(57)【要約】  本発明は、マトリックスから一連の所望の化学種を選択的かつ連続的に抽出する方法であって、以下のステップ：  −プラズマトーチによって抽出チャンバ内にプラズマを注入するステップと（３１０）、  −前記マトリックスから抽出され前記プラズマ中に含まれる前記励起元素を、発光分光法により、及び前記一連のうちの各化学種について、連続的にモニタリングするステップと（３２０）、  −前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離、及び前記モニタリングされた励起元素の関数としての前記注入されたプラズマの組成を設定するステップであって（３３０）、それにより、前記一連の化学種のうちの１つの所望の化学種のみが分子形態で前記マトリックスから抽出されている、ステップと、    −前記プラズマの外側の前記抽出チャンバ内にプレートを設けるステップであって（４００）、前記プレートの表面上に堆積させることによって、前記所望の化学種を含む前記分子の収集を引き起こす、ステップと、を含む方法に関わる。
2019524441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス（Ｍ）から一連の所望の化学種を選択的かつ連続的に抽出する方法であって、以下のステップ：
−プラズマトーチ（３０）によって抽出チャンバ（１０）内にプラズマを注入するステップであって、前記マトリックス（Ｍ）は前記抽出チャンバ（１０）内の支持体（２０）上に配置されており、前記プラズマは、
○前記マトリックスの表面に、前記マトリックス及び前記プラズマに含まれる化学元素からの分子の形成、
○前記マトリックスからの前記分子の蒸発、
○一部の分子の破壊、及び前記分子に含まれ且つ前記マトリックスから抽出された化学元素の励起、
を引き起こすステップと（３１０）、
−前記マトリックスから抽出され前記プラズマ中に含まれる前記励起元素を、発光分光法により、及び前記一連のうちの各化学種について、連続的にモニタリングするステップと（３２０）、
−前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離、及び前記モニタリングされた励起元素の関数としての前記注入されたプラズマの組成を設定するステップであって（３３０）、それにより、前記一連の化学種のうちの１つの所望の化学種のみが分子形態で前記マトリックスから抽出されている、ステップと、
−前記プラズマの外側の前記抽出チャンバ（１０）内にプレート（１６）を設けるステップであって（４００）、
○前記マトリックス（Ｍ）から抽出された前記所望の化学種を含む前記プラズマによって以前に破壊された前記分子の再形成、
○前記プレート（１６）の表面上に堆積させることによって、前記所望の化学種を含む前記分子の収集、
を引き起こすステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離を調整する前記ステップ（３３０）が、前記プラズマトーチ（３０）に対して前記支持体（２０）を移動させることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記注入されたプラズマの組成を調整する前記ステップ（３３０）が、プラズマ生成ガスに対して、酸素、水素、窒素、アンモニアガス、塩素、フッ素、二酸化炭素並びに硝酸塩及び炭化水素(hydrocarbines)を包含するそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの添加ガスを選択的に混合することを含む、請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマに関連した所定の電位に前記マトリックス（Ｍ）を設定し、前記モニタリングされた励起元素に従って前記電位を調整するステップ（３３０）をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記モニタリングされた励起元素に従って、前記抽出チャンバ内部の追加のガスの分圧を調整するために、前記注入されたプラズマを構成するプラズマ生成ガス及び追加のガスのそれぞれの流れを調整するステップ（３３０）をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記注入されたプラズマによる前記マトリックスの熱分解の予備ステップ（２１０）を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記抽出チャンバ（１０）内にプラズマを注入するステップ（１００）と、前記プラズマの安定化を検出するため、前記注入されたプラズマを発光分光法によってモニタリングするステップとをさらに含み、前記予備ステップの後に、前記抽出チャンバ（１０）内に前記マトリックス（Ｍ）を導入するステップ（２００）、又は前記マトリックスを前記プラズマトーチ（３０）に近づけるステップが続く、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマトーチに供給されるプラズマ生成ガスがアルゴンであり、前記プラズマの安定化を検出することが、発光分光法によって前記プラズマ中のアルゴン量の安定化を検出することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
後記収集プレート上への前記分子の堆積を促進するために、収集する前記化学種に従って収集プレートを所定の電位に設定するステップをさらに含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記抽出された化学種のそれぞれがいずれの金属化学種である、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記マトリックスが粉末形態で連続的に又はバッチとして順次、供給される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法を実施することによって一片の電子機器廃棄物から一連の金属化学種を抽出することを含む、リサイクル方法。
【請求項１３】
マトリックスから化学種を選択的に抽出するためのシステム（１）であって、
○抽出チャンバ（１０）と、
○前記抽出チャンバ（１０）内に配置された支持体（２０）と、
○プラズマ生成ガスの供給部（３２）と、少なくとも１つの添加ガスの供給部（３３）と、ガス混合装置（３５）とを含むプラズマトーチ（３０）であって、前記支持体に向けられたプラズマを発生させるように適合されている前記プラズマトーチと、
○前記抽出チャンバ（１０）内に含まれる励起元素を連続的にモニタリングするようになっている発光分光分析装置（４０）と、
を含み、前記プラズマの注入の間、前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離を変えるために、前記支持体（２０）は前記プラズマトーチ（３０）に対して移動可能である、システム。
【請求項１４】
前記支持体（２０）と前記プラズマトーチ（３０）との間の前記距離、及び／又はモニタリングされた励起元素に従って前記注入されたプラズマの組成、を調整するように構成された制御ユニット（６０）をさらに含む、請求項１３に記載のシステム。要
【請求項１５】
