(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、
前記内部管及び前記外部管における少なくとも前記プラズマが接するかまたは接近する一部及びその近傍を覆うようにして保護する保護具を装着したことを特徴とする元素分析用プラズマトーチ。
【請求項２】
分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、
前記外部管及び前記内部管の少なくとも前記各開放口の端面及び内面の一部を覆うようにして保護する保護具を装着したことを特徴とする元素分析用プラズマトーチ。
【請求項３】
前記外部管の開放口の端面が前記内部管よりも前記冷却ガスの流れる方向に突き出ており、前記内部管の開放口の端面が前記試料導入管よりも突き出ており、前記プラズマが前記試料導入管の開放口から離れて形成され、前記保護具が前記各開放口の端面から少なくとも前記試料導入管の開放口の端面のレベルまで延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項４】
前記保護具の材質は分析対象元素の含有量が１重量％以下であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項５】
前記保護具の材質は、耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項６】
前記保護具の材質は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム及び窒化ほう素の内のいずれか１つ、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項７】
前記外部管及び前記内部管が石英からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチを備え、高周波誘導結合プラズマ発光分析または高周波誘導結合プラズマ質量分析を行うように構成したことを特徴とする分析装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチを用いて、高周波誘導結合プラズマ発光分析または高周波誘導結合プラズマ質量分析を実行することを特徴とする分析方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチにおける前記保護具として前記外部管または前記内部管に適合するように構成されたことを特徴とするプラズマトーチ用保護具。
【請求項１１】
前記保護具は、前記外部管または前記内部管に装着されたとき、その端面に当接または接近する肩部とその内面を覆う円筒部とを有することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマトーチ用保護具。
【請求項１２】
前記保護具は前記外部管または前記内部管の内面に適合しかつ前記肩部が形成されるように円筒管から加工されたものであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマトーチ用保護具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、高周波誘導プラズマを利用した発光分析装置や質量分析装置において用いる元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置及び分析方法、及びプラズマトーチ用保護具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
元素分析装置であるＩＣＰ−ＡＥＳ（ＩＣＰ発光分析装置）やＩＣＰ−ＭＳ（ＩＣＰ質量分析装置）は、高周波誘導結合プラズマ（以下、「ＩＣＰ」という。）を発光光源やイオン源としている。このプラズマは、三重管構造の石英製のトーチにエアロゾル化した溶液試料とともにプラズマ形成用のガスを流し、高周波電界中で放電させることで形成される。このトーチは、冷却ガスが流れる外部管、プラズマを形成するガスが流れる内部管、エアロゾル化した試料がキャリアガスとともに流れる試料導入管を同心円状に配置した三重管構造を有している。
【０００３】
トーチの三重管の中心にある試料導入管は、エアロゾル化した試料溶液が直接に接するため、試料溶液がふっ酸を含む場合、ふっ酸により試料導入管の石英が溶解し、このためトーチの劣化、破損を引き起こしてしまう。また、石英が溶解することにより多量の珪素がプラズマ中に導入され、珪素のバックグランドピークが著しく増大し、珪素の分析は不可能である。このため、試料溶液にふっ酸が含まれる場合は、試料が直接に接する試料導入管のみを酸化アルミニウム製の材質に替えた耐ふっ酸用プラズマトーチが利用されており、各装置メーカから市販されて実用に供されている。
