等离子体及其使用方法

专利名称：等离子体及其使用方法
技术领域：
在此被揭示的特定的例子与等离子体装置和在化学
分析中使用这样的等离子体装置的方法有关。
背景技术：
典型的等离子体需要相当多的氩气维持等离子体和 冷却与等离子体相关联的玻璃器具。这样多的氩气的费用可能使 许多7>司和研究员无法使用有等离子体的分析4义器。除此之外， 氩气在第三世界国家的低可用性已经妨碍采用等离子体的分析 4义器在那些国家的广泛采用。

发明内容
本发明揭示氩等离子体。在特定的例子中，等离子 体是以小于大约每分钟五公升的总氩气流量工作或维持的。在一 些例子中，等离子体是以小于大约每分钟四公升的等离子体氩气 流量工作的。在其它的例子中，等离子体是以大约每分钟四到五 公升的阻挡层气体流量工作的。在特定的例子中，阻挡层气体是 氮气。 依照另一方面，提供一种光镨分析系统。在特定的 例子中，光"i普分析系统包4舌为维持低流量等离子体而配置的火炬 或用阻挡层气体配置的等离子体。在其它的例子中，光谱分析系统也可能包4舌至少一个至少包围所述火炬本体的一些部分的电 感器件。在一些例子中，电感器件是为产生回路电流而配置的。 在其它的例子中，电感器件如同在此描述的那样包括平板电极。
该光i普分碎斤系统也可能包括用来分析受激原子的特4正(举例来 说，光学发射、原子吸收、质谱分析，等等)的探测器。 依照另一方面，^是供用来产生等离子体的火炬。在 特定的例子中，该火炬包括为接受用来在火炬中产生等离子体的 氩气而配置的等离子气体口 。该火炬可能还包括为接受用来控制 在火炬注射器上方的等离子体放电高度的氩气而配置的辅助气 体口 。该火炬可能进一步包括适合接受冷却火炬的冷却气体的阻 挡层气体口。附加的特征也可能存在于该火炬中。
依照某附加方面，揭示一种用于发射光i普的装置。 在特定的例子中，该装置可能包括为维持低流量等离子体或维持 与阻挡层气体一起配置的等离子体而配置的火炬、为在火炬中产
而配置的纟笨测装置。在一些例子中，该4笨测装置^皮配置成沿着径 向、轴向或两者纟笨测光学发射。在特定的例子中，4笨测装置可能 包括光电倍增管、单色器、透镜、光栅、电荷耦合装置(CCD), 等等。在一些例子中，为获得^:据而配置的计算^L与该探测装置 的电连接。附加特征也可能被包括在内，而且说明性的附加特征 将在此描述。 依照另一方面，才是供一种用于吸收光i普的装置。在 特定的例子中，该装置包括为维持低流量等离子体或维持与阻挡 层气体一起配置的等离子体而配置的火炬、为在火炬中产生磁场 而配置的电感器件、为纟会火炬 一是供光而配置的光源和为测量火炬 中不同物种的。及光率而配置的探测装置。在一些例子中，光源是 可见光、紫外线或红外线的光源。该装置也可能包括与低流量等离子体流体连通的样品引进装置。i兌明性的光源将在此描述。在 特定的例子中，探测装置可能包括光电倍增管、单色器、透镜、
光^*、 CCD,等等。在一些例子中，为获得^:据而配置的计算才几 与该探测装置的电连接。附加特征也可能被包括在内，而可仿效 的附加特征将在此描述。 依照某附加方面，揭示一种用于质i普分冲斤的装置。 在特定的例子中，该装置包括为维持低流量等离子体或维持与阻 挡层气体一起配置的等离子体而配置的火炬、为在火炬中产生f兹 场而配置的电感器件和与该火炬流体连通为以质荷比为基础4巴 不同物种分开而配置的质量分析器。在一些例子中，该分析仪选 自扫描质量分析器、磁区分析仪、四极质量分析器、离子陷阱分 析仪、或它们的组合。在特定的例子中，用于质谱分析的装置可 能还包括与所述质量分析器流体连通的探测装置。在一些例子 中，该探测装置选自电子倍增器、法拉第杯、或它们的组合。在 其它的例子中，诸如微处理器之类的处理装置可能与该探测装置 电连接。在一些例子中，该处理装置可能包括或可以使用数据库。
依照某附加方面，揭示一种在火炬中产生等离子体 的方法。在特定的例子中，该方法包括在有氩气流存在的情况下 点燃等离子体。该方法的例子也可能包括引进非氩阻挡层气流。 该方法的例子可能进一 步包括减少氩气流量。 依照某附加方面，提供一种包括提供与等离子体的 电感耦合和电容耦合来增加等离子体的电离势的方法。在特定的 实施方案中，该方法进一步包括配置电容耦合以便把等离子体的 电离势增加到至少大约25电子伏。在其它的实施方案中，该方 法进一步包括用第 一极板和第二极板配置火炬以提供电容耦合。
在此讨论的等离子体和使用它们的装置代表重大的
科技进步。至少一些在此揭示的等离子体与现有的等离子体相比 较时可以在没有任何实质性的性能损失的情况下使用减量的氩 气操作，这能导致减少操作费用。等离子体也可以在电容耦合的 情况下操作以增加等离子体的电离势。
附图i兌明 特定的例子爿夺在下面参照附图予以描述，其中

图1A是依照特定例子的火炬和等离子体的俯—见图， 而图1B是通过图1A的火炬和等离子体的俯浮见剖面图； 图2是依照特定的例子〗吏用与射频发生器电连4妾的 螺旋状加载线圈的螺旋形谐振器的示意图；图3是依照特定例子的Fassel火炬的示意图； 图4是依照特定的例子适合维持低流量等离子体的 火炬的示意图；图5是依照特定例子的说明性发射光谱仪的方框
图； 图6是依照特定的例子可仿效的单射束原子p及收光 i普4义的方一匡图； 图7是依照特定的例子可仿岁丈的双射束原子吸收光 谱仪的方框图8是依照特定的例子说明性质量分析器的方框
