(57)【要約】【課題】チャンバーの容積が極めて小さい(１ｍＬ以下)レーザーアブレーション用チャンバーを提供する。【解決手段】レーザーアブレーション用チャンバーを直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーで構成して容積１ｍＬ以下とし、キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置したことを特徴とする、トーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーまたはトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバー。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーアブレーション用チャンバーを直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーで構成して容積１ｍＬ以下とし、
キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置接続され、チューブ状チャンバーのチューブ壁面に試料を載置する試料ホルダーを設け、この試料ホルダーと直径方向に対向するチューブ壁面部分はレーザービームを透過できる材料で形成し、
前記チューブ状チャンバーには係合部を設けるとともに、前記係合部は、チューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとの、それぞれの軸心が一直線状になるように配置した状態で、誘導結合プラズマのトーチに設けた被係合部とカップリングできる用に構成したことを特徴とするトーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバー。
【請求項２】
レーザーアブレーション用チャンバーを直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーで構成して容積１ｍＬ以下とし、
キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置接続し、チューブ状チャンバーのチューブ壁面に試料を載置する試料ホルダーを設け、この試料ホルダーと直径方向に対向するチューブ壁面部分はレーザービームを透過できる材料で形成するとともに、
前記チューブ状チャンバーは誘導結合プラズマのトーチと一体構成としたことを特徴とするトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
化学分析において、固体試料の直接分析にはレーザーアブレーション(ＬＡ−)と併用した誘導結合プラズマ質量分析装置(ＩＣＰ−ＭＳ)および誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ＩＣＰ−ＯＥＳ)が有効である。本発明は、これらの分析装置のためのレーザーアブレーション用チャンバーに関し、特に、トーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーおよびトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバーを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザーアブレーション用チャンバーは、例えば、特許文献１に記載されているように、縦型円筒状チャンバーの底面に試料を載置する試料ホルダーを設け、縦型円筒状チャンバーの上面に設けた透明窓を通して試料にレーザービームを照射するようにした、縦型円筒状の大容積のチャンバーを用いていることに加え、固体試料のアブレーションによって得た微粒子状試料は連結チューブを通して、ＩＣＰ−ＭＳまたはＩＣＰ−ＯＥＳに導入される。図６に、従来のレーザーアブレーション(ＬＡ−)と併用した誘導結合プラズマ質量分析装置(ＩＣＰ−ＭＳ)の概要図を示す。チャンバー(Ｃｈａｍｂｅｒ)中の固体試料(Ｓａｍｐｌｅ)に、レーザー(Ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ)を照射し、試料を微粒子状にし、微粒子状試料はキャリアガス(Ｃａｒｒｉｅｒ  ｇａｓ)とともに連結チューブを通して誘導結合プラズマのトーチ(Ｔｏｒｃｈ)に導入される。
また、非特許文献１は、ＩＣＰ−ＭＳのトーチ先端に設置された固体試料をレーザーアブレーションによって微粒子化し、ＩＣＰ−ＭＳに導入する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８５３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００８，３９１，１２１１−１２２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１等の装置では、レーザーアブレーションによって得た微粒子状試料は、チャンバー中および連結チューブ中において、(１)分析装置であるＩＣＰ−ＭＳまたはＩＣＰ−ＯＥＳに導入用キャリアガスによる希釈効果、および、(２)チャンバー内や連結チューブ内の吸着による損失の恐れがあるため、分析装置における測定信号の低下を引き起こし問題となる。
また、非特許文献１の技術では、微粒子状試料の導入効率向上に有効であるが、ＩＣＰ−ＭＳのトーチ先端に設置された固体試料をレーザーアブレーションによって微粒子化するため、分析装置本体の改造が必要となり、一般ユーザには不向きである。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、キャリアガスによる希釈効果およびチャンバー内や連結チューブ内の吸着による損失を少なくし、微粒子状試料の導入効率向上を実現でき、分析装置における測定信号の低下を引き起こさないようにしたレーザーアブレーション用チャンバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、レーザーアブレーション用チャンバーを直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーで構成して容積１ｍＬ以下とし、キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置接続され、チューブ状チャンバーのチューブ壁面に試料を載置する試料ホルダーを設け、この試料ホルダーと直径方向に対向するチューブ壁面部分はレーザービームを透過できる材料で形成し、前記チューブ状チャンバーには係合部を設けるとともに、前記係合部は、チューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとの、それぞれの軸心が一直線状になるように配置した状態で、誘導結合プラズマのトーチに設けた被係合部とカップリングできる用に構成したことを特徴とするトーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーである。