【０００４】
しかし、上記耐ふっ酸トーチは、ふっ酸溶液によるトーチの劣化、破損を防ぐことは可能であるが、試料溶液にふっ酸が含まれる場合、耐ふっ酸トーチを使用しても珪素のバックグランドピークの増大を完全に防ぐことはできず、珪素を高精度に測定することは不可能であった。この理由としては、試料溶液中に含まれるふっ酸がプラズマ中に拡散し、試料導入管の外側にある石英製の内部管、外部管の主成分である珪素を溶解し、その珪素がプラズマ中に混入するためと考えられる。
【０００５】
一方、ふっ酸溶液中の珪素を測定する方法としてほう酸溶液を添加してふっ酸をマスキングするという手法もあるが、それでも完全にトーチからの珪素の溶出を防ぐことはできない。このため、ふっ酸を含む試料溶液の場合、試料溶液中に珪素を含まないにも拘わらず、トーチ起因の珪素のピークが検出され、珪素の高精度の測定が困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、三重管構造を有するプラズマトーチの構成部材からの成分の溶出を抑制し分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ、元素分析を高精度に行うことができる元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置、分析方法及びプラズマトーチ用保護具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による元素分析用プラズマトーチは、分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、前記内部管及び前記外部管における少なくとも前記プラズマが接するかまたは接近する一部及びその近傍を覆うようにして保護する保護具を装着したことを特徴とする。
【０００８】
この元素分析用プラズマトーチによれば、内部管及び外部管におけるプラズマが接するかまたは接近する一部及びその近傍の表面を各保護具がそれぞれ覆い保護するので、プラズマ形成時に内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【０００９】
また、本発明による別の元素分析用プラズマトーチは、分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、前記外部管及び前記内部管の少なくとも前記各開放口の端面及び内面の一部を覆うようにして保護する保護具を装着したことを特徴とする。
【００１０】
この元素分析用プラズマトーチによれば、外部管及び内部管における各開放口の端面及び内面の一部を各保護具がそれぞれ覆い保護するので、プラズマ形成時に内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１１】
上記プラズマトーチにおいて、前記外部管の開放口の端面が前記内部管よりも前記冷却ガスの流れる方向に突き出ており、前記内部管の開放口の端面が前記試料導入管よりも突き出ており、前記プラズマが前記試料導入管の開放口から離れて形成され、前記保護具が前記各開放口の端面から少なくとも前記試料導入管の開放口の端面のレベルまで延びていることが好ましい。これにより、内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制できる。
【００１２】
また、前記保護具の材質は分析対象元素の含有量が１重量％以下であることが好ましい。これにより、保護具の一部が溶出しても、分析対象元素に関するバックグラウンドピークの増大は僅かに抑えられ、元素分析にほとんど悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１３】
また、前記保護具の材質は、耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有することが好ましい。ここで、耐薬品性とは、耐酸性、特に耐ふっ酸性であることが好ましく、これによりふっ酸を含む試料溶液の場合でも成分の溶出を抑制でき、更に、耐硝酸性、耐塩酸性、耐硫酸性及び耐有機溶媒性の内の少なくとも１つであることが好ましい。また、耐熱性、非導電性の材質であるため、通常のプラズマトーチと同様に安定なプラズマの形成が可能となる。
【００１４】