图； 图9A-9D是依照特定的例子用来4是供电容津禺合的等 离子体的装置的示意图； 图9E-9I是依照特定的例子可能用来提供电容耦合 的il明性电极的示意图； 图IOA和IOB是依照特定的例子可能用来提供电容 耦合等离子体的实施方案的示意图； 图ll是依照特定的例子使用选定的气体流量和螺旋 形加载线圈产生的等离子体的照片； 图12是依照特定的例子使用氮阻挡层气体和螺旋 形加载线圈产生的低流量等离子体的照片； 图13是依照特定的例子使用流速为16升/分钟的氮 阻挡层气体和螺旋形加载线圈产生的低流量等离子体的照片； 图14是依照特定的例子使用流速为0.5升/分钟的氮 阻挡层气体和螺旋形加载线圈产生的低流量等离子体的照片； 图15是依照特定的例子使用氮阻挡层气体和平板 感应线圈产生的低流量等离子体的照片； 图16是依照特定的例子使用选定的气体流量和平 4反感应线圏产生的等离子体的照片；
图17是依照特定的例子用来4是供电容耦合等离子 体的装置的照片； 图18是依照特定的例子用图17的装置产生的电感 和电容耦合的等离子体的照片； 图19A-19D是依照特定的例子展示使用电感耦合等 离子体的电离势的曲线图；以及 图20A-20D是依照特定的例子展示^f吏用电容耦合等 离子体的电离势的曲线图。 熟悉这项:技术的人将理解已知这〗分揭示的利益， 为了有利于更清楚地解释和更容易理解在此讨论的说明性特征、 方面和例子，附图中的某些特征可能相对于其它特征已被放大或变形。
具体实施方法 在此揭示的某些特;f正和方面指向控制电感耦合等离 子体和/或电感耦合和电容耦合的等离子体的性质(例如，体积、 形状和/或温度区域)的装置和方法。在特定的例子中，等离子体 的体积、形状和/或温度区域是通过使用非氩阻挡层气体调整的。 在一些例子中，用来控制电感耦合的等离子体的体积、形状和/ 或温度区域的零部件或装置是火炬和用来操作在此提供的等离 子体的射频发生器。在特定的例子中，维持等离子体所需要的氩 气数量比用来操作仅仅使用氩气流的等离子体的氩气数量少至 少大约50%。在一些例证中使用小于大约每分钟五公升的总氩气 流量的等离子体在此被称为"低流量"等离子体。在其它的例子 中，为了提供与使用电感耦合等离子体的等离子体电离势相比较至少在某些区域等离子体电离势有所增加的相互耦合的等离子 体，该等离子体是电感和电容双重耦合的。 依照特定的例子，揭示用来^是供低流量等离子体的 装置和方法。氩气非常昂贵而且在世界的偏远地区非常难以获 得。仪器氩气消耗的任何减少都可能大大减少等离子体装置的运 行费用。在此被揭示的特定的方法和装置的例子能将氩气消耗减 少到少于操作现有的等离子体装置(或仪器)所需要的数量的 一 半 或四分之一 。这样的^f氐流量等离子体的特定例子能借助下列的一 种或多种方法进一步改善仪器性能增加信号(样品发射)、降低 背景发射、改善等离子体稳定性和/或允许将较大体积的样品引进 等离子体。 电感耦合等离子体(ICP)火炬在二十世纪六十年代 早期归于英国伯明翰的Stanley Greefield。 ICP火炬被用于供元素 分析使用的大气压力电感耦合等离子体。这种火炬后来被爱荷华 州大学的Velmer Fassel和他的同事们改进了 。这个火炬设计自二 十世纪七十年^早期以后保持相对恒定不变。Fassel火炬的i^见有 版本需要大约16升/分钟的氩等离子气体，少于大约1升/分钟的 氩辅助气体和依据样品引进系统从大约0.5升/分钟到大约1升/ 分钟的氩雾化气体。这种火炬使用大流量氩气作为等离子气体。 当这个气体流量被减少时候，火炬中石英的温度变得过高而且石 英开始融化。因为正在电离和用来维持主要的射频放电的气体也 :陂用来冷却火炬的玻璃器具，所以发生这种熔融。
在此揭示的特定的例子4巴等离子气体和冷却气体分 开以便提供维持等离子体放电的氩气流量和提供在等离子体放 电和石英火炬之间独立的阻挡层气流。如同在此^f吏用的那才羊， "阻挡层气体"指的是与等离子气体相比较的时候不被直接电离， 有减少的被直接电离的趋势或不維持射频(RF)电流的气体。因为阻挡层气体不携带由等离子气体携带的高RF电流，所以阻挡层 气体可能被用来压缩和塑造等离子体的形状。因为在阻挡层气体 中实质上没有射频电流，所以阻挡层气体的温度低于等离子气 体，而且阻挡层气体可以用来冷却火炬。在特定的例子中，可以 就1500瓦特放电而言把等离子气体从大约16升/分钟减少到大约 4升/分钟或更少，或者可以把较低流量的氩气用于较低功率的放 电。通过4吏用独立的阻挡层气体，能以低的氩气流量(例如，4-5 升/分钟)维持氩等离子体放电，把灼热的等离子体放电气体与石 英玻璃器具隔开。不希望受任何特定的科学理论或这个例子的约 束，这种方法有提高等离子气体温度去除样品中的溶剂的出乎意 料的附加利益。这个利益可能是由于阻挡层气体压缩等离子体的 体积造成的。如同在此讨-论的那才羊，当等离子体功率#:维持在设 定值而且等离子气体的体积被减少的时候，由此产生的等离子体 温度增加。这个温度增加可以考虑到比对于给定的功率使用现有 的火炬和气体流动方案能实现的样品流量大的样品流量的有效 脱溶剂作用。 依照特定的例子，用来冷却火炬的阻挡层气体可以 是有减少的被直接电离的趋势的任何适当的气体。在特定的例子 中，阻挡层气体选自廉价的普通惰性气体，例如，氮气、环境空 气、压缩空气，等等。阻挡层气体的流速是为避免火炬玻璃器具 熔化而选定的而且至少部分地取决于等离子体的温度，通常4交<氐 的等离子体温度允许较低的阻挡层气体流速。在特定的例子中， 阻挡层气体流速是大约1-10升/分钟，更具体地说大约2-8升/分 钟，例如，大约4-5升/分钟。适当的附加阻挡层气体和阻挡层气 体流速将是已知这份揭示的利益的熟悉这项技术的人容易选定 的。
