(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細製造プラズマ発生器であって、
基板チップと、
基板チップで定められ、そこを通して使用される検体が供給される１つの入力ポートと、１つの出力ポートと、その中で使用されるプラズマが発生されるプラズマ発生領域とを含むチャンバーと、
プラズマ発生領域内でプラズマをそれらの間に発生させるために、使用時に電圧がその間に供給される第１および第２電極と、を含むプラズマ発生器。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生器がガス放電プラズマ発生器である、プラズマ発生器。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生器が火炎プラズマ発生器である、プラズマ発生器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ発生器において、入力ポートが第１および第２電極の間に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ発生器において、出力ポートが第１および第２電極の１つに配置されている、プラズマ発生器。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマ発生器において、チャンバーが第１および第２出力ポートを含み、各々が第１および第２電極のそれぞれ１つに配置されている、プラズマ発生器。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ発生器において、出力ポートが第１および第２電極の間に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ発生器において、請求項４に付属される場合、出力ポートが入力ポートと第１および第２電極の１つとの間に配置される、プラズマ発生器。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ発生器において、チャンバーが第１および第２出力ポートを含み、各々が入力ポートと第１および第２電極のそれぞれ１つとの間に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のプラズマ発生器において、チャンバーがそこを通して使用される反応物質が供給される更に別の入力ポートを含む、プラズマ発生器。
【請求項１１】
請求項１０記載のプラズマ発生器において、更に別の入力ポートが第１および第２電極の間に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載のプラズマ発生器において、出力ポートが更に別の入力ポートと第１および第２電極の１つとの間に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のプラズマ発生器において、チャンバーが、そこを通して使用される動作媒体が供給される第２の更に別の入力ポートを含む、プラズマ発生器。
【請求項１４】
請求項１３記載のプラズマ発生器において、チャンバーが、そこを通して使用される動作媒体が供給される第２および第３の更に別の入力ポートを含む、プラズマ発生器。
【請求項１５】
請求項１４記載のプラズマ発生器において、第２および第３の更に別の入力ポートが、第１および第２電極のそれぞれ１つに配置されている、プラズマ発生器。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域が細長い領域を含む、プラズマ発生器。
【請求項１７】
請求項１６記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域が細長い線形領域を含む、プラズマ発生器。
【請求項１８】
請求項１７記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が、プラズマ発生領域の長軸上に配置されている、プラズマ発生器。
【請求項１９】
請求項１７記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が、プラズマ発生領域の長軸からずらして配置されている、プラズマ発生器。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれかに記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が互いに向き合うように配置されている、プラズマ発生器。
【請求項２１】
請求項２０記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が互いにほぼ平行に配置されているほぼ平板な構成要素を含む、プラズマ発生器。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれかに記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が固体電極を含む、プラズマ発生器。
【請求項２３】
請求項２２記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極の少なくとも１つが中空電極である、プラズマ発生器。
【請求項２４】
請求項１から２１のいずれかに記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極の少なくとも１つが液体電極を含む、プラズマ発生器。
【請求項２５】
請求項２４記載のプラズマ発生器において、第１および第２電極が液体電極を含む、プラズマ発生器。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれかに記載のプラズマ発生器であって更に、プラズマ発生領域と光学的に接続されている少なくとも１枚の集光レンズを含む、プラズマ発生器。
【請求項２７】
請求項２６記載のプラズマ発生器において、少なくとも１枚のレンズが基板チップで定められている、プラズマ発生器。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれかに記載のプラズマ発生器であって更に、プラズマ発生領域に隣接し、使用時にプラズマより放射された光を検出領域に向けて反射するための反射面を含む、プラズマ発生器。
【請求項２９】
請求項２８記載のプラズマ発生器において、検出領域がプラズマ発生領域内にある、プラズマ発生器。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれかに記載のプラズマ発生器であって更に、プラズマ発生領域と光学的に接続されている少なくとも１つの光検出器を含む、プラズマ発生器。
【請求項３１】
請求項３０記載のプラズマ発生器において、少なくとも１つの光検出器が光ダイオードを含む、プラズマ発生器。
【請求項３２】
請求項３０または３１記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域と光学的に接続されている複数の光検出器を含む、プラズマ発生器。
【請求項３３】
請求項３２記載のプラズマ発生器において、各々の光検出器が予め定められた波長または波長範囲の光に感度を有する、プラズマ発生器。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれかに記載のプラズマ発生器であって更に、プラズマ発生領域と光学的に接続され、光検出器への光学的結合手段を提供するための光ガイドを含む、プラズマ発生器。
