專利名稱：Icp－oes及icp－ms感應(yīng)電流的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光譜分析一種等離子態(tài)材料樣品的裝置及方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)電感耦合等離子光學(xué)發(fā)射光譜ICP-OES及電感耦合等離子原子發(fā)射光譜ICP-MS系統(tǒng)典型地使用可接受射頻電流的螺線管，用于限制材料樣品和等離子體在相關(guān)磁場(chǎng)中以用于分析。然而，由于螺線管的螺旋狀結(jié)構(gòu)，這樣的裝置在螺線管內(nèi)部長(zhǎng)度上產(chǎn)生不均勻的磁場(chǎng)。這導(dǎo)致在等離子體作用的樣品激發(fā)中及在等離子體中的離子軌道中的不均勻的溫度分布。另外，螺線管是單個(gè)元件，它在控制相關(guān)磁場(chǎng)和等離子體/樣品激發(fā)上缺少靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
在一種通過(guò)光譜分析樣品的方法中，產(chǎn)生等離子體。通過(guò)磁偶極子產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中該等離子體被限制在該磁場(chǎng)中。材料樣品原子被引入等離子體中，其中樣品的受激原子至少暫時(shí)被限制。受激樣品原子的光譜或質(zhì)量?jī)?nèi)容被分析。
在光譜系統(tǒng)中一個(gè)磁偶極子具有相關(guān)磁場(chǎng)。等離子體被限制在該磁場(chǎng)中而材料樣品原子被引入等離子體中。光譜儀用于分析受激原子的質(zhì)荷比或它們的發(fā)射光譜。


圖1示出電感耦合等離子光學(xué)發(fā)射光譜(ICP-OES)系統(tǒng)的示意圖。
圖2示出電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)系統(tǒng)的示意圖。
圖3示出ICP焰炬和等離子體的圖示。
圖4示出本發(fā)明的兩個(gè)電極和ICP焰炬及等離子體的側(cè)視圖。
圖5示出用于控制等離子體的電極的正視圖，該電極包括開(kāi)口。
圖6示出用于控制等離子體的電極的正視圖，該電極包括開(kāi)口。
圖7示出圖6中的電極的側(cè)視圖。
圖8示出本發(fā)明一個(gè)單個(gè)電極的三維視圖。
圖9示出圖8中的單個(gè)電極的正視圖。
圖10示出圖8中的單個(gè)電極的側(cè)視圖。
圖11示出圖8中的單個(gè)電極的俯視圖。
圖12示出由環(huán)路電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的三維視圖。
圖13示出示出螺線管螺旋特性的ICP焰炬的圖示。
圖14示出在正弦交變電流的交變半周期內(nèi)，由一個(gè)RF電源驅(qū)動(dòng)的多個(gè)環(huán)路電流的圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1示出電感耦合等離子光學(xué)發(fā)射光譜(ICP-OES)系統(tǒng)100的示意圖。ICP-OES 100通常包括用于將載氣102引導(dǎo)到焰炬114的系統(tǒng)，在該焰炬處載氣102被電離而形成高溫等離子體116(5000-10000K)。等離子體116包括預(yù)熱區(qū)190、感應(yīng)區(qū)192、初始輻射區(qū)194、分析區(qū)196和等離子尾198。霧化樣品104通過(guò)泵106、霧化器108和噴霧室162也被引導(dǎo)到等離子體116。射頻(RF)電源110經(jīng)由加感線圈112向等離子體116提供RF電能。
當(dāng)在等離子體116中時(shí)，受激樣品原子104在衰變到更低能態(tài)時(shí)發(fā)出光線134。通過(guò)收集光學(xué)系統(tǒng)118收集光線134并導(dǎo)向光譜儀120，在那里該光線被光譜分解。探測(cè)器122探測(cè)該光譜分解的光線134并向微處理器122和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)124提供信號(hào)138、140以用于分析。在圖1中可以看到對(duì)等離子體116的觀察是從與等離子體116成直角的方向。然而，從圖1中會(huì)理解到對(duì)等離子體116的觀察也可以從沿著軸126的方向進(jìn)行。也可以理解到，此處完成的電感耦合等離子體光譜術(shù)也可以用質(zhì)譜儀(MS)180，例如在圖2中看到的在電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)系統(tǒng)100中的四極質(zhì)量分析器完成。RF電源110通常在10-100MHz的范圍中工作，尤其是20-50MHz，例如27-40MHz。
