火炬和用于维持原子化源的系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 优先权申请
[0002] 本申请要求2012年7月13日提交的美国申请No 61/671,291以及2013年3月 14日提交的美国申请No. 61/781，758的每一者的优先权，其每一者的全部公开内容在此出 于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本申请涉及可用于维持原子化源的火炬。在特定实施方案中，所述火炬可包括有 效量或区的至少一种耐火材料以增加火炬寿命。在其它实施方案中，所述火炬可包括包含 高于石英熔点的熔点的材料。
[0004] 实用新型背景
[0005] 火炬通常用于维持例如等离子体等原子化源。高温可能会大大缩短火炬的寿命。 【实用新型内容】
[0006] 在一个方面中，提供一种火炬，其包括主体且经配置以在所述主体中维持原子化 源，其中所述主体的至少一出口端包括至少一种耐火材料。
[0007] 在特定实施方案中，耐火材料涂覆至火炬的主体上。在一些实施方案中，耐火材料 以沿着火炬主体的纵向维度的有效长度存在。在其它实施方案中，耐火材料以端子区处的 有效厚度存在。在特定实施例中，整个主体包括耐火材料。在一些实施方案中，主体包括 经配置以接纳光学透明材料的开口，例如可在从火炬呈径向的方向上透射光或使光通过的 窗。在一些实施例中，所述主体包括外管和在所述外管内的内管，其中所述耐火材料在所述 内管和所述外管的一者上存在。在一些实施例中，所述主体包括外管和在所述外管内的内 管，其中所述耐火材料在所述内管和所述外管两者上存在。在一些实施例中，所述主体在入 口端处包括非耐火材料并且在所述出口端处包括所述耐火材料。在其它实施例中，耐火材 料和非耐火材料利用粘合剂或水泥（例如，904氧化锆水泥）彼此耦合。
[0008] 在一些实施方案中，耐火材料和非耐火材料彼此熔合。在特定实施方案中，所述 耐火材料和非耐火材料经由熔块或磨口玻璃接头彼此耦合。在特定实施例中，所述主体包 括外管和在所述外管内的内管，其中所述内管在入口端处包括非耐火材料，且所述耐火材 料在所述内管的出口端处。在特定实施方案中，耐火材料和非耐火材料利用粘合剂或水泥 (例如，904氧化锆水泥）彼此耦合。在一些实施方案中，耐火材料和非耐火材料彼此熔合。 在特定实施例中，所述耐火材料和非耐火材料经由熔块或磨口玻璃接头彼此耦合。在其它 实施例中，所述主体包括外管和在所述外管内的内管，其中所述内管包括所述耐火材料和 光学透明窗。在特定实施方案中，所述光学透明窗经配置以允许视觉上观察所述内管内的 原子化源。在一些实施方案中，光学透明窗经配置以使可见光通过。
[0009] 在额外实施例中，所述耐火材料包括氧化铝、氧化钇、氧化铈、氮化硅、氮化硼，或 者具有超过摄氏1600度或超过摄氏2000度的工作温度的耐火材料或陶瓷中的至少一者。
[0010] 在另一方面中，一种火炬，其包括中空圆柱形外管和在所述中空圆柱形外管内的 中空圆柱形内管，所述中空圆柱形外管包括经配置以接纳冷却气流以使所述中空圆柱形内 管的外表面冷却的流体进口，所述中空圆柱形内管经配置以接纳有效地将原子化源维持在 所述中空管中的气体，其中所述中空圆柱形外管的出口端包括耐火材料。
