れるように構成された管状試料インジェクタと、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、補助ガスを第１環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、冷却ガスを第２環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定し、外側チューブの出口でフレア領域を有する外側チューブと、を含むが、これに限定されない。
【0011】
システムの実施形態は、管状試料インジェクタの少なくとも一部を受けるように構成された内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで環状空間を形成する外側チューブと、を含むが、これに限定されず、外側チューブは、冷却ガスを環状空間に導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定し、外側チューブの出口でフレア領域を有し、フレア領域は、内側チューブの出口端の下流に位置し、内側チューブの出口端は外側チューブの中に位置する。
【0012】
方法の実施形態は、誘導結合プラズマトーチの管状試料インジェクタの内部にエアロゾル化された試料を導入することを含み、誘導結合プラズマトーチは、管状試料インジェクタの少なくとも一部を取り囲んで内側チューブと管状試料インジェクタの壁との間に第１環状空間を形成する内側チューブであって、第１環状空間に補助ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定する内側チューブと、内側チューブの少なくとも一部を取り囲んで第２環状空間を形成する外側チューブであって、第２環状空間に冷却ガスを導入するための少なくとも１つの入口ポートを画定し、外側チューブの出口でフレア領域を有する外側チューブと、を含む。方法の実施形態は、内側チューブの少なくとも１つの入口ポートを介して、補助ガスを誘導結合プラズマトーチの第１環状空間に導入することと、外側チューブの少なくとも１つの入口ポートを介して、冷却ガスを１２Ｌ／分未満の流量で誘導結合プラズマトーチの第２環状空間に導入することとを含むが、これに限定されない。
【0013】
この概要は、「詳細な説明」で後述する概念の一部を簡略化して紹介するものである。概要は、特許請求の範囲に記載された事項の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲を決定する際の補助として使用することを意図したものでもない。
【0014】
詳細な説明は、添付の図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本開示の実施例に準じたＩＣＰトーチを用いた試料分析システムの概略図である。
【図2】本開示の実施例に準じたＩＣＰトーチの側面図である。
【図5】本開示の実施例に準じたＩＣＰトーチの部分等角図である。
【図6A】本開示の実施例に準じた、インジェクタプロテクタ管を有するＩＣＰトーチの断面側面図である。
【図8A】本開示の実施例に準じて、フレア出口を有するＩＣＰトーチの等角図である。
【図9A】円筒形の非フレア出口を有するＩＣＰトーチの出口の実験結果を示す写真であり、一定期間の運転使用後の失透と析出を示す。
【発明を実施するための形態】
【0016】
（概要）
誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ／ＩＣＰＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析計（ＩＣＰ－ＡＥＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析計（ＩＣＰ－ＯＥＳ）などのＩＣＰ分光分析装置は、エアロゾル化された試料をイオン化するために発生するプラズマを維持し、試料を分析するためにトーチで発生する高温からトーチを冷却するためにアルゴンガス（Ａｒ）を利用する。例えば、ＩＣＰの温度は、石英、アルミナ、窒化ケイ素、その他のセラミックやガラス質の材料から構成されるトーチ材料の融点よりも高い８０００Ｋを超えることがある。プラズマガスまたはクールガスと呼ばれることもあるアルゴンガスのメインフローは、２本のトーチチューブの間の環状ギャップに入り、トーチ材料をプラズマから熱的に絶縁するのに役立ち、初期劣化（失透と呼ばれることもある）、溶融、または交換を必要とする、または分析中に試料に汚染物質を混入させる可能性があるような他の損傷を抑制する。しかし、ガスの流量が少なすぎると、トーチによって形成されたプラズマがトーチチューブの端部やトーチチューブ内に同心に配置された試料インジェクタの端部に侵入し、トーチチューブ及び／または試料インジェクタの失透または他の損傷を引き起こす可能性がある。
誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ／ＩＣＰＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析計（ＩＣＰ－ＡＥＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析計（ＩＣＰ－ＯＥＳ）などのＩＣＰ分光分析装置は、エアロゾル化された試料をイオン化するために発生するプラズマを維持し、試料を分析するためにトーチで発生する高温からトーチを冷却するためにアルゴンガス（Ａｒ）を利用する。例えば、ＩＣＰの温度は、石英、アルミナ、窒化ケイ素、その他のセラミックやガラス質の材料から構成されるトーチ材料の融点よりも高い８０００Ｋを超えることがある。プラズマガスまたはクールガスと呼ばれることもあるアルゴンガスのメインフローは、２本のトーチチューブの間の環状ギャップに入り、トーチ材料をプラズマから熱的に絶縁するのに役立ち、初期劣化（失透と呼ばれることもある）、溶融、または交換を必要とする、または分析中に試料に汚染物質を混入させる可能性があるような他の損傷を抑制する。しかし、ガスの流量が少なすぎると、トーチによって形成されたプラズマがトーチチューブの端部やトーチチューブ内に同心に配置された試料インジェクタの端部に侵入し、トーチチューブ及び／または試料インジェクタの失透または他の損傷を引き起こす可能性がある。
【0017】
さらに、ＩＣＰ装置は、ＩＣＰトーチが連続的または実質的に連続的な運転期間となるバルク試料分析期間中に、大量の試料を処理するために利用できる。これらの運転期間は、ＩＣＰトーチ内のプラズマを維持するために、アルゴンガスなどのガス及び電気の一定または実質的に一定的な流れを有し、ＩＣＰ装置の運転コストが発生する。さらに、一般的に、ＩＣＰトーチのイオン化パワーが大きくなると、プラズマを維持するために多くの電力が必要となり、低いイオン化パワーで同じ時間ＩＣＰトーチを運転するのに比べて、ＩＣＰトーチの運転コストが増加する。ＩＣＰトーチを動作させるコストは、トーチが、損傷を防ぐためにプラズマをトーチの出力端から十分に離して配置するのに十分に多いガス流量で連続的または実質的に連続的な運転期間にわたって運転されると、しばしば指数的に増加する（compounded）。このため、従来のＩＣＰトーチを長時間使用すると、プラズマの位置決めによるトーチの損傷を防ぐために必要なアルゴン使用量が多くなる可能性がある。
【0018】
従って、１つの態様において、本開示は、ＩＣＰトーチへおよびトーチ本体内へのガスの導入中におけるＩＣＰトーチガスの流れを制御するためのシステムおよび方法に適用される。例えば、本開示は、冷却ガスを実質的に乱流で導入するＩＣＰトーチと比較して、より低いイオン化パワーでのＩＣＰの運転を可能にするために、少ないＡｒ冷却ガス流量を利用するＩＣＰトーチの運転に適用できる。実施態様において、トーチは、冷却ガスがトーチの第１の端部から第２の端部まで移動する際に、環状スペース内に実質的に層流として冷却ガスを供給するために、トーチの外側チューブと内側チューブとの間で環状スペースに対して実質的に接線方向に配向された複数の入口ポートを含む。入口ポートは、トーチの外側チューブに沿って長手方向に配置されてもよい。実施例において、トーチは、プラズマガスをトーチに供給するために、内側チューブとトーチのインジェクタとの間の環状スペースに対して実質的に接線方向に配向された第２の複数の入口ポートを含む。
【0019】
（実施例）
図１から図５を全体的に参照すると、分析測定用の試料を準備するためにＩＣＰトーチを利用した試料分析のためのシステム１００が示されている。例えば、図１を参照すると、システム１００は、試料１０４と、ＩＣＰ分析装置１０８によって分析される試料の準備のための１つまたは複数のガス１０６とを受け入れるＩＣＰトーチ（本明細書では「トーチ１０２」と呼ぶ）を含んで示されている。試料１０４は、トーチ１０２のインジェクタに導入するためのエアロゾル化された試料を含んでもよい。例えば、試料１０４は、エアロゾル化された試料の一部をトーチ１０２に通過させながら、プラズマ火炎に悪影響を及ぼす可能性のある大きなエアロゾル粒子を除去するために使用されるスプレーチャンバから移送されてもよい。ガス１０６は、プラズマガス（例えば、Ａｒ）、冷却または補助ガス（例えば、Ａｒ、窒素（Ｎ２）など）、移送ガスなどを含んでもよい。ガス１０６は、プラズマガス、冷却ガス、および移送ガスのうちの１つまたは複数に使用するためのＡｒを含んでもよいが、特定の実施例において、Ａｒの代わりに、またはＡｒに加えて、他のガスが使用され得ることが考えられる。ガス１０６をトーチ１０２に導入する実施例を、図２～図４を参照して説明する。