前記保護具の材質は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム及び窒化ほう素の内のいずれか１つ、またはこれらの混合物であることが好ましい。
【００１５】
また、前記外部管及び前記内部管は石英から構成できる。例えば、ふっ酸を含む試料溶液の場合、石英からなる外部管及び内部管では、保護具により石英の溶出を特に抑制でき、珪素のバックグラウンドピークを減少させることができるので、試料中の珪素の分析を高精度に行うことができる。なお、前記試料導入管は耐薬品性を有する材料から構成するのが好ましい。試料導入管が耐薬品性、好ましくは耐ふっ酸性を有することで、ふっ酸を含む試料溶液が接触しても劣化することはない。かかる試料導入管を構成する材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ほう素、白金ロジウム合金、ふっ素樹脂等がある。
【００１６】
また、本発明による分析装置は、上述の元素分析用プラズマトーチを備え、ＩＣＰ発光分析またはＩＣＰ質量分析を行うように構成したことを特徴とする。なお、この分析装置は、更に、前記プラズマトーチの前記外部管の開放口の近傍周囲に配置される高周波コイルと、前記高周波コイルの駆動により前記プラズマトーチに形成されるプラズマからの光またはイオンを導いて元素分析を行う分析部と、を具備する。この分析装置によれば、元素分析用プラズマトーチでは、高周波コイルの駆動により発光光源としてプラズマが形成されたとき、上述のように保護具の装着により内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１７】
なお、上記分析装置は、プラズマにおける元素の発光を分光分析するＩＣＰ発光分析装置に構成でき、また、プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析するＩＣＰ質量分析装置に構成できる。
【００１８】
また、本発明による元素分析方法は、上述の元素分析用プラズマトーチを用いて、ＩＣＰ発光分析またはＩＣＰ質量分析を実行することを特徴とする。なお、この分析方法は、上述の元素分析用プラズマトーチを用いて、前記内部管にプラズマを形成するガスを流し、前記外部管に冷却ガスを流しながら、前記外部管の開放口の近傍周囲に配置された高周波コイルを駆動することによりプラズマを形成するステップと、前記試料導入管に溶液試料を流して前記プラズマに導入し、そのプラズマからの光またはイオンを導いて前記試料中の元素を分析するステップと、を含む。この元素分析方法によれば、元素分析用プラズマトーチでは、高周波コイルの駆動によりプラズマが形成されたとき、上述のように保護具の装着により内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１９】
また、前記元素分析ステップで前記プラズマにおける元素の発光を分光分析することにより、ＩＣＰ発光分析方法を実行できる。また、前記元素分析ステップで前記プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析することにより、ＩＣＰ質量分析方法を実行できる。
【００２０】
また、本発明によるプラズマトーチ用保護具は、上述の元素分析用プラズマトーチにおける前記保護具として前記外部管または前記内部管に適合するように構成されたことを特徴とする。
【００２１】
このプラズマトーチ用保護具によれば、保護具が外部管または内部管を効果的に保護し、プラズマ形成時に内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００２２】
前記保護具は、前記外部管または前記内部管に装着されたとき、その端面に当接または接近する肩部とその内面を覆う円筒部とを有することが好ましい。肩部で外部管または内部管の端面を効果的に保護し、また保護具が端面で保持されるとともに、円筒部で内面を効果的に保護する。
【００２３】
また、前記保護具は前記外部管または前記内部管の内面に適合しかつ前記肩部が形成されるように円筒管から加工されるようにして得ることができる。例えば、上述の材質を焼結して製造された円筒管を切削加工や切り出し加工等で肩部が残るように削るだけで保護具を製造でき、保護具の製造が極めて簡単となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態による三重管構造の元素分析用プラズマトーチの縦断面を模式的に示す断面図、図２は、図１のプラズマトーチ用保護具を示す斜視図、図３は図１のプラズマトーチを含むＩＣＰ発光分析装置の要部を概略的に示す斜視図である。