【請求項３５】
請求項１から３４のいずれかに記載のプラズマ発生器であって更に、第１および第２電極から離されたプラズマ発生領域内の１つの場所と電気的に接続されるように配置された少なくとも１つの補助電極を含む、プラズマ発生器。
【請求項３６】
請求項３５記載のプラズマ発生器であって、プラズマ発生領域内の間を於いた複数の場所と電気的に接続されるように配置された複数の補助電極を含む、プラズマ発生器。
【請求項３７】
請求項１から３６のいずれかに記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域が基板チップで囲われている、プラズマ発生器。
【請求項３８】
請求項１から３７のいずれかに記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域の体積が１ミリリットル以下である、プラズマ発生器。
【請求項３９】
請求項３８記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域の体積が１００マイクロリットル以下である、プラズマ発生器。
【請求項４０】
請求項３９記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域の体積が１０マイクロリットル以下である、プラズマ発生器。
【請求項４１】
請求項４０記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域の体積が４５０ナノリットル以下である、プラズマ発生器。
【請求項４２】
請求項４１記載のプラズマ発生器において、プラズマ発生領域の体積が５０ナノリットル以下である、プラズマ発生器。
【請求項４３】
請求項１から４２のいずれかに記載のプラズマ発生器において、チャンバーが大気中より低い圧力で動作するように形成されおよび／または寸法取られている、プラズマ発生器。
【請求項４４】
請求項１から４２のいずれかに記載のプラズマ発生器において、チャンバーが大気圧以上で動作するように形成されおよび／または寸法取られている、プラズマ発生器。
【請求項４５】
請求項１から４４のいずれかに記載のプラズマ発生器において、複数のチャンバーと各々のチャンバー内でプラズマを発生させるための複数の第１および第２電極とを含み、チャンバーが互いに並列に配置されるように各々のチャンバーの出力ポートが結合されている、プラズマ発生器。
【請求項４６】
請求項１から４５のいずれかに記載のプラズマ発生器において、基板チップが多重層構造として複数の平板基板を含む、プラズマ発生器。
【請求項４７】
請求項４６記載のプラズマ発生器において、平板基板の１つがチャンバーを定める空洞を含む、プラズマ発生器。
【請求項４８】
請求項４７記載のプラズマ発生器において、複数の平板基板の各々がチャンバーを定める空洞を含む、プラズマ発生器。
【請求項４９】
請求項１から４８のいずれかに記載のプラズマ発生器を組み入れた測定システム。
【請求項５０】
プラズマ発生方法であって、
プラズマ発生領域と、該プラズマ発生領域内でプラズマを発生させるためにその間に電圧が供給される第１および第２電極とを含むチャンバーを定める基板チップを含むプラズマ発生器を用意するステップと、
検体および動作媒体をチャンバーに供給するステップと、
プラズマ発生領域内でプラズマをそれらの間に発生させるために第１および第２電極の間に電圧を供給するステップと、を含むプラズマ発生方法。
【請求項５１】
請求項５０記載のプラズマ発生方法において、第１および第２電極が固体電極を含む、プラズマ発生方法。
【請求項５２】
請求項５０記載のプラズマ発生方法において、第１および第２電極の少なくとも１つが液体電極を含む、プラズマ発生方法。
【請求項５３】
請求項５２記載のプラズマ発生方法において、第１および第２電極が液体電極を含む、プラズマ発生方法。
【請求項５４】
請求項５０から５３のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、検体がガスまたは蒸気である、プラズマ発生方法。
【請求項５５】
請求項５０から５３のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、検体が液体で供給されそれがチャンバーの中に導入されると気化する、プラズマ発生方法。
【請求項５６】
請求項５０から５５のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、動作媒体がガスまたは蒸気である、プラズマ発生方法。
【請求項５７】
請求項５０から５５のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、動作媒体が液体で供給されそれがチャンバーの中に導入されると気化する、プラズマ発生方法。
【請求項５８】
請求項５０から５３のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、検体および動作媒体が互いに液体で供給されそれがチャンバーの中に導入されると気化する、プラズマ発生方法。
【請求項５９】
請求項５２から５５のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、動作媒体が陰極を提供する液体で供給され、プラズマ発生領域の中に気化する、プラズマ発生方法。
【請求項６０】
請求項５２または５３記載のプラズマ発生方法において、検体および動作媒体が共に陰極を提供する液体で供給され、プラズマ発生領域の中に気化する、プラズマ発生方法。
【請求項６１】
請求項５９または６０記載のプラズマ発生方法において、陰極が凝縮された液体で提供される、プラズマ発生方法。
【請求項６２】
請求項５０から６１のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、プラズマ発生器がガス放電プラズマ発生器である、プラズマ発生方法。
【請求項６３】
請求項５０から６１のいずれかに記載のプラズマ発生方法において、プラズマ発生器が火炎プラズマ発生器であり、動作媒体が第１および第２電極間に電圧が供給されると点火される燃料である、プラズマ発生方法。
【請求項６４】
請求項６３記載のプラズマ発生方法において、動作媒体が第１および第２燃料成分を含む、プラズマ発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特にセンサとして動作する際の微細製造チップ構造プラズマ発生器、およびそれを組み入れた測定システムに係わる。
【０００２】
近年微細製造チップ構造分離システム、特にガスクロマトグラフィー、液クロマトグラフィーおよび毛細管電気分離システムが開発されてきている。
【０００３】
本発明の目的は近年開発されているチップ構造分離システムと統合可能な微細製造チップ構造プラズマ発生器を提供することである。センサーとして動作するこの様なプラズマ発生器と分離システムを組み合わせると、特に小型化からの利益が得られる非常に強力な機器が実現される。これらの利益としては携帯性、低電力消費、試薬消費量の大幅な削減、特に分析時間短縮による分析性能の改善、より高い出力とピコリットル範囲での流体体積の再現性の高い処理、および並列処理と大量生産の可能性などが含まれる。
【０００４】
従って、本発明は微細製造プラズマ発生器を提供し、これは：基板チップ；基板チップで定義され、そこを通して使用される分析物が供給される１つの入力ポート、１つの出力ポートおよび使用されるプラズマが発生されるプラズマ発生領域とを含むチャンバー；プラズマ発生領域内でプラズマをそれらの間に発生される際に使用される電圧が供給される第１および第２電極とを含む。