図１から図５を全体的に参照すると、分析測定用の試料を準備するためにＩＣＰトーチを利用した試料分析のためのシステム１００が示されている。例えば、図１を参照すると、システム１００は、試料１０４と、ＩＣＰ分析装置１０８によって分析される試料の準備のための１つまたは複数のガス１０６とを受け入れるＩＣＰトーチ（本明細書では「トーチ１０２」と呼ぶ）を含んで示されている。試料１０４は、トーチ１０２のインジェクタに導入するためのエアロゾル化された試料を含んでもよい。例えば、試料１０４は、エアロゾル化された試料の一部をトーチ１０２に通過させながら、プラズマ火炎に悪影響を及ぼす可能性のある大きなエアロゾル粒子を除去するために使用されるスプレーチャンバから移送されてもよい。ガス１０６は、プラズマガス（例えば、Ａｒ）、冷却または補助ガス（例えば、Ａｒ、窒素（Ｎ２）など）、移送ガスなどを含んでもよい。ガス１０６は、プラズマガス、冷却ガス、および移送ガスのうちの１つまたは複数に使用するためのＡｒを含んでもよいが、特定の実施例において、Ａｒの代わりに、またはＡｒに加えて、他のガスが使用され得ることが考えられる。ガス１０６をトーチ１０２に導入する実施例を、図２～図４を参照して説明する。
【0020】
図２～図５を参照すると、トーチ１０２は、本開示の実施例に準じて示されている。トーチ１０２は一般に、トーチ１０２に導入されるガスの流れを制御する構造を有する内側チューブ１１０と外側チューブ１１２を含む。内側チューブ１１０は、エアロゾル化された試料をトーチ１０２に導入するために使用されるインジェクタ１１６を受け入れるように構成された内部１１４を画定する。外側チューブ１１２は、内側チューブ１１０の少なくとも一部を取り囲んでおり、内側チューブ１１０の外側の表面１２０と外側チューブ１１２の内側の表面１２２の間に環状領域１１８が形成されている。環状領域１１８は、プラズマ発生を促進し、外側チューブ１１２の材料をトーチ１０２によって発生されるプラズマの熱から保護するように、ガス（例えば、冷却ガス、プラズマガスなど）の流れをトーチ１０２に受け入れるように構成される。 外側チューブ１１２は、内側の表面１２２と外側チューブ１１２の外側の表面１２６との間の外側チューブ１１２の壁に形成された複数の入口ポート１２４を含む。図２～図５は、外側チューブ１１２に形成された４つの入口ポート１２４を示しているが、本開示は、４つの入口ポート１２４に限定されず、４つ未満の入口ポート１２４（例えば、２つの入口ポート、３つの入口ポート）または４つより多くの入口ポート１２４（例えば５つの入口ポート、６つの入口ポート、７つの入口ポートなど）を含んでもよい。複数の入口ポート１２４は、接線流れを提供するためにトーチ１０２に導入されるガスの強度を高めることを容易にしつつ、層流条件下でそのような導入のための複数の入口を提供できる。
【0021】
入口ポート１２４は、トーチ１０２内での冷却ガスの層流を可能にする向きで、内側チューブ１１０と外側チューブ１１２の間の環状領域１１８に冷却ガスを導く構造を有する。実施例において、１つまたは複数の入口ポート１２４は、環状領域１１８に実質的に接するように配置される（例えば、入口ポート１２４の端部は、外側チューブ１１２の内側の表面１２２に実質的に接する）。実施例では、入口ポート１２４のそれぞれは、環状領域１１８に実質的に接するように配置される。トーチ１０２は、環状領域１１８内に冷却ガスを供給するために、環状領域１１８内の出口が様々な角度（例えば、図４においてαとして示される）に向くように、外側チューブ１１２を通して方向付けされた入口ポート１２４を含んでもよい。実施例では、αの値は約１０度から約２０度までであってもよい。
【0022】
実施例において、トーチ１０２は、トーチ１０２の入口端１２８と出口端１３０との間でトーチ１０２に沿って実質的に長手方向に配置された入口ポート１２４を含む。例えば、図２～図５は、外側チューブ１１２に沿って長手方向に配置された実質的に直線状のパターンで配置された入口ポート１２４を示す。入口ポートは、実質的に直線状に配置された実質的に円形の断面として示されているが、トーチ１０２は、そのような構成に限定されず、本開示の範囲から逸脱することなく、冷却ガスを環状領域１１８に送達するために、他の形状およびパターン化された配置（例えば、非直線状の配置）を含んでもよい。
【0023】
内側チューブ１１０とインジェクタ１１６は、インジェクタ１１６が内部１１４内に配置されたとき、内部１１４内に環状領域１３２を画定する。実施例では、インジェクタ１１６と内側チューブ１１０は、一体構造として融合されるなどして、固定的に結合される。実施例では、インジェクタ１１６と内側チューブ１１０は、内側チューブ１１０にねじ込むか、または他の方法で取り外し可能に結合するための１つまたは複数の嵌合特徴を含む取り外し可能なインジェクタ（例えば、ねじ切りされた取り外し可能なインジェクタ）を提供することなどにより、取り外し可能に結合される。インジェクタ１１６を内側チューブ１１０内で保護でき、試料のエアロゾル流れから独立した中央流路ガス流れの最適化を可能にする。