前記支持体（２０）上に配置されたマトリックス（Ｍ）を所定の電位に設定するように適合された電源（５０）と、前記電源（５０）と前記マトリックス（Ｍ）との間に挿入されたＲＦフィルタ（５１）とをさらに含む、請求項１３又は１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、一片の材料（以後マトリックスと呼ぶ）からの化学種(species)の選択的かつ連続的な抽出のための方法(process)及びシステムに関する。本発明は特に電子機器廃棄物(electronic  waste)からの金属化学種の回収に適用される。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
現代の消費社会は、ラップトップ、電話、コンピュータなどのような電子デバイスの生産と消費の増加を引き起こした。これらのデバイスは通常、最先端のデザインと機能を望む消費者によってすぐに置き換えられている。結果として、ますます多くの壊れたもしくはまだ作動する(wording)デバイスが廃棄され、いわゆる電子機器廃棄物を形成する。
【０００３】
電子機器廃棄物は、リサイクルされるために回収することができる材料、例えばポリマー、樹脂、金属、又は鉱物製品など、の重要な量を含む。
【０００４】
電子機器廃棄物のリサイクルに関する重要な問題は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎなどのような多くの元素を含む複合合金から金属を抽出することのそれである。
【０００５】
湿式冶金又は乾式冶金などのいくつかの技術は、マトリックスから所望の化学種を抽出するためにすでに提案されている。これらの技術は、廃棄物がもはや樹脂又は有機化合物を含まないことを確実にするために熱分解ステップの後に実施されなければならない。
【０００６】
湿式冶金は一般に、マトリックスからアルミニウム、亜鉛又は銅を抽出するために使用される。それは、一連の化学操作、その中で、例えば浸出によるマトリックスの溶液化するステップ(solutionization)、続いて、このようにして得られた溶液を精製するステップ及び例えば、電気分解、沈殿、電気分解などによる前記精製溶液からの金属の抽出するステップ、を含む。
【０００７】
過去において、湿式冶金は天然鉱石からの金属の抽出及び精製に適用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子機器廃棄物のリサイクルへの湿式冶金の適用は多くの欠点を有する。
【０００９】
第一に、湿式冶金を実施するプラントは、一般に、前記プラント内で処理される前記マトリックスの組成に従って設計される。なぜなら、当該プロセスで実施される前記一連のステップ及びこれらのステップ中に使用される溶液の組成(the  process  of  the  solutions)は、この組成に非常に固有のものであるためである。それ故、ベースマトリックスの組成のわずかな変化は前記プラントの機能と効率を変えることができる。
【００１０】
したがって、この技術は、例えばリサイクルされる機器の面積及び性質に応じて、合金の組成が非常に変化し得る電子機器廃棄物の処理には適していない。
【００１１】
乾式冶金は、一連のステップを含む熱処理であり、マトリックス中で抽出されるべき金属を均質化するための高温でのマトリックスの熱処理、マトリックスから金属を分離するための化学処理、及び金属の精製を少なくとも包含する
【００１２】
この技術は、マトリックスの組成により容易に適応可能であり得る。しかしながら、それは非常にエネルギーを消費し、そして加えてそれは抽出された金属の一定かつ高純度を保証しないかもしれない。
【００１３】
したがって、電子機器廃棄物からの金属の回収に好適である技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明の要約
本発明の１つの目的は、可変組成のマトリックスから金属を抽出するのに好適である方法(process)及びシステムを提供することによって従来技術の前述の欠点を克服することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、金属廃棄物、天然鉱石、ガラス、鏡などからの化学種の抽出に適用可能であることである。
【００１６】
本発明の別の目的は、多種多様な金属化学種を容易に抽出するための適応プロセスを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、純粋な金属化学種の収集を可能にすることである。
【００１８】
この目的のために、マトリックスから一連の化学種を選択的かつ連続的に抽出するための方法であって、以下のステップ：
−プラズマトーチによって抽出チャンバ内にプラズマを注入するステップであって、前記マトリックスは前記抽出チャンバ内の支持体上に配置されており、前記プラズマは、
○前記マトリックスの表面に、前記マトリックス及び前記プラズマに含まれる化学元素からの分子の形成、
○前記マトリックスからの前記分子の蒸発、
○一部の分子の破壊、及び前記分子に含まれ且つ前記マトリックスから抽出された化学元素の励起、
を引き起こすステップと、
−前記マトリックスから抽出され前記プラズマ中に含まれる前記励起元素を、発光分光法により、及び前記一連のうちの各化学種について、連続的にモニタリングするステップと、
−前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離、及び前記モニタリングされた励起元素の関数としての前記注入されたプラズマの組成を設定するステップであって、それにより、前記一連の化学種のうちの１つの所望の化学種のみが分子形態で前記マトリックスから抽出されている、ステップと、
−前記プラズマの外側の前記抽出チャンバ内にプレートを設けるステップであって、
○前記マトリックスから抽出された前記所望の化学種を含む前記プラズマによって以前に破壊された前記分子の再形成、
○前記プレートの表面上に堆積させることによって、前記所望の化学種を含む前記分子の収集、
を引き起こす、ステップと、
を含む方法が開示されている。
【００１９】
いくつかの実施形態において、当該方法(process)は、以下の特徴のうちの少なくとも１つを含み得る。：
−前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離を調整する前記ステップは、前記プラズマトーチに対して前記支持体を動かすことによって行われる。
−前記注入されたプラズマの組成を調整する前記ステップは、プラズマ生成ガスに、酸素、水素、窒素、アンモニアガス、塩素、フッ素、二酸化炭素並びに硝酸塩及び炭化水素(hydrocarbines)を包含するそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの添加ガスを選択的に混合するステップを含む。
【００２０】
−当該方法は、前記プラズマに関連した所定の電位に前記マトリックスを設定し、前記モニタリングされた励起元素に従って前記電位を調整するステップをさらに含む。
【００２１】
−当該方法は、前記モニタリングされた励起元素に従って、前記抽出チャンバ内部の後記追加のガスの分圧を調整するために、前記注入されたプラズマを構成するプラズマ生成ガス及び追加のガスのそれぞれの流れを調整するステップをさらに含む。
【００２２】
−当該方法は、前記注入されたプラズマによる前記マトリックスの熱分解の予備ステップを含む。
【００２３】
−当該方法は、前記抽出チャンバ内にプラズマを注入するステップと、前記プラズマの安定化を検出するため、前記注入されたプラズマを発光分光法によってモニタリングするステップとをさらに含む。前記予備ステップの後に、前記抽出チャンバ内に前記マトリックスを導入するステップ、又は前記マトリックスを前記プラズマトーチに近づけるステップが続く。
