(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマトーチの種類や試料の溶媒の種類に応じて、インピーダンス整合を適切に行えるＩＣＰ用高周波電源装置を提供する。【解決手段】電力供給部３と、誘導コイル２のインピーダンスと電力供給部３の出力インピーダンスとを調整するインピーダンス調整部４と、電力供給部３及びインピーダンス調整部４を制御する制御部５と、プラズマの点灯に適したインピーダンス調整部４のインピーダンス設定値２６をプラズマトーチの種類毎に記憶する点灯時設定値記憶部１０と、点灯時設定値記憶部１０に保存されているインピーダンス設定値２６を予め設定されたプラズマトーチの種類に応じて読み出し、プラズマの点灯時に、インピーダンス調整部４に対してインピーダンス設定値２６の設定を行う点灯時インピーダンス設定部９とを備える。【選択図】図１
2008202990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導コイルに電力を供給するＩＣＰ用高周波電源装置であって、
a)電力供給部と、
b)誘導コイルのインピーダンスと電力供給部の出力インピーダンスとを調整するインピーダンス調整部と、
c)前記電力供給部及び前記インピーダンス調整部を制御する制御部と、
d)プラズマの点灯に適した前記インピーダンス調整部のインピーダンス設定値をプラズマトーチの種類毎に記憶する点灯時設定値記憶部と、
e)前記点灯時設定値記憶部に保存されているインピーダンス設定値を予め設定されたプラズマトーチの種類に応じて読み出し、プラズマの点灯時に、前記インピーダンス調整部に対して該インピーダンス設定値の設定を行う点灯時インピーダンス設定部と、
を備えることを特徴とするＩＣＰ用高周波電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＣＰ用高周波電源装置において、更に、
f)プラズマへの試料導入後において誘導コイルのインピーダンスと電力供給部の出力インピーダンスとが整合する前記インピーダンス調整部のインピーダンス設定値をプラズマトーチの種類及び溶媒の種類毎に記憶する試料導入後設定値記憶部と、
g)前記試料導入後設定値記憶部に保存されているインピーダンス設定値を予め設定されたプラズマトーチの種類及び溶媒の種類に応じて読み出し、プラズマへ試料を導入した後に、前記インピーダンス調整部に対して該インピーダンス設定値の設定を行う試料導入後インピーダンス設定部と、
を備えることを特徴とするＩＣＰ用高周波電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＩＣＰ用高周波電源装置において、更に、
h)プラズマへの試料の導入を検知し、試料導入検出信号を生成する試料導入検出部
を備えることを特徴とするＩＣＰ用高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析装置などのＩＣＰに電力を供給するＩＣＰ用高周波電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣＰ発光分析装置は、プラズマ中に導入され、励起された試料原子が低エネルギー準位に遷移する時に放出する光を分光することにより、原子スペクトルの波長や強度を測定して、試料に含まれる元素の定性や定量を行うものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４に従来の一般のＩＣＰ発光分析装置の概略構成図を示す。このＩＣＰ発光分析装置は、誘導コイルが巻き付けられたプラズマトーチ、誘導コイルに高周波電力を供給する電力供給部、インピーダンス調整部の他、試料導入部、ガス流量制御部、分光器、検出器、データ処理部、制御部などから構成されている。
【０００４】
ＩＣＰ発光分析装置を用いて試料の分析を実行する際には、試料を導入する前段階において、試料を導入するためのプラズマの点灯（本明細書において「プラズマの点灯」とはプラズマの「点火」を意味するものとする。）を次のようにして行う；ガス流量制御部からプラズマトーチへ冷却ガス及び補助ガス（通常はいずれもＡｒが使用される。）を所定流量で供給しつつ誘導コイルに高周波電力を供給し、火花放電を利用して、高周波誘導プラズマを点灯する。
【０００５】
ＩＣＰ分析においては、測定する試料の種類や用途に合わせて、形状が異なるプラズマトーチを使い分けるのが普通である。例えば、高塩用のトーチは、析出した塩の付着を防止するために出口付近の形状が標準のトーチよりも広くなっている。また、有機溶媒用のトーチは、トーチ内での試料の揮発分を見込んでその分容積が大きくなっている。逆に、分析ガスの消費を抑えるためのトーチは、その分容積が小さくなっている。そして、このようにトーチは種類毎にその形状や内容積が異なっているため、それに応じてインピーダンスの点灯条件や整合条件等も異なっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-253540号公報