依照特定的例子，揭示一种〗氐流量等离子体。在特 定的例子中，低流量等离子体是通过引进冷却气体(例如，阻挡 层气体)维持的。在一些例子中，随着被引进火炬的阻挡层气体 的数量增加，被引进火炬的氩气数量可能减少。举例来说，通过 把冷却气体更换成氩气之外的其它气体，可以维持非常小的、强 烈的和灼热的等离子体放电。在特定的例子中，低流量等离子体 是使用产生等离子体的零部件(举例来说，Fassel火炬)和一个或 多个电感器件(举例来说，螺;旋形加载线圏)维持的。在其它的例 子中，低流量等离子体可能是使用，举例来说，Fassel火炬和金 属板电才及产生和/或维持的，例如，在2003年12月9日以"ICP-OES and ICP-MSInduction Current ，，为题申i青的美国专利申^青第 10/730,779号、2005年6月17曰以"Boost Devices and Methods of Using Them"为题申请的美国专利申请第11/156,249号和2005 年9月2日以 "Induction Devices for Generating a Plasma" 为题 申请的美国专利申请第11/218,912号中描述的那些，在此通过引 证将每^f分申请的全部揭示并入。在另外一些例子中，Fassel火炬 可能被改进成包括一个或多个用来引进诸如氮气、空气之类的阻 挡层气体的附加气体入口 ，而改进的火炬可以与螺旋形加载线 圈、金属板电极或其它适当的电极一起使用。选择适合产生低流 量等离子体的零部件将在已知这份揭示的利益的熟悉这项技术
的人的能力范围之内。 在特定的例子中，提供一种以小于大约每分钟五公 升的总氩气流量工作的氩电感耦合等离子体。流过火炬的气体包 括等离子气体、阻挡层气体、辅助气体和样品气体。参照图1A, 电感耦合等离子体装置100包括由三个或多个管道(例如，管道 110、 120、 130、 140)、等离子体150、入口 160和射频感应线圈 170组成的艙室105。管道110与气体(例如，氩气)来源和4羊品引 进装置(例如，喷雾器)流体连通。氩气使样品呈烟雾状散开并且4巴它带进等离子体150的脱溶剂区域和电离区域。辅助气流是在 管道110和120之间^是供的，用来转移内管上方的等离子体防止 内管熔化。等离子气体是在管道120和130之间供应的。阻挡层 气体在外管140和内管130之间通过4巴等离子体150与外管140 隔开。不希望受任-f可特定的科学理-沦或这个例子的约束，阻挡层 气体可以通过入口 160引进，而且阻挡层气流冷却外管140的内 壁而且径向以等离子体150为中心。射频感应线圈170与射频发 生器(未展示)电连接而且是为在使用电弧、火花等使气体电离之 后产生等离子体150而构造和安排的。图1B展示穿过电感耦合 等离子体装置IOO的截面图。已知这份揭示的利益的原本熟悉这 项技术的人将能够选择或设计适当的等离子体，包括但不限于 电感耦合等离子体、电感-电容耦合等离子体、直流等离子体、 微波感应等离子体，等等，而适合产生等离子体的装置是在市场 上乂人i午多制造商那里购买的，包括^旦不限于PerkinElmer Inc. (Wellesley, MA.)、 Varian Instrument, Inc.(Pola Alto, CA.)、 Teledyne Leeman Labs, (Hudson, NH.) 和 Spectro Analytic Instruments(Kleve, Germany)。 依照特定的例子，用来提供射频电磁场的说明性装 置展示在图2中。螺旋状谐振器180包括射频来源182、为提供 与谐l展腔188中的线圈186的电连4妻而配置的通常是同轴电缆的 导线184。有线圈186的谐振腔188是为容纳一个舱室(例如，在 图1A的火炬中展示的抢室)而配置的。在特定的例子中， <吏用， 举例来i兌，螺》走状谐振器能产生/人大约20 MHz到大约500 MHz 的射频电磁场。已知这份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人将 很容易为螺旋形谐振器的构造选择可仿效的尺寸信息。 依照特定的例子，多种类型的火炬可以用来产生低 流量等离子体。两种i兑明性的火炬展示在图3和图4中。参照图3,火炬300包括外管310、内管320和注射器330。火炬300还 包括等离子气体入口 340和辅助气体入口 350。在图3所示火炬 300的一个操作实施方案中，等离子气体流速是大约16-20升/分 钟的氩气，辅助气体流速是大约0.5-1.0升/分钟的气体，而雾化 气体流速是大约0.5-1.0升/分钟的氩气。通过在火炬中产生f兹场 并在磁场中点燃氩等离子气体产生等离子体。在图3的火炬中点 燃等离子体之后产生低流量等离子体的例子中，氩辅助气体流速 可能增加，例如，增加到大约16-20升/分钟。氩等离子气体流速 在被切换(例如，被气动切换)到流速同样大约为4-5升/分钟的氮 阻挡层气体之前可能降低到大约4-5升/分钟。 一旦获得这个结 果，辅助气体流量可以降低到在不使玻璃器具过热的同时维持稳 定放电所需要的最小水平。这种方法可以使用时常用来控制等离 子体在注射器上方的高度的辅助气流来维持等离子体。大约0.5 升/分钟到大约1升/分钟的雾化气体流速通常用来4巴样品引进火 炬。在特定的实施方案中，等离子气体/阻挡层气体从口 340进入 并且在外管310和中间管道320之间流动。辅助气体从口 350进 入并且在内管330和中间管道320之间流动。样品通过内管330 流动。