(57)【要約】【課題】測定試料と内標準試料とを精度よく混合して測定することができるＩＣＰ分析装置を提供する。【解決手段】プラズマトーチ１０と、第一管１１の内周面で囲まれた空間に、測定試料を流通させる測定試料ガス供給部３０と、第一管１１の外周面と第二管１４の内周面との間に、内標準試料を流通させる内標準試料ガス供給部６０と、第二管１４の外周面と第三管１２の内周面との間に、プラズマ用ガスを流通させるプラズマ用ガス供給部４１と、第三管１２の外周面と第四管１３の内周面との間に、冷却用ガスを流通させる冷却用ガス供給部４２と、測定試料と内標準試料とをプラズマ炎２２に導入することにより、測定試料に含有される元素を分析する制御部５０とを備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一管と、前記第一管の外周面を空間を空けて覆う第二管と、前記第二管の外周面を空間を空けて覆う第三管と、前記第三管の外周面を空間を空けて覆う第四管と、前記第四管の外周面の先端部分に巻き付けられた高周波誘導コイルとを備えるプラズマトーチと、
前記第一管の内周面で囲まれた空間に、測定試料を流通させる測定試料ガス供給部と、
前記第一管の外周面と前記第二管の内周面との間に、内標準試料を流通させる内標準試料ガス供給部と、
前記第二管の外周面と前記第三管の内周面との間に、プラズマ用ガスを流通させるプラズマ用ガス供給部と、
前記第三管の外周面と前記第四管の内周面との間に、冷却用ガスを流通させる冷却用ガス供給部と、
前記プラズマトーチと前記測定試料ガス供給部と前記内標準試料ガス供給部と前記プラズマ用ガス供給部と前記冷却用ガス供給部とを用いてプラズマ炎を形成して、測定試料と内標準試料とをプラズマ炎に導入することにより、前記測定試料に含有される元素を分析する制御部とを備えることを特徴とするＩＣＰ分析装置。
【請求項２】
前記プラズマトーチにおいて、前記第一管の中心軸と前記第二管の中心軸と前記第三管の中心軸と前記第四管の中心軸とは、同一となることを特徴とする請求項１に記載のＩＣＰ分析装置。
【請求項３】
前記測定試料ガス供給部は、ネブライザと、スプレーチェンバと、前記測定試料を貯留する測定試料貯留部と、前記測定試料貯留部と前記ネブライザとを連結するチューブと、前記測定試料貯留部から前記ネブライザへ前記測定試料を供給する測定試料供給手段とを備えるとともに、
前記内標準試料ガス供給部は、ネブライザと、スプレーチェンバと、前記内標準試料を貯留する内標準試料貯留部と、前記内標準試料貯留部と前記ネブライザとを連結するチューブと、前記内標準試料貯留部から前記ネブライザへ前記内標準試料を供給する内標準試料供給手段とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣＰ分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチを用いてプラズマ炎を形成して、測定試料をプラズマ炎に導入することにより、測定試料に含有される元素を分析するＩＣＰ発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置等のＩＣＰ分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣＰ発光分光分析装置では、測定試料をプラズマ炎に導入して励起発光させ、その発光光を回折格子で波長分散させて光検出器で検出することにより、発光スペクトルを取得する。そして、発光スペクトルに現れているスペクトル線（輝線スペクトル）の波長の種類から測定試料中に含有されている元素の定性分析（同定）を行い、さらにその輝線スペクトルの強度からその元素の定量分析を行っている。
このようなＩＣＰ発光分光分析装置では、プラズマ炎を形成するために、プラズマトーチが用いられている。
【０００３】
図２は、従来のＩＣＰ発光分光分析装置の一例を示す概略構成図である。なお、プラズマトーチの構成は断面図で示す。
ＩＣＰ発光分光分析装置１００は、プラズマ炎２２を形成するためのプラズマトーチ１８と、試料ガス供給部１３０と、プラズマ用ガス供給部４１と、冷却用ガス供給部４２と、発光光を検出する測光部４３と、ＩＣＰ発光分光分析装置１００全体を制御する制御部１５０とを備える。
