(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、
前記内部管の少なくとも一部及び／又は前記外部管の少なくとも一部に高分子材料で被覆膜を形成したことを特徴とする元素分析用プラズマトーチ。
【請求項２】
前記内部管及び前記外部管における少なくとも前記プラズマが接するかまたは接近する一部及びその近傍に高分子材料で被覆膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項３】
前記外部管及び前記内部管の前記各開放口の端面からそれぞれ所定の長さ範囲に高分子材料で被覆膜を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項４】
前記試料導入管の少なくとも内面に高分子材料で被覆膜を形成したことを特徴とする請求項１，２または３に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項５】
少なくとも前記外部管の内面及び開放口の端面並びに前記内部管の内面及び開放口の端面に前記高分子材料による被覆膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項６】
前記外部管の開放口の端面が前記内部管よりも前記冷却ガスの流れる方向に突き出ており、前記内部管の開放口の端面が前記試料導入管よりも突き出ており、前記プラズマが前記試料導入管の開放口から離れて形成され、前記外部管及び前記内部管における前記被覆膜が前記試料導入管の開放口の端面を基準にして前記プラズマの形成される側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項７】
前記外部管及び前記内部管を構成する材料に含有する元素が前記試料の分析対象元素に含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項８】
前記外部管及び前記内部管が石英からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項９】
前記高分子材料による被覆膜は、耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項１０】
前記高分子材料は、スーパーエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項１１】
前記高分子材料は、熱分解温度が４００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項１２】
前記高分子材料は、連続使用温度が１５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項１３】
前記高分子材料は、ポリイミド、ポリサルホン、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリアリルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、芳香族ポリアミド（アラミド）、ポリベンゾイミダゾール、及びふっ素ポリマーの内のいずれか１つ、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチを備え、高周波誘導結合プラズマ発光分析または高周波誘導結合プラズマ質量分析を行うように構成したことを特徴とする分析装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の元素分析用プラズマトーチを用いて、高周波誘導結合プラズマ発光分析または高周波誘導結合プラズマ質量分析を実行することを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導プラズマを利用した発光分析装置や質量分析装置において用いる元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置及び分析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
元素分析装置であるＩＣＰ−ＡＥＳ（ＩＣＰ発光分析装置）やＩＣＰ−ＭＳ（ＩＣＰ質量分析装置）は、高周波誘導結合プラズマ（以下、「ＩＣＰ」という。）を発光光源やイオン源としている。このプラズマは、三重管構造の石英製のトーチにエアロゾル化した溶液試料とともにプラズマ形成用のガスを流し、高周波電界中で放電させることで形成される。このトーチは、冷却ガスが流れる外部管、プラズマを形成するガスが流れる内部管、エアロゾル化した試料がキャリアガスとともに流れる試料導入管を同心円状に配置した三重管構造を有している。