圖3示出對(duì)圖1和圖2中的等離子體16更詳細(xì)的再現(xiàn)。焰炬114包括三個(gè)同心管114、150、148。最里面的管148提供樣品的霧化流146到等離子體116中。中間的管150提供輔助氣體流144到等離子體116。最外面的管114提供用于維持等離子體的載氣流128。載氣流128以圍繞中間管150的層流被引導(dǎo)到等離子體116。在中間管150內(nèi)輔助氣體流144被引導(dǎo)到等離子體116而霧化樣品流146被從噴霧室162通過(guò)最里面的管148引導(dǎo)到等離子體116。在加感線圈112中的RF電流130、132在加感線圈112內(nèi)形成磁場(chǎng)以在其中限制等離子體116。
圖4-11示出電極152、156、158的多種結(jié)構(gòu)。在圖4中電極152包括兩個(gè)平行的板152a、152b，其定位為相互離開(kāi)距離‘L’。每個(gè)平行板152a、152b包括開(kāi)口154，焰炬114設(shè)置在該開(kāi)口使得焰炬114、最里面管148、中間管150和開(kāi)口154沿軸126對(duì)齊。平行板152a、152b具有厚度‘t’。電極152的開(kāi)口154還包括寬度‘w’的槽164使得開(kāi)口154與其周圍連通。
如圖4和5中可看到的，電極152通常包括正方形或矩形平面形狀，雖然它可以是如圖12中可看到的線。在圖5中可看到，供應(yīng)到平面電極的RF電流包括平面電流環(huán)172a，其產(chǎn)生穿過(guò)開(kāi)口154的螺旋管形磁場(chǎng)182(圖12)。在圖6和7中電極156是圓形，具有外徑D1和內(nèi)開(kāi)口直徑D2。圖4-7中的電極152、156是不同的元件，其由具有相反極性的RF電流172獨(dú)立供應(yīng)。電極152的一部分176被供應(yīng)RF功率而電極152的第二部分178連接到地174。這樣在對(duì)等離子體116電弧點(diǎn)火期間，如果點(diǎn)火電弧接觸電極152，任何在電極152中產(chǎn)生的不需要的電流都會(huì)被引導(dǎo)到地點(diǎn)174而不會(huì)穿過(guò)而到達(dá)RF電源110。為有最優(yōu)性能，可以獨(dú)立控制和改變供給每個(gè)電極152的RF功率和頻率。例如，為了使等離子發(fā)射和激發(fā)最優(yōu)化，可以用不同的頻率驅(qū)動(dòng)每個(gè)電極152。另外，一個(gè)電極可以在連續(xù)功率模式下工作而另一個(gè)電極可被調(diào)制(例如，脈沖的或選通的)。此外，由于電極152相互不連接，可以調(diào)節(jié)在電極152之間的距離‘L’；從而調(diào)節(jié)在等離子體116內(nèi)的能量分布。此外，為了調(diào)節(jié)在RF電源110和等離子體116之間的耦合特性，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)開(kāi)口154的直徑D2。在圖8-11中，示出作為單個(gè)元件的電極158，其具有連接到公共的電學(xué)地170的兩個(gè)電極166、168。
在圖14中示出從單個(gè)RF電流源110產(chǎn)生的多個(gè)環(huán)路電流184a、184b。環(huán)路電流184a、184b以這樣的方式關(guān)于彼此定向，即在正弦交變電流的交變半周期內(nèi)，在第一環(huán)路電流184a中的交變電流172a沿一方向流動(dòng)，該方向與在第二環(huán)路電流184b中的交變電流172b的方向相反。這允許多個(gè)環(huán)路電流184a、184b被從一個(gè)單個(gè)電源110驅(qū)動(dòng)，使得產(chǎn)生具有相同空間取向的磁場(chǎng)182a、182b。
參考特定實(shí)施例，上面已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員可明顯得出落入本發(fā)明精神和權(quán)利要求范圍的多種改變和變化。因此，本發(fā)明意在僅被所附權(quán)利要求和它們的等價(jià)物所限制。
這樣，基于上述描述，公開(kāi)了一種用于光譜分析樣品的方法和裝置。該方法包括產(chǎn)生等離子體；通過(guò)磁偶極子產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中該等離子體被限制在該磁場(chǎng)中；將樣品原子引導(dǎo)到限制受激樣品原子在其中的等離子體中；及分析受激樣品原子的光譜或質(zhì)量?jī)?nèi)容。
此外，一種光譜系統(tǒng)包括具有相關(guān)磁場(chǎng)的磁偶極子；被限制在該磁場(chǎng)內(nèi)的等離子體；引入到該等離子體內(nèi)的受激原子樣品；及用于分析受激樣品原子的光譜或質(zhì)量?jī)?nèi)容的光譜儀。