【００２５】
図１に示す元素分析用プラズマトーチ１０は、エアロゾル化した試料がアルゴンガス等のキャリアガスとともに導入口１２から図の上部の開放口１３に流れる試料導入管１１と、試料導入管１１の外側に位置するとともにプラズマを形成するアルゴンガス等のガスが導入口２２から図の上部の開放口２３に流れる内部管２１と、内部管２１の外側に位置するとともにアルゴンガス等の冷却ガスが導入口３２から図の上部の開放口３３に流れる外部管３１と、を同心円状に配置した三重管構造を有している。
【００２６】
内部管２１及び外部管３１は石英からなり、試料導入管１１は酸化アルミニウムからなる。内部管２１の内面２５及び開放口２３の端面２４には第１の保護具２７が端面２４から装着されており、端面２４及び端面２４から図の下方の内面２５の一部を覆うようにして保護している。内部管３１の内面３５及び開放口３３の端面３４には第２の保護具３７が端面３４から装着されており、端面３４及び端面３４から図の下方の内面３５の一部を覆うようにして保護している。なお、第１の保護具２７及び第２の保護具３７の長さは、内部管２１及び外部管３１における石英成分の溶出を効果的に抑制できる範囲とすることで決定できる。
【００２７】
また、外部管３１はその端面３４が内部管２１の端面２４よりも図の上方に突き出るように配置され、内部管２１はその端面２４が試料導入管１１の端面１４よりも図の上方に突き出るように配置されている。外部管３１の端面３４と内部管２１の端面２４との間の図の上下方向の長さ範囲内に高周波コイル４０が外部管３１を包囲するように配置可能である。
【００２８】
高周波コイル４０の駆動により、プラズマＰが図１のように、外部管３１の開放口３３から突き出るようにして形成されるが、このとき、プラズマＰはプラズマトーチ１０内では、試料導入管１１の開放口１３及び端面１４から図の上方向に離れ、内部管２１の端面２４に接するかまたは接近するように、更に外部管３１の端面３４及び端面３４の近傍の内面３５に接するかまたは接近するように形成される。
【００２９】
図２のように、第１の保護具２７は、円筒部２７ｂと図の上部で円筒部２７ｂから突き出た肩部２７ａとを有する円筒状に構成され、図１のプラズマトーチ１０の内部管２１に装着されたとき、円筒部２７ｂが内部管２１の内面２５に接するように接近しかつ肩部２７ａが端面２４に接するか接近することで、内部管２１においてプラズマＰが接するかまたは接近する一部及びその近傍を覆い保護することができる。なお、図２の第１の保護具２７の円筒開口２３’が、内部管２１への装着時に、内部管２１の開放口２３に対応する。
【００３０】
また、第２の保護具３７も、図２と同様に、円筒部３７ｂと図の上部で円筒部３７ｂから突き出た肩部３７ａとを有する円筒状に構成され、図１のプラズマトーチ１０の外部管３１に装着されたとき、円筒部３７ｂが外部管３１の内面３５に接するように接近しかつ肩部３７ａが端面３４に接するか接近することで、外部管３１においてプラズマＰが接するかまたは接近する一部及びその近傍を覆い保護することができる。
【００３１】
また、第１の保護具２７及び第２の保護具３７は、酸化アルミニウムからなり、耐酸性、特に耐ふっ酸性等の耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有する。かかる材料としては、酸化アルミニウム以外では、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ほう素等でもよいが、これらに限定されない。
【００３２】
上記耐薬品性として、更に、耐硝酸性、耐塩酸性、耐硫酸性及び耐有機溶媒性の内の少なくとも１つを有することが好ましい。また、非導電性としては、体積電気抵抗率で、１０１０Ωｃｍ以上であることが好ましく、上記各材料は１０１０Ωｃｍ以上の体積電気抵抗率を有する。また、耐熱性としては、連続使用可能温度が５００℃以上、上限使用可能温度が８００℃以上が好ましいが、上記各材料はこれらの耐熱性を有する。
【００３３】
また、上記材料は、試料において分析対象となる元素を含有しないことが好ましく、また含有しても１重量％以下であることが好ましい。これにより、保護具２７，３７の一部が溶出しても、分析対象元素に関するバックグラウンドピークの増大は僅かに抑えられ、元素分析にほとんど悪影響を与えない。例えば、珪素が分析対象元素であれば、珪素の含有量が１重量％以下の材料を用いることで、保護具２７，３７自体から溶出する珪素をほとんど無視できるか、皆無とすることができる。
【００３４】