【０００３】
トーチの三重管の中心にある試料導入管は、エアロゾル化した試料溶液が直接に接するため、試料溶液がふっ酸を含む場合、ふっ酸により試料導入管の石英が溶解し、このためトーチの劣化、破損を引き起こしてしまう。また、石英が溶解することにより多量の珪素がプラズマ中に導入され、珪素のバックグランドピークが著しく増大し、珪素の分析は不可能である。このため、試料溶液にふっ酸が含まれる場合は、試料が直接に接する試料導入管のみをアルミナ製の材質に替えた耐ふっ酸用プラズマトーチが利用されており、各装置メーカから市販されて実用に供されている。
【０００４】
しかし、上記耐ふっ酸トーチは、ふっ酸溶液によるトーチの劣化、破損を防ぐことは可能であるが、試料溶液にふっ酸が含まれる場合、耐ふっ酸トーチを使用しても珪素のバックグランドピークの増大を完全に防ぐことはできず、珪素を高精度に測定することは不可能であった。この理由としては、試料溶液中に含まれるふっ酸がプラズマ中に拡散し、試料導入管の外側にある石英製の内部管、外部管の主成分である珪素を溶解し、その珪素がプラズマ中に混入するためと考えられる。
【０００５】
一方、ふっ酸溶液中の珪素を測定する方法としてほう酸溶液を添加してふっ酸をマスキングするという手法もあるが、それでも完全にトーチからの珪素の溶出を防ぐことはできない。このため、ふっ酸を含む試料溶液の場合、試料溶液中に珪素を含まないにも拘わらず、トーチ起因の珪素のピークが検出され、珪素の高精度の測定が困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、三重管構造を有するプラズマトーチの構成部材からの成分の溶出を抑制し分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ、元素分析を高精度に行うことができる元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置及び分析方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明者らは、鋭意研究の結果、石英からなる内部管及び外部管の表面に、耐ふっ酸性等の耐薬品性、耐熱性及び非導電性の高分子材料からなる被覆膜を形成することで、特に石英の溶出を抑制し珪素のバックグランドピークを大幅に減少させる効果があることを見出したことにより、本発明に至ったものである。
【０００８】
即ち、本発明による元素分析用プラズマトーチは、分析対象の試料がキャリアガスとともに開放口に向けて流れる試料導入管と、前記試料導入管の外側に位置しプラズマを形成するガスが開放口に向けて流れる内部管と、前記内部管の外側に位置し冷却ガスが開放口に向けて流れる外部管と、を同心円状に配置した三重管構造を有し、前記各開放口側にプラズマが形成可能な元素分析用プラズマトーチであって、前記内部管の少なくとも一部及び／又は前記外部管の少なくとも一部に高分子材料で被覆膜を形成したことを特徴とする。
【０００９】
この元素分析用プラズマトーチによれば、高分子材料による被覆膜が内部管の少なくとも一部及び／又は外部管の少なくとも一部を覆うので、プラズマ形成時に内部管及び／又は外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１０】
上記元素分析用プラズマトーチにおいて、高分子材料による被覆膜が内部管及び外部管におけるプラズマが接するかまたは接近する一部及びその近傍の表面を覆うので、プラズマ形成時に内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１１】
また、上記元素分析用プラズマトーチにおいて、高分子材料による被覆膜が外部管及び内部管の各開放口の端面からそれぞれ所定の長さ範囲にわたり表面を覆うので、プラズマ形成時に内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１３】
また、上記元素分析用プラズマトーチにおいて、高分子材料による被覆膜が試料導入管の少なくとも内面を覆うので、試料導入時に例えばふっ酸を含む試料溶液が接触しても、試料導入管の劣化・破損を防止することができる。また、試料導入管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグランドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００１４】