【０００４】
プラズマトーチ１８は、円筒形状の測定試料ガス管１１と、測定試料ガス管１１の外周面を空間を空けて覆う円筒形状のプラズマ用ガス管１２と、プラズマ用ガス管１２の外周面を空間を空けて覆う円筒形状のクーラントガス管１３と、クーラントガス管１３の外周面の先端部分に２〜３ターン巻き付けられた高周波誘導コイル２１とを備える。なお、測定試料ガス管１１の中心軸とプラズマ用ガス管１２の中心軸とクーラントガス管１３の中心軸とは、同一となり、かつ、上下方向となっている。
【０００５】
プラズマ用ガス供給部４１は、測定試料ガス管１１の外周面とプラズマ用ガス管１２の内周面との間に、アルゴンガス（プラズマ用ガス）を比較的低速で上方向に流通させる。これにより、測定試料ガス管１１の外周面とプラズマ用ガス管１２の内周面との間に形成された流路の上端部からアルゴンガスが噴出され、噴出されたアルゴンガスが高周波誘導コイル２１の形成する高周波電磁界により加速された電子によって電離されることで、アルゴン陽イオンと電子とを生成する。生じた電子がさらにアルゴンに衝突し、電離を増殖させて安定したプラズマ炎２２が上端部に形成される。
【０００６】
冷却用ガス供給部４２は、プラズマ用ガス管１２の外周面とクーラントガス管１３の内周面との間に、アルゴンガス（冷却用ガス）を比較的高速で上方向に流通させる。これにより、プラズマ用ガス管１２の外周面とクーラントガス管１３の内周面との間に形成された流路の上端部よりクーラントガスが噴出され、噴出されたクーラントガスが上端部に形成されているプラズマ炎２２の外側を上方向に流れる。
【０００７】
ネブライザ３２は、測定試料Ｓを分析しないときには、アルゴンガス（キャリアガス）のみをスプレーチェンバ３３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の内周面で囲まれた空間には、アルゴンガスが上方向に流通する。そして、測定試料ガス管１１の上端部からアルゴンガスが上方向に吹き抜けることにより、上方から視ると中心部に低温のトンネル空洞部が形成されたプラズマ炎２２が形成される。
【０００８】
一方、測定試料Ｓを分析するときには、ネブライザ３２は、測定試料Ｓを霧滴化することにより、霧滴化された測定試料Ｓをアルゴンガスとともにスプレーチェンバ３３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の内周面で囲まれた空間には、測定試料Ｓとアルゴンガスとが上方向に流通する。そして、測定試料Ｓは、アルゴンガスに乗って測定試料ガス管１１の先端部から噴出されることにより、プラズマ炎２２のトンネル空洞部に導入される。その結果、測定試料Ｓ中に含まれる化合物は、プラズマ炎２２と接することで、原子化されたりイオン化されたりして励起発光することになる。
【０００９】
測光部４３は、ハウジング４３ａと、プラズマトーチ１８の中心軸の上方向に出射される発光光をハウジング４３ａ内部に導入する集光レンズ４３ｂと、発光光を波長分散させる回折格子４３ｃと、発光スペクトルを検出する光検出器４３ｄとを有する。
【００１０】
制御部１５０は、光検出器４３ｄで検出された発光スペクトルに基づいて、輝線スペクトルの波長の種類から測定試料Ｓ中に含有される元素の定性分析を行い、さらにその輝線スペクトルの強度からその元素の定量分析を行う。
【００１１】
ところで、このようなＩＣＰ発光分光分析装置１００では、得られる発光スペクトルの測定値（波長と強度）が経時変化するため、測定試料の測定により得られる輝線スペクトルの測定値（波長と強度）は、既知である内標準試料の測定により得られる輝線スペクトルの測定値（波長と強度）を用いて補正計算されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