また、分析対象元素に応じて保護具２７，３７の材質を選択するようにでき、また、材質を変えた複数種類の保護具２７，３７をそれぞれ用意しておき、分析対象元素に応じて取り替えるようにできる。これにより、元素分析を高精度に行うことができる。
【００３５】
次に、上述の保護具２７，３７の製造方法について図２により説明する。図２の破線に示すように、酸化アルミニウム粉末の焼結等により得た円筒体２８から切削加工により図２の破線の被切削部分２９を鍔状の肩部２７ａが残るように切削することで、図２の保護具２７を簡単に製造することができる。また、被切削部分２９の切削量は、円筒部２７ｂが内部管２１の内面２５に適合するように決められる。なお、第２の保護具３７も図２と同様にして簡単に製造できる。
【００３６】
次に、図３により図１の元素分析用プラズマトーチ１０を用いたＩＣＰ発光分析装置について説明する。
【００３７】
図３のＩＣＰ発光分析装置は、元素分析用プラズマトーチ１０と、プラズマトーチ１０の試料導入管１１の導入口１２（図１）に連結し試料溶液をキャリアガスとともに試料導入管１１に導入する試料導入部５０と、プラズマトーチ１０の外部管３１の開放口３３（図１）の近傍に配置され高周波電源４１により駆動される高周波コイル４０と、プラズマトーチ１０の上部に形成されるプラズマＰの発光光が集光レンズ６１を介して光学窓６２から入射し測定対象元素の発光線が選択されて光学窓６６から出射するようにした光学系を含む分光部６０と、分光部６０からの光が入射し光電変換を行うフォトマルチプライヤからなる検出器６７と、検出器６７で光電変換された光電流を演算増幅する増幅演算部６８と、演算増幅部６８からの電気信号をデータ処理し分析結果を記録しまたＣＲＴ等の表示部に表示するデータ処理部６９とを備える。
【００３８】
試料導入部５０は、試料導入パイプ５１を通して試料溶液及びキャリアガスとしてのアルゴンガスを導入しネブライザを通してチャンバ５０ａ内に噴射しエアロゾル化する。チャンバ５０ａのふっ酸溶液と接触する部分は、テフロン等から構成されるのが好ましい。なお、チャンバ５０ａ内の廃液がドレインパイプ５２を通して排出される。
【００３９】
また、分光部６０は、光学系として、光学窓６２を通過した光を反射するミラー６３と、ミラー６３からの反射光が入射しその光線を回折して選択し反射する回折格子６４と、回折格子６４からの反射光を光学窓６６に向け反射するミラー６５とを筐体６０ａ内に含み、筐体６０ａの内部は真空に保持される。なお、筐体６０ａの内部は、ＡｒやＮ２を充填してもよく、また大気雰囲気のままでもよい場合もある。
【００４０】
図１，図３のＩＣＰ発光分析装置の動作について説明する。分析すべき試料はふっ酸を含む溶液に溶解されている。まず、内部管２１でプラズマ形成のためのアルゴンガスを導入口２２から開放口２３に流し、外部管３１で冷却ガスとしてアルゴンガスを導入口３２から開放口３３に流すとともに、高周波電源４１を作動させて高周波コイル４０を駆動することでプラズマトーチ１０の上部にプラズマＰを形成する。
【００４１】
次に、ふっ酸溶液を含む試料溶液及びキャリアガスを試料導入部５０に導入し、チャンバ５０ａ内でアルゴンガスのキャリアガスとともにエアロゾル化した試料を、プラズマトーチ１０の試料導入管１１の導入口１２から開放口１３に流すことでプラズマＰに試料を導入する。
【００４２】
そして、プラズマＰの高温により試料に含まれる測定対象元素がイオン化・原子化され、更に励起され発光するが、この発光した光を集光レンズ６１で集光し、分光器６０で発光線を選択し検出器６７で検出する。検出器６７のフォトマルチプライヤで光電変換された電流は演算増幅部６８を介してデータ処理部６９で処理され、分析結果が記録されＣＲＴ等の表示部に表示される。
【００４３】
以上のようにして、図１、図３のＩＣＰ発光分析装置で試料溶液をＩＣＰ発光分析することができる。このとき、図１の元素分析用プラズマトーチ１０において、試料溶液はふっ酸溶液を含むが、酸化アルミニウム製の試料導入管１１はふっ酸溶液による劣化・破損のおそれがない。一方、試料溶液に含まれるふっ酸がプラズマＰ中に拡散しても、プラズマＰに接しまたは接近する外部管３１の内面３５の一部や端面３４、及び内部管２１の端面２４やその近傍の内面２５の一部には、耐ふっ酸性を有する第１及び第２の保護具２７，３７がそれぞれ装着されているので、石英製の外部管３１や内部管２１からの石英の溶出を抑制する。従って、石英の主成分である珪素のバックグラウンドピークを減少させることができるので、分析対象元素である珪素の分析精度を向上できる。
【００４４】