上述の各元素分析用プラズマトーチでは、少なくとも前記外部管の内面及び開放口の端面並びに前記内部管の内面及び開放口の端面に前記高分子材料による被覆膜を形成することが好ましい。これらの部分がプラズマに接しまたは近くなるが、高分子材料による被覆膜があるため成分の溶出を効果的に抑制できる。
【００１５】
また、前記外部管の開放口の端面が前記内部管よりも前記冷却ガスの流れる方向に突き出ており、前記内部管の開放口の端面が前記試料導入管よりも突き出ており、前記プラズマが前記試料導入管の開放口から離れて形成され、前記外部管及び前記内部管における前記被覆膜が前記試料導入管の開放口の端面を基準にして前記プラズマの形成される側に形成されていることが好ましい。これにより、内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制できる。
【００１６】
また、前記外部管及び前記内部管を構成する材料に含有する元素が前記試料の分析対象元素に含まれていても、その元素成分の溶出を抑制でき、構成材料に含有する元素のバックグラウンドピークを減少させることができるから、その元素に関する分析を高精度に行うことができる。
【００１７】
また、前記外部管及び前記内部管は石英から構成できる。例えば、ふっ酸を含む試料溶液の場合、石英からなる外部管及び内部管では、被覆膜により石英の溶出を特に抑制でき、珪素のバックグラウンドピークを減少させることができるので、試料中の珪素の分析を高精度に行うことができる。なお、前記試料導入管は耐薬品性を有する材料から構成するのが好ましい。試料導入管が耐薬品性、好ましくは耐ふっ酸性を有することで、ふっ酸を含む試料溶液が接触しても劣化することはない。かかる試料導入管を構成する材料としては、例えば、アルミナ、白金ロジウム合金、ふっ素樹脂等がある。また、試料導入管を石英で構成し、上述のように少なくとも内面に高分子材料の被覆膜を形成するようにしてもよい。
【００１８】
また、前記高分子材料による被覆膜は、耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有することが好ましい。ここで、耐薬品性とは、耐ふっ酸性であることが好ましく、これによりふっ酸を含む試料溶液の場合でも石英の溶出を抑制でき、更に、耐硝酸性、耐塩酸性、耐硫酸性及び耐有機溶媒性の内の少なくとも１つであることが好ましい。また、耐熱性、非導電性の被覆膜であるため、通常のプラズマトーチと同様に安定なプラズマの形成が可能となる。
【００１９】
また、前記高分子材料は、前記高分子材料は、スーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。
【００２０】
また、前記高分子材料は、熱分解温度が４００℃以上であることが好ましく、５００℃以上であることが更に好ましい。また、前記高分子材料は、連続使用温度が１５０℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることが更に好ましい。これにより、被覆膜が高温に耐えることができる。なお、上記高分子材料による被覆膜は、簡単な作業、例えば高分子被膜を形成するスプレー法やディピング法を用いることで高分子被覆膜を簡単に形成させることができるため、プラズマトーチの形状を問わず各プラズマトーチに容易に適用可能である。
【００２１】
また、前記高分子材料は、ポリイミド、ポリサルホン、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリアリルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、芳香族ポリアミド（アラミド）、ポリベンゾイミダゾール、及びふっ素ポリマーの内のいずれか１つ、またはこれらの混合物であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明による分析装置は、上述の元素分析用プラズマトーチを備え、ＩＣＰ発光分析またはＩＣＰ質量分析を行うように構成したことを特徴とする。なお、この分析装置は、更に、前記プラズマトーチの前記外部管の開放口の近傍周囲に配置される高周波コイルと、前記高周波コイルの駆動により前記プラズマトーチに形成されるプラズマからの光またはイオンを導いて元素分析を行う分析部と、を具備する。この分析装置によれば、元素分析用プラズマトーチでは、高周波コイルの駆動により発光光源としてプラズマが形成されたとき、上述のように高分子材料からなる被覆膜により内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００２３】