【００２４】
−前記プラズマトーチに供給される(feeding)プラズマ生成ガスがアルゴンであり、前記プラズマの安定化を検出することが、発光分光法によって前記プラズマ中のアルゴン量の安定化を検出することを含む。
【００２５】
−当該方法は、後記収集プレート上への前記分子の堆積を促進するために、収集する前記化学種に従って収集プレートを所定の電位に設定するステップをさらに含む。
【００２６】
−前記抽出された化学種のそれぞれがいずれの金属化学種である。
【００２７】
−前記マトリックスが粉末形態で連続的に又はバッチとして順次(seqeuentially)、供給される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【００２８】
一実施形態によれば、上記の説明に従った方法の実施によって一片の(a  piece  of)電子機器廃棄物から一連の金属化学種を抽出することを含む、リサイクル方法が開示される。
【００２９】
一実施形態によれば、マトリックスから化学種を選択的に抽出するためのシステムは、
○抽出チャンバと、
○前記抽出チャンバ内に配置された支持体と、
○プラズマ生成ガスの供給部と、少なくとも１つの添加ガスの供給部と、ガス混合装置とを含むプラズマトーチであって、前記支持体に向けられたプラズマを発生させるように適合されている前記プラズマトーチと、
○前記抽出チャンバ内に含まれる励起元素を連続的にモニタリングするようになっている発光分光分析装置と、
を含み、ここで、前記プラズマの注入の間、前記支持体と前記プラズマトーチとの間の距離を変えるために、前記支持体は前記プラズマトーチに対して移動可能である。
【００３０】
いくつかの実施形態では、当該システムは以下の特徴のうちの少なくとも１つをさらに含むことができる。：
−当該システムは、前記支持体と前記プラズマトーチとの間の前記距離、及び／又はモニタリングされた励起元素に従って前記注入されたプラズマの組成、を調整するように構成された制御ユニットをさらに含む。
−当該システムは、前記支持体上に配置されたマトリックスを所定の電位に設定するように適合された電源と、前記電源と前記マトリックスとの間に挿入されたＲＦフィルタとをさらに含む。
【００３１】
本発明による方法は、いずれの組成のマトリックスから、希土類を包含する金属化学種のいずれの種類を抽出することを可能にする。なぜなら、いずれの所望の化学種を抽出可能にするため、前記マトリックスと前記プラズマトーチとの間の距離、及び従って前記マトリックスの表面の温度、及び前記プラズマの組成を選択することができるためである。
調整することによって、ことができるからである。
【００３２】
さらに、前記マトリックスから抽出されている前記化学種についての発光分光分析によるリアルタイムモニタリングは、上記パラメータのリアルタイム調整を可能にする。それ故に当該方法は非常に反応性が高くそして抽出すべき前記化学種に適応できる。
【００３３】
このモニタリングはまた、追加の不要な化学種が抽出されているかどうかを容易に検出し、それに従ってパラメータを調整することができるので、化学種の抽出が選択的であることを保証する。これは次に、所望の化学種のみがプラズマ中に存在することを確実にし、及び従ってそれらのみが収集プレート上に堆積することができる。
【００３４】
このようにして、収集プレート上に堆積された金属の純度について高純度を達成することができる。
【００３５】
最後に、一連の所望の化学種を順次(sequentially)抽出し、単一のプロセス中に同一のマトリックスから回収することができる。これは、プロセスを実行するシステムを再設計することなく抽出のパラメータを調整するだけでよいので、潜在的に複雑な組成のマトリックスに含まれるすべての興味深い化学種を低コストで回収することを可能にする。
【００３６】
図面の簡単な説明
本発明の特徴及び利点は、添付の図面に示されるように、本発明の特定の実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、化学種の選択的抽出のためのシステムを概略的に示す図である。
【図２】図２は、抽出プロセス中に発生する化学現象を概略的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による抽出プロセスの主要ステップを示す図である。
【図４ａ】図４ａはマトリックスからのスズの抽出についての発光分光分析による分析の例を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、スズの抽出の間に使用された収集プレートのＬＩＢＳ分析を示す。
【図５ａ】図５ａは、マトリックスからの銅の抽出についての発光分光分析による分析の例を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、銅の抽出中に使用された収集プレートのＬＩＢＳ分析を示す。
【図６】図６は、プロセスの始動(start-up)についての発光分光法による分析を示す。
【図７】図７は、プラズマ媒体中又は従来のオーブン中でのスズ酸化物及び銅酸化物の形成の比較エリンガムダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
発明の好ましい実施形態の詳細な説明
マトリックスから化学種を抽出するためのシステム
図１を参照すると、マトリックスから化学種を抽出するためのシステム１が開示されている。化学種(species)とは、そのいずれの形態、例えば純粋な原子形態、又は酸化物などの分子形態の化学元素を意味する。
【００３９】
抽出される化学種は、希土類を包含する金属化学種、例えば鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ネオジム（Ｎｄ）など、であるがこれらに限定されない。
【００４０】
マトリックスは、好ましくは、電子機器、例えば携帯電話、コンピュータ、オーディオプレーヤーなど、から抽出された部分のような一片の電子機器廃棄物である。それはまた、一片の天然鉱石、一片のガラス、鏡などであり得る。
【００４１】
前記システム１は抽出チャンバ１０を含む。このチャンバ１０は、前記抽出チャンバの内容積の範囲を定めるステンレス鋼製の第１の区画１１と、前記第１の周囲を取り囲み、且つまたステンレス鋼製の第２の区画１２とを好ましくは含む。
【００４２】
前記抽出チャンバ１０は、前記第１の区画１１及び前記第２の区画１２を通して、外側から前記チャンバの内側を見ることを可能にする少なくとも１つの分析窓１３を含む。
【００４３】
前記抽出チャンバ１０の内容積内部の圧力は、圧力調整装置１４によって制御される。前記圧力調整装置１４(which)は、前記抽出チャンバ１０の内容積と大気とを接続し、前記抽出チャンバ１０を出ていくガスの流れを制御するための、弁１４０とポンプ１４１とを含む。前記抽出チャンバの内容積内部の圧力をモニタリングするため、マノメータ１５を設けることができる。
【００４４】
前記抽出チャンバ１０内には、前記マトリックスから抽出された化学種を収集するために配置された少なくとも１つの収集プレート１６が設けられている。各収集プレート１６は、それが化学種の収集のために適切な位置に置かれることができるように前記抽出チャンバ１０内で好ましくは３方向に移動可能である。前記収集プレート１６を形成する材料は、前記プレート上への化学種の堆積を促進するために、収集する化学種の種類に従って変化してもよい。