また、外部管３１及び内部管２１を構成する石英には、主成分の珪素（Ｓｉ）以外に不純物として、Ａｌ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｌ，Ｔｉ，Ｂなどが含まれ、ふっ酸溶液を含む試料溶液を分析する場合、外部管３１、内部管２１の構成材料である石英が溶出することで上記元素の溶出も懸念されるが、第１及び第２の保護具２７，３７により石英の主成分であるＳｉ以外の上記不純物元素の溶出をも防ぐことができるので、上記元素を分析対象元素としても、上記各元素に関するバックグラウンドピークを減少させることができ、精度よく分析を行うことができる。
【００４５】
また、図１の元素分析用プラズマトーチ１０では、プラズマＰが数千度以上の高温になるのであるが、酸化アルミニウムのように耐熱性のある材質からなる第１及び第２の保護具２７，３７に保護されることで、外部管３１及び内部管２１からの石英の溶出を効果的に抑制できる。また、第１及び第２の保護具２７，３７は非導電性であるため、通常のプラズマトーチと同様に安定なプラズマの形成が可能となる。
【００４６】
また、第１及び第２の保護具２７，３７は、図２で説明したように、円筒体を用意しその外周面を切削するだけでよいので、プラズマトーチの寸法に合わせて簡単に準備可能であり、各プラズマトーチに容易に適用可能である。また、保護具２７，３７を内部管２１及び外部管３１の内側に被せる構造であり、外部管３１のトーチ外周部の寸法が変わらないため、分析装置にプラズマトーチを固定するアタッチメントの変更を必要としない。このため、保護具２７，３７を耐ふっ酸プラズマトーチに装着するだけで、各メーカーの装置に直ぐに適用できる。また、保護具２７，３７に劣化や破損が生じても交換が容易である。
【００４７】
また、例えば、外部管３１及び内部管２１に高純度の酸化アルミニウムコーティングをＣＶＤ法等により施すことも考えられるが、被覆が容易ではなく、設備等が必要でありコスト高となってしまうのに対し、第１及び第２の保護具２７，３７は簡単に加工できるので、コストがかからない。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例により更に説明する。第１及び第２の保護具２７、３７を酸化アルミニウムから作製し、図１のように、内部管２１の内面２５に保護具２７を装着し，外部管３１の内面３５の保護具３７を装着した。このようにして図１の元素分析用プラズマトーチ１０と同様のプラズマトーチを作製し、このプラズマトーチを用いて実施例としてふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化を測定した。
【００４９】
また、図１の元素分析用プラズマトーチ１０と同様の構造であるが、保護具２７、３７を装着しないプラズマトーチを用いて比較例として実施例と同様の条件で珪素の発光強度の変化を測定した。
【００５０】
実施例及び比較例の測定条件は次のとおりである。即ち、ＩＣＰ発光分析装置として、島津製作所製ＩＣＰＳ−８０００を用いた。試料溶液は、超純水中に高純度ふっ酸を段階的に加えてふっ酸濃度を複数に変えて調製した。測定条件は、キャリアガス０．７リットル／分、プラズマガス１．５リットル／分、冷却ガス１４リットル／分のアルゴンプラズマで、ネブライザ、チャンバ、ドレイン管は全てテフロン製のものを用いた。高周波電源は、周波数２７．１２ＭＨｚ、出力を１．２ｋＷにした。珪素の測定には分光器の波長を２５１．５６ｎｍにセットし、発光強度を積分して得た。
【００５１】
図４に実施例及び比較例におけるふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化の測定結果を示す。図４から、比較例では超純水中のふっ酸濃度が高くなるに従い、珪素の発光強度が大きくなり珪素のバックグランドピークが増大するのに対し、実施例では超純水中のふっ酸濃度が高くなっても、珪素の発光強度が小さくほぼ一定であり、珪素のバックグランドピークが極めて低く抑制できることが分かる。これは、図１のような元素分析用プラズマトーチにおいて内部管２１，外部管３１に装着した保護具２７、３７により石英の溶出を抑制できたためと考えられる。
【００５２】
以上のように、本実施例によれば、元素分析用プラズマトーチにおいて石英からなる内部管及び外部管に第１及び第２の保護具を装着することで、珪素のバックグランドピークを低く抑えることができ、珪素についてｐｐｂレべルの測定が可能となり、高精度に分析できることが分かった。
【００５３】