【0024】
内側チューブ１１０は、トーチ１０２によるプラズマの形成を支援するために、補助ガスを環状領域１３２に受け入れるための１つまたは複数の特徴を含む。例えば、内側チューブ１１０は、プラズマの位置を調整することによってトーチ１０２によるプラズマの形成を支援するように、内側チューブ１１０の外側の表面１２０とトーチ１０２への補助ガスの流れを受け入れるように構成された内側チューブ１１２の内側の表面１３６との間の内側チューブ１１０の壁に形成された複数の入口ポート１３４を備えて示されている。図２～図５は、内側チューブ１１０に形成された４つの入口ポート１３４を示しているが、本開示は、４つの入口ポート１３４に限定されず、４つ未満の入口ポート１３４（例えば、２つの入口ポート、３つの入口ポート）または４つより多くの入口ポート１２４（例えば５つの入口ポート、６つの入口ポート、７つの入口ポートなど）を含んでもよい。あるいは、単一の入口ポート１３４が内側チューブ１１０に含まれる。実施例では、１つまたは複数の入口ポート１３４が環状領域１３２に実質的に接するように配置され（例えば、入口ポート１３４の端部が内側チューブ１１０の内側の表面１３６に実質的に接する）、環状領域１３２内での補助ガスを実質的に層流として提供する。実施例では、入口ポート１３４のそれぞれが環状領域１３２に実質的に接するように配置されている。入口ポート１２４の方向付けと同様に、トーチ１０２は、環状領域１３２内の補助ガスに供給するために、環状領域１３２内の出口が様々な角度に向くように、内側チューブ１１０を通して方向付けされた入口ポート１３４を含んでもよい。実施例では、トーチ１０２が入口端１２８から出口端１３０に進むにつれて、環状領域１１８の面積が小さくなるように、内側チューブ１１０が外側チューブ１１２の内側の表面１２２に向かって外側に拡大する。例えば、図３は、外側チューブ１１２に向かって拡大するチューリップ部分１３８を含む内側チューブ１１０の実施例を示しており、出口端１３０に向かってチューリップ部分１３８に続くより小さな環状領域１１８を提供している。実施例では、内側チューブ１１０は、内側チューブ１１０の外側の表面１２０と外側チューブ１１２の内側の表面１２２との間に、チューリップ部分１３８に続いて出口端１３０に向かって約０．５ｍｍの寸法を有する隙間を画定している。トーチ１０２は、入口ポート１２４への少ない冷却ガス流量（例えば、１２Ｌ／分未満）での運転を容易にするため、内側チューブ１１０の外側の表面１２０と外側チューブ１１２の内側の表面１２２との間の比較的狭いギャップは、チューリップ部分１３８の下流のガスの速度を増加させて、少ない冷却ガス流量でのプラズマ形成を維持でき、それにより、運転に１２Ｌ／分以上の冷却ガス流量を必要とするトーチと比較して、トーチ１０２の運転のための冷却ガス使用量を減少させることができる。
【0025】
実施例では、トーチ１０２の一部を一体に形成できる。例えば、外側チューブ１１２は、内側チューブ１１０の一部に融着されてもよく、外側チューブ１１２を内側チューブ１１０に対して固定した状態で保持できる。代替的または追加的に、内側チューブ１１０はインジェクタ１１６の一部に融着されてもよい。
【0026】
図５に示す実施例では、トーチ１０２は、システム１００の動作のためにプラズマを点火するための火花または他の点火源のためにトーチ１０２の内部へのアクセスを提供するために、外側チューブ１１２に形成された点火孔１４０を含んでもよい。実施例では、トーチ１０２の全部または一部を、セリウムドープ石英を含むがこれに限定されないドープ石英ガラス材料から形成されてもよい。代替的または付加的に、トーチ（troch）１０２の全部または一部は、アルミナ、白金、サファイアなどを含むがこれらに限定されない他の材料から形成されてもよい。
【0027】
トーチ１０２は、冷却ガスから入口ポート１２４への少ない流量時のような少ない流量ガス流れの間においても、高いプラズマロバスト性を実証している。例えば、トーチ１０２は、入口ポート１２４への１２Ｌ／分未満の冷却ガス流量とともに利用できる。実施例では、入口ポートの１２４への冷却ガスの流量は、約５Ｌ／分から約１２Ｌ／分である。トーチ１０２は、トーチ１０２を取り囲むコイルに供給されるＲＦパワーが低い間、高いプラズマロバスト性を示した。例えば、トーチは約１０００Ｗのイオンかパワーを提供した。トーチ１０２は、トーチ１０２への少ない流量ガス流れの導入と組み合わせて、トーチ１０２を取り囲むコイルに供給される低いＲＦパワーの間、高いプラズマロバスト性を示した。実施例では、プラズマロバスト性は、トーチ１０２がビューイングスロットを含まないことを可能にし、これは、ビューイングスロットを含むトーチと比較して、より短いトーチ１０２（例えば、トーチの長さ）を提供できる。実施例では、プラズマロバスト性により、トーチ１０２は、有機および無機の用途に単一のインジェクタを利用でき、これは、通常、より狭いインジェクタを使用する有機用途に滞留時間の増加を提供する。例えば、トーチ１０２と共に使用するように構成されたインジェクタは、有機試料の注入速度を低下させることができ、これは、マトリックス耐性を改善するようにＩＣＰ内の滞留時間を増加させる。