【特許文献２】特開2002-184598号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラズマ点灯時のインピーダンスの調整（通常はインピーダンス調整部におけるモーターを駆動させ、可変コンデンサの容量を増減させることにより行われる）はオペレータが手動で行わねばならず、経験や技術が要求されるものであったが、とりわけ上述したように、多種類のプラズマトーチを使い分ける場合には、適切な調整を行うのが一層困難となるという問題があった。すなわち、トーチの種類に応じたインピーダンスの調整を適切に行うことができず、プラズマがうまく点灯しないことがあった。
【０００８】
また、誘導コイルのインピーダンスは、上述したようなプラズマ点灯時だけではなく、既に点灯しているプラズマ中に試料（通常、試料は溶媒中に微量含まれる）を導入する時にも変化する。試料（溶媒）を導入すると、誘導コイルのインピーダンスが変化してインピーダンスの整合が外れ、プラズマに吸収される電力が減少し、反射電力が増大する。このとき、プラズマに吸収される電力が減少することに伴って、誘導コイルのインピーダンスが試料導入時と同じ方向へ変化し、プラズマに吸収される電力はさらに減少する。このような原理により、プラズマへの試料導入時にはプラズマのインピーダンスが急激に変化する。通常は、インピーダンス調整部においてある程度自動的にインピーダンスの整合が図られるが、プラズマトーチの種類や試料・溶媒の種類によっては、インピーダンスの変化量が大きすぎ、プラズマが消灯してしまったり、大きな反射電力が流れてしまったりするという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置は、誘導コイルに電力を供給するＩＣＰ用高周波電源装置であって、
a)電力供給部と、
b)誘導コイルのインピーダンスと電力供給部の出力インピーダンスとを調整するインピーダンス調整部と、
c)前記電力供給部及び前記インピーダンス調整部を制御する制御部と、
d)プラズマの点灯に適した前記インピーダンス調整部のインピーダンス設定値をプラズマトーチの種類毎に記憶する点灯時設定値記憶部と、
e)前記点灯時設定値記憶部に保存されているインピーダンス設定値を予め設定されたプラズマトーチの種類に応じて読み出し、プラズマの点灯時に、前記インピーダンス調整部に対して該インピーダンス設定値の設定を行う点灯時インピーダンス設定部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、好適には上記構成のＩＣＰ用高周波電源装置において、更に、
f)プラズマへの試料導入後において誘導コイルのインピーダンスと電力供給部の出力インピーダンスとが整合する前記インピーダンス調整部のインピーダンス設定値をプラズマトーチの種類及び溶媒の種類毎に記憶する試料導入後設定値記憶部と、
g)前記試料導入後設定値記憶部に保存されているインピーダンス設定値を予め設定されたプラズマトーチの種類及び溶媒の種類に応じて読み出し、プラズマへ試料を導入した後に、前記インピーダンス調整部に対して該インピーダンス設定値の設定を行う試料導入後インピーダンス設定部と、
を備える構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置においては、プラズマを点灯させる時に、インピーダンス調整部の設定値を、プラズマトーチの種類に応じて予め記憶されている最適な設定値とすることができる。従って、オペレータが分析装置の操作に不慣れであっても、確実にプラズマを点灯させることが可能となる。
【００１２】
また、プラズマへ試料を導入した後に、プラズマトーチの種類毎及び溶媒の種類毎に予め記憶されている最適なインピーダンス設定値をインピーダンス調整部に設定する構成とすることにより、試料をプラズマへ導入した後に、反射電力を最小に抑えることが可能となる。また、プラズマが消灯してしまうこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の第一の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置は、プラズマトーチ１に巻き付けられている誘導コイル２に高周波電力を供給するための電源装置であり、ＩＣＰ発光分析装置をはじめとする、ＩＣＰを利用する各種の装置に適用される。本発明のＩＣＰ用高周波電源装置は、その基本的構成として、電力供給部３、インピーダンス調整部４及び制御部５を備えている。
【００１４】