以上のように本発明を実施の形態及び実施例により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、プラズマトーチにおいて外部管３１及び内部管２１に装着する保護具２７，３７の各長さは、プラズマＰと接するかまたは接近する部分を確実に覆い石英の溶出を効果的に抑制できるような長さに決定できる。また、外部管３１及び内部管２１に装着される保護具２７，３７の先端が試料導入管１１の端面１４の図１の破線ａで示すレベルまで達するような長さにしてもよい。また、保護具２７，３７は、外部管３１及び内部管２１の各外面２６，３６側をも覆うように構成されてもよい。
【００５４】
また、三重管構造のプラズマトーチにおいて、試料導入管１１、内部管２１、外部管３１の各端面１４，２４，３４の相対位置が変化しても、保護具２７，３７が同様に石英の溶出を効果的に抑制できるように内部管２１、外部管３１を覆う構成にすればよい。また、図１のような三重管構造のプラズマトーチは一体成形や組み立て式で製造できる。
【００５５】
また、上述のＩＣＰ発光分析では、分析対象試料として、硝酸、塩酸、硫酸、りん酸などに不溶性または難溶性でありふっ酸には可溶する試料を対象にできるが、試料自体が硝酸などに易溶でも、測定対象元素が不溶性、難溶性の場合（例えば、分析対象である添加物や不純物がふっ酸にしか溶解しない場合）も有効である。分析対象試料としては、例えば、シリコンウェハ、セラミック（例えば、チタン酸バリウム、ＰＺＴ）、ガラス、フェライト、金属、例えばＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂなどの合金（酸難溶性の金属、合金）等があるが、これらに限定されない。
【００５６】
また、分析対象試料として、硝酸、塩酸、硫酸、りん酸などに易溶性の試料であってもよいことは勿論であり、これらの硝酸や塩酸等を含む試料溶液を用いて同様にＩＣＰ発光分析を行うことができる。
【００５７】
また、図１の元素分析用プラズマトーチを用いて、プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析するＩＣＰ質量分析装置を構成できることは勿論である。また、外部管及び内部管は、セラミックやほうケイ酸ガラス等の材料で構成してもよい。また、図１の元素分析用プラズマトーチは、図３のような元素分析装置において、縦配置以外に、水平方向に配置した横配置で使用してもよいことは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置及び分析方法によれば、三重管構造を有するプラズマトーチの構成部材からの成分の溶出を抑制し分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ、元素分析を高精度に行うことができる。
【００５９】
また、本発明のプラズマトーチ用保護具によれば、元素分析用プラズマトーチの外部管または内部管を効果的に保護し、内部管及び外部管からの成分の溶出を効果的に抑制し分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ、元素分析を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による元素分析用プラズマトーチの縦断面図である。
【図２】図１の元素分析用プラズマトーチの保護具を示す斜視図である。
【図３】図１の元素分析用プラズマトーチを含むＩＣＰ発光分析装置の要部を概略的に示す図である。
【図４】実施例及び比較例におけるふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０        元素分析用プラズマトーチ
１１        試料導入管
１３        開放口
１４        端面
２１        内部管
２３        開放口
２４        端面
２５        内面
２６        外面
２７        第１の保護具
２７ａ      肩部
２７ｂ      円筒部
２８        円筒体
２９        被切削部分
３１        外部管
３３        開放口
３４        端面
３５        内面
３６        外面
３７        第２の保護具
３７ａ      肩部
３７ｂ      円筒部
４０        高周波コイル
５０        試料導入部
６０        分光部
Ｐ        プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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