【0028】
実施例において、トーチ１０２は、内側チューブ１１０内に、インジェクタ１１６をプラズマから絶縁し遮蔽するようにインジェクタ１１６の少なくとも一部を取り囲むインジェクタプロテクタ管を含んでもよく、それにより、インジェクタ１１６が過熱し、及び／又は他の方法でＩＣＰＭＳ質量スペクトルに測定可能な汚染物質が導入される機会を減少させる。例えば、トーチ１０２は、図６Ａ～図６Ｄに示されるように、内側チューブ１１０内にインジェクタプロテクタ６００を有し、インジェクタプロテクタ６００はインジェクタ１１６の少なくとも一部を取り囲み、インジェクタプロテクタ６００はインジェクタ１１６と内側チューブ１１０との間に配置され、内側チューブ１１０はインジェクタプロテクタ６００と外側チューブ１１２との間に配置されている。実施例では、外側チューブ１１２、内側チューブ１１０、インジェクタプロテクタ６００、及びインジェクタ１１６が同心円状に配置され、外側から順に並んでいる。
【0029】
インジェクタプロテクタ６００は、トーチによって形成されたプラズマに関連するエネルギからインジェクタ１１６を保護でき、プラズマの相対的な位置決めを助けることができ、インジェクタ１１６の出口先端からプラズマを離すように押すことができる。一般に、インジェクタプロテクタ６００は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、またはジルコニア（ＺｒＯ２）を含むが、これらに限定されない、化学的に耐性があり、高温への長時間の曝露に（例えば、融合または分解することなく）耐えることができる材料から形成される。インジェクタ１１６をプラズマから遮蔽することによって、インジェクタプロテクタ６００は、トーチ１０２の動作中にインジェクタ６００から流出する材料の誤った背景を防止できる。実施例では、インジェクタプロテクタ６００は、内側チューブ１１０および／または外側チューブ１１２と同じ材料から形成される。実施例では、インジェクタプロテクタ６００は、内側チューブ１１０および／または外側チューブ１１２とは異なる材料から形成されている。実施例では、インジェクタ１１６とインジェクタプロテクタ６００は、一体構造として融合されるなどして、固定的に結合される。実施例では、インジェクタ１１６とインジェクタプロテクタ６００は、インジェクタプロテクタ６００にねじ込むか、他の方法でインジェクタプロテクタ６００に取り外し可能に結合するための１つまたは複数の嵌合特徴を含む取り外し可能なインジェクタ（例えば、ねじ切りされた取り外し可能なインジェクタ）を提供することなどにより、取り外し可能に結合される。
【0030】
インジェクタプロテクタ６００は、内側チューブ１１０とインジェクタプロテクタ６００の間に環状領域１３２が形成されるように、内側チューブ１１０と配置されてもよい。インジェクタプロテクタ６００は、内側チューブ１１０の出力端６０４とインジェクタ１１６の出力端６０６に隣接する外側チューブ１１２内に配置された出力端６０２を含む。例えば、トーチ１０２は、インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２が内側チューブ１１０の出力端６０４と実質的に面一になるように図６Ａ～図６Ｄに示されているが、本開示はこのような相対的な位置関係に限定されない。インジェクタ１１６の出力端６０６に対するインジェクタプロテクタ６００の出力端６０２の位置は、様々な構成で提供できる。例えば、インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２は、インジェクタ１１６の出力端６０６に対してトーチ出口に向かって外側に延びるように図６Ａに示されている。図６Ｂにおいて、インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２は、インジェクタ１１６の出力端６０６に対して実質的に面一であるように示されている（例えば、出力端６０２と出力端６０６は、トーチ１０２の入口端１２８と出口端１３０との間の実質的に同じ長手方向位置で終端する）。図６Ｃにおいて、インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２は、トーチ出口に向かう方向で、インジェクタ１１６の出力端６０６を超えて延びているのが示されている。インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２に対するインジェクタ１１６の出力端６０６のこのようなはめ込み位置は、トーチ１０２によって形成されるプラズマからのインジェクタ１１６の出力端６０６の保護を提供でき、これにより、インジェクタ１１６の材料（例えば、プラチナ、サファイアなど）がプラズマによって損傷されること、プラズマ中に放出されること（例えば、これは分析中のＩＣＰＭＳバックグラウンドに悪影響を及ぼす可能性がある）、またはこれらの組み合わせを抑制できる。