電力供給部３は、高周波電力を生成し、それを誘導コイル２に供給する装置である。本発明に係る電力供給部３は、電圧源や高周波アンプなどから成る、従来一般に使用されている各種のものを採用することができる。
【００１５】
インピーダンス調整部４は、プラズマが点灯しやすくなるように、また、入射電力２１のうちプラズマへ吸収される電力量が最大となるように、誘導コイル２のインピーダンスと電力供給部３の出力インピーダンスとを調整するための機構である。電力供給部３のインピーダンスは所定の値に固定されていることが多いため、通常はインピーダンス調整部４では誘導コイル２のインピーダンスのみが調節される。本発明におけるインピーダンス調整部４は、従来一般にインピーダンス調整部として使用されているものを用いることができる。
【００１６】
制御部５は、電力供給部３及びインピーダンス調整部４に対する各種の制御を行う機構であり、通常は各種演算を行うＣＰＵやメモリ、ハードディスク等の記憶装置を含んでいる。制御部５は、点灯時インピーダンス設定部９及び点灯時設定値記憶部１０を備えている。点灯時設定値記憶部１０は制御部５の外部にアクセス可能に設けられていても良い。オペレータは本発明のＩＣＰ用高周波電源装置を使用する前に、図示せぬ入力部を用い、制御部５に対して（ＩＣＰ分析に使用しようとする）プラズマトーチの種類を設定しておく。
【００１７】
点灯時設定値記憶部１０はハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体、又はそれらの記憶媒体内に設けられた所定の記憶領域である。点灯時設定値記憶部１０には、プラズマトーチの種類毎に、プラズマの点灯に適したインピーダンス調整部４の各種パラメータ値（点灯時インピーダンス設定値２６）が記憶されている。ここにおいて、「プラズマの点灯に適したインピーダンス設定値」とは「プラズマが最も点灯しやすい設定値」であってもよいし、「プラズマを良好に点灯することができ、且つプラズマ点灯後のインピーダンス整合を行いやすい設定値」であってもよい。
【００１８】
点灯時インピーダンス設定部９はプログラム的及び／又は機械（回路）的に構成されて成り、プラズマの点灯時には、予め設定されたプラズマトーチの種類に対応する点灯時インピーダンス設定値２６を点灯時設定値記憶部１０から読み出し、その点灯時インピーダンス設定値２６をインピーダンス調整部４に対して出力する。一方、インピーダンス調整部４は受信した点灯時インピーダンス設定値２６に基づき、図示せぬ可変コンデンサの容量をはじめとする各種の設定を行う。この設定が完了した後、制御部５はプラズマの点灯を行う。
【００１９】
上記のように、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置により、常にプラズマトーチの種類に最適なインピーダンス調整部の設定値が設定され、プラズマの点灯を確実に行うことができる。
【００２０】
次に、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の第二の実施形態について、図２を参照しつつ説明する。この第二の実施形態は、上記第一の実施形態の構成に更に試料導入後インピーダンス設定部１１及び試料導入後設定値記憶部１２を加えたものである。つまり、第一の実施形態において既に説明したように、点灯時インピーダンス設定部９が点灯時設定値記憶部１０に記憶されている点灯時インピーダンス設定値２６を読み出し、インピーダンス調整部４においてその点灯時インピーダンス設定値２６を設定することにより、プラズマトーチの種類によらない良好なプラズマ点灯を行うことができる。
【００２１】
以下、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の第二の実施形態の特徴的な構成である、試料導入後のインピーダンスの整合について説明する。オペレータは、本構成のＩＣＰ用高周波電源装置を使用する前に、図示せぬ入力部を用い、制御部５に対して（ＩＣＰ分析に使用しようとしている）プラズマトーチの種類と、試料に用いる溶媒の種類とを設定しておく。
【００２２】
試料導入後設定値記憶部１２は、前記点灯時設定値記憶部１０と同様に、ハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体又は不揮発性記憶媒体内に設けられた所定の記憶領域である。試料導入後設定値記憶部１２には、プラズマへ試料が導入された後に誘導コイルのインピーダンスと電力供給部の出力インピーダンスとが整合するインピーダンス調整部のインピーダンス設定値が、プラズマトーチの種類及び溶媒の種類毎に、すなわち両者の組合せ毎に保存されている。
【００２３】