【０００５】
１つの実施例においてプラズマ発生器はガス放電プラズマ発生器である。
【０００６】
別の実施例においてプラズマ発生器は、火炎プラズマ発生器である。
【０００７】
ガス放電によるプラズマ発生の方が火炎を使用するより優れているが、それは運転パラメータがより簡単に制御できるからである。
【０００８】
好適に入力ポートは、第１および第２電極の間に配置されている。
【０００９】
１つの実施例において出力ポートは、第１および第２電極の１つに配置されている。
【００１０】
好適に、チャンバーは第１および第２ポートを含み、その各々は第１および第２電極のそれぞれ１つに配置されている。
【００１１】
別の実施例において出力ポートは、第１および第２電極の間に配置されている。
【００１２】
好適に出力ポートは、入力ポートと第１および第２電極の１つとの間に配置されている。
【００１３】
更に好適に、チャンバーは第１および第２出力ポートを含み、各々は入力ポートと第１および第２電極のそれぞれ１つとの間に配置されている。
【００１４】
好適に、チャンバーは更に入力ポートを含み、そこを通して使用される反応物質が供給される。
【００１５】
好適に別の入力ポートが第１および第２電極との間に配置されている。
【００１６】
更に好適に、１つの出力ポートが更に別の入力ポートと第１および第２電極の１つとの間に配置されている。
【００１７】
好適に、チャンバーは第２の更に別の入力ポートを含み、それを通して使用される動作媒体が供給される。
【００１８】
更に好適に、チャンバーは第２および第３の更に別の入力ポートを含み、それを通して使用される動作媒体が供給される。
【００１９】
未だ更に好適には、第２および第３の更に別の入力ポートが第１および第２電極のそれぞれ１つに配置されている。
【００２０】
好適にプラズマ発生領域は細長い領域を含む。
【００２１】
更に好適に、プラズマ発生領域は細長い線形領域を含む。
【００２２】
１つの実施例において第１および第２電極は、プラズマ発生領域の長軸上に配置されている。
【００２３】
別の実施例において、第１および第２電極はプラズマ発生領域の長軸からずらして配列されている。
【００２４】
好適に第１および第２電極は互いに対向するように配列されている。
【００２５】
好適に第１および第２電極は、互いにほぼ平行になるように配列されたほぼ平板な構成要素を含む。
【００２６】
１つの実施例において、第１および第２電極は固体電極を含む。
【００２７】
好適に第１および第２電極の少なくとも１つは中空電極である。
【００２８】
別の１つの実施例において、第１および第２電極の少なくとも１つは液体電極を含む。
【００２９】
好適に第１および第２電極は液体電極を含む。
【００３０】
好適にプラズマ発生器は更に、プラズマ発生領域と光学的に接続されている少なくとも１つの集光レンズを含む。
【００３１】
好適に少なくとも１つのレンズが基板チップで定められている。
【００３２】
好適にプラズマ発生器は更に、プラズマで使用される放射光を検出場所へ反射するためのプラズマ発生領域に接する反射面を含む。
【００３３】
１つの実施例において、検出場所はプラズマ発生領域内にある。
【００３４】
好適にプラズマ発生器は更に、プラズマ発生領域と光学的に接続された少なくとも１つの光検出器を含む。
【００３５】
１つの実施例において少なくとも１つの光検出器は光ダイオードを含む。
【００３６】
好適にプラズマ発生器はプラズマ発生領域と光学的に接続された複数の光検出器を含む。
【００３７】
好適に各々の光検出器は、予め定められた波長または波長範囲の光に感度を有する。
【００３８】
好適にプラズマ発生器は更に、プラズマ発生領域と光学的に接続され、光検出器と光学的結合手段を提供するための光学ガイドを含む。
【００３９】
好適にプラズマ発生器は更に、第１および第２電極から距離を置いてプラズマ発生領域内の１つの場所と電気接続を行うように配置された、少なくとも１つの補助電極を含む。
【００４０】
更に好適にプラズマ発生器は、プラズマ発生領域内の離れた複数の場所と電気的接続を行うように配置された複数の補助電極を含む。
【００４１】
好適にプラズマ発生領域は基板チップで囲われている。
【００４２】
好適にプラズマ発生領域の体積は、１ミリリットル以下である。
【００４３】
更に好適にプラズマ発生領域の体積は、１００マイクロリットル以下である。
【００４４】
更に好適にプラズマ発生領域の体積は、１０マイクロリットル以下である。
【００４５】
また更に好適にプラズマ発生領域の体積は、４５０ナノリットル以下である。
【００４６】
また更に好適にプラズマ発生領域の体積は、５０ナノリットル以下である。
【００４７】
１つの実施例においてチャンバーは、準大気圧（大気中より低い圧力）で動作するような形状そして／または寸法である。
【００４８】
別の実施例においてチャンバーは、大気圧以上で動作するような形状そして／または寸法である。
【００４９】
好適にプラズマ発生器は、複数のチャンバーと各々のチャンバー内にプラズマを発生させるための複数の第１および第２電極とを含み、各々のチャンバーの出力ポートはチャンバーが並列配列となるように互いに結合されている。
【００５０】
好適に基板チップは、複数の平面基板を多重層構造として含む。
【００５１】
１つの実施例において平面基板の１つは、チャンバーを定める１つの空洞を含む。
【００５２】
別の実施例において複数の平面基板の各々がチャンバーを定める１つの空洞を含む。
【００５３】
好適な実施例においてプラズマ発生器は、センサとして動作する。
【００５４】
本発明はまた上記のプラズマ発生器を組み入れた測定システムにも拡張される。
【００５５】
本発明はまたプラズマ発生方法も提供し、これは：プラズマ発生領域、プラズマ発生領域内でプラズマを発生させるためにその両端に電圧が掛けられる第１および第２電極を含むチャンバーを定める基板チップを含むプラズマ発生器を用意し；検体と動作媒体とをチャンバーに供給し；プラズマ発生領域内でプラズマをそれらの間に発生させるために第１および第２電極に電圧を印加する、以上のステップを含む。
【００５６】
１つの実施例において第１および第２電極は、固体電極を含む。
【００５７】
別の実施例において第１および第２電極の少なくとも１つは、液体電極を含む。
【００５８】
好適に第１および第２電極は、液体電極を含む。
【００５９】
１つの実施例において検体は、ガスまたは蒸気である。
【００６０】
別の実施例において、検体は液体で供給され、チャンバーに導入されると気化する。
【００６１】
１つの実施例において動作媒体は、ガスまたは蒸気である。
【００６２】
別の実施例において、動作媒体は液体として供給され、これはチャンバーに導入されると気化する。
【００６３】
更に別の実施例において、検体および動作媒体は共に１種類の液体として供給され、これはチャンバーに導入されると気化する。
【００６４】
更に別の実施例において、動作媒体は液体として供給され、これは陰極となりプラズマ発生領域内に気化する。
【００６５】
更に別の実施例において、検体および動作媒体は共に１種類の液体として供給され、これは陰極となりプラズマ発生領域内に気化する。
【００６６】
好適に陽極は凝縮された液体で提供される。
【００６７】
１つの実施例においてプラズマ発生器は、ガス放電プラズマ発生器である。
【００６８】
別の実施例において、プラズマ発生器は火炎プラズマ発生器であり、動作媒体は燃料であってこれは第１および第２電極間に電圧が適用されると引火される。
【００６９】
好適に、動作媒体は、第１および第２燃料成分を含む。
【００７０】