なお、上記分析装置は、プラズマにおける元素の発光を分光分析するＩＣＰ発光分析装置に構成でき、また、プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析するＩＣＰ質量分析装置に構成できる。
【００２４】
また、本発明による元素分析方法は、上述の元素分析用プラズマトーチを用いて、ＩＣＰ発光分析またはＩＣＰ質量分析を実行することを特徴とする。なお、この分析方法は、上述の元素分析用プラズマトーチを用いて、前記内部管にプラズマを形成するガスを流し、前記外部管に冷却ガスを流しながら、前記外部管の開放口の近傍周囲に配置された高周波コイルを駆動することによりプラズマを形成するステップと、前記試料導入管に溶液試料を流して前記プラズマに導入し、そのプラズマからの光またはイオンを導いて前記試料中の元素を分析するステップと、を含む。この元素分析方法によれば、元素分析用プラズマトーチでは、高周波コイルの駆動によりプラズマが形成されたとき、上述のように高分子材料からなる被覆膜により内部管及び外部管における成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００２５】
また、前記元素分析ステップで前記プラズマにおける元素の発光を分光分析することにより、ＩＣＰ発光分析方法を実行できる。また、前記元素分析ステップで前記プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析することにより、ＩＣＰ質量分析方法を実行できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態による三重管構造の元素分析用プラズマトーチの縦断面を模式的に示す断面図、図２は図１のプラズマトーチを含むＩＣＰ発光分析装置の要部を概略的に示す斜視図である。
【００２７】
図１に示す元素分析用プラズマトーチ１０は、エアロゾル化した試料がアルゴンガス等のキャリアガスとともに導入口１２から図の上部の開放口１３に流れる試料導入管１１と、試料導入管１１の外側に位置するとともにプラズマを形成するアルゴンガス等のガスが導入口２２から図の上部の開放口２３に流れる内部管２１と、内部管２１の外側に位置するとともにアルゴンガス等の冷却ガスが導入口３２から図の上部の開放口３３に流れる外部管３１と、を同心円状に配置した三重管構造を有している。
【００２８】
内部管２１及び外部管３１は石英からなり、試料導入管１１はアルミナからなる。内部管２１の内面２５，外面２６及び開放口２３の端面２４には端面２４から図の下方の所定長さ範囲に高分子材料からなる被覆膜２７が形成されている。また、外部管３１の内面３５，外面３６及び開放口３３の端面３４には端面３４から図の下方の所定長さ範囲に高分子材料からなる被覆膜３７が形成されている。なお、被覆膜２７、３７をそれぞれ形成する所定長さは、内部管２１及び外部管３１における石英の溶出を効果的に抑制できる範囲とすることで決定できる。
【００２９】
また、外部管３１はその端面３４が内部管２１の端面２４よりも図の上方に突き出るように配置され、内部管２１はその端面２４が試料導入管１１の端面１４よりも図の上方に突き出るように配置されている。外部管３１の端面３４と内部管２１の端面２４との間の図の上下方向の長さ範囲内に高周波コイル４０が外部管３１を包囲するように配置可能である。
【００３０】
高周波コイル４０の駆動により、プラズマＰが図１のように、外部管３１の開放口３３から突き出るようにして形成されるが、このとき、プラズマＰはプラズマトーチ１０内では、試料導入管１１の開放口１３及び端面１４から図の上方向に離れ、内部管２１の端面２４に接するかまたは接近するように、更に外部管３１の端面３４及び端面３４の近傍の内面３５に接するかまたは接近するように形成される。
【００３１】
被覆膜２７、３７を形成するための高分子材料は以下のものが好ましいが、これらに限定されるものではない。ポリイミド系としては、全芳香族ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミノビスマレイミド（ＰＡＢＭ）がある。ポリサルホン系としては、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）がある。ポリアリレート系としては、ポリアリレート（ＰＡＲ）がある。液晶ポリマー系としては、ポリエステル液晶ポリマー（ＬＣＰ）がある。ポリアリルエーテルケトン系としては、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）がある。