火炬、入口及其它的精确尺寸可能改变，而说明性尺寸与 在拆除了观察狭缝的PerkinElmer Optima 4300V火炬组件(部件 编号N0771500)中^f吏用的火炬的那些尺寸类似。 现在参照图4,展示火炬400的另一个例子。火炬 400包4舌辅助气体入口 410、等离子气体入口 420和阻挡层气体 入口 430。在用图4的火炬400维持等离子体的例子中，阻挡层 气体流速在等离子体点火期间通常被设定为0升/分钟。辅助气体 流速可能设定为大约0.1-0.5升/分钟的氩气，而等离子气体可能 被设定为大约12-20升/分钟的氩气。在把适当的功率加到电极上 并且点燃等离子体之后，阻挡层气体流速可以从0升/分钟增加到 大约3-7升/分钟的阻挡层气体。氩等离子气体流速可能降低到大约3-5升/分钟的氩气。大约0.5升/分钟到大约2升/分钟的雾化 气体流速通常用来把样品引进火炬400。在特定的实施方案中， 参照图1A和图4,阻挡层气体/人口 430进入并且在外管140和 中间管道130之间流动。等离子气体乂人口 420进入并且在中间管 道120和130之间流动。辅助气体从口 410进入并且在内管110 和中间管道120之间流动。样品通过内管110流动。图4举例i兌 明的火炬的4青确尺寸可以改变而且通常与图3所示的有附加的气 体口和中间内管的火炬的尺寸相同或相似。这个中间管道可能
是，举例来i兌，大约8-15亳米外径(例如，大约12毫米外径)、 大约0.5-3毫米壁厚(例如，大约1毫米壁厚)熔凝石英管。 依照特定的例子，图3和图4所示的任一i兌明性火 炬都可以与螺旋形力口载线圈或感应极板加载线圏(例如，2003年 12月9日以"ICP - OES and ICP-MSInduction Current"为题申i青 的美国专利申请第10/730,779号、2005年6月17曰以"Boost Devices and Methods of Using Them"为题申"i青的美国专利申i青第 11/156,249号和2005年9月2曰以"Induction Device for Generating a Plasma"为题申i青的美国专利申i青第11/218,912号 所描述的那些)一起〗吏用。 在特定的例子中，小于大约10升/分钟，更具体地 说小于大约5升/分钟，例如，小于大约4、 3、 2或l升/分钟的 氩气流可以作为等离子气体被用来维持等离子体。已知这份揭示 的利益的原本熟悉这项技术的人将认识到随着火炬的内径减少， 各种不同的气体流速可能减少。等离子气体的精确流速至少部分 地取决于等离子体的预期温度和形状。在其它的例子中，可能使 用大约0.05升/分钟到大约1升/分钟的辅助气体，更具体地i兌^f吏 用大约0.1升/分钟到大约0.5升/分钟的氩气作为辅助气体，例如， 使用大约0.2升/分钟到大约0.5升/分钟的氩气作为辅助气体。在一些例子中，可能4吏用大约0.1升/分钟到大约2升/分钟的雾化
流量。在此揭示的低流量等离子体的特定配置中，增高的等离子
体温度能允许把增大数量的样品引进等离子体使之脱溶剂。举例
来说，在与能被引进传统等离子体的数量相比较时，至少能4巴大
约25%以上(例如，大约30%、 40%或50%以上)的样品引进{氐流 量等离子体使之脱溶剂。 依照特定的例子，把下列说明性流速用于下列气体 可以维持低流量等离子体大约l-5升/分钟的氮气作为阻挡层气 体；大约l-4升/分钟的氩气作为等离子气体；大约0.1升/分钟到 大约0.2升/分钟的氩气作为辅助气体；大约0.1升/分钟到大约 0.9升/分钟的氩气作为雾化气流。在特定的例子中，使用大约5 升/分钟的氮气作为阻挡层气体。在其它的例子中，1吏用大约4 升/分钟的氩气作为等离子气体。在另一些例子中，Y吏用大约0.2 升/分钟的氩气作为辅助气体。在附加的例子中，把大约0.9升/ 分钟的氩气用在雾化气流中。已知这份揭示的利益的原本熟悉这 项技术的人将很容易选择等离子气体、阻挡层气体和雾化气体的 适当的附加流速。 依照特定的例子，4是供一种包括低流量等离子体或 与阻挡层气体一起配置的等离子体的光语分析系统。该光谱分析 系统的精确配置至少部分地取决于需要的或选定的分析方法。不 考虑分析方法，该光i普分析系统可能包括为维#"低流量等离子体 或(例如，为了塑造等离子体的形状)与阻挡层气体一起配置的等 离子体而配置的火炬和至少一个至少围^主火炬的某些部分为在 火炬中产生f兹场而配置的电感器件。该系统可能进一步包括^笨测 器，该探测器通常是基于所需要的分析方法选定的。 参照图5,展示可仿效的发射光谱仪(OES)。 OES装 置500包括外壳505、样品引进装置510、 ^^流量等离子体520和探测装置530。光学发射525可能被引进探测装置530，而选 定的光线35可能传送到非必选的放大器540,该放大器与显示器 550电连接。样品引进装置510能改变，取决于样品的性质。在 特定的例子中，样品引进装置510是为使引进低流量等离子体 520的液体样品成烟雾状散开而配置的雾化器。在其它的例子中， 样品？ 1进装置510是为容纳能直接注入或《1进等离子体的气〉容胶 才羊品而配置的注射器。已知这 <分揭示的利益的原本熟悉这项4支术 的人将很容易选择其它适当的引进样品的装置和方法。探测装置 530可以采用多种形式而且可能是任何能探测光学发射(例如，光 学发射525)的适当装置。举例来说，探测装置530可能包括适当 的光学器件，例如，透镜、反射镜、棱镜、视窗、带通滤波器， 等等。纟笨测装置530也可能包括光4册，例如，阶梯分级光4册，以 便提供多通道OES装置。光栅(例如，阶梯分级光斥册)考虑到同时 探测多个发射波长。光栅可以被放置在单色器或其它适合选4奪一 个或多个特定的待监测波长的适当装置之内。在其它的例子中， OES装置可能是为实现傅立叶变换提供多个发射波长的同时探 测而配置的。该#果测装置可以是为监测大的波长范围(包括:-f旦不 限于紫外线、可见光、近红外和远红外，等等)之内的发射波长 而配置的。该探测装置可能包括固态探测器，例如，CCD。 OES 装置500可能进一步包括适当的电子器件(例如，樣么处理器和/或 计算机)和适当的电路以提供需要的信号和/或获得数据。适当的