よって、試料ガス供給部１３０は、ネブライザ３２と、スプレーチェンバ３３と、キャリアガス供給部３４と、測定試料Ｓを貯留する測定試料貯留部３１と、内標準試料Ｓ’を貯留する内標準試料貯留部６１と、測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’とを混合するＴ字管（混合部）３６と、測定試料貯留部３１とＴ字管３６とを連結するペリスタルティックポンプ用チューブ３７と、内標準試料貯留部６１とＴ字管３６とを連結するペリスタルティックポンプ用チューブ６７と、Ｔ字管３６とネブライザ３２とを連結するチューブ３５と、測定試料貯留部３１からＴ字管３６へ測定試料Ｓを供給するペリスタルティックポンプ（測定試料供給手段）３８と、内標準試料貯留部６１からＴ字管３６へ内標準試料Ｓ’を供給するペリスタルティックポンプ（内標準試料供給手段）６８とを備える。
【００１３】
そして、２個のペリスタルティックポンプ３８、６８は、制御部１５０によって回転速度が制御されるとともに、キャリアガス供給部３４は、制御部１５０によってキャリアガス流量が制御されるようになっている。
【００１４】
このような試料ガス供給部１３０によれば、ペリスタルティックポンプ３８の回転駆動により測定試料貯留部３１から送り出された測定試料Ｓは、ペリスタルティックポンプ６８の回転駆動により内標準試料貯留部６１から送り出された内標準試料Ｓ’と、Ｔ字管３６で合流後混合されて混合試料となる。その混合試料は、ネブライザ３２に送られて霧滴化され、アルゴンガスとともにスプレーチェンバ３３内に吹き込まれる。これにより、測定試料ガス管１１の内周面で囲まれた空間には、測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’とアルゴンガスとが上方向に流通することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−６７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述したＩＣＰ発光分光分析装置１００では、ペリスタルティックポンプ３８、６８の回転駆動により貯留部３１、６１から測定試料Ｓや内標準試料Ｓ’を吸い上げているが、その吸い上げ時には測定試料Ｓや内標準試料Ｓ’中から気泡が発生することがあり、これにより測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’との混合比率が変動して測定精度が悪化するという問題点があった。
【００１７】
また、測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’とを少量で測定する場合には、吸い上げる際にペリスタルティックポンプ用チューブ３７、６７の内径が変動することにより、均一に精度よく混合することは困難であった。さらに、測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’とがいずれも気体である場合や、測定試料Ｓが水溶性であって内標準試料Ｓ’が油性である場合にも、均一に精度よく混合することが困難であった。
そこで、本発明は、測定試料と内標準試料とを精度よく混合して測定することができるＩＣＰ分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するためになされた本発明のＩＣＰ分析装置は、第一管と、前記第一管の外周面を空間を空けて覆う第二管と、前記第二管の外周面を空間を空けて覆う第三管と、前記第三管の外周面を空間を空けて覆う第四管と、前記第四管の外周面の先端部分に巻き付けられた高周波誘導コイルとを備えるプラズマトーチと、前記第一管の内周面で囲まれた空間に、測定試料を流通させる測定試料ガス供給部と、前記第一管の外周面と前記第二管の内周面との間に、内標準試料を流通させる内標準試料ガス供給部と、前記第二管の外周面と前記第三管の内周面との間に、プラズマ用ガスを流通させるプラズマ用ガス供給部と、前記第三管の外周面と前記第四管の内周面との間に、冷却用ガスを流通させる冷却用ガス供給部と、前記プラズマトーチと前記測定試料ガス供給部と前記内標準試料ガス供給部と前記プラズマ用ガス供給部と前記冷却用ガス供給部とを用いてプラズマ炎を形成して、測定試料と内標準試料とをプラズマ炎に導入することにより、前記測定試料に含有される元素を分析する制御部とを備えるようにしている。