基板チップとして使用するのに適した材料は、ダイアモンド、ガラス、水晶、サファイア、珪素、重合物およびセラミックスを含む。
【００７１】
本発明の好適な実施例を以下に添付図を参照して、単なる例に基づいて説明する。
【００７２】
図１は、本発明の第１の実施例に基づき基板チップ２として製造された微細製造プラズマ発生器１を図示する。
【００７３】
チップ２は、プラズマ発生領域４、本実施例では細長い線形領域、を定めこの中で使用されるプラズマが発生されるチャンバー３と、プラズマ発生領域４のそれぞれの端部に第１および第２電極ハウジング領域６，８とを含む。
【００７４】
チャンバー３は、プラズマ発生領域４の長さ方向に沿って中間点に配置されている第１ポート１０、第１ポート１０に隣接してその両側に配置されている第２および第３ポート１２，１４、電極ハウジング領域６，８のそれぞれの１つに配置されている第４および第５ポート１６，１８を含む。
【００７５】
チップ２は更に、ポート２１を含みチャンバー３の第１ポート１０と流体接続経路を提供する第１チャンネル２０と、ポート２３を含みチャンバー３の第２および第３ポート１２，１４と流体接続通路を提供する第２チャンネル２２と、ポート２５を含みチャンバー３の第４および第５ポート１６，１８と流体接続通路を提供する第３チャンネル２４とを含む。
【００７６】
チップ２は更に第１および第２導電性電極部材２６，２８を含み、電極部材２６，２８の各々は電極ハウジング領域６，８のそれぞれ１つの中に配置された１つの電極３０，３２、外部電源への接続手段を提供するための接点パッド３４，３６、および電極３０，３２と接点パッド３４，３６とを接続するための導線３８，４０を含む。電極部材２６，２８にとって適当な材料は、金およびタングステンである。
【００７７】
本実施例において電極３０，３２は、電極ハウジング領域６、８内の線形プラズマ発生領域４の対向する端部に配置されている。しかしながら理解されるように、電極３０，３２はそれらの間にプラズマを発生させることが可能である任意の構造が可能である。１つの実施例において、図２に示されるように電極３０，３２は、プラズマ発生領域４を定めるチャンバー３の一方向に沿って延びる対向する細長い構成要素とすることが可能である。
【００７８】
更に、本実施例において電極３０，３２は、それぞれの電極ハウジング領域６，８の１つの表面を覆うように広がるほぼ平板な構成要素である。図３に示されるように別の修正変更例において、電極３０，３２、特に陰極として動作する電極は中空である。この修正変更されたチップ２では、電極３０，３２は、各々電極ハウジング領域６，８の全ての表面をほぼ覆う導電層で定められる。この点に関して、中空電極３０，３２は、電極材料を例えば平面電極要素からスパッタリングで再配分する結果として好適に開発することが出来る。
【００７９】
この実施例においてプラズマ発生器１は、パルス型または連続の直流高電圧を電極３０，３２間に供給して駆動されるように構成される。好適な実施例において、誘導またはピエゾ電気電圧変換器がプラズマ発生器１を駆動するために必要な非常に小さな平均電流を比較的高い電圧で供給する電源として使用されている。理解されるように、その様な電圧変換器は、高電圧電源と高インピーダンス抵抗器で構成された従来型電源よりも非常にコンパクトである。
【００８０】
更に好適な実施例において、高インピーダンス抵抗器は電極部材２６，２８に含まれていて、プラズマの負差分インピーダンスを相殺して安定な直流動作を提供している。特に好適な実施例において、高インピーダンス抵抗器が電極３０，３２に寄生キャパシタンスを最小とするように、出来るだけ近接して配置されていて、これによって直流電流の安定度を強化している。
【００８１】
チップ２は２枚の平面基板、この実施例では薄板ガラスで構成されている、から製造される。第１ステップにおいて、１枚の板がＨＦ湿式エッチングでチャンバー３および第１、第２および第３チャンネル２０，２２，２４を定めるくぼみ（Well）を形成するようにエッチングされる。第２ステップにおいて、もう一枚の板がＨＦ湿式エッチングで、第１および第２電極部材２６，２８の形状に相当する典型的に４００から５００ナノメートルの深さの、第１および第２の溝を定めるようにエッチングされる。第３ステップにおいて、各々の溝が約５０ナノメートルのクロムの第１層と約２５０ナノメートルの金の第２層によって電極部材２６，２８を形成するように充填される。第４のステップにおいて、第１、第２および第３のチャンネルに対するポート２１，２３，２５を形成する開口を提供するために、もう一枚の板に超音波アブレイション（磨耗）によって３つの穴が開けられる。第５ステップにおいて、２枚の板は直接溶融接続によりチップ２を形成するように互いに貼り合わされる。この実施例において１枚の板の寸法をもう一方の板より小さくして接点パッド３４，３６が露出されるようにしている。
【００８２】
図４は、上述のプラズマ発生器１を組み入れた測定システムを図示する。
【００８３】
この測定システムは直流高電圧電源７０を含み、これは測定回路７２を通して電極部材２６，２８の接点パッド３４，３６に接続されている。測定回路７２の測定回路は図５に図示されている；電圧計を直接電極３０，３２間に接続することは不可能であって、それは放電の安定性が使用される直列抵抗器およびチャンバー３のプラズマ発生領域４間の寄生キャパシタンスに大きく依存するからである。測定回路７２において、電圧Ｖ1,Ｖ2は放電電圧および放電電流とにそれぞれ比例する。測定回路７２は、チップ２の代わりにそれぞれ開放および短絡を用いて、抵抗器Ｒ３の抵抗値を変更して校正される。好適な実施例において、金属薄膜抵抗器が抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４に使用されて測定回路７２の温度依存性を低減している。
【００８４】
測定システムは更に供給ライン７４を含み、これは計量弁７５を含んでいてこれは第２チャンネル２２のポート２３に、本実施例ではスウェジロック（Swagelok（登録商標））コネクタでチップ２に接着されている溶融シリカ毛細管チューブへ接続されており、これを通して動作媒体、この実施例ではヘリウムが使用時にチャンバー３の中に導入される。供給ライン７４は更に第１および第２分岐ライン７６，７７を含み、その各々は計量弁７９，８０を含んでいて、これを通して検体および反応物質がそれぞれ供給ライン７４の中に選択的に導入することが可能であり、これは以下に更に詳細に説明する。供給ライン７４は更に第３分岐ライン８１を含み、これは計量弁８２を含んでおり、大気に接続されている。
【００８５】
測定システムは更に、第３チャンネル２４のポート２５に接続され、この実施例ではスウェジロック（Swagelok（登録商標））コネクタでチップ２に接着された溶融シリカ毛細管チューブへ接続されている排気ライン８４と、チャンバー３のプラズマ発生領域４を大気中より低い圧力、典型的に６６６６．１から３３３３０．５Ｐａ（５０から２５０mmHg）に保つように排気ライン８４に接続されている真空ポンプ８６とを含む。これに代わる実施例において、ポンプ８６を省いて、プラズマ発生領域４内での負圧がチャンバー３および第２および第３チャンネル２２，２４の形状そして／または寸法を適切に取り、供給ライン７４を通して供給される動作媒体の圧力を制御することで維持されるようにすることも可能である。実際、チップ２を構築する際にはプラズマ発生領域４の体積を十分小さくして、チップ２が大気圧または大気圧以上、典型的に約１．１×１０5Ｐａ（１．１バール）で動作させることが可能である。
【００８６】