[0011] 在特定实施方案中，中空圆柱形内管的出口端包括耐火材料。在一些实施方案中， 中空圆柱形外管的入口端包括非耐火材料。在其它实施方案中，非耐火材料和耐火材料彼 此耦合。在一些实施例中，所述耐火材料和所述非耐火材料经由粘合剂、水泥、熔块、磨口玻 璃接头中的一者或多者彼此耦合，或彼此熔合。在额外实施例中，所述外管的所述耐火材料 在所述内管的纵向方向上包括有效长度。在一些实施例中，所述耐火材料涂覆至所述外部 中空圆柱形管的所述出口端的内表面上。在特定实施方案中，出口端包括固体耐火材料。在 其它实施方案中，所述耐火材料以有效厚度存在以防止所述外管的所述出口端的降解。
[0012] 在额外方面中，提供一种火炬，其包括中空圆柱形管，所述中空圆柱形管具有包括 非耐火材料的入口端和包括耐火材料的出口端，其中所述非耐火材料和所述耐火材料彼此 耦合以在所述入口端与所述出口端之间提供实质上不漏流体的密封。
[0013] 在特定实施方案中，耐火材料和非耐火材料利用粘合剂或水泥（例如，904氧化锆 水泥）耦合。在其它实施方案中，耐火材料和非耐火材料彼此熔合。在一些实施例中，所述 耐火材料和非耐火材料经由熔块或磨口玻璃接头彼此耦合。在一些实施方案中，所述火炬 包括在所述中空圆柱形管内的中空圆柱形内管，所述内管经配置以维持原子化源。
[0014] 在另一方面中，提供一种火炬，其包括耐火材料外管和在所述耐火材料外管中的 光学透明窗。
[0015] 在特定实施方案中，光学透明窗在所述火炬的入口端处。在其它实施方案中，光学 透明窗经配置以允许可见波长的光通过。在额外实施方案中，可存在经配置以允许测量所 述火炬中的物质对光的吸收的第二光学透明窗。在一些实施方案中，可存在定位在耐火材 料外管内的耐火材料内管，其中所述耐火材料内管包括光学透明窗。在一些例子中，所述 内管的所述光学透明窗与所述外管的所述光学透明窗对准。在额外实施例中，所述火炬可 在耐火材料外管中包含另一光学透明窗。在一些实施方案中，光学透明窗熔合至耐火材料 外管。在一些实施方案中，光学透明窗经由熔块或磨口玻璃接头耦合至耐火材料外管。 [0016] 在额外方面中，一种用于维持原子化源的系统包括：火炬，其包括包含入口端和出 口端的中空圆柱形外管，其中所述出口端包括有效长度的耐火材料以防止所述火炬的所述 出口端的降解；以及感应装置，其包括孔隙，所述孔隙经配置以接纳所述火炬且将射频能量 提供至所述火炬以将所述原子化源维持在所述火炬的主体中。在一些实施方案中，耐火材 料可以有效量存在。
[0017] 在特定实施例中，感应装置可配置为螺旋线圈。在其它实施方案中，感应装置可配 置为至少一个板状电极。在其它实施方案中，感应装置可配置为两个板状电极。在一些实 施例中，感应装置可配置为三个板状电极。
[0018] 在一些实施方案中，所述火炬进一步包括包含入口端和出口端的内部中空圆柱形 管，其中所述内部中空管的所述出口端包括有效长度且有效量的耐火材料以防止所述内部 中空管的所述出口端的降解。在特定实施例中，所述系统可包含电耦合至所述感应装置的 射频能量源。在一些实施方案中，所述系统可包含经配置以检测火炬主体中的激发态物质 的检测器。在其它实施方案中，所述系统可包含质谱仪，所述质谱仪以流体方式耦合至所述 火炬主体且经配置以接纳从所述火炬主体出来的物质。
[0019] 在另一方面中，一种用于维持原子化源的系统包括：火炬，其包括包含入口端和出 口端的中空圆柱形外管以及包含入口端和出口端的中空圆柱形内管，其中内管定位在外管 中，其中外管的出口端包括有效长度且有效量的耐火材料以防止外管的出口端的降解；以 及感应装置，其包括孔隙，所述孔隙经配置以接纳所述火炬且将射频能量提供至所述火炬 以将所述原子化源维持在所述火炬的主体中。