【００１９】
本発明のＩＣＰ分析装置によれば、四重管における第一管の外周面と第二管の内周面との間に、内標準試料を流通させることにより、プラズマトーチの上端部で、測定試料と内標準試料とが混合される。そして、プラズマトーチの上端部で混合された測定試料と内標準試料とはプラズマ炎内に導入され、含まれる元素はプラズマ炎内でイオン化され、またＩＣＰ−ＭＳの場合は質量分離部でイオンが分離され、内標準補正計算が行われる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明のＩＣＰ分析装置によれば、試料導入系の形状に左右されたり測定試料の性状の影響を受けたりすることなく、測定試料と内標準試料とを精度よく混合して測定することができる。
【００２１】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記プラズマトーチにおける前記第一管の中心軸と前記第二管の中心軸と前記第三管の中心軸と前記第四管の中心軸とは、同一となるようにしてもよい。
【００２２】
さらに、上記の発明において、前記測定試料ガス供給部は、ネブライザと、スプレーチェンバと、前記測定試料を貯留する測定試料貯留部と、前記測定試料貯留部と前記ネブライザとを連結するチューブと、前記測定試料貯留部から前記ネブライザへ前記測定試料を供給する測定試料供給手段とを備えるとともに、前記内標準試料ガス供給部は、ネブライザと、スプレーチェンバと、前記内標準試料を貯留する内標準試料貯留部と、前記内標準試料貯留部と前記ネブライザとを連結するチューブと、前記内標準試料貯留部から前記ネブライザへ前記内標準試料を供給する内標準試料供給手段とを備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るＩＣＰ発光分光分析装置の一例を示す概略構成図。
【図２】従来のＩＣＰ発光分光分析装置の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係るＩＣＰ発光分光分析装置の一例を示す概略構成図である。なお、プラズマトーチの構成は断面図で示す。また、ＩＣＰ発光分光分析装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
ＩＣＰ発光分光分析装置１は、プラズマ炎２２を形成するためのプラズマトーチ１０と、測定試料ガス供給部３０と、内標準試料ガス供給部６０と、プラズマ用ガス供給部４１と、冷却用ガス供給部４２と、発光光を検出する測光部４３と、ＩＣＰ発光分光分析装置１全体を制御する制御部５０とを備える。
【００２６】
プラズマトーチ１０は、円筒形状の測定試料ガス管（第一管）１１と、測定試料ガス管１１の外周面を空間を空けて覆う円筒形状の内標準試料ガス管（第二管）１４と、内標準試料ガス管１４の外周面を空間を空けて覆う円筒形状のプラズマ用ガス管（第三管）１２と、プラズマ用ガス管１２の外周面を空間を空けて覆う円筒形状のクーラントガス管（第四管）１３と、クーラントガス管１３の外周面の先端部分に２〜３ターン巻き付けられた高周波誘導コイル２１とを備える。なお、測定試料ガス管１１の中心軸と内標準試料ガス管１４の中心軸とプラズマ用ガス管１２の中心軸とクーラントガス管１３の中心軸とは、同一となり、かつ、上下方向となっている。なお、図１に示すプラズマトーチ１０は、特開２００１−２７２３４９号公報に記載のものを参考にすることができる。
【００２７】
測定試料ガス供給部３０は、ネブライザ３２と、スプレーチェンバ３３と、キャリアガス供給部３４と、測定試料Ｓを貯留する測定試料貯留部３１と、測定試料貯留部３１とネブライザ３２とを連結するペリスタルティックポンプ用チューブ３７と、測定試料貯留部３１からネブライザ３２へ測定試料Ｓを供給するペリスタルティックポンプ（測定試料供給手段）３８とを備える。そして、ペリスタルティックポンプ３８は、制御部５０によって回転速度が制御されるとともに、キャリアガス供給部３４は、制御部５０によってキャリアガス流量が制御されるようになっている。
【００２８】