【0031】
インジェクタプロテクタ６００は、図６Ａから図６Ｃにおいて実質的に円筒形の管構造として形成されて示されているが、インジェクタプロテクタ６００はこのような構成に限定されるものではない。実施例では、インジェクタプロテクタ６００は、インジェクタ１１６の一部に適合するか、一致するか、または他の方法で取り囲むように、湾曲部分、フレア部分、テーパ部分、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、インジェクタプロテクタ６００は、図６Ｄに示すように、テーパ付きインジェクタ１１６に適合するようにテーパ部６０８を有する。テーパ付きインジェクタプロテクタ６００は、図６Ａ～図６Ｃに関して示されるように、インジェクタ１１６の出力端６０６にはめ込まれる、面一である、またはそれを越えて延びる出力端６０２を有してもよい。例えば、図６Ｄは、テーパ付きインジェクタプロテクタ６００の出力端６０２がインジェクタ１１６の出力端６０６に対して挿入して配置されたトーチ１０２の例を示す。
【0032】
実施例において、トーチ１０２は、インジェクタプロテクタ６００とインジェクタ１１６との間にガスの流れを導入して、インジェクタプロテクタ６００の出力端６０２をトーチ１０２によって形成されたプラズマから保護することを容易にできる。例えば、トーチ１０２に結合されたガス導入シース７００を含むトーチ１０２が図７Ａおよび図７Ｂに示されている。ガス導入シース７００は、インジェクタ１１６とインジェクタプロテクタ６００の入力端を受けるように構成され、インジェクタプロテクタ６００とインジェクタ１１６の間の環状スペース７０４に導入するガスを受けるように構成されたガス入口ポート７０２を含む。ガス入口ポート７０２に導入されるガスは、アルゴン、窒素など、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、これらに限定されない。
【0033】
一般に、ＩＣＰトーチの出口または出口端は、冷却ガスの少ない流量での運転中、トーチの部品として最初に損傷を受けるのが普通である。トーチ出口が加熱され、失透するにつれて、トーチ出口から遠位にあるトーチの隣接部品が過熱（overhead）し、劣化し始めるので、トーチの耐用年数が短くなる。しかし、単にトーチを短くするだけでは現実的でないため、設計上の制約が利用可能な解決策を制限している。多くのＩＣＰやＩＣＰＭＳ装置では、プラズマ点火時に負荷コイルや外部ＲＦプレートからプラズマを絶縁するのに十分な長さのトーチが必要であり、プラズマ形状に悪影響を与えたり、外部空気の巻き込みによる悪影響が観測されたりしないよう、トーチの長さを十分に長くする必要がある。実施例では、トーチ１０２は、トーチ１０２によって形成されるプラズマへの近接の影響からトーチ１０２を保護する他の特徴を含んでもよい。
【0034】
例えば、フレア出口８００を有するトーチ１０２は図８Ａおよび図８Ｂに示されている。フレア出口８００は、トーチ１０２の出口端１３０に隣接する外側チューブ１１２によって形成され、プラズマ効果によるトーチ１０２の損傷を防止しながら、トーチ１０２の少ガス流れ運転を補助できる。フレア出口８００は、外側チューブ１１２をトーチに導入されたガスの組み合わせを通して形成されたプラズマから遠ざけ（例えば、環状領域１１８と環状領域１３２に）、エアロゾル化された試料は、インジェクタ１１６を通してキャリアガスを通してその中を通過する。外側チューブ１１２の端部をプラズマから離して位置させることにより、外側チューブ１１２はプラズマの影響からさらに保護され、トーチ１０２の失透損傷を大幅に減少させるが、それでもなお、環状領域１１８に導入される冷却ガスに対して層流環境を提供し、トーチ１０２の少ガス流れ運転を可能にする（例えば、約１２Ｌ／分未満の冷却ガス流量を有する）。フレア出口８００は、ＩＣＰ負荷コイル内での適切な位置決めを容易にし、（例えば、イグニッションポート８０２経由の）点火を容易にし、トーチ１０２の運転中の外部空気の巻き込みを制御しながら、効果的に短いトーチプロファイルを提供するために、トーチ１０２の長さを維持する一方で、少ない冷却ガス流量条件（例えば、約１２Ｌ／分未満の流量）でのトーチ１０２の運転を可能にする。トーチ１０２の運転は、アルゴン消費量の減少、（より低いイオン化エネルギによる）電力消費量の減少を提供し、同時に、トーチの失透によるバックグラウンド干渉または他の汚染、およびインジェクタ１１６への全体的な損傷を回避する。