【００４５】
例えば、前記収集プレート１６は、アルミナ又はケイ素で作ることができる。アルミナプレートは、例えば銅の収集に適している。シリコンプレートはスズの回収に適している。
【００４６】
前記システム１はまた、前記抽出チャンバ内にマトリックスＭを保持するための支持体２０を含む。前記支持体２０は前記抽出チャンバ内に配置されている。好ましくは、前記支持体２０は、るつぼ２１、すなわち重要な熱に耐えることができる容器、を包含し、且つ、前記マトリックスが溶融したとしても前記マトリックスを収容することを可能にする凹状凹部を含む。前記るつぼは好ましくはグラファイト製である。
【００４７】
前記支持体２０はまた、その上に前記るつぼが配置される支持プレート２２を包含する。前記プレートは水平に保持されている。それはまた水冷式である。
【００４８】
前記支持体２０は前記抽出チャンバ内で並進移動可能である。このために、前記支持プレート２０は電子的に制御されるロボットテーブルとすることができる。
【００４９】
前記システム１は、前記抽出チャンバ内でプラズマを発生させるようになっているプラズマトーチ３０をさらに含む。前記プラズマは前記支持体に向けられる。前記プラズマトーチ３０は熱プラズマ型のものであり、それは生成されたプラズマの温度が約１０００〜約１００００Ｋの範囲であり、前記プラズマの中心部で１００００を超えることさえあり得ることを意味する。
【００５０】
好ましくは、前記プラズマトーチ３０は、それを介してプラズマが前記支持体２０に向かって投射されるプラズマ出口開口３１を含む。前記開口は、前記トーチによって生成されたプラズマの方向が概して垂直下方方向となるように、前記支持体２０の上方に配置される。
【００５１】
さらに、前記プラズマトーチ３０に対する前記支持体２０の運動は、前記トーチの温度をそれぞれ上昇又は下降させるため、前記プラズマトーチに前記マトリックスを近づけるか又は遠ざけることができるように設計されている。従って、前記支持体の運動は好ましくは垂直運動である。
【００５２】
前記プラズマトーチ３０は、例えばその中に圧縮ガス又は液体の形態でガスが貯蔵されるタンクを包含するプラズマ生成ガスの供給部３２と、前記タンクからガスの流れを提供するためのエキスパンダ（図示せず）とを含む。このガスは好ましくはアルゴンである。それはまた、他のガス、例えばヘリウム、窒素、空気、クリプトンなど、であってもよい。しかしながら、これらのガスから生成されたプラズマは大量の光を生成し、システムのオペレータを悩ます可能性がある。従って、アルゴンがこれらの代替物よりも好ましい。
【００５３】
加えて、前記プラズマトーチ３０は、前記抽出チャンバ１０の内側に注入されたプラズマの組成内に進入するために、前記プラズマ生成ガスと混合されるべき少なくとも１つの追加のガスの供給部３３を含む。前記供給部３３は、その中で追加の各ガスが貯蔵されている１つのタンクと、エキスパンダ（図示せず）とを含むことができる。
【００５４】
以下でさらに詳細に説明するように、前記追加のガスは、前記マトリックスから抽出されるべき化学種の性質に応じて様々な種類のものとすることができる。前記追加のガスは、例えば、酸素（二原子酸素(dioxygen)の形で）Ｏ２、水素（二原子水素(dihydrogen)の形で）Ｈ２、窒素（二原子窒素(dinitrogen)の形で）Ｎ２、アンモニアガスＮＨ３、塩素Ｃｌ２、フッ素Ｆ２、二酸化炭素ＣＯ２並びに硝酸塩及び炭化水素(hydrocarbines)を包含するそれらの誘導体であり得る。
【００５５】
前記プラズマトーチはガス混合装置３５をさらに包含する。前記ガス混合装置３５は、プラズマ生成ガスの前記供給部３２及び追加のガスの前記供給部３３のそれぞれに接続された入力(inputs)を有する少なくとも１つのガス供給ダクトと、前記プラズマトーチのプラズマ発生チャンバ３６内にガスを注入する出力(an  output)とを含む。前記２つの混合によって得られるプラズマの組成をモニタリングすることができるようにするために、前記プラズマ生成ガス及び前記追加のガスのそれぞれの流れをモニタリングするために流量計３４が設けられている。好ましくは、前記流量計３４は各ガスの質量流量をモニタリングするように適合されている。
【００５６】
前記プラズマ発生チャンバ３６は、そこでガスが励起され及び／又はプラズマへとイオン化される場所である。前記プラズマは上述のプラズマ出口開口３１を通って前記チャンバを出ていく。
【００５７】
前記プラズマ発生チャンバ３６の構造は、使用されるプラズマトーチの種類に依存する。一実施形態では、前記トーチはプラズマ容量性トーチである。前記プラズマ発生チャンバ３６は、アースに接続され、前記ガス混合装置によって供給された混合ガスによって囲まれたカソードを含む。前記カソードは好ましくは水冷式で且つ銅製である。図示されていないが、前記カソード、前記支持体２０及び前記抽出チャンバを冷却するために水を循環させるための装置が設けられている。
【００５８】
前記プラズマ発生チャンバ３６内では、ガスの経路はそれ自体アノードによって取り囲まれており、前記アノードは前記カソードと共に、前記ガスを励起又はイオン化し、且つ、前記混合ガスからプラズマを形成するため、電界を発生させる。この目的のために、前記アノードはＲＦ発生器に接続されている。
【００５９】
別の実施形態では、前記トーチはマイクロ波プラズマトーチとすることができ、ガスの励起／イオン化はマイクロ波発生器によって達成される。さらに別の実施形態では、前記トーチは誘導型であり、ＲＦ発生器に接続された誘導コイルは電磁場からの前記ガスを励起／イオン化するために使用される。
【００６０】
さらに別の実施形態では、前記トーチはＤＣ型であり、ＤＣ発電機に接続された分離されているが閉じたカソード及びアノードを含む。前記２つの電極間に発生したアークはプラズマを励起／イオン化するために使用される。
【００６１】
壁をプラズマの高温から保護するシースを形成するため、前記プラズマ生成チャンバ３６の壁に対していくらかの追加のプラズマ生成ガスを噴射することができる。
【００６２】
いずれにせよ、前記プラズマトーチは、１０〜３０ｋＷの間に含まれる電力放電を生成するように好ましくは適合される。
【００６３】
前記システム１は、前記抽出チャンバ１０内のプラズマの組成を連続的かつリアルタイムでモニタリングするように適合されている発光分光分析装置４０をさらに含む。この目的のために、前記装置４０は、光ファイバー４１によって前記抽出チャンバ１０に結合される。前記光ファイバー４１は、前記分析窓１３を通してプラズマによって放出された光を集める。
【００６４】
当業者に知られているように、前記発光分光分析装置は、励起状態から非励起状態への遷移相中に原子によって放出された光子を検出することができる。前記放出された光子のエネルギーは、それが由来する原子の種類に依存する。したがって、前記発光分光分析装置４０によって前記抽出チャンバ１０内の励起原子の輝線（emission  lines）をモニタリングすることにより、前記ラインを生成する原子の種類を識別することを可能にし、ひいては前記抽出チャンバの内容物を監視することを可能にする。
【００６５】
前記発光分光分析装置４０によってモニタリングされるプラズマの組成は、ディスプレイ４２、例えばスクリーンなど、に好ましくは表示される。
【００６６】