測定システムは更に、第１チャンネル２０のポート２１にライン９０、この実施例ではスウェジロック（Swagelok（登録商標））コネクタでチップ２に接着された溶融シリカ毛細管チューブで接続されている、プラズマ発生領域４内の圧力を監視するための圧力センサ８８を含む。
【００８７】
測定システムは更に、チャンバー３のプラズマ発生領域４内で生成されるプラズマからの発光を検出するための光センサユニット９２を含む。光センサユニット９２は、チップ２の１枚の基板にプラズマ発生領域４に近接して直接結合されている光ファイバー束９３を含み、このファイバー束９３は１枚の透明板、ファイバー束９３に接続されたモノクロメータ９４および、モノクロメータ９４に接続された光電子増倍管９５を通して送られた光を受光する。好適な実施例において、チップ２の１枚の板を集光レンズ、典型的には円筒レンズを形成するように成形し、プラズマで発せられた光を集めるようにすることが可能である。
【００８８】
測定システムは更に、測定回路７２、圧力センサ８８および光センサユニット９２に接続されたコンピュータ９６を含み、プラズマ電圧、プラズマ電流、プラズマ発生領域４内の圧力およびプラズマの光放射を記録することが可能である。
【００８９】
別の修正変更例において、プラズマ発生器１は更に、複数の光検出器９７、例えば光ダイオードを含み、それらをチップ２の１枚の基板上でチャンバー３のプラズマ発生領域４の近接した場所に装着する事も可能である。好適な実施例において、各々の検出器９７は光フィルター９８、例えば干渉フィルターを含み、プラズマの発光スペクトルの特定波長または波長範囲を選択するように出来る。理解されるようにこの構成において検出器９７はコンピュータ９６に直接接続されるので、光センサユニット９２は測定システムから省略される。各々が発光スペクトルの特定部分に選択的な複数の検出器９７を用意することにより、測定システムの感度が改善できる。
【００９０】
更に別の修正変更例において、図６に示されるように反射面９９、典型的には鏡面を放射光が検出されるチャンバー３の反対側に、プラズマから放射された光をチャンバー３の検出側に反射するように配置することが可能である。
【００９１】
使用時に、パルス状のまたは連続の直流電圧が電極３０，３２の間に供給され、ガスまたは蒸気の形式の動作媒体が供給ライン７４を通してチャンバー３に供給される。典型的には、測定システムはチップ２の入力ポート２３における入力圧力が１から３×１０5Ｐａ（１から３バール）で、チップ２の出力ポート２４での圧力が１×１０5Ｐａ（１バール）以下となるように構成されている。大気と通じている第３分岐ライン８１が好適に放出ラインとして具備されており、供給ライン７４を通って流れる流体が確実に頻繁に再充填されるようにしている。供給ライン７４を通って流れる流体が頻繁に再充填されることは、漏れおよび壁面からの吸着物の脱着による汚染を防ぐために理想的に必要である。第３分岐ライン８１が省略されると供給ライン７４内の流体は、チップ２を流れる流体が非常に少ないために淀んでしまい、大きな寸法の供給ライン７４内での流速が更に遅くなってしまう。
【００９２】
第１ステップにおいて、ガスまたは蒸気の形態の検体が、第１分岐ライン７６を通して供給ライン７４の中に、そして続いてチャンバー３の中に供給される。チャンバー３を通る流速は、チャンバー３内の検体濃度を最大として十分短い応答時間が維持されるように最適化される。典型的にチャンバー３を通る流速は、１０から５００ナノリットル／秒であり、プラズマ発生領域４内の線形流速では約１ミリメートル／秒である。供給ライン７４が分離システムに接続されている場合、例えばガスクロマトグラフィーのように分離システムがガス状媒体を使用している場合は動作媒体がガスであり、例えば液クロマトグラフィーまたは毛細管電気分離のように分離システムが液状媒体を使用している場合は、動作媒体が液体の蒸気である。好適な実施例において、動作媒体はヘリウムの様な不活性ガスである。検体がチャンバー３に供給される間、プラズマはプラズマ発生領域４内で発生され、これは検体の特性表現を表し、これらの特性が測定される。このシステムにおいて、プラズマの電気的および光学的属性が測定され、電気的属性は測定回路７２を用いて測定され、光学的属性は光センサユニット９２を用いて測定される。
【００９３】
更に別のステップにおいて、ガスまたは蒸気の形態の反応物質が第２分岐ライン７７を通して供給ライン７４の中に、そして続いてチャンバー３の中に供給される。典型的な反応物質は水素、窒素および酸素を含む。この反応物質は、検出可能な方法でプラズマを変更させるために導入され、放射スペクトルが分子分光輝線を含むように著しく変更させることにより、検体の成分決定を助ける測定を提供する。
【００９４】
電気的属性に関して、特に放電電圧は検体を導入することにより生じるプラズマ内の変化に敏感である。光学的属性に関して、原子そして／または分子放射が測定可能であり、典型的に原子線または例えばＣＨ，ＣＮ，ＮＨ，Ｃ２，ＯＨ等の分子の回転振動帯が測定できる。
【００９５】
本実施例を下記の非限定的事例を参照して次に説明する。
【００９６】
（事例１）
この事例において、幅４５０マイクロメートル、深さ２００マイクロメートルそして長さ５０００マイクロメートル（体積４５０ナノリットル）の寸法を有するプラズマ発生領域４、幅１ミリメートル、深さ２００マイクロメートルそして長さ１ミリメートルの寸法を有する電極ハウジング領域６，８、深さ６マイクロメートル、幅９８マイクロメートルそして長さ０．５メートルの寸法を有する第２チャンネル２２、並びに深さ６マイクロメートル、幅１５５マイクロメートルそして長さ４０ミリメートルの寸法を有する第３チャンネル２４を具備した上述のプラズマ発生器１の電流／電圧グラフが動作圧力８２６５．９６４，１０３９９．１１６および１８１３１．７９２Ｐａ（６２，７８および１３６mmHg）で測定された。これらの電流／電圧グラフは図７に図示されている。圧力を増加させるとプラズマ電圧が下がることは、陰極降下厚さが減ることで説明できる。より高い圧力では、陰極降下が陰極領域の高さに比較してより薄くなるので、荷電粒子および電圧の損失が削減される。電流の増加とプラズマ電圧の低下はプラズマ発生器では頻繁に観測され、これはプラズマ発生領域４内の動作媒体が熱せられる結果と考えられる。
【００９７】
（事例２）
この事例において、幅２５０マイクロメートル、深さ１００マイクロメートルそして長さ２０００マイクロメートル（体積５０ナノリットル）の寸法を有するプラズマ発生領域４、幅１ミリメートル、深さ１００マイクロメートルそして長さ１ミリメートルの寸法を有する電極ハウジング領域６，８、深さ６マイクロメートル、幅３０マイクロメートルそして長さ０．５メートルの寸法を有する第２チャンネル２２、並びに深さ６マイクロメートル、幅４６マイクロメートルそして長さ４０ミリメートルの寸法を有する第３チャンネル２４を具備した上述のプラズマ発生器１が、圧力１７３３１．８６Ｐａ（１３０mmHg）そしてプラズマ電流３０マイクロアンペアで動作されている。ヘリウムを動作媒体として使用し空気を検体として供給することにより、波長が４２０から４４０ナノメートルの間の放射スペクトルが測定された。この放射スペクトルは図８に図示され、全ての強度ピークはＮ2及びＮ2+によるものである。続いて１％のメタンが別の検体として供給され、その結果波長が４２０から４４０ナノメートルの間の放射スペクトルが測定された。この修正変更されたスペクトルは図９に図示されており、このスペクトルは窒素の線に加えて帯域頂が４３１．３ナノメートルで関連する微細構造がより低い波長に延びているＣＨ  Ａ→Ｘ  ２原子放射帯域を示している。
【００９８】
（事例３）