また、本発明は、レーザーアブレーション用チャンバーを直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーで構成して容積１ｍＬ以下とし、キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置接続し、チューブ状チャンバーのチューブ壁面に試料を載置する試料ホルダーを設け、この試料ホルダーと直径方向に対向するチューブ壁面部分はレーザービームを透過できる材料で形成するとともに、前記チューブ状チャンバーは誘導結合プラズマのトーチと一体構成としたことを特徴とするトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバーである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明ではチャンバーの容積が極めて小さいため(従来装置は２５ｍＬ以上であるのに対して、本発明は１ｍＬ以下である)、これにより試料輸送用キャリアガス流速が削減され、従来装置よりキャリアガス中の試料粒子密度が高く、プラズマ中の滞在時間も長いため、分析感度の向上(１０〜１００倍)が期待できる。なお、従来装置のチャンバーは直径５０ｍｍの縦型円筒状で円筒の底面に試料ホルダーを置く形式であるのに対して、本発明のチャンバーは、直径５ｍｍ以下のチューブ状とし、キャリアガス導入用チューブに接続する形式とするため、容積１ｍＬ以下のチャンバーが実現できる。
また、本発明では、チャンバーとトーチは直接型または一体型とするため、従来装置のチャンバーとトーチを接続するための連結チューブ(３００ｍｍ〜１０００ｍｍ、約６〜２０ｍＬ)を必要とせず、連結チューブ中での微粒子状試料の吸着による損失を最低限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例であるトーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーの概要を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例であるトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバーの概要を示す図である。
【図３】チャンバー容積の大小による、キャリアガス流速比較を示した図。
【図４】チャンバー容積の大小による、粒子密度比較を示した図。
【図５】チャンバー容積の大小による、滞在時間比較を示した図。
【図６】従来のレーザーアブレーション(ＬＡ−)と併用した誘導結合プラズマ質量分析装置(ＩＣＰ−ＭＳ)の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００９】
（第１実施例）
本発明の第１実施例であるトーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーの概要を図１に示す。図１において、(１)はキャリアガス、(２)はレーザービーム、(３)は試料、(４)は試料ホルダー、(５)は切り替えバルブ、(６)は補助ガス、(７)はプラズマガス、(８)はトーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバー、(９)は誘導結合プラズマのトーチ、(１０)は接続される質量分析計または分光分析計(図示せず)である。
レーザーアブレーション用チャンバーは直径５ｍｍ以下のチューブ状チャンバーであり、チャンバーの容積は１ｍＬ以下とすることができる。キャリアガス導入用チューブとチューブ状チャンバーは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置接続される。チューブ状チャンバーのチューブ壁面に試料を載置する試料ホルダーを設け、この試料ホルダーと直径方向に対向するチューブ壁面部分はレーザーを透過できる材料、例えば石英等で形成し、当該壁面部分を透過して試料ホルダー上に載置した試料にレーザービームを照射する。
チューブ状チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは、それぞれの軸心が一直線状になるように配置され、本実施例では、トーチ直接型レーザーアブレーション用チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは直接でカップリング出来るように係合部・被係合部が設けられており、従来の連結チューブ(３００ｍｍ〜１０００ｍｍ、約６〜２０ｍＬ)を用いる必要が無く、連結チューブ中での吸着による損失が抑えられる。
【００１０】
（第２実施例）
本発明の第２実施例であるトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバーの概要を図２に示す。図２において、(１)はキャリアガス、(２)はレーザービーム、(３)は試料、(４)は試料ホルダー、(５)は切り替えバルブ、(６)は補助ガス、(７)はプラズマガス、(８)はトーチ一体型レーザーアブレーション用チャンバー、(９)は接続される質量分析計または分光分析計(図示せず)である。
第２実施例が第１実施例と異なるところは、第１実施例ではレーザーアブレーション用チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは直接でカップリング出来るように係合部・被係合部が設けられていたのに対して、この第２実施例では、レーザーアブレーション用チャンバーと誘導結合プラズマのトーチとは一体になっている点が異なるだけで、その他の構成は同じであって、チャンバーは直径５ｍｍ以下のチューブ状とし、チャンバーの容積は１ｍＬ以下であり、従来の連結チューブ(３００ｍｍ〜１０００ｍｍ、約６〜２０ｍＬ)を用いる必要が無く、連結チューブ中での吸着による損失が抑えられる点も同じである。
【００１１】
本発明では、上記第１実施例及び第２実施例ともに、チャンバーの容積を１ｍＬ以下に小さくすることができ、従来の２５ｍＬ以上に比べて極めて少なくすることができる。
そこで、チャンバーの容積の大小に応じた、キャリアガス流速比較、粒子密度比較、滞在時間比較(試料粒子がプラズマに入ってから出るまでの時間)を試算により以下に説明する。
ただし、計算を簡単にするために、チャンバーはすべて立方体のセルとして試算する。
【００１２】
（キャリアガス流速比較：エネルギー固定）
ガスの運動エネルギーＫを求める式は次のように表され、ガスの種類が一定(ρが一定)の場合、運動エネルギーＫはガス流速ｖにのみに依存し、その３乗と比例関係になる。
Ｋ＝ｍｖ2／２＝(ρｖ)ｖ2／２＝ρｖ3／２［Ｊ／ｍ2ｓ］
ここで、
ｖ：ガス流速(線流速)［ｍ／ｓ］
ｍ：１ｍ2を一秒間通過するガスの質量［ｋｇ］
ρ：ガスの密度［ｍ3］
である。
本発明に対応する１ｍＬ以下と、従来装置に対応する２５ｍＬ以上について比較したものを図３に示す。図３によれば、セル容積の縮小によって、同様の搬送エネルギーを得るのに、キャリアガス流速を減らすことができる。これによって、本発明の１ｍＬ以下の方がより粒子密度と滞在時間の向上を可能にすることができる。
【００１３】
（粒子密度比較）
図３で計算したキャリアガス流速を使用し、かつ、辺の長さ１００μｍ立方の試料をアブレーションし、辺の長さ１００ｎｍ立方の粒子になると仮定して粒子密度を計算すると図４に示すようになる。図４によれば、粒子密度が高いほど分析感度が向上できると考えられ、本発明の１ｍＬ以下の方が向上できる。
【００１４】
（滞在時間比較）
図３で計算したキャリアガス流速を使用し、試料がプラズマに入ってから出るまでの時間すなわち滞在時間(Δｔ＝ｔ1−ｔ2)を試算すると図５に示すようになる。滞在時間が長いほど、高感度・高精度の分析の実現が容易になるから、本発明の１ｍＬ以下の方が高感度・高精度の分析が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
誘導結合プラズマ質量分析装置(ＩＣＰ−ＭＳ)および誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ＩＣＰ−ＯＥＳ)に用いるためのレーザーアブレーション用チャンバーとして説明してきたが、これに限らず、他の用途のレーザーアブレーション用チャンバーにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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