好ましくは、前記システム１はまた、前記プラズマと前記支持体２０との間の電圧差を制御するために、前記マトリックスの前記支持体２０を所定の電圧に設定するように適合された、電流発生器又は電圧発生器である電源５０を含む。前記プラズマトーチがアークプラズマトーチ又は誘導プラズマトーチである場合、この発生器５０は、前記プラズマトーチ３０によって発生された無線周波数から当該発生器５０を保護するＲＦフィルタ５１に有利には結合されている。
【００６７】
最後に、前記システム１は制御ユニット６０を含む。前記制御ユニット６０は、計算機６１、例えばプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラなどと、前記システムの他の様々なコンポーネントに、前記制御ユニット６０をリンクさせるように適合された少なくとも１つのインターフェース６２とを含む。
【００６８】
前記計算機６１は、前記トーチに対する前記マトリックス支持体２０の位置を好ましくは制御することができ、前記インターフェース６２を介して前記位置に関するフィードバックを受け取ることができる。前記計算機６１はまた、前記プラズマトーチ３０、及び特に、前記プラズマの組成を制御するために、前記プラズマ発生チャンバ３６に進入するガスの組成を制御することができる。この目的のために、前記計算機６１は、前記インターフェース６２を介して、プラズマを生成するために前記プラズマ生成チャンバ３６内に注入されたプラズマ生成ガス及び各追加のガスの流れの値を受け取る。前記計算機６１はまた、各ガスの流れを調整するためにそれぞれのポンプを制御することができる。
【００６９】
前記計算機６１はまた、前記プラズマと前記マトリックス支持体２０との間の電位を制御することができるように、前記インターフェース６２を介して前記電流又は電圧発生器５０を制御することができる。
【００７０】
前記計算機６１はまた、前記インターフェース６２を介して、前記マノメータ１５によってモニタリングされた値を受け取ることができ、前記圧力調整装置１４を制御することもできる。それはまた、前記収集プレートの位置を制御することもできる。
【００７１】
好ましくは前記マトリックスが粉末の形態でガスの流れと同軸に導入される場合、前記計算機６１はまた、前記インターフェース６２を介して前記抽出チャンバ内部のマトリックスの導入を制御することができる。
【００７２】
以下により詳細に説明されるように、前記発光装置４０によって検出されるプラズマの組成は、前記マトリックスから所望の化学種のみを抽出及び収集するためにいくつかのパラメータを調整するために使用される。
【００７３】
そうするために、一実施形態では、前記計算機６１を前記発光分光分析装置に結合することができ、その結果、前記パラメータを調整するために前記計算機６１によって前記システムの様々な構成要素に与えられる命令を、前記発光分光分析装置４０によって提供されたデータにしたがって、サーボ制御することができる。
【００７４】
別の実施形態では、前記パラメータは、前記発光分光分析装置４０によって提供された表示データに従って、オペレータによって前記制御ユニットを介して制御されてもよい。
【００７５】
前記制御ユニット６０は、ディスプレイ、例えば前記発光分光分析装置の結果を表示するディスプレイ４２など、を含むことができる。
【００７６】
化学種(species)抽出プロセス
図２及び図３を参照して、マトリックスから化学種を抽出する方法(process)を説明する。
【００７７】
当該方法は、前記システム１の始動(start-up)の予備ステップ１００を含み得る。このステップ１００の間、前記抽出チャンバ１０内にマトリックスは配置されないか、又は前記プラズマトーチから最大距離のところで前記支持体２０上に配置されるか、のいずれかである。
【００７８】
前記始動ステップ１００は、１０００Ｐａ以下の圧力に達するまで、前記圧力調整装置１４によって前記抽出チャンバ１０内の圧力を低下させることを含む。
【００７９】
次に、前記ステップ１００は、前記プラズマトーチを始動させ、プラズマ発生ガスのみの流れを前記プラズマ発生チャンバ３６に注入することによって前記抽出チャンバ内にプラズマを発生させることを含み、前記ガスは、プラズマを発生させるためイオン化されている。例えば、約１０Ｌ／分のアルゴン流を前記プラズマトーチに注入することができ、そして最初に冷(cold)プラズマを形成する。
【００８０】
前記プラズマトーチの電力及びプラズマ生成ガスの前記流れは、熱(thermal)ラズマが得られるまで次第に増加する。これにより、前記抽出チャンバ１０内の温度及び圧力が次第に上昇する。
【００８１】
前記始動ステップ１００は、好ましくはまた、発光分光法によって前記反応チャンバ１０の内部に注入されたプラズマを連続的にモニタリングすることも含む。このステップの間、前記発光分光法が検出することができる唯一の化学種(species)は、前記プラズマ生成ガスの化学種である。なぜならそれは前記チャンバの内側に注入される唯一の化学種だからである。前記モニタリングは、冷プラズマから熱プラズマへのプラズマの遷移時間、次いで前記プラズマ生成ガスを構成する化学種、典型的にはアルゴン、の輝線の強度の安定化によって観察される前記熱プラズマの安定化を検出することを可能にする。
【００８２】
例えば、図６は、前記システムの起動中のプラズマ生成ガスとしてのアルゴンの輝線の強度についての経時的進化の一例を示す。図６はアルゴンの輝線の急激な増加を示しており、これはプラズマが冷プラズマである時間からそれが熱プラズマである時間への遷移の時間に対応する。この急激な増加の後に輝線の強度が安定化が続く。
【００８３】
一旦安定化が検出されると、前記プラズマトーチは安定相に達し、そして前記システムは以下に詳述するようにマトリックスから化学種を選択的に抽出するために使用することができる。
【００８４】
これに先立って、前記圧力調整装置１４は、大気圧に達するまで前記抽出チャンバ１０内の圧力を低下させる。次の全てのステップは大気圧で行われるので、前記抽出チャンバ１０の内側から前記圧力調整装置を通って外側へ向かうガスの連続的な流れがある。
【００８５】
さらに、当該方法の次のステップを実施する前に、前記プラズマトーチの電力及びプラズマ生成ガスの流れを好ましくは調整する。例えば、前記トーチの安定化電力は約２０ｋＷであり得、プラズマ生成ガスの流れは約７０Ｌ／分であり得る。
【００８６】
次いで、ステップ２００の間にマトリックスが前記抽出チャンバ１０内部の前記支持体２０上に位置決めされるか、又は前記支持体２０上に既に位置決めされている前記マトリックスを、その温度を上昇させ、その溶融２００を開始させるため、前記プラズマトーチに近づける。
【００８７】
前記マトリックスは、粉末形態で連続的に前記抽出チャンバに供給することができる。その場合、それは、前記支持体２０上に落下するために、プラズマ生成ガス及び／又は追加のガスの前記流れと同軸に、前記プラズマトーチ３０を通して好ましくは注入される。その場合、前記マトリックスは、前記始動段階１００が終了したときにのみに好ましくは供給される。
【００８８】
あるいは、前記マトリックスは、前記支持体２０上に提供されたバッチによって順次供給することができ、各バッチは約５〜１００ｇの重さがある。その場合、前記始動段階１００が実施される前に前記マトリックスを最初に前記支持体２０上に位置決めすることができ、次いで前記支持体２０を前記プラズマトーチ３０により接近させる。
【００８９】
任意選択で、当該方法は次いで前記マトリックスを熱分解するステップ２１０を含むことができる。このステップは、前記プラズマ生成ガスのみからなるプラズマで前記マトリックスを加熱することによって達成することができる。前記マトリックスの加熱温度は、前記マトリックスと前記プラズマトーチ３０との間の距離に従って決定される。熱分解温度は、前記マトリックスの種類及び破壊する有機化合物に応じて、例えば２００℃〜３０００℃の間に含まれる。