この事例において、幅２５０マイクロメートル、深さ１００マイクロメートルそして長さ２０００マイクロメートル（体積５０ナノリットル）の寸法を有するプラズマ発生領域４、幅１ミリメートル、深さ１００マイクロメートルそして長さ１ミリメートルの寸法を有する電極ハウジング領域６，８、深さ６マイクロメートル、幅３０マイクロメートルそして長さ０．５メートルの寸法を有する第２チャンネル２２、並びに深さ６マイクロメートル、幅４６マイクロメートルそして長さ４０ミリメートルの寸法を有する第３チャンネル２４を具備した上述のプラズマ発生器１が、圧力１７３３１．８６Ｐａ（１３０mmHg）そしてプラズマ電流３０マイクロアンペアで動作されている。ヘリウムを動作媒体として使用し、３％のメタンを検体として供給することにより、波長が４２０から４４０ナノメートルの間の放射スペクトルが測定された。この放射スペクトルは図１０に図示されており、帯域頂が４３１．３ナノメートルで関連する微細構造がより低い波長に延びているＣＨ  Ａ→Ｘ  ２原子放射帯域を示している。
【００９９】
上記の例から、検出下限まで線形応答を仮定すると、これは大規模直流プラズマ発生器で観測されている上記のプラズマ発生器１の検出限界は、少なくとも３×１０-12ｇ／秒あるいは代わりに６００ppmで表される。この検出限界は、大規模直流プラズマ発生器で得られるものと同程度である。
【０１００】
図１１は、基板チップ１０２として製造される本発明の第２の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器１０１を図示する。
【０１０１】
チップ１０２はチャンバー１０３を含み、これはプラズマ発生領域１０４を定め、本実施例では第１の細長い線形区分１０４ａと、第１区分１０４ａのそれぞれの端から直角に延びる第２および第３の短い区分１０４ｂ，１０４ｃを含み、この中で使用されるプラズマが発生され、また第２および第３区分１０４ｂ，１０４ｃの自由端のそれぞれ１つの部分に電極ハウジング領域１０６，１０８を含む。
【０１０２】
チャンバー１０３は、プラズマ発生領域４の第１区分１０４ａの長さ方向のほぼ中央に配置された第１ポート１１０、および電極ハウジング領域１０６，１０８のそれぞれ１つに配置された第２および第３ポート１１６，１１８を含む。
【０１０３】
チップ１０２は更に、ポート１２１を含みチャンバー１０３の第１ポート１１０と流体接続経路を提供する第１チャンネル１２０と、ポート１２５を含みチャンバー１０３の第２および第３ポート１１６，１１８と流体接続経路を提供する第２チャンネル１２４とを含む。
【０１０４】
チップ１０２は更に、第１および第２導電性電極部材１２６，１２８を含み、電極部材１２６，１２８の各々は、第１および第２電極ハウジング領域１０６，１０８のそれぞれ１つに配置された電極１３０，１３２と、外部電源との接触を提供するための接点パッド１３４，１３６、および電極１３０，１３２と接点パッド１３４，１３６とを接続するための導線１３８，１４０を含む。この実施例でプラズマ発生器１０１は、パルス状のまたは連続な直流高電圧を電極１３０，１３２の間に供給して駆動するように構成されている。この構成では、電極１３０，１３２がプラズマ発生領域１０４の線形区分１０４ａからずれており、線形区分１０４ａおよび電極１３０，１３２からの光放射は別々に測定できる。
【０１０５】
チップ１０２は更に光ガイド１５０を含み、これはプラズマ発生領域１０４の第１区分１０４ａの一端に結合されており、これと軸が整列するようになされており、これにより全ての発生されたプラズマからの光放射の測定を行うための光結合が用意される。
【０１０６】
チップ１０２は先に説明した第１の実施例と同様の方法で２枚の基板から製造される。
【０１０７】
更にこのプラズマ発生器１０１の動作は、先に説明した第１の実施例と同様である。
【０１０８】
図１２は、本発明の第３の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器１０１のチップ１０２のチップ配列を示す。このプラズマ発生器１０１は複数のチャンバー１０３を含み、各々が上述の第２の実施例と同種のプラズマ発生領域１０４を定める。この実施例においてチャンバー１０３は並列に配置されており、各々のチャンバー１０３からの第２チャンネル１２４が、単一ポート１２５に多分岐チャンネル１５１で接続されている。各々のプラズマ発生領域１０４の動作は、上述の第２の実施例と同様であり、この構成で同一または異なる種類の複数の試料が同時に分析できる。
【０１０９】
図１３は、本発明の第４の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器１０１のチップ１０２のチップ配列を示す。このチップ１０２は上述の第２の実施例のそれと非常に良く似ており、不必要な説明の重複を避けるために違いのみを詳細に説明し、同様の部品は同一記号で示す。このチップ１０２が上記の第２の実施例と異なる点は、このチップ１０２が更に複数の補助電極１５２，１５４，１５６，１５８を含み、その各々がプラズマ発生領域１０４の長さ方向に間隔を置いて配置されている測定電極１６０，１６２，１６４，１６６と、外部回路と接触するための手段を提供する接点パッド１６８，１７０，１７２，１７４、および測定電極１６０，１６２，１６４，１６６と接点パッド１６８，１７０，１７２，１７４とを接続するための導線１７６，１７８，１８０，１８２を含むことだけである。このプラズマ発生器１０１は上記の第２の実施例と同様の方法で動作するが、更に細長いプラズマ発生領域１０４内で発生されたプラズマ内の複数の位置の間の電圧差が測定できる。プラズマの中には陽極と陰極間以外の電圧差を測定することにより信号対雑音比、したがって感度が改善される場合がある。
【０１１０】
図１４は、本発明の第５の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器１０１のチップ１０２のチップ配列を示す。このチップ１０２は上述の第２の実施例のそれと非常に良く似ており、不必要な説明の重複を避けるために違いのみを詳細に説明し、同様の部品は同一記号で示す。このチップ１０２が上記の第２の実施例のそれと異なる点は、チャンバー１０３が第４および第５ポート１８４，１８６を含み、本実施例では第１ポート１１０に隣接してその両側に配置されており、更に第３チャンネル１８８を含みこれはポート１８９を含んでチャンバー１０３の第２ポート１８４と流体接続経路を提供し、また第４チャンネル１９０を含みこれはポート１９１を含んでチャンバー１０３の第５ポート１８６と流体接続経路を提供している点である。
【０１１１】
１つの使用モードにおいて、動作媒体が第３および第４チャンネル１８８，１９０を通して供給され、検体は別に第１チャンネル１２０を通して直接プラズマ発生領域１０４の中に供給される。反応物質は、動作媒体または検体と一緒に供給できる。それ以外はこのプラズマ発生器１０１の動作は上述の第２の実施例と同一である。この構成において、プラズマ発生器１０１は液体試料で使用することが可能であり、この試料はチャンバー１０３に入ると同時に気化される。
【０１１２】
別の使用モードにおいて、動作媒体、検体および反応物質はチャンバー１０３の中に別々に、第１、第３および第４チャンネル１２０，１８８，１９０のそれぞれ１つを通して供給される。それ以外はこのプラズマ発生器１０１の動作は上述の第２の実施例と同一である。先に第１使用モードで説明したのと同様に、プラズマ発生器１０１は液体試料で使用できる。
【０１１３】