ネブライザ３２は、測定試料Ｓを分析しないときには、アルゴンガス（キャリアガス）のみをスプレーチェンバ３３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の内周面で囲まれた空間には、アルゴンガスが上方向に流通する。
一方、測定試料Ｓを分析するときには、ネブライザ３２は、測定試料Ｓを霧滴化することにより、霧滴化された測定試料Ｓをアルゴンガスとともにスプレーチェンバ３３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の内周面で囲まれた空間には、測定試料Ｓとアルゴンガスとが上方向に流通する。
【００２９】
内標準試料ガス供給部６０は、ネブライザ６２と、スプレーチェンバ６３と、キャリアガス供給部６４と、内標準試料Ｓ’を貯留する内標準試料貯留部６１と、内標準試料貯留部６１とネブライザ６２とを連結するペリスタルティックポンプ用チューブ６７と、内標準試料貯留部６１からネブライザ６２へ内標準試料Ｓ’を供給するペリスタルティックポンプ（内標準試料供給手段）６８とを備える。そして、ペリスタルティックポンプ６８は、制御部５０によって回転速度が制御されるとともに、キャリアガス供給部６４は、制御部５０によってキャリアガス流量が制御されるようになっている。
【００３０】
ネブライザ６２は、内標準試料Ｓ’を分析しないときには、アルゴンガス（キャリアガス）のみをスプレーチェンバ６３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の外周面と内標準試料ガス管１４の内周面との間には、アルゴンガスが上方向に流通する。
一方、内標準試料Ｓ’を分析するときには、ネブライザ６２は、内標準試料Ｓ’を霧滴化することにより、霧滴化された内標準試料Ｓ’をアルゴンガスとともにスプレーチェンバ６３内に吹き込む。これにより、測定試料ガス管１１の外周面と内標準試料ガス管１４の内周面との間には、内標準試料Ｓ’とアルゴンガスとが上方向に流通する。
【００３１】
そして、測定試料ガス管１１の上端部と内標準試料ガス管１４の上端部とからアルゴンガスが上方向に吹き抜けることにより、上方から視ると中心部に低温のトンネル空洞部が形成されたプラズマ炎２２が形成される。
このとき、所定量の測定試料Ｓは、アルゴンガスに乗って試料ガス管１１の先端部から噴出されるとともに、所定量の内標準試料Ｓ’は、アルゴンガスに乗って内標準試料ガス管１４の先端部から噴出されることにより、所定量の測定試料Ｓと所定量の内標準試料Ｓ’とが混合されてプラズマ炎２２のトンネル空洞部に導入される。その結果、所定量の測定試料Ｓと所定量の内標準試料Ｓ’中に含まれる化合物は、プラズマ炎２２と接することで、原子化されたりイオン化されたりして励起発光することになる。
【００３２】
以上のように、本発明のＩＣＰ発光分光分析装置１によれば、測定試料ガス供給部３０の形状に左右されたり測定試料Ｓの性状の影響を受けたりすることなく、測定試料Ｓと内標準試料Ｓ’とを精度よく混合して測定することができる。
＜他の実施形態＞
上述したＩＣＰ発光分光分析装置１では、発光光を検出する測光部４３を備えるような構成を示したが、ＩＣＰ質量分析装置として、測光部４３に代えて質量分析部を備えるような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、プラズマトーチを用いてプラズマ炎を形成し、測定試料をプラズマ炎に導入することにより、測定試料に含有される元素を分析するＩＣＰ発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  発光分光分析装置
１０  プラズマトーチ
１１  測定試料ガス管（第一管）
１２  プラズマ用ガス管（第三管）
１３  クーラントガス管（第四管）
１４  内標準試料ガス管（第二管）
２１  高周波誘導コイル
２２  プラズマ炎
３０  測定試料ガス供給部
４１  プラズマ用ガス供給部
４２  冷却用ガス供給部
６０  内標準試料ガス供給部
４３  測光部
５０  制御部
【図１】
2016061574.tif 000003
【図２】
2016061574.tif 000004