權(quán)利要求
1.一種光譜分析材料樣品的方法，該方法包括產(chǎn)生等離子體；產(chǎn)生環(huán)路電流以便產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中該等離子體被限制在該磁場(chǎng)內(nèi)；將材料樣品原子引入到在其中限制受激樣品原子的該等離子體中；及分析受激樣品原子的特有特征。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生環(huán)路電流包括產(chǎn)生正弦交變電流。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中產(chǎn)生正弦交變電流包括產(chǎn)生射頻電流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中分析受激樣品原子的特有特征包括分析受激樣品原子的光譜組成或質(zhì)荷比。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將環(huán)路電流電學(xué)接地。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中產(chǎn)生環(huán)路電流包括產(chǎn)生平面環(huán)路電流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該環(huán)路限定一個(gè)開(kāi)口。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中產(chǎn)生環(huán)路電流包括產(chǎn)生多個(gè)環(huán)路電流。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中產(chǎn)生多個(gè)環(huán)路電流包括產(chǎn)生以指定距離分開(kāi)的多個(gè)平行或反向平行的環(huán)路電流。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在正弦交變電流的交變半周期內(nèi)，在第一環(huán)路電流中的交變電流在與第二環(huán)路電流中的交變電流的方向相反的方向上流動(dòng)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括調(diào)節(jié)開(kāi)口的面積。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括調(diào)節(jié)該指定距離。
13.一種光譜系統(tǒng)包括；具有相關(guān)磁場(chǎng)的環(huán)路電流；被限制在該磁場(chǎng)內(nèi)的等離子體；在等離子體內(nèi)的包含受激原子的材料樣品；用于分析受激原子的特有特征的光譜儀。
14.如權(quán)利要求13所述的光譜系統(tǒng)，還包括用于產(chǎn)生環(huán)路電流的電源發(fā)生器。
15.如權(quán)利要求14所述的光譜系統(tǒng)，其中該環(huán)路電流是正弦交變電流。
16.如權(quán)利要求15所述的光譜系統(tǒng)，其中該正弦交變電流是射頻電流。
17.如權(quán)利要求13所述的光譜系統(tǒng)，其中該環(huán)路電流是平面電流。
18.如權(quán)利要求13所述的光譜系統(tǒng)，其中該環(huán)路電流限定一個(gè)開(kāi)口。
19.如權(quán)利要求13所述的光譜系統(tǒng)，其中該環(huán)路電流包括一個(gè)板。
20.如權(quán)利要求13所述的光譜系統(tǒng)，其中該環(huán)路電流包括多個(gè)板。
21.如權(quán)利要求17所述的光譜系統(tǒng)，其中該多個(gè)板是平行的。
全文摘要
在光譜分析樣品(104)的方法中，產(chǎn)生等離子體(116)。一個(gè)磁偶極子產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中該等離子體被限制在該磁場(chǎng)內(nèi)。樣品原子被引入到限制樣品的受激原子在其中的等離子體中。分析受激樣品原子的光譜組成或質(zhì)荷比。在光譜系統(tǒng)中磁偶極子具有相關(guān)磁場(chǎng)。等離子體被限制在該磁場(chǎng)內(nèi)，且包含激發(fā)原子的樣品被引入到等離子體中。光譜儀(120)分析受激原子的質(zhì)荷比或它們的光譜組成。
文檔編號(hào)G01N21/73GK1745295SQ200380109525
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者彼得·J·莫里斯羅, 托馬斯·邁爾斯 申請(qǐng)人:珀金埃爾默Las公司