【００９０】
あるいは、後記炭素原子を抽出するために、前記マトリックスに含まれる炭素原子と反応することができる化学種を含む、前記注入されたプラズマを形成するのに、追加のガスを使用することができる。前記追加のガスは、例えば、酸素又は水素であり得る。
【００９１】
プラズマによって引き起こされる熱及びプラズマ中の酸素又は水素原子の存在は、前記マトリックスからの炭素原子の抽出を促進する。なぜなら、プラズマの前記原子が炭素と反応して炭化水素又は炭素酸化物を形成するためである（マトリックスとプラズマとの間で起こる化学反応についての図２を参照し、以下の説明を参照）。
【００９２】
その場合、前記熱分解ステップ２１０は、好ましくはまた、発光分光法による前記抽出チャンバ内の雰囲気の組成の連続的モニタリングをも含む。これにより、前記マトリックスからの炭素の抽出をモニタリングすることができる。前記抽出チャンバの内容物が前記圧力調整装置を通って前記チャンバの外側に向かって漸進的に流れるので、発光分光法によってモニターされる炭素は前記マトリックスから抽出される炭素に対応する。従って、前記熱分解ステップは、炭素が前記マトリックスから抽出されなくなるまで、すなわち炭素からの輝線がもはやＯＥＳによって見えなくなるまで追求される。
【００９３】
前記熱分解ステップのこの実施形態は、前記マトリックスがもはや有機化合物を含まなくなる瞬間を確実に検出することを可能にする。従って、前記熱分解ステップの期間を短縮することができる。
【００９４】
当該方法は次に前記マトリックスから所望の化学種を選択的に抽出するステップ３００を含む。このステップはまず前記抽出チャンバ１０内部にプラズマを注入するステップ３１０を含み、個々で、前記プラズマは前記プラズマトーチ３０によるプラズマ生成ガスと少なくとも１つの追加ガスとのミックスの励起及び／又はイオン化によって得られる。
【００９５】
前記追加のガスは、以下により詳細に説明されるように、マトリックスから抽出する化学種に従って選択される。
【００９６】
図２に示すように、前記マトリックスが位置決めされている前記反応チャンバ内へのプラズマの注入は、前記プラズマの温度及び組成の特定の条件下で、所望の化学種の抽出をもたらす一連の化学反応を引き起こし得る。
【００９７】
図２の非限定的な例では、銅は、プラズマ生成ガスとしてのアルゴンと追加ガスとしての酸素とから作られたプラズマによって、鉄と銅から作られたマトリックスから抽出される。
【００９８】
第一に、前記マトリックスに隣接する熱プラズマによって引き起こされる熱が前記マトリックスの少なくとも一部を溶融させる。図２では、前記マトリックスは、そのコアにある第１の未溶融ゾーンＭ１と、前記第１を取り囲む第２の溶融ゾーンＭ２とを含む。
【００９９】
前記プラズマトーチに対する前記マトリックスの距離に依存する、前記プラズマと前記マトリックスとの間の界面における温度に従って、前記マトリックスの部分溶融は、前記マトリックスの表面に向かって抽出されるべき化学種の拡散を引き起こす。前記所望の化学種の濃度勾配が前記マトリックスの表面からコアに向かって現れ、抽出されるべき化学種が前記マトリックスの表面に蓄積する。図２の例では、前記種は銅である。
【０１００】
一方、前記抽出チャンバ１０内部にプラズマを発生させるためのプラズマ生成ガス及び追加ガスの注入は、様々な化学形態の下で、前記プラズマ生成ガス及び追加ガスに由来する化学元素からなる雰囲気を前記抽出チャンバ１０内に作り出す。これらの形態は、前記プラズマ生成ガス及び前記追加のガスの成分から作られたイオン化元素、励起原子、及び分子を含む。自由電子と分子との間の衝突は、前記プラズマ生成ガス及び前記追加のガスから生じる原子の存在をもたらす。
【０１０１】
特に、前記雰囲気は、最初に前記追加のガスに含まれていた化学元素の原子を包含し、これらの原子は前記マトリックスから抽出される化学種と反応することができる。例えば、図２の例では、前記追加のガスは二原子酸素であり、いくつかの二原子酸素分子はプラズマ中で酸素原子に分解される。前記追加のガスは、このガスからの原子がプラズマ内に存在すること、及びこれらの原子が前記マトリックスから抽出される化学種と反応できることを保証するために、前記マトリックスから抽出されるべき化学種に従って選択される。
【０１０２】
前記マトリックスの表面に濃縮された、前記マトリックスから抽出されるべき前記化学種は、分子を形成するためプラズマに含まれる原子と反応する。次に、これらの分子は前記抽出チャンバ内の温度及び圧力の適切な条件下で前記マトリックスから蒸発する。したがって、プラズマはプラズマ界面で気液平衡の確立を引き起こす。
【０１０３】
図２に示される例では、前記マトリックスの表面に濃縮された銅は、Ｃｕ２Ｏ分子を形成するため、前記追加のガスから生じる酸素と反応し、前記Ｃｕ２Ｏ分子が次にプラズマ内部で蒸発する。
【０１０４】
前記マトリックス中及び前記追加のガス中に最初に含まれていた化学元素から作られた前記蒸発分子は、次にプラズマ内で反応する。特に、いくつかの分子は、前記プラズマ生成ガスに由来する自由電子又は励起アルゴン又は他の原子によって連続的に原子に分解され、その後改質される。例えば、いくつかのＣｕ２Ｏ分子はＣｕとＯ原子に分解する。前記分子の分解から生じる前記原子のいくつかは、プラズマ内で励起され、励起状態から非励起状態への遷移時に輝線を放出する。前記輝線は発光分光法によって検出可能である。
【０１０５】
したがって、化学種を選択的に抽出する前記ステップ３００は、前記マトリックスから現在抽出されている化学種をモニタリングするために、発光分光法によってプラズマ中に含まれる励起原子を連続的にモニタリングすること３２０を含む。
【０１０６】
選択的抽出のステップ３００は、この連続モニタリングを実行しながら、前記マトリックスから所望の化学種のみが抽出されるまで一連のパラメータを調整すること３３０をさらに含む。これは前記抽出チャンバ内の所望の化学種の輝線のみを示す発光分光法によって確認される。
【０１０７】
ステップ３００の間に調整される主なパラメータは、前記抽出チャンバ１０の内側に注入されるプラズマの組成、及び前記マトリックスと前記支持体との間の距離である。
【０１０８】
好ましくは、しかし任意には、他のパラメータ、例えばプラズマを生成するためのプラズマ生成ガス及び追加のガスのそれぞれの分圧、及び前記プラズマと前記マトリックスとの間の電位差など、を選択的に調整することができる。
【０１０９】
もちろん、ステップ３２０及び３３０を実行しながら、プラズマは依然として注入されている。
【０１１０】
プラズマの組成
上述のように、前記マトリックスから抽出されるべき化学種は、プラズマ中に含まれ、且つ、プラズマを生成するため前記プラズマ生成ガスと共に注入された前記追加のガスから生じる原子と反応する。
【０１１１】
したがって、ステップ３００の間に注入される前記追加のガスは、前記マトリックスから蒸発することができる分子を形成するために抽出されるべき化学種と反応することができる化学元素を含むように選択される。
【０１１２】
使用することができる追加のガスの例は上記に示されている。
【０１１３】
例えば、銅、スズ、鉄又はケイ素を抽出するために、それぞれＣｕ２Ｏ分子、ＳｎＣ２、Ｆｅ２Ｃ３分子又はＳｉＯ２分子を形成するために、追加のガスとして二原子酸素を使用することができる。
【０１１４】