【0035】
実施例において、フレア出口８００は、内側チューブ１１０の出口端８０４よりも下流（すなわち、出口端１３０に向かう方向）に形成されている。例えば、図８Ｂにはトーチ１０２を示し、外側チューブ１１２は、内側チューブ１１０との接続領域８０６から、内側チューブ１１０の出口端８０４よりも下流のフレア領域８０８まで延びる実質的に円筒形の形状を有する。フレア領域８０８において、外側チューブ１１２は、第１チューブ幅８１０から出口端１３０において第２チューブ幅８１２まで幅を広げ、外側チューブ１１２の端部をトーチ１０２によって形成されたプラズマから離して配置する。第１チューブ幅８１０と第２チューブ幅８１２の違いは、トーチ１０２の全体的な寸法に基づいて変化し得る。例えば、実施例では、第２チューブ幅８１２は第１チューブ幅８１０よりも約１０％から約２０％大きい。実施例では、第１チューブ幅８１０と第２チューブ幅８１２の移行は、一定の増加である。実施例では、第１チューブ幅８１０と第２チューブ幅８１２の間の移行は、幅の非線形増加を含む。実施例では、第１チューブ幅８１０と第２チューブ幅８１２の間の移行部、同じ幅を持つ１つまたは複数のセクションを含む。フレア領域８０８は、一般に外側チューブ１１２の長手方向の長さの一部を画定する。例えば、フレア領域８０８は、外側チューブ１１２の長手方向の長さの約４パーセントから約１０パーセントであってもよい。
【0036】
実験例では、２つのトーチが、１６００ＷのＲＦパワーで、同じ少冷却ガス流れの運転条件に同じ時間さらされた。図９Ａに示される第１トーチ９００は、実質的に円筒形の出口端（すなわち、フレアでない端部）を含んでいた。試験時間後、トーチ９００は、非フレア出口の端部近傍の領域９０２に著しい失透損傷を有していた。図９Ｂに示す第２トーチ９０４は、本開示の実施例に準じた構造を有していた。例えば、トーチ９０４は、トーチ９００で提供されるような内側チューブおよびインジェクタの同じ寸法および特徴を維持しながら、外側チューブによって形成されたフレア出口８００を含んでいた。試験時間（すなわち、第１トーチ９００が経験したのと同じ時間）の後、第２トーチ９０４は、第１トーチ９００が示した大幅な失透損傷がなく、外側チューブではほとんど損傷を示さなかった。
【0037】
別の実験例では、フレア出口８００を有するトーチ１０２を使用して、ＩＣＰＭＳ分析システムで試料を約８時間の期間にわたって分析し、トーチ１０２のマトリックス安定性を測定した。トーチ１０２は１２００ＷのＲＦパワー、１３Ｌ／分の冷却ガスで運転された。校正には、１％硝酸ブランク、１％硝酸中１００ｐｐｍのＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎａを含む５０ｐｐｂスパイク、１％硝酸中１００ｐｐｍのＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎａを含む１００ｐｐｂスパイクが用いられた。複数の試料を１％硝酸中１００ｐｐｍのＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎａで負荷し、１回のサンプルランを約８時間行った（試料から試料までの時間は約２分、分析時間は約５０秒）。８時間後、トーチ１０２は検出可能な失透の兆候を示さず、相対標準偏差（ＲＳＤ）値は５０ｐｐｂで分析された全種（Ｂｉ、Ｃｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｕ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ）で１．９％～２．９％、１００ｐｐｂで分析された全種（Ｂｉ、Ｃｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｕ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ）で０．８％～２．０％であった。
【0038】
別の実験例では、フレア出口８００を有するトーチ１０２を使用して、ＩＣＰＭＳ分析システムで試料を分析し、所定の試料中のＢｅ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｕの量を測定した。トーチ１０２は１０００ＷのＲＦパワーと１０Ｌ／分の冷却ガスで運転された。ＩＣＰＭＳのデイリーチューニングレポートでは、４日間の運転期間中、分析されたすべての化学種の平均ＲＳＤが０．６％であった。
【0039】