ポリフェニレンスルフィド系としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）がある。芳香族ポリアミド（アラミド）系としては、メタ系アラミド（ＰＭＩＡ）、パラ系アラミド（ＰＰＴＡ）がある。ポリベンゾイミダゾール系としては、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）がある。また、ふっ素ポリマー系としては、ポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリふっ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ）、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）がある。
【００３２】
また、被覆膜２７，３７は、耐ふっ酸性等の耐薬品性、耐熱性及び非導電性を有する。耐薬品性として、更に、耐硝酸性、耐塩酸性、耐硫酸性及び耐有機溶媒性の内の少なくとも１つを有することが好ましい。また、耐熱性として、高分子材料の熱分解開始温度が４００℃以上であることが好ましく、５００℃以上であることが更に好ましく、また、高分子材料の連続使用温度が１５０℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることが更に好ましい。非導電性としては、体積電気抵抗率で、１０１０Ωｃｍ以上であることが好ましく、上記各高分子材料は、１０１０Ωｃｍ以上の体積電気抵抗率を有する。
【００３３】
次に、図５により図１の元素分析用プラズマトーチ１０の変形例を説明する。図５のプラズマトーチ１０は、試料導入管１１を石英で構成し、内面１５及び端面１４に上述と同様の高分子材料で被覆膜１７を形成するとともに、被覆膜３７を外部管３１の端面３４及び開放口３３の近傍の内面３５に形成し、被覆膜２７を内部管２１の端面２４及び開放口２３の近傍の内面２５に形成したものである。外部管３１及び内部管２１では図１と同様の効果を得ることができる。また、試料導入管１１では、例えばふっ酸を含む試料溶液を導入しても内面１５及び端面１４に形成した被覆膜１７により、試料導入管１１の劣化・破損を防止できるとともに、試料導入管１１における石英成分の溶出を効果的に抑制でき、その成分に含まれる珪素等の分析対象元素に関するバックグランドピークを減少させ元素分析に悪影響を与えないため、元素分析を高精度に行うことができる。
【００３４】
次に、図２により図１の元素分析用プラズマトーチ１０を用いたＩＣＰ発光分析装置について説明する。
【００３５】
図２のＩＣＰ発光分析装置は、元素分析用プラズマトーチ１０と、プラズマトーチ１０の試料導入管１１の導入口１２（図１）に連結し試料溶液をキャリアガスとともに試料導入管１１に導入する試料導入部５０と、プラズマトーチ１０の外部管３１の開放口３３（図１）の近傍に配置され高周波電源４１により駆動される高周波コイル４０と、プラズマトーチ１０の上部に形成されるプラズマＰの発光光が集光レンズ６１を介して光学窓６２から入射し測定対象元素の発光線が選択されて光学窓６６から出射するようにした光学系を含む分光部６０と、分光部６０からの光が入射し光電変換を行うフォトマルチプライヤからなる検出器６７と、検出器６７で光電変換された光電流を演算増幅する演算増幅部６８と、演算増幅部６８からの電気信号をデータ処理し分析結果を記録しまたＣＲＴ等の表示部に表示するデータ処理部６９とを備える。
【００３６】
試料導入部５０は、試料導入パイプ５１を通して試料溶液及びキャリアガスとしてのアルゴンガスを導入しネブライザを通してチャンバ５０ａ内に噴射しエアロゾル化する。チャンバ５０ａのふっ酸溶液と接触する部分は、テフロン等から構成されるのが好ましい。なお、チャンバ５０ａ内の廃液がドレインパイプ５２を通して排出される。
【００３７】
また、分光部６０は、光学系として、光学窓６２を通過した光を反射するミラー６３と、ミラー６３からの反射光が入射しその光線を回折して選択し反射する回折格子６４と、回折格子６４からの反射光を光学窓６６に向け反射するミラー６５とを筐体６０ａ内に含み、筐体６０ａの内部は真空に保持される。なお、筐体６０ａの内部は、ＡｒやＮ２を充填してもよく、また大気雰囲気のままでもよい場合もある。
【００３８】