更に別の使用モードにおいて、このプラズマ発生器１０１は火炎で駆動することができる。この使用モードでは、ガスまたは蒸気の形態の第１燃料成分、例えば水素が第１チャンネル１２０を通して供給され、ガスまたは蒸気の形態の第２燃料成分、例えば酸素が検体と一緒に第３および第４チャンネル１８８，１９０を通して供給される。反応物質は動作媒体または検体と一緒に供給できる。それ以外はこのプラズマ発生器１０１の動作は上述の第２の実施例と同一であり、燃料成分は電圧を電極１３０，１３２間に供給すると点火されて火炎プラズマを発生する。
【０１１４】
図１５は、本発明の第５の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器１０１のチップ１０２のチップ配列を示す。このチップ１０２は上述の第２の実施例のそれと非常に良く似ており、不必要な説明の重複を避けるために違いのみを詳細に説明し、同様の部品は同一記号で示す。このチップ１０２が上述の第２の実施例と異なる点は、第１に第２チャンネル１２４がチャンバー１０３の第２および第３ポート１１６，１１８に接続されておらず、代わってチャンバー１０３が第５および第６ポート１９３，１９４を含み、これらは第１ポート１１０から離れてその両側に配置されておりそれらに第２チャンネル１２４が接続されていることである。チップ１０２が更に上述の第２の実施例と異なる点は、更に第３チャンネル１９５を含み、これはポート１９６を含んでチャンバー１０３の第２ポート１１６と流体接続経路を提供し、また第４チャンネル１９７を含み、これはポート１９８を含んでチャンバー１０３の第３ポート１１８と流体接続経路を提供し、それらのチャンネル１９５，１９７を通して動作媒体がチャンバー１０３に供給されることである。
【０１１５】
使用時に検体および反応物質の１つまたは両方が第１チャンネル１２０を通して供給され、動作媒体およびその他の検体および反応物質が第１チャンネル１２０を通して供給されない場合、第４および第５チャンネル１９５，１９７を通して供給される。それ以外、プラズマ発生器１０１の動作は上述の第２の実施例と同様である。この構成では、電極１３０，１３２の材料と不適合の検体および／または反応物質が使用可能であり、それは検体および／または反応物質の流路第１ポート１１０を通ってチャンバー１０３に入り、第４および第５ポート１９３，１９４を通ってチャンバー１０３から排出されるので、検体および／または反応物質が決して電極１３０，１３２と接触しないからである。
【０１１６】
図１６は、基板チップ２０２として製造される本発明の第７の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器２０１を示す。
【０１１７】
チップ２０２はチャンバー２０３を含み、これはプラズマ発生領域２０４を定め、本実施例では細長い線形であってその中で使用されるプラズマが発生され、またプラズマ発生領域２０４の一端に電極ハウジング領域２０６を含む。
【０１１８】
チャンバー２０３は、プラズマ発生領域２０４の他方の端に配置された第１ポート２１０と、電極ハウジング領域２０６、この実施例では陽極領域、に配置された第２ポート２１６とを含む。
【０１１９】
チップ２０２は更に第１チャンネル２２０を含み、これはポート２２１を含んでチャンバー２０３の第１ポート２１０と流体接続経路を提供し、また第２チャンネル２２４を含み、これはポート２２５を含んでチャンバー２０３の第２ポート２１６と流体接続経路を提供する。
【０１２０】
チップ２０２は更に、第１および第２導電性電極部材２２６，２２８を含む。第１電極部材２２６は、この実施例では陽極であり、電極ハウジング領域２０６内に配置されている電極２３０と、外部電源との接触手段を提供する接点パッド２３４と、陽極２３０と接点パッド２３４とを接続するための導線２３８とを含む。第２電極部材２２８は、外部電源との接触手段を提供する接点パッド２３９と、プラズマ発生領域２０４の一方の端の中に延びる導線２４０とを含む。この実施例でプラズマ発生器２０１は、パルス状のまたは連続な直流高電圧を接点パッド２３４，２３９に供給して駆動されるように構成されている。
【０１２１】
チップ２０２は上述の第１の実施例と同様の方法により、２枚の平板基板から製造される。
【０１２２】
使用時に、パルス状のまたは連続な直流高電圧が接点パッド２３４，２３９に供給され、検体を含む液体２４２が動作媒体として予め定められた流速で第１チャンネル２２０を通してチャンバー２０３の中に供給される。好適な実施例において第１チャンネル２２０は、液体を使用する分離システム、例えば液クロマトグラフィーまたは毛細管電気分離、に接続されている。この構成により、液体２４２は陰極を定める第２電極部材２２８の導線２４０と接触し、プラズマは液体陰極２４２と陽極２３０との間に生成される。連続動作ではプラズマに露出されている液体２４２の表面２４３が、プラズマで発生された熱の結果、連続して気化する。第２電極部材２２８の導線２４０のヒートシンク効果により安定な液体表面２４３が得られ、液体表面２４３の位置は、チャンバー２０３への液体２４２の流速を液体２４２の気化速度と一致させることにより維持される。気化された液体は、第２チャンネル２２４を通して排出される。検体を含む液体２４２がチャンバー２０３に供給される間、プラズマはチャンバー２０３のプラズマ発生領域２０４内で発生され、これは検体の特性を表現し、これらの特性は電気的および光学的に測定される。
【０１２３】
図１７は、基板チップ３０２として製造される本発明の第８の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器３０１を示す。
【０１２４】
チップ３０２はチャンバー３０３を含み、これはプラズマ発生領域３０４を定め、本実施例では細長い線形であってその中で使用されるプラズマが発生される。チャンバー３０３は、くびれ３０５をプラズマ発生領域３０４のほぼ中央に、またプラズマ発生領域３０４のそれぞれの端部に配置された第１および第２ポート３１０，３１６を含む。
【０１２５】
チップ３０２は更に第１チャンネル３２０を含み、これはポート３２１を含んでチャンバー３０３の第１ポート３１０と流体接続経路を提供し、また第２チャンネル３２４を含み、これはポート３２５を含んでチャンバー３０３の第２ポート３１６と流体接続経路を提供する。
【０１２６】
チップ３０２は更に、第１および第２導電性電極部材３２６，３２８を含む。第１電極部材３２６は、外部電源との接触手段を提供する接点パッド３３４と、第２ポート３１６に近いプラズマ発生領域３０４の一方の端の中に延びる導線３３８を含む。第２電極部材３２８は、外部電源との接触手段を提供する接点パッド３３９と、プラズマ発生領域３０４のもう一方の端の中に延びる導線３４０とを含む。この実施例でプラズマ発生器３０１は、パルス状のまたは連続な直流高電圧を接点パッド３３４，３３９に供給して駆動されるように構成されている。
【０１２７】
チップ３０２は上述の第１の実施例と同様の方法により、２枚の平板基板から製造される。
【０１２８】
使用時に、パルス状のまたは連続な直流高電圧が接点パッド３３４，３３９に供給され、検体を含む液体３４２が動作媒体として予め定められた流速で第１チャンネル３２０を通してチャンバー３０３の中に供給される。好適な実施例において第１チャンネル３２０は、液体を使用する分離システム、例えば液クロマトグラフィーまたは毛細管電気分離、に接続されている。この構成により、液体３４２は、陰極を定める第２電極部材３２８の導線３４０と接触し、蒸気は液体３４２’として陽極を定める第１電極部材３２６の導線３３８上で凝縮し、プラズマは液体陰極３４２と液体陽極３４２’との間に生成される：プラズマの位置はプラズマ発生領域３０４のくびれ３０５をほぼ中心としている。連続動作ではプラズマに露出されている導入された液体３４２の表面３４３が、プラズマで発生された熱の結果、連続して気化し液体３４２’として凝縮して陽極を形成する。第２電極部材３２８の導線３４０のヒートシンク効果により安定な液体表面３４３が得られ、液体表面３４３の位置は、チャンバー３０３への液体３４２の流速を液体３４２の気化速度と一致させることにより維持される。気化された液体３４２’は、第２チャンネル３２４を通して排出される。検体を含む液体３４２がチャンバー３０３に供給される間、プラズマはプラズマ発生領域３０４内で発生され、これは検体の特性を表現し、これらの特性は電気的および光学的に測定される。