別の例として、Ａｌ又はＺｎを抽出するために、ＡｌＨ３又はＺｎＨ２分子をそれぞれ形成するために追加のガスとして水素を使用することができる。
【０１１５】
別の例として、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ又はＡｕを抽出するために、ＴｉＣｌ４、ＰｔＣｌ２、ＰｄＣｌ２又はＡｕＣｌ３分子をそれぞれ形成するために追加のガスとしてＣｌ２を使用することができる。
【０１１６】
マトリックスとプラズマトーチとの間の距離
ステップ３００の間、前記マトリックスと前記プラズマとの間の界面における温度を調整するために、前記ホルダー２０上に位置決めされた前記マトリックスと前記プラズマトーチ３０との間の距離が調整される。前記マトリックスが前記プラズマトーチに近づくほど、温度は高くなる。
【０１１７】
界面における温度は、抽出するのに望ましい化学種に従って、及び特に：
−純粋な化学種(pure  chemical  species)でできている材料の融解温度（なぜなら、前記マトリックス内で拡散し、プラズマ中に含まれる原子と反応するため、前記マトリックスの表面において濃縮する、前記化学種を選択することができるからである）、及び
−前記マトリックスの内側及び前記プラズマの内側に存在する前記化学種から形成される分子の沸騰温度沸点（なぜなら、これは、どの化学種が前記マトリックスから蒸発するかを制御することを可能にするからである）、
によって選択される。
【０１１８】
図２の前記例に戻ると、前記マトリックスは鉄と銅から形成される。以下の表１は、以下の化合物、すなわち純粋なＦｅ、純粋なＣｕ、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３、のそれぞれの融解温度及び沸騰温度を示す。
【表１】
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【０１１９】
従って、前記マトリックスと前記プラズマとの間の界面の温度を約１８００℃〜約１９５０℃の間に調節することによって、前記マトリックス内に鉄を保持しながら、Ｃｕ２Ｏの形態で前記マトリックスから銅のみを抽出することが可能であることが分かる。
【０１２０】
追加のガスの分圧
前記抽出チャンバ１０内の各ガスのそれぞれの分圧を調整するために、プラズマ生成ガス及び追加のガスのそれぞれの流れを好ましくは制御する。
【０１２１】
特に、前記追加のガスに由来する化学元素のプラズマ中の存在は、前記マトリックスからの所望の化学種の抽出を可能にするだけでなく、前記追加のガスの分圧を介して前記化学元素の量を調整することが、当該プロセスの選択性を調整することも可能にする。実際、分圧調整は、前記マトリックスに含まれる前記化学種のいくつかの揮発性を増大させること、及び前記マトリックスからの前記化学種を含む分子の気化を促進することを可能にする。
【０１２２】
したがって、所望の化学種のみが前記マトリックスから抽出されることを確実にするため、プラズマ中に注入された追加のガスの前記流れによって前記追加のガスの分圧を調整することができる。
【０１２３】
分圧変調の一例は実施例１に詳述されている。
【０１２４】
酸化物の形態で金属化学種を抽出するために注入プラズマ中の追加のガスとして酸素を使用する場合、適切な温度並びに酸素の適切な分圧を決定し、所望の化学種を抽出するため、エリンガムダイアグラムを使用することができる。
【０１２５】
図７を参照すると、追加ガスとして酸素が使用されている場合には、エリンガムダイアグラムはまた、プラズマの使用が、抽出されるべき化学種に従って適合された雰囲気を含む従来のオーブン内にマトリックスを配置する代わりに、マトリックスからの所望の化学種の抽出に特に適合されることを示す。
【０１２６】
確かに、プラズマによって生成された雰囲気中では、注入された二原子酸素は酸素の原子に分解されるので、二原子酸素を酸素の原子に分解するのに必要なエネルギーは既にプラズマによって提供され、前記マトリックスからの金属科学種の抽出を可能にする酸化反応に必要とされるエネルギーから推定される。図７から明らかに分かるように、プラズマ媒体は、従来のオーブンよりも少ないエネルギーしか必要としないので酸化反応を容易にし、それは反応速度を増加させ及び従って化学種の抽出速度を増加させる。
【０１２７】
プラズマとマトリックスとの間の電位差
ステップ３００の間、前記マトリックスと前記プラズマとの間に電位差を設定する、前記マトリックスホルダーを介して前記マトリックスを所望の電位に設定するように、電圧又は電流発生器を制御することもできる。前記プラズマは８０Ｖの自然バイアスを示す。
【０１２８】
前記マトリックスと前記プラズマとの間に電位差を印加することは、前記マトリックス中への元素の拡散、界面での分子の蒸発を促進し、そして前記マトリックスから収集される化学種の量を増加させることができる。
【０１２９】
前記システム１の上記説明は、これらのパラメータが、前記システムを停止することなく、及び特に前記プラズマトーチを停止することなく、又は前記マトリックスを除去することなく、有利に調整できることを示している。実際、前記マトリックスホルダーの位置、前記マトリックスホルダーへの電位の印加、及びプ前記ラズマ生成ガス及び追加のガスの組成及び圧力の管理は、オペレータの介入なしにリアルタイムで前記制御ユニットによって制御することができる。
【０１３０】
したがって、ステップ３００は、前記抽出チャンバ１０内にプラズマの注入を連続的に維持しながら、且つ、発光分光法によって前記抽出チャンバ内の雰囲気の内容物をモニタリングしながら、上記のパラメータを調整することを含む。
【０１３１】
励起状態から非励起状態への遷移中に原子によって放出される輝線は、マトリックスから抽出される化学種を検出することを可能にする。所望の化学種に対応する輝線のみが発光分光法によって見えるようになるまで前記パラメータを調整することによって、所望の化学種のみを抽出することが可能である。
【０１３２】
所望の化学種のみがマトリックスから抽出されたら、所望の化学種を収集プレート１６上に収集することができる。好ましくは、当該方法は、所望の種のみが抽出されることを確実にするようにパラメータが調整されたら、抽出された化学種の収集に好適な位置で、前記抽出チャンバ１０内に収集プレート１６を設けるステップ４００を含む。
【０１３３】
例えば、図１に概略的に示されるように、前記収集プレート１６は、前記プラズマトーチによって注入されたプラズマと、前記抽出チャンバの内容物の排出経路との間に、前記圧力調整装置によって提供される雰囲気に向けて提供され得る。前記チャンバ１０の内部と外部との間の流体連通を恒久的に可能にすることによって圧力が大気圧に等しく維持されるという事実は、粒子を前記抽出チャンバの出口に向かって移動させ、それらの間に配置された収集プレートと出会わせる。
【０１３４】
前記収集は、前記マトリックスから抽出された化学種から及び前記追加のガスから生成されそして前記マトリックスから蒸発した分子の、収集プレート１６上での液体又は固体形態での凝縮から生じ、これらの分子は連続的に分解され、且つ、前記抽出チャンバ内で改質される(reformed)。図２の前記例に戻ると、Ｃｕ２Ｏの分子は収集プレート１６上でマトリックス凝縮物から蒸発した。
【０１３５】
所望の化学種のみがこれらの分子の形態で前記マトリックスから抽出されているので、前記化学種から生成された分子のみが前記収集プレート１６上に堆積する。したがって、所望の化学種はその純粋な分子形態で収集される。例えば、化学種が前記収集プレート上に酸化物として堆積される場合、前記プレートはこの化学種の純粋な酸化物を含み（例えば、酸化銅）、及び前記マトリックス中に含まれる他の化学種（特に金属化学種）を含まない。