図１，図２のＩＣＰ発光分析装置の動作について説明する。分析すべき試料はふっ酸を含む溶液に溶解されている。まず、内部管２１でプラズマ形成のためのアルゴンガスを導入口２２から開放口２３に流し、外部管３１で冷却ガスとしてアルゴンガスを導入口３２から開放口３３に流すとともに、高周波電源４１を作動させて高周波コイル４０を駆動することでプラズマトーチ１０の上部にプラズマＰを形成する。
【００３９】
次に、ふっ酸溶液を含む試料溶液及びキャリアガスを試料導入部５０に導入し、チャンバ５０ａ内でアルゴンガスのキャリアガスとともにエアロゾル化した試料を、プラズマトーチ１０の試料導入管１１の導入口１２から開放口１３に流すことでプラズマＰに試料を導入する。
【００４０】
そして、プラズマＰの高温により試料に含まれる測定対象元素がイオン化・原子化され、更に励起され発光するが、この発光した光を集光レンズ６１で集光し、分光部６０で発光線を選択し検出器６７で検出する。検出器６７のフォトマルチプライヤで光電変換された電流は演算増幅部６８を介してデータ処理部６９で処理され、分析結果が記録されＣＲＴ等の表示部に表示される。
【００４１】
以上のようにして、図１、図２のＩＣＰ発光分析装置で試料溶液をＩＣＰ発光分析することができる。このとき、図１の元素分析用プラズマトーチ１０において、試料溶液はふっ酸溶液を含むが、アルミナ製の試料導入管１１はふっ酸溶液による劣化・破損のおそれがない。一方、試料溶液に含まれるふっ酸がプラズマＰ中に拡散しても、プラズマＰに接しまたは接近する外部管３１の内面３５や端面３４、内部管２１の端面２４やその近傍の内面２５、外面２６には、耐ふっ酸性の被覆膜２７，３７が形成されているので、石英製の外部管３１や内部管２１からの石英の溶出を抑制する。従って、石英の主成分である珪素のバックグラウンドピークを減少させることができるので、分析対象元素である珪素の分析精度を向上できる。
【００４２】
また、外部管３１及び内部管２１を構成する石英には、主成分の珪素（Ｓｉ）以外に不純物として、Ａｌ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｌ，Ｔｉ，Ｂなどが含まれ、ふっ酸溶液を含む試料溶液を分析する場合、外部管３１、内部管２１の構成材料である石英が溶出することで上記元素の溶出も懸念されるが、耐ふっ酸性の被覆膜２７，３７により石英の主成分であるＳｉ以外の上記不純物元素の溶出をも防ぐことができるので、上記元素を分析対象元素としても、上記各元素に関するバックグラウンドピークを減少させることができ、精度よく分析を行うことができる。
【００４３】
また、図１の元素分析用プラズマトーチ１０では、プラズマＰが数千度以上の高温になるのであるが、熱分解開始温度が約４００℃以上、好ましくは約５００℃以上である被覆膜２７，３７に保護されることで、外部管３１及び内部管２１からの石英の溶出を効果的に抑制できる。また、被覆膜２７，３７は非導電性であるため、通常のプラズマトーチと同様に安定なプラズマの形成が可能となる。
【００４４】
また、高分子材料による被覆膜２７，３７は、簡単な作業、例えば高分子材料による被膜を形成するスプレー法やディピング法を用いることで、簡単に形成でき、コーティングが容易である。このため、プラズマトーチの形状を問わず、各プラズマトーチに容易に適用可能である。例えば、外部管３１及び内部管２１に高純度のアルミナコーティングをＣＶＤ法等により施すことも考えられるが、被覆が容易ではなく、設備等が必要でありコスト高となってしまうのに対し、高分子材料による被覆膜は容易に形成することができ、コストがかからない。
【００４５】
また、高分子材料からなる被覆膜２７，３７は、更に次の効果を奏する。即ち、セラミックスなどは不純物として金属酸化物を含むことが多いのに対し、高分子材料は不純物が少ない。例えば、高純度アルミナといわれるものでも、純度は９９．７％であり、ＳｉＯ２を０．０８％程度含む。ＩＣＰ発光分析装置は、金属などの無機成分を測定する元素分析装置であるので、無機成分のコンタミネーションは好ましくないのに対し、高分子材料は無機成分の不純物を殆ど含まないので、ＩＣＰ発光分析に適している。更に、被覆膜２７，３７自体がプラズマＰの熱により若干溶出しても、高分子材料の構成元素であるＨ，Ｃ，Ｎ，Ｏは、元々、ＩＣＰ発光分析における分析対象元素ではないので、問題はない。
【００４６】