【０１２９】
図１８は、基板チップ４０２として製造される本発明の第９の実施例に基づく微細製造プラズマ発生器４０１を示す。
【０１３０】
チップ４０２はチャンバー４０３を含み、これはプラズマ発生領域４０４を定め、本実施例では平面図として正方形であってその中で使用されるプラズマが発生される。チャンバー４０３は、プラズマ発生領域４０４の両側に配置された第１、第２、第３および第４ポート４１０，４１２，４１４，４１６を含む。
【０１３１】
チップ４０２は更に第１チャンネル４２０を含み、これはポート４２１を含んでチャンバー４０３の第１ポート４１０と流体接続経路を提供し、また第２チャンネル４２４を含み、これはポート４２５を含んでチャンバー４０３の第２ポート４１２と流体接続経路を提供する。
【０１３２】
チップ４０２は更に第３チャンネル４２７、この実施例ではＴ型チャンネルを含み、これは入力および出力ポート４２９，４３１をそれぞれの端部に含む第１の細長い区分４２８と、第１区分４２８の中点からほぼ直角に延び、チャンバー４０３の第３ポート４１４と流体接続している第２の接合区分４３２とを含む。
【０１３３】
チップ４０２は更に第４チャンネル４３７、この実施例ではＴ型チャンネルを含み、これは入力および出力ポート４３９，４４１をそれぞれの端部に含む第１の細長い区分４３８と、第１区分４３８の中点からほぼ直角に延び、チャンバー４０３の第４ポート４１６と流体接続している第２の接合区分４４２とを含む。
【０１３４】
チップ４０２は更に、第１および第２導電性電極部材４５０，４５２を含み、これらは第３および第４チャンネル４２７，４３７のそれぞれ１つの中に、第１および第２チャンネル区分４２８，４３２，４３８，４４２と間の交差部で延びている。この実施例でプラズマ発生器４０１は、パルス状のまたは連続な直流高電圧を接点構成要素４５０，４５２に供給して駆動されるように構成されている。
【０１３５】
チップ４０２は上述の第１の実施例と同様の方法により、２枚の平板基板から製造される。
【０１３６】
使用時に、第１および第２液体４５４，４５６は第３および第４チャンネル４２７，４３７の中に保持され、これらの液体は毛細管現象でチャンバー４０３の第３および第４ポート４１４，４１６に延びて電極として動作し、パルス状のまたは連続な直流高電圧が接点構成要素４５０，４５２に供給されてプラズマ発生領域４０４内にプラズマが発生される。好適な実施例において、液体４５４，４５６は水で構成され、導電度そして／またはプラズマとの相対的反応度を制御するためにイオンを溶解させることができる。ガスまたは蒸気の形態の検体を含む動作媒体は、第１チャンネル４２０を通してチャンバー４０３に供給され、第２チャンネル４２４を通して排出される。好適な実施例において、第１チャンネル４２０はガス状媒体を用いる分離システム、例えばガスクロマトグラフィーに接続されている。
検体を含む動作媒体がチャンバー４０３に供給される間、プラズマはプラズマ発生領域４０４内で発生され、これは検体の特性を表現し、これらの特性は電気的および光学的に測定される。
【０１３７】
最後に、本発明を好適な実施例で説明してきたが添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内で多くの異なる方法で修正変更出来ることは理解されよう。
【０１３８】
例えば、プラズマ発生器を電極間に交流電圧を供給して駆動するように構成することも出来る。しかしながら理解されるように、交流電圧を用いてプラズマ発生器を駆動するためには、例えば電極を誘電体または絶縁層で覆ったり、またはこれに代わってチップが絶縁体で形成されている場合にはチャンバーの外側に配置して放電が誘電バリア放電または高周波放電となるようにチップの修正変更が必要となるであろう。
【０１３９】
更に、パルス状直流放電または交流放電の場合、測定システムは光放射を駆動電圧に相対的な特定周期の間に検出するように構成される。プラズマによっては光放射を選択的に検出することにより、感度を増したりおよび／または雑音信号が低減される。
【０１４０】
更に、測定システムを放射スペクトルの吸収または蛍光属性を測定するように構成することが可能である。１つの実施例において、例えばダイオードレーザで供給される単色光の吸収を測定することにより光ガルバニック効果を使用することが可能であり、これは検体をプラズマ中に入れてエネルギーバランス従って放電電圧を変化させて吸収される光を測定して行う。光が変調される場合は、放電電圧の変調が非常に小さくても検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第１の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図２】  図２は、図１のプラズマ発生器の第１の修正変更を加えられたチップ配置の立面図を図式的に示す。
【図３】  図３は、図１のプラズマ発生器の第２の修正変更を加えられたチップ配置の立面図を図式的に示す。
【図４】  図４は、図１のプラズマ発生器を組み入れた測定システムを図式的に示す。
【図５】  図５は、図４の測定システムの測定回路を図示する。
【図６】  図６は、図１のプラズマ発生器の第３の修正変更を加えられたチップ配置の立面図を図式的に示す。
【図７】  図７は、図１のプラズマ発生器の種々の動作圧力での電圧／電流グラフを図示する。
【図８】  図８は、図４の測定システムを使用して得られた第１放射スペクトルを図示する。
【図９】  図９は、図４の測定システムを使用して得られた第２放射スペクトルを図示する。
【図１０】  図１０は、図４の測定システムを使用して得られた第３放射スペクトルを図示する。
【図１１】  図１１は、本発明の第２の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１２】  図１２は、本発明の第３の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１３】  図１３は、本発明の第４の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１４】  図１４は、本発明の第５の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１５】  図１５は、本発明の第６の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１６】  図１６は、本発明の第７の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１７】  図１７は、本発明の第８の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【図１８】  図１８は、本発明の第９の実施例に基づく微細製造チップ構造プラズマ発生器のチップ配置の平面図を図式的に示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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