【０１３６】
任意選択で、前記収集プレート１６は、前記分子の堆積を促進するために所定の電位に設定されてもよい。
【０１３７】
第１の化学種が前記マトリックスから抽出された後、別の所望の化学種が同一のマトリックスから抽出されてもよい。例えば、前記マトリックスからの第１の所望の化学種の抽出が終了したとき、おそらく発光分光法が前記化学種がもはや前記マトリックスから抽出されていないことを示したとき、別の化学種が前記マトリックスから抽出されてもよい。
【０１３８】
したがって、前記マトリックスは同一の抽出チャンバ内の所定の位置に保持され、前記プラズマ注入ステップ３１０及び連続モニタリングステップ３２０は進行し続ける。すなわち、それらは第１の化学種及び第２の化学種の抽出の間に中断されない。次に、上記のパラメータ（前記マトリックスと前記トーチとの間の距離、プラズマ組成など）は、ステップ３３０の間に、この化学種がＯＥＳによって視覚化されるまで抽出されるべき次の化学種に適合される。次いでこの化学種は、好ましくは前の化学種のために使用されたプレートとは異なるプレートである収集プレート上に収集される。
【０１３９】
このようにして、迅速かつ容易な適応で、後記マトリックスによって含まれる全ての所望の化学種を回収するために、マトリックスから抽出する一連の化学種に対して順次当該方法を実施することができる。
【０１４０】
例えば、常に抽出前記チャンバ内に前記マトリックスを維持し、ステップ３１０及び３２０を連続的に実行しながら、最初に銅を抽出及び回収し、次にスズを抽出及び回収するため、もともと鉄、スズ及び銅から構成されるマトリックスを順次処理することができる。
【０１４１】
図４ａ〜図５ｂを参照して、マトリックスからのスズ及び銅の抽出についての２つの例をそれぞれ詳細に説明する。
【実施例】
【０１４２】
実施例１
スズＳｎは、８５重量％のＣｕ及び１５重量％のＳｎを含むマトリックスから抽出された。プラズマ生成ガスはアルゴンであった。
【０１４３】
図４ａは、以下の調整を実行しながら抽出チャンバ１０内に含まれる励起元素の連続モニタリングを表示する。
【０１４４】
抽出チャンバ１０内にアルゴンのみが見えるシステムの始動段階の終わりに、追加のガスとしてプラズマを形成するために１５Ｐａの小さな分圧で酸素を注入した。マトリックスは９５Ｖの電位に設定し、マトリックスからのスズの抽出がＯＥＳによって観察されるまで（図４ａの点Ａ１）、マトリックスとトーチとの間の距離を調整した。
【０１４５】
この時点で、銅もマトリックスから抽出されていることがわかる。
【０１４６】
したがって、当該プロセスの選択性を高めるように、及びマトリックスからスズのみが抽出されることを確実にするように、アルゴンと酸素の分圧を調整した。アルゴンと酸素の分圧をそれぞれＰＡｒｇｏｎ＝９９５３０ＰａとＰＯｘｙｇｅｎ＝４７０Ｐａに設定すると、銅の抽出の即座のキャンセル、スズの抽出の増加を引き起こす（ポイントＡ２）。
【０１４７】
次いで、マトリックスとプラズマトーチとの間の距離を増やすことにより、プラズマ中の追加ガスとしての酸素の注入を抑制することにより、パラメータをそれらの初期条件に戻す。これにより、マトリックスからのスズの抽出がキャンセルされる（ポイントＡ３）。
【０１４８】
銅の輝線がＯＥＳによって見えなくなった時点でマトリックスから抽出されたスズを収集するのに、ケイ素製の収集プレートを使用した。スズはプレートの表面の一部にのみ堆積した。
【０１４９】
収集プレートは、後にレーザー誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）によって分析した。その結果を図４ｂに示した。第１の曲線は、その上にスズが堆積したプレートの表面の分析を示す。第２の曲線は、いかなる堆積もないプレートの表面の分析を示す。
【０１５０】
ＬＩＢＳ分析の結果は、堆積表面にはスズのみが集められたこと、銅不純物は堆積されなかったことを示している。ＳｎＯ２組成は、Ｘ線回折分析によって確認された。
【０１５１】
実施例２
銅Ｃｕは、７５重量％の鉄Ｆｅと２５重量％の銅Ｃｕとを含むマトリックスから抽出された。プラズマ生成ガスはアルゴンであった。
【０１５２】
図５ａは、以下の調整を実行しながら抽出チャンバ１０内に含まれる励起元素の連続モニタリングを示す。
【０１５３】
システムが始動し、安定化し、そしてマトリックスが抽出チャンバー内の所定の位置にあったならば、プラズマ生成ガスとしてのアルゴン及び追加ガスとしての酸素の分圧をそれぞれＰＡｒｇｏｎ＝９９６００Ｐａ及びＰＯｘｙｇｅｎ＝４００Ｐａに設定した。マトリックスは１０５Ｖの電位にせっていされ、マトリックスからの銅の抽出がＯＥＳによって観察されるまで、マトリックスとプラズマトーチ３０との間の距離を調整した（図５ａのポイントＢ１）。
【０１５４】
図５ａは銅の２つの輝線を示しており、マトリックスから鉄が抽出されなかったことを確認する。
【０１５５】
その後、酸素の注入を止めて（酸素の分圧をＰＯｘｙｇｅｎ＝０Ｐａに戻す）、マトリックスに電位を印加しない。その瞬間から（図５ｂのポイントＢ２）、マトリックスから抽出される銅の量は、マトリックスから全く銅が抽出されなくなるまで減少する。
【０１５６】
抽出された銅をアルミナプレートの表面の一部に堆積させた。次いで、収集プレートをＬＩＢＳによって分析した。その結果を図５ｂに示した。第１の曲線は、その上に銅が堆積したプレートの表面の分析を示す。第２の曲線は、いかなる堆積がないプレートの表面の分析を示す。
【０１５７】
ＬＩＢＳ分析の結果は、堆積表面上に銅のみが集められたことを示している。Ｃｕ２Ｏ組成はＸ線回折分析によって確認された。
【０１５８】
それ故、この方法はベースマトリックスから所望の化学種のみを抽出すること、及び不純物を全く含まない前記化学種を集めることを可能にする。
【０１５９】
さらに、収集する各新しい化学種に対して上記のパラメータを順次調整することによって、共通の(common)マトリックスから一連の所望の化学種を順次抽出することが可能である。
【０１６０】
より具体的には、ステップ３３０及び４００のシーケンスは、抽出チャンバ内のマトリックスを常に維持し、且つ、ステップ３１０及び３２０を実行しながら、抽出する各化学種について順次実施することができる。これは、抽出するための各新しい化学種に対する当該プロセスの適応が迅速かつ容易であることを意味する。
【０１６１】
このようにして、パラメータの調整だけで、及び好ましくは抽出する新しい化学種ごとに新しい収集プレートを挿入するだけで、抽出されるべき一連の化学種について当該プロセスを順次実行することができる。したがって、処理するマトリックスの種類や抽出する化学種の種類に応じてシステムの設計を調整する必要はない。
【０１６２】
さらに、このプロセスは、マトリックスに含まれる化学種を列挙するために常にＯＥＳによってプラズマの組成をモニタリングしながらステップ３３０でパラメータを順次調整することによって、マトリックスの組成を決定するための試験として実施することもできる。
【０１６３】
最後に、プラズマトーチの使用は、従来のオーブンにおける抽出と比較してより高い割合で所望の化学種を抽出することを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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