附加装置和电路技术上是已知的而且可能^皮找到，举例来i兌，可 以在市售的OES装置(例4。，从PerkinElmer Inc.购买的Optima 2100DV系列和Optima 5000DV系列OES装置)中找到。非必选 的放大器540是为增大信号(例如，放大来自探测到的光子的信 号)而工作的，而且可以把信号提供给显示器550,该显示器可能 是打印机、读出器、计算机，等等。在特定的例子中，放大器540 是为接收来自探测装置530的信号而配置的光电倍增管。然而， 其它适合放大信号的装置将被已知这份揭示的利益的原本熟悉这项:技术的人选定。在信号足够大足以来4吏用4果测装置530中的 电路和装置来纟采测的例子中，放大器540可以省略。翻新改造现 有的OES装置产生低流量等离子体和使用在此揭示的低流量等 离子体设计新的OES装置也将在已知这^f分揭示的利益的原本熟 悉这项技术的人的能力范围之内。OES装置可能进一步包4舌自动 耳又才羊器(例3口，可乂人PerkinElmer, Inc.购买的AS90禾口 AS93型自 依照特定的例子，用于吸收光谱(AS)的单射束装置 展示在图6中。不希望受任何特定的科学理i仑或这个例子的约束， 原子和离子能吸收特定波长的光为从较低的能级向较高的能级 跃迁提供能量。原子或离子可能包含起因于从，举例来说，基态 向较高能级跃迁的多条共振线。促进这样的跃迁所需要能量如同 在此讨论的那样可以使用多种能源(例如，热、火焰、等离子体、 弧、火花、阴极射线灯、激光，等等)供应。适合提供这样的跃 迁能的能源和适合提供这样的跃迁能的光线波长将很容易被已 知这Y分揭示的利益的原本熟悉这项#支术的人选定。 依照特定的例子，参照图6,说明性的单射束AS装 置600包括外壳605、电源610、与电源610连接的灯620、与低 流量等离子体630流体连通的样品引进装置625、为接收来自低 流量等离子体630的信号而配置的4笨测装置640、为4妄收来自揮: 测装置640的信号而配置的非必选的放大器650和与放大器650 电连接的显示器660。电源610可能是为给提供一种或多种波长 的光622供原子和离子吸收的灯620提供功率而配置的。适当的 灯包括但不限于无电极放电灯、空心阴极灯、汞灯、阴极射线灯、 激光，等等，或它们的组合。灯620可以〗吏用适当的斩光器或者 月永冲电源变成脉动的，或在实现激光的例子中，激光可以随着选 定的频率影L动，例如，每秒5、 10或20次。灯620的4青确配置可以改变。举例来说，灯620可以轴向沿着等离子体630(例如， 沿着火炬的长轴)才是供光，或者可以径向沿着等离子体630(例如， 垂直于火炬的长轴)4是供光。图6所示的例子是为利用灯620沿 轴向提供光配置的。使用轴向观察信号可以改善信噪比。当样品 在低流量等离子体630中分裂为原子和/或电离之时，来自灯620 的入射光622激励那些原子。换句话说，灯620供应的某个百分 比的光622^皮等离子体630中的原子和离子吸收。剩余百分比的 光635被传送到探测装置640。举例来说，纟笨测装置640能使用， 举例来i兌，棱4竟，透4竟，光斥册和其它适当的装置(例如，前面关 于OES装置讨i仑的那些)选4奪一个或多个适当的波长。在一些例 子中，探测装置640可能包括固态探测器，例如，CCD。信号可 以提供给非必选的放大器650以便增大信号向显示器660传输。 在信号足够大使用探测装置640中的电路和装置就能探测的例子 中，；故大器650可以省略。考虑到低流量等离子体630中的样品 的吸收数量，在引进样品之前可以引进空白(例如，水)，以《更4是 供100%发射度参考值。 一旦样品被引进低流量等离子体就可以 测量发射的光的数量，这个样品发光数量除以参考值就能获得发 射度。该发射度的负loglO等于吸光率。AS装置600可能进一步 包括适当的电子器件(例如，微处理器和/或计算机)和适当的电路 以便提供所需要的信号和/或获得数据。适当的附加装置和电路能 找到，举例来说，在市售的AS装置(例如，从PerkinElmer， Inc. 购买的AAnalyst系列光谱仪)上。为产生低流量等离子体翻新改 造现有的AS装置和设计新的使用在此揭示的低流量等离子体的 AS装置也将在已知这〗分揭示的利益的原本熟悉这项#支术的人的 能力范围内。AS装置可能进一步包括技术上已知的自动取样器， 例如，从PerkinElmer Inc.购买的AS-90A、 AS-90puls和AS匪93puls 型自动取样器。