また、高分子材料からなる被覆膜２７，３７は、外部管３１及び内部管２１の石英表面から剥れ難い。無機化合物からなる被覆膜はヒートショックなどで石英から剥れ易く、脆いため、ヒビやカケを生じ易いのに対し、高分子材料からなる被覆膜２７，３７は、剥れ難いためヒビやカケを生じ難く、耐久性があり、好ましい。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例により更に説明する。図１において、内部管２１の内面２５，外面２６及び端面２４、更に外部管３１の内面３５，外面３６及び端面３４に、全芳香族ポリイミド（ＰＩ）である宇部興産（株）製の耐熱性ポリアミドワニス（商品名：Ｕ−ワニス−Ａ）をディッピング法により被覆し、３５０℃で３０分、加熱し、硬化させることで、被覆膜２７、３７を形成した。このようにして図１の元素分析用プラズマトーチ１０と同様のプラズマトーチを作製し、このプラズマトーチを用いて実施例としてふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化を測定した。
【００４８】
また、図１の元素分析用プラズマトーチ１０と同様の構造であるが、高分子材料による被覆をしないプラズマトーチを用いて比較例として実施例と同様の条件で珪素の発光強度の変化を測定した。
【００４９】
実施例及び比較例の測定条件は次のとおりである。即ち、ＩＣＰ発光分析装置として、島津製作所製ＩＣＰＳ−８０００を用いた。試料溶液は、超純水中に高純度ふっ酸を段階的に加えてふっ酸濃度を複数に変えて調製した。測定条件は、キャリアガス０．７リットル／分、プラズマガス１．５リットル／分、冷却ガス１４リットル／分のアルゴンプラズマで、ネブライザ、チャンバ、ドレイン管は全てテフロン製のものを用いた。高周波電源は、周波数２７．１２ＭＨｚ、出力を１．２ｋＷにした。珪素の測定には分光器の波長を２５１．５６ｎｍにセットし、発光強度を積分して得た。
【００５０】
図３に実施例及び比較例におけるふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化の測定結果を示す。図３から、比較例では超純水中のふっ酸濃度が高くなるに従い、珪素の発光強度が大きくなり珪素のバックグランドピークが増大するのに対し、実施例では超純水中のふっ酸濃度が高くなっても、珪素の発光強度が小さくほぼ一定であり、珪素のバックグランドピークが極めて低く抑制できることが分かる。これは、図１のような元素分析用プラズマトーチにおいて内部管２１，外部管３１に形成した被覆膜２７、３７により石英の溶出を抑制できたためと考えられる。
【００５１】
以上のように、本実施例によれば、元素分析用プラズマトーチにおいて石英からなる内部管及び外部管に高分子材料による被覆膜を保護膜として形成することで、珪素のバックグランドピークを低く抑えることができ、珪素についてｐｐｂレべルの測定が可能となり、高精度に分析できることが分かった。
【００５２】
また、図４に、使用した上記高分子材料（全芳香族ポリイミド（ＰＩ）／耐熱性ポリアミドワニス）の空気中における熱重量減少曲線（宇部興産（株）のカタログ）を示す。図４によれば、使用した耐熱性ポリアミドワニス（商品名：Ｕ−ワニス−Ａ）の熱分解開始温度は、約５００℃である。なお、別の耐熱性ポリアミドワニス（商品名：Ｕ−ワニス−Ｂ）によれば、熱分解開始温度は、約５５０℃であり、より好ましい。また、例えば、熱分解開始温度が約４００℃であるＰＰＳも使用可能である。
【００５３】
なお、本実施例では、高分子材料として上述の商品を使用したが、他の商品をを使用してもよい。具体的には、ＰＩであるカプトン（デュポン）、ＰＡＩであるトーロン（アモコ）、ＰＥＩであるＵＬＴＥＭ（ＧＥ）、ＰＡＢＭであるスミコン（住友ベークライト）、ＰＥＳであるペス（住友化学）、ＰＡＲであるＵポリマー（ユニチカ）、ＬＣＰであるベクトラ（セラニーズ）、エコノール（住友化学）、ＰＥＫであるVictrex PEK（ICI）、ＰＥＥＫであるVictrex PEEK（ICI）、ＰＭＩＡであるNomex（デュポン）、ＰＰＴＡであるKevlar（デュポン）、ＰＶＤＦであるカイナー（アトケム）、ＰＶＦであるドラー（デュポン）、ＰＴＦＥであるテフロン（三井デュポンフロロケミカル）、ＦＥＰであるテフロンFEP（三井デュポンフロロケミカル）、ＰＦＡであるテフロンPFA（三井デュポンフロロケミカル）、ＥＰＥであるテフロンEPE（三井デュポンフロロケミカル）、ＥＴＦＥであるテフゼル（デュポン）、ＰＣＴＦＥであるKel.Fポリマー（3Ｍ）、ＥＣＴＦＥであるヘーラー（アトケム）、ＰＢＩであるセラゾール（クラリアント）のような商品例がある（かっこ内は製造メーカ名）が、これらに限定されない。
【００５４】