オペレータの試料導入指示に基づき又は自動的に試料導入処理が開始され、試料がプラズマへ導入されると、プログラム的及び／又は機械（回路）的に構成されて成る試料導入後インピーダンス設定部１１は、試料導入後設定値記憶部１２から、予め設定されているプラズマトーチの種類及び溶媒の種類に対応した試料導入後インピーダンス設定値２７を読み出し、その試料導入後インピーダンス設定値２７をインピーダンス調整部４に対して出力する。インピーダンス調整部４は受信した試料導入後インピーダンス設定値２７に基づき、図示せぬ可変コンデンサの容量をはじめとする各種の設定を行う。
【００２４】
このように、第二の実施形態の構成によって、トーチの種類や溶媒の種類に応じた最適なインピーダンスの整合が図られる。つまり、試料導入後の反射電力２２が最小となり、入射電力２１が可能な限り高い効率で以てプラズマに投入されるようになる。
【００２５】
なお、インピーダンス調整部４において試料導入後インピーダンス設定値２７の設定を行うタイミングは、プラズマ中へ試料が導入されるのとほぼ同時であることが望ましい。そこで、次のようにしてタイミングを決定するとよい。制御部５より試料導入部７に対して試料導入開始信号２４が出力されると、試料２０は図示せぬ噴霧器によって霧状化され、チャンバやトーチを経てプラズマへ到達するため、試料導入開始信号２４が出力されてから試料２０が実際にプラズマ中に導入されるまでには、時間差が存在する。この時間差は装置の構成によってある程度一定であるので、試料導入開始信号２４の出力後、その所定時間後に、試料導入後インピーダンス設定値２７をインピーダンス調整部４へ出力すればよい。
【００２６】
また、インピーダンス調整部４において試料導入後インピーダンス設定値２７の設定を行うタイミングをより正確にするために、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置は、上記第二の実施形態に加えて、試料が導入されたことを検出するための試料導入検出部８を備えた構成としてもよい（図３）。
【００２７】
この構成のＩＣＰ用高周波電源装置が、分光器１３や検出器１４等を備えるＩＣＰ発光分析装置に適用される場合には、以下に説明するように、プラズマ光の強度変化に基づき、試料２０がプラズマへ導入されたことを検知することができる。試料２０をプラズマへ導入する際には、まず制御部５が試料導入開始信号２４を試料導入部７へ出力する。これを受けて試料導入部７は試料２０をプラズマトーチへ送出する。プラズマトーチ１のプラズマへ試料２０が到達すると、分光器１３及び検出器１４は、プラズマより発せられるプラズマ光の強度を測定して出力する。試料導入検出部８は、この光強度の変化を検出し、その変化量が予め設定されている値よりも大きかった場合にはプラズマに試料が導入されたと判断し、直ちに試料導入検出信号２５を試料導入後インピーダンス設定部１１に送信する。試料導入後インピーダンス設定部１１はこの試料導入検出信号２５を受けると、試料導入後インピーダンス設定値２７をインピーダンス調整部４へ出力する。
【００２８】
試料導入の検出は、上述したような検出器１４から出力されるプラズマ光の強度変化に基づくのみならず、他のいかなる方法で行っても構わない。例えば、プラズマに試料２０が導入された時に電力供給部３において検知される電圧値や電流値の変化や、電圧と電流の振幅比の変化、又は位相差の変化（すなわちインピーダンスの変化）や、反射電力量の変化等に基づいて行うことも可能である。
【００２９】
以上、本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の構成を説明したが、上記は例に過ぎず、本発明の精神内で適宜に変形や改良を行っても構わないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の要部構成図。
【図２】本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の他の実施形態の要部構成図。
【図３】本発明に係るＩＣＰ用高周波電源装置の更に他の実施形態の要部構成図。
【図４】従来のＩＣＰ発光分析装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１…プラズマトーチ
２…誘導コイル
３…電力供給部
４…インピーダンス調整部
５…制御部
７…試料導入部
８…試料導入検出部
９…点灯時インピーダンス設定部
１０…点灯時設定値記憶部
１１…試料導入後インピーダンス設定部
１２…試料導入後設定値記憶部
１３…分光器
１４…検出器
２０…試料
２１…入射電力
２２…反射電力
２４…試料導入開始信号
２５…試料導入検出信号
２６…点灯時インピーダンス設定値
２７…試料導入後インピーダンス設定値
【図１】
2008202990.tif 000003
【図２】
2008202990.tif 000004
【図３】
2008202990.tif 000005
【図４】
2008202990.tif 000006