依照特定的例子，并参照图7，说明性的双射束AS 装置700包括外壳705、与灯720电连接的电源710、低流量等 离子体765、与低流量等离子体765流体连通的样品引进装置 760、为接收来自低流量等离子体765的信号而配置的4果测装置 780、为接收来自探测装置780的信号而配置的非必选的放大器 790和为接收来自放大器790的信号而配置的输出装置795。在 信号足够大使用探测装置780中的电路和装置就能探测的例子 中，放大器790可以省略。电源710可以是给提供一种或多种供 原子和离子吸收的波长的光725的灯720供电而配置的。适当的 灯包括，但不限于，无电极放电灯、空心阴极灯、汞灯、阴极射 线灯、激光，等等，或它们的组合。可以使用适当的斩光器或脉 冲电源^吏灯光变成脉动的，或者在实现激光的例子中，可以佳:激 光随着选定的频率脉动，例如，每秒5、 10或20次。灯720的 配置可以改变。举例来说，灯720可以沿着低流量等离子体765 轴向提供光或者可以沿着低流量等离子体765径向提供光。图7 所示的例子是为灯720沿轴向供应光而配置的。使用轴向观察信 号能改善信噪比。当样品在低流量等离子体765中分裂为原子和 /或电离的时候，来自灯720的入射光725激励原子。换句话i兌， 灯720提供的某个百分比的光735被低流量等离子体765中的原 子和离子吸收。至少剩余百分比的光767的绝大部分被传送到探 测装置780。在使用双射束的例子中，可以使用分光镜730使入 射光725这才羊一分为二，以致50%的光作为光束735传^T到^f氐流 量等离子体765, 50%的光作为光束740传输到透4竟750和755。 可以4吏用组合器770(例如，镀银半透镜)将这两束光再次组合， 而且组合后的信号775可以传送到探测装置780。然后，可以确 定参考值与和样品值之比，以便计算样品的吸光率。举例来说， 探测装置780能使用棱镜、透镜、光栅和其它技术上已知的适当 装置(例如，前面关于OES装置讨i仑的那些)来选纟奪一个或多个适 当的波长。在一些例子中，探测装置780可能包括固态纟笨测器(例如，CCD)。向信号785可以提供给放大器790以便将信号放大 然后输出到显示器795。 AS装置700可能进一步包括:忮术上已知 的适当的电子器件(例如，；微处理器和/或计算才几)和适当的电i 各， 以便提供所需要的信号和/或获得数据。适当的附加装置和电路能 4皮才戈到，举例来"i兌，在市售的AS装置(例3口， 乂人PerkinElmer, Inc. 购买的AAnalyst系列光譜、义)上。为了产生j氐流量等离子体翻新 改造现有的双射束AS装置和i殳计新的〗吏用在此揭示的^f氐流量等 离子体的双射束AS装置将在已知这份揭示的利益的原本熟悉这 项一支术的人的能力范围内。AS装置可能进一步包括才支术上已知 的自动耳又才羊器，例:^， /人PerkinElmer, Inc.购买的AS-90A、 AS-90puls和AS-93puls型的自动取^羊器。 依照特定的例子，用于质量分析器(MS)的说明性的 装置被示意地展示在图8中。MS装置800包括与低流量等离子 体820流体连通的样品引进装置810,质量分析器830、探测装 置840、处理装置850和显示器860。样品引进装置810、低流量 等离子体820、质量分析器830和纟笨测装置840可能是在4吏用一 个或多个真空泵的减压条件下才喿作的。然而，在特定的例子中，
只有一 台或多台质量分析器830和/或探测装置840是在减压条件 下操作的。样品引进装置820可能包括为给低流量等离子体820 ^是供才羊品而配置的入口系统。该入口系统可能包4舌一个或多个配 料入口、直接探查入口和/或色谱仪入口 。样品引进装置810可能 是注射器，雾化器或其它能"l巴固态的、液态的或气态的样品递送 给低流量等离子体820的适当装置。质量分析器830能釆取多种 形式，通常取决于样品性质、所需分辨率，等等，而可仿效的质 量分析器将在下面进一步讨论。探测装置840可以是能与现有的 质谱仪一起使用的任何适当的探测装置(例如，电子倍增器、法 拉第杯、有涂层的照相底板、闪烁探测器等)和已知这份揭示的 利益的原本熟悉这项技术的人选定的其它的适当装置。处理装置850通常包括微处理器和/或计算机和用来分析引进MS装置800 的样品的适当的软件。处理装置850为了确定引进MS装置800 的物种的化学同 一性可能要访问 一个或多个凄t据库。4支术上已知 的其它适当的附加装置也能用于MS装置800,包括，^旦是不限 于，自动耳又样器，例如，乂人PerkinElmer 7>司购买的AS-90plus 和AS-93plus型自动取^羊器。 依照特定的例子，MS装置800的质量分析器能采取 多种形式，取决于所需的分辨率和被引进样品的性质。在特定的 例子中，质量分析器是扫描质量分析器、 一磁区分析仪(例如，用 于单聚焦和双聚焦的MS装置)、四才及质量分析器、离子陷阱分析 4义(例如，回S走加速器、四才及离子陷阱)、飞4亍时间分对斤4义(例如， 点阵协助激光解吸的电离飞行时间分析4义)和能用不同的质荷比 把物种分开的其它适当的质量分析器。在此揭示的低流量等离子 体能与前面列出的一种或多种质量分析器和其它适当的质量分 析器一起使用。 依照其它的特定例子，这里揭示的^f氐流量等离子体 可以与用于质谱分析的现有的电离方法一起使用。举例来说，能 组装有低流量等离子体的电子沖击源，以便在离子进入质量分析 器之前提高的电离效率。在其它的例子中，可能组装有低流量等 离子体的化学离子源，以便在离子进入质量分析器之前提高电离 效率。在另一些例子中，可能组装有低流量等离子体的场致电离 源，以便在离子进入质量分析器之前提高电离效率。在另一些例 子中，低流量等离子体可能被用于解吸源，举例来i兌，为快速原 子轰击、场致解吸、激光解吸、等离子体解吸、热解吸、电流体 力学电离/解吸等配置的那些来源。在另一些例子中，低流量等离 子体可能是为用于供热喷雾或电喷雾电离源而配置的。