[0020] 在特定实施方案中，感应装置可配置为螺旋线圈。在其它实施方案中，感应装置配 置为至少一个板状电极。在一些实施例中，感应装置配置为两个板状电极。在其它实施例 中，感应装置配置为三个板状电极。在一些实施方案中，内管进一步在出口端处包括耐火材 料。在其它实施例中，所述系统可包含电耦合至所述感应装置的射频能量源。在一些实施方 案中，所述系统可包含经配置以检测火炬主体中的激发态物质的检测器。在特定实施例中， 所述系统可包含质谱仪，所述质谱仪以流体方式耦合至所述火炬主体且经配置以接纳从所 述火炬主体出来的物质。
[0021] 在额外方面中，提供一种减少经配置以维持原子化源的火炬的降解的方法，所述 方法包括提供火炬，所述火炬包括包含入口端和出口端的中空圆柱形外管，其中所述出口 端包括有效量的耐火材料。在特定实施方案中，所述方法可包含将所述耐火材料配置为在 所述火炬的纵向方向上以及沿着所述火炬的所述外管的内部表面以有效长度存在。
[0022] 在其它实施方案中，所述方法可包含将所述耐火材料配置为涂覆至所述火炬的所 述外管的所述内表面上。在其它实施方案中，所述方法可包含将所述耐火材料配置为氧化 铝、氧化钇、氧化铈、氮化硼、氮化硅和其它耐火材料中的至少一者。在特定实施例中，所述 方法可包含将所述火炬配置为具有包括入口端和出口端的中空圆柱形内管，其中所述内管 的所述出口端包括有效量的耐火材料。
[0023] 在另一方面中，描述一种减少经配置以维持原子化源的火炬的降解的方法，所述 方法包括提供火炬，所述火炬包括包含入口端和出口端的中空圆柱形外管和在所述中空圆 柱形外管内的中空圆柱形内管，其中所述中空圆柱形内管包括入口端和出口端，且其中所 述外管的所述出口端包括有效量的耐火材料。
[0024] 在特定实施方案中，所述方法可包含将所述耐火材料配置为在所述火炬的纵向方 向上以及沿着所述火炬的所述外管的内部表面以有效长度存在。在其它实施方案中，所述 方法可包含将所述耐火材料配置为涂覆至所述火炬的所述外管的所述内表面上。在一些实 施方案中，所述方法可包含将所述耐火材料配置为氧化铝、氧化钇、氧化铈、氮化硼、氮化硅 和其它耐火材料中的至少一者。在一些实施例中，所述方法可包含将所述火炬配置为具有 包括入口端和出口端的中空圆柱形内管，其中所述内管的所述出口端包括有效量的耐火材 料。
[0025] 在另一方面中，提供一种火炬，其包括主体且经配置以在所述主体中维持原子化 源，其中所述主体的至少一出口端包括包含高于石英熔点的熔点的至少一种材料。
[0026] 在特定实施方案中，所述至少一种材料包括比石英的恪点至少高5%、高10%、高 15%、高20%、高25%或更高的熔点。举例来说，所述材料可为可机械加工的玻璃陶瓷，例 如可从MTC Wesgo Duramic购得的Macor?机器玻璃陶瓷。在一些实施方案中，所述整个 主体包括包含高于所述石英熔点的所述熔点的所述至少一种材料。在特定实施例中，所述 主体包括经配置以接纳光学透明材料的开口。在其它实施方案中，所述主体包括外管和在 所述外管内的内管，其中包括高于所述石英熔点的所述熔点的所述至少一种材料在所述内 管和所述外管的一者上存在。在一些实施例中，所述主体包括外管和在所述外管内的内管， 其中包括高于所述石英熔点的所述熔点的所述至少一种材料在所述内管和所述外管两者 上存在。在特定实施例中，所述主体在所述火炬的入口端处包括除包括高于所述石英熔点 的所述熔点的所述至少一种材料以外的材料。在其它实施例中，所述材料利用粘合剂或水 泥彼此耦合。在额外实施例中，所述材料彼此熔合。在一些实施方案中，所述材料经由熔块