別の実験例では、インジェクタプロテクタ６００（図６Ｃに関して記載した挿入構成）を有するトーチ１０２を使用して、内径２ｍｍの白金インジェクタおよびパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）ネブライザーを有するＮＨ３コールドプラズマ条件下で運転するＩＣＰＭＳ分析システムで試料を分析した。第１テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．０ｍＬ／分Ｈ２を使用し、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．２ｐｐｂとなった（２８／２８）。第２テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．５ｍＬ／分Ｈ２を使用し、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．１ｐｐｂとなった（２８／２８）。第３テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．０ｍＬ／分Ｈ２を使用し、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．１ｐｐｂとなった（２８／４４）。第４テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．０ｍＬ／分Ｈ２を使用し、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．５ｐｐｂとなった（２８／２８）。第５テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．５ｍＬ／分Ｈ２を使用し、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．５ｐｐｂとなった（２８／２８）。第６テストでは、０．１ｍＬ／分ＮＨ３と１．０ｍＬ／分Ｈ２が用いられ、Ｓｉのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は０．３ｐｐｂとなった（２８／４４）。
【0040】
別の実験例では、インジェクタプロテクタ６００を有するトーチ１０２（図６Ｃに関して説明した挿入構成）を、インジェクタプロテクタが存在しない標準トーチと比較した。各トーチは同じ条件で四重極ＩＣＰＭＳでＳｉ－２８バックグラウンド分析に使用されたが、実験の主な違いはインジェクタプロテクタ６００であった。インジェクタプロテクタがない標準トーチの検出限界（ＤＬ）は０．３５ｐｐｂで、バックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）は９．３ｐｐｂであった。インジェクタプロテクタ６００を有するトーチ１０２は、３．６ｐｐｂのバックグラウンド相当濃度（ＢＥＣ）で０．３ｐｐｂの検出限界（ＤＬ）を示し、高純度材料の分析にトーチを使用するためのシリコンバックグラウンド干渉の劇的な改善を示した。
【0041】
本明細書で説明するトーチ１０２は、本明細書で説明するすべての特徴、または本明細書で説明する特徴のサブセットの組み合わせを含んでもよい。例えば、トーチ１０２は、複数の入口ポート１２４および／または入口ポート１３４を、インジェクタプロテクタ６００と組み合わせて、およびフレア出口８００と組み合わせて含んでもよい。別の例として、トーチ１０２は、単一の入口ポート１２４および単一の入口ポート１３４を、インジェクタプロテクタ６００と組み合わせて、およびフレア出口８００と組み合わせて含んでもよい。別の例として、トーチ１０２は、複数の入口ポート１２４および／または入口ポート１３４を、フレア出口８００なしでインジェクタプロテクタ６００と組み合わせて含んでもよい。別の例として、トーチ１０２は、複数の入口ポート１２４および／または入口ポート１３４を、インジェクタプロテクタ６００なしでフレア出口８００と組み合わせて含んでもよい。
【0042】
（結論）
本保護対象は、構造的特徴および／またはプロセス操作に特有の表現で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲に定義される保護対象は、必ずしも上述の特定の特徴または行為に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴や行為は、特許請求の範囲を実施するための例示的な形態として開示されている。
本保護対象は、構造的特徴および／またはプロセス操作に特有の表現で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲に定義される保護対象は、必ずしも上述の特定の特徴または行為に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴や行為は、特許請求の範囲を実施するための例示的な形態として開示されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【国際調査報告】