设计用于质谱分析的包括低流量等离子体的适当的电离装置将在已知这 份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人的能力范围内。 依照4争定的其它例子，这里揭示的OES、 AS和MS 装置能与一种或多种其它的分析4支术串耳关。举例来i兌，OES、 AS 或MS装置能与用来完成液体色傳、气体色i普、毛细管电泳和其 它适当的分离技术的装置串联。当包含低流量等离子体的MS装 置与气体色语耦合的时候，为了将样品从气体色谱引进MS装置， 把适当的接口(例如，陷阱、射流分离器，等等)包括在内可能是 符合需要的。当MS装置与液体色语耦合的时候，为了考虑到在 液体色i普和质谱分析中使用的体积不同，4巴适当的4妄口包括在内 也可能是符合需要的。举例来说，分离接口可以这样使用，以致 只有少量的离开液体色谱的样品被引进MS装置。离开液体色谱 的样品也可能存》文在适当的金属丝、杯子或輪室中向MS装置的 低流量等离子体传送。在特定的例子中，液体色谱包括为使样品 在经过热的毛细管时蒸发并成烟雾状散开而配置的热喷雾器。在 一些例子中，热喷雾器可能包括它自己的低流量等离子体以便使 用该热喷雾器增加各物种的电离。其它的用来4巴液体样品乂人液体 色谱引进MS装置或其它探测装置的适当装置将很容易被已知这 爿f分揭示的利益的原本熟悉这项二技术的人选定。 在特定的例子中，包括j氐流量等离子体的MS装置 与至少 一个其它的可能包括也可能不包括低流量等离子体的MS 装置串联用于串列式质谱分析。举例来说， 一个MS装置可能包 括第一种类型的质量分析器，而第二个MS装置可能包括与第一 个MS装置不同的或相似的质量分析器。在其它的例子中，第一 MS装置可能是为孤立分子离子而工作的而第二 MS装置可能是 为打碎/4果测3瓜立的分子离子而工作的。^殳计其中至少一个MS装置包括低流量等离子体的串列式MS/MS装置将在原本熟悉这项 才支术的人的能力范围内。 依照特定的例子，揭示一种产生低流量等离子体的 方法。在特定的例子中，该方法包括使用氩气流点燃等离子体和 引进非氩阻挡层气体流。在一些例子中，在引进非氩阻挡层气体 流的时候，氩气流量被减少大约50%以上。等离子体通常是使用 电弧、火花之类的东西点燃的。点燃等离子体之后， 一半以上的 氩气流可以用非氩气体(例如，氮、空气或类似的气体)代替。在 特定的例子，大约75%以上的氩气被非氩阻挡层气体代替。在可 仿效的方法中，在等离子体的点火期间可以使用大约5-16升/分 钟的氩等离子气体流量。 一旦等离子体被点燃，就可以以大约4-5 升/分钟的流速引进阻挡层气流，而且氩等离子气体流速可以减少 到大约4-5升/分钟。使用这些说明性的流速，低流量等离子体可 以被维持而且用于脱溶剂、原子化、电离或相似的作用。 使用低流量等离子体的附加装置也可能被组装起 来。举例来说，可能使用在此揭示的低流量等离子体构成可能包 括等离子体的焊枪、焊接装置、铜焊装置、切割装置、蒸镀装置、 溅射装置、或其它适当的装置。 依照特定的例子，纟是供一种通过使感应耦合和电容 耦合的两种射频能量同时耦合产生等离子体的装置。在特定的例 证中，使用电感耦合和电容耦合产生和/或维持的等离子体在此被 称为互耦合等离子体。在一些例证中，电感器件和电容器件的组 合被称为"互耦合装置"。使用电感耦合和电容耦合两者产生的 等离子体可能是低流量等离子体，也可能是使用传统流速的等离 子体，举例来i兌，市售4义器(例如，/人PerkinElmer, Inc. (Wellesley, MA)购买的Optima 2100 DV型4义器或Optima 5x00系列4义器)所 产生等离子体。通过使用互耦合装置产生的等离子体可以用于为光学发射、原子吸收、质谱分析配置的仪器或其它通常连同等离 子体一起使用的探测器和仪器。在特定的实施方案中，电容器件
可以;改在电感器件里面，以才是供互l禺合装置。举例来i兌，参照图 9A,装置包括火炬本体910、包围该火炬本体的加载线圈920、 在加载线圈920和火炬本体910之间的第 一极板930和在加载线 圈920和火炬本体910之间的第二极板之间的940。第一极板930 和第二极板940在给极板充电的时候充当电容器件。在特定的例 子中，第一相j反930和第二极板940实质上被;波此平行地;故置。 电容耦合与电感耦合组合可以使用提供比仅仅使用电感耦合时
高的电离和激发能。举例来i兌，〗吏用电容耦合，可以产生有大约 25电子伏、40电子伏、60电子伏、或更大的电离势的等离子体。 这个结果可以考虑到改善难以电离的元素(例如，氯、砷、石西、 铊、铅)的电离效率、探测才及限和电离。i殳计为4是供电感耦合和 电容耦合而构造和安排的产生等离子体的适当装置将在已知这 份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人的能力范围之内。 在特定的例子中，第一极板930和第二极板940可 能与加载线圏920 4妄在同一电源上。举例来i兌，参照图9B,加 载线圈920或第一才及^反930和第二才及才反940可能4姿在同一电源 950上。在使用一个电源#合加载线圈920、第一招j反930和第二 极板940提供功率的实施方案中，电感耦合和电容耦合可以如图 所示直4妻连4妄，以f丈电容才及^反上的电压爿夸与加载线圈上的电压相 同。把阻抗匹配的元件从加载线圈的每条引线接到每个电容极板 上允i午独立地j皮调节加载线圏和电容才及^反的电压^夺在已知这<分 揭示的利益的原本熟悉这项技术的人的能力范围之内。