以上のように本発明を実施の形態及び実施例により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、プラズマトーチにおいて外部管３１及び内部管２１に被覆膜２７，３７を形成する範囲は、図１や図５に限定されるものではなく、少なくとも石英の溶出を効果的に抑制できる範囲であるプラズマＰと接するかまたは接近する部分に形成すればよく、例えば、外部管３１及び内部管２１において試料導入管１１の端面１４の図１、図５の実線ａで示すレベルを基準にしてその上方（プラズマＰが形成される側）に被覆膜２７，３７を形成するようにしてもよい。また、外部管３１及び内部管２１の内面及び外面のほぼ全面に形成してもよい。
【００５５】
また、三重管構造のプラズマトーチにおいて、試料導入管１１、内部管２１、外部管３１の各端面１４，２４，３４の相対位置が変化しても、同様に被覆膜を石英の溶出を効果的に抑制できる範囲に形成すればよい。
【００５６】
また、図１のような三重管構造のプラズマトーチは一体成形や組み立て式で製造できるが、一体成形等で試料導入管１１と内部管２１と外部管３１とを石英で形成した場合、図５のように試料導入管１１の内面１５及び端面１４のふっ酸溶液が触れる可能性のある部分に同様の高分子材料による被覆膜１７を形成することにより、ふっ酸溶液による劣化・破損を防止できるとともに、試料導入管１１自体の溶出を抑制し、珪素等のバックグラウンドピークを低く抑えることができ、珪素等を高精度に分析できる。また、組み立て式で試料導入管１１を石英製とした場合も同様である。
【００５７】
また、上述のＩＣＰ発光分析では、分析対象試料として、硝酸、塩酸、硫酸、りん酸などに不溶性または難溶性でありふっ酸には可溶する試料を対象にできるが、試料自体が硝酸などに易溶でも、測定対象元素が不溶性、難溶性の場合（例えば、分析対象である添加物や不純物がふっ酸にしか溶解しない場合）も有効である。分析対象試料としては、例えば、シリコンウェハ、セラミック（例えば、チタン酸バリウム、ＰＺＴ）、ガラス、フェライト、金属、例えばＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂなどの合金（酸難溶性の金属、合金）等があるが、これらに限定されない。
【００５８】
また、分析対象試料として、硝酸、塩酸、硫酸、りん酸などに易溶性の試料であってもよいことは勿論であり、これらの硝酸や塩酸等を含む試料溶液を用いて同様にＩＣＰ発光分析を行うことができる。
【００５９】
また、図１、図５の元素分析用プラズマトーチを用いて、プラズマにおいて元素をイオン化して質量分析するＩＣＰ質量分析装置を構成できることは勿論である。また、外部管、内部管及び試料導入管は、セラミックやほうケイ酸ガラス等の材料で構成してもよい。また、図１、図５の元素分析用プラズマトーチは、図２のような元素分析装置において、縦配置以外に、水平方向に配置した横配置で使用してもよいことは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の元素分析用プラズマトーチ、このプラズマトーチを用いた分析装置及び分析方法によれば、三重管構造を有するプラズマトーチの構成部材からの成分の溶出を抑制し分析対象元素に関するバックグラウンドピークを減少させ、元素分析を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による元素分析用プラズマトーチの縦断面図である。
【図２】図１の元素分析用プラズマトーチを含むＩＣＰ発光分析装置の要部を概略的に示す図である。
【図３】実施例及び比較例におけるふっ酸溶液濃度に対する珪素の発光強度の変化の測定結果を示す図である。
【図４】実施例で用いた高分子材料の空気中における熱重量減少曲線を示す図である。
【図５】図１の元素分析用プラズマトーチの変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０        元素分析用プラズマトーチ
１１        試料導入管
１３        開放口
１４        端面
１５        内面
２１        内部管
２３        開放口
２４        端面
２５        内面
２６        外面
２７        被覆膜
３１        外部管
３３        開放口
３４        端面
３５        内面
３６        外面
３７        被覆膜
４０        高周波コイル
５０        試料導入部
６０        分光部
１７        被覆膜
【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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