以这种方 式，电容4及4反上的电压可能大幅度增加，超过加载线圏上的电压 (或者可能^皮减少，^f氐于加载线圈上的电压)，即4吏用加载线圈功 率驱动电容极板也如此。在其它的实施方案中，可能4吏用两个分 开的电源。举例来说，参照图9C，第一电源960给加载线圈920提供功率，而第二电源970给第一极板930和第二极板940提供 功率。在4吏用不同的电源的实施方案中，可以通过改变，举例来 _说，功率水平或工作频率来个别:KM空制或调节电感井馬合和电容诔禺 合。 虽然关于加载线圈描述了图9A-9C所示的装置，但 是已知这份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人将认识到加载 线圈可以用板形电极或其它能提供电感耦合等离子体的适当装 置代替。在使用板形电极的实施方案中，为了减少或避免不想要 的电容极才反和板形电极之间的电弧方欠电包括在电容极板和板形 电极之间的绝缘体可能是符合需要的。举例来说，参照图9D, 实施方案的轴向^L图由4反形电才及915、第一才及^反930、第二核j反 940、绝缘体980和火炬本体990组成。绝缘体980被放置在第 一核j反930和4反形电才及915之间和第二招J反940和^反形电才及915 之间以避免或减少不想要的电级、;改电。为了纟是供电容耦合可能使用平板以外的装置。举例 来说，用来提供电容耦合的电极的形状可以采取任何的形式，只 要在给电极充电的时候，提供一些电容耦合即可。举例来说，参 照图9E-9I,包围火炬本体990的电才及可能是圓筒形的(1002、 1004)，可能是弯曲的(1006、 1008)，或者可能改变厚度(IOIO、 1012)。电极可能是从选定的角度观察时是对称的(1014、 1016), 或者可能是从选定的角度7见察时是不对称的(1018、 1020)。供电 极用来提供电容耦合的附加配置将很容易被已知这份揭示的利 益的原本熟悉这项#支术的人选定。 在l吏用电容器件的实施方案中，可以f务改电容器件 区域内的等离子体。举例来说，加载线圈可能是为提供倾向于在 高环流和高气体温度条件下低阻抗放电的电感耦合配置的，而电 容器可能是为用比加载线圈使用的射频电压高得多的射频电压驱动而构造和安排的，而且可能提供使通常不容易用标准的加载 线圏电离的元素和分子电离的非常高的电子和离子激发。在特定 的实施方案中，电容极板和加载线圈不必在相同的区域里面。举
例来说，参照图10A,加载线圏1102可能》文置在可能希望气体 温度非常高的脱溶剂区i或，而电容才及氺反1104和1106可能在力口载 线圏后面放置在可能需要较高的电离势和较冷的气体温度(较低 的背景)的激发区域中。在一些实施方案中，电容极板1104和1106 可能延伸到加载线圈1102的末端的外面(见图IOB)。这种安排可 以在线圈里面提供高气体温度和高激发能而在唯一的电容器区 域中提供较冷的气体温度和高激励电势。用于包括电感器件和电 容器件的装置的附加配置将4艮容易4皮已知这^f分揭示的利益的原 本熟悉这项纟支术的人选定。 依照特定的例子，提供给电感器件和电容器件的精 确功率水平可能改变。在特定的例子中，可以4巴大约10MHz到 大约2500 MHz的射频以大约500瓦到大约2500瓦的功率4是供纟合 电感器4牛。在特定的例子中，可以4巴大约0.1 MHz到大约2500 MHz的射频以大约500瓦到大约2500瓦的功率提供给电容器件。 依照特定的例子，电感器件可以用来控制等离子气 体温度，而电容器件可以用来控制电离势。举例来说，电感器件 和电容器件的组合可以供低流量等离子体、传统流量等离子体或 低压等离子体用来增加等离子气体的温度和/或增加等离子体的
电离势以使j是供更有效的电离。在特定的例子中，4吏用电感器件 和电容器件产生的等离子体的电离势可以增加到至少大约25电 子伏，更具体;也i兌至少大约40电子伏，例如，60电子伏以上。 为了进一步举例il明在此揭示的^支术，下面描述某 些特定的实施例。实施例1 {氐流量等离子体是4吏用美国专利申{青第11/156,249 号所描述的石更件维持的，为了所有的目的在此通过引i正吸收其全 部揭示。具体；也i兌，在美国专利申i青第 11/156,249号的以 "Hardware Sutup为题的实施例1中描述的手动控制的硬件装备 被用来维持低流量等离子体。 扼要地说，该硬件装备包括Fassel火炬、等离子体 传感器、应急断路开关，等离子体激发源和Optima 4000发生器。 等离子体激发源位于在原子化装置的中心的一块板上。所用的板 是从Oriel公司(Stratford, CT)购买的1.5英尺乘2英尺的光学试 验台。等离子体激发源被安装到把该激发源以直角安装在板的上 方的大角度铝支架上。考虑到固定到板上之前的横向调整，在该 支架上磨出一些狭长槽。等离子体传感器安装在铝盒之中，该铝 盒的位置适合观察等离子体。为了在等离子体熄灭事件中停止等 离子体来源的操作，修改了等离子体传感器配线。应急断路开关 一皮远远地安装在能拿到才喿作员身边的铝盒中。AC和DC电源和 等离子体传感器配线放在光学试验台下面。在传统的ICP-OES
装置中找到的许多安全特征被拆除，以允许这种装备的操作，而 且没有提供给操作员使之免受危险电压或射频和紫外辐射危害 的保护。这种装备是在有通风口、屏蔽网和独立的火炬排气装置 的房间里面远程操作的。这种开放式框架构造使各个实验之间的 组装变得容易。 4空制电子器4牛配备由Power One(Andover， MA)制4乍 的24V/2.4A的外部直流电源。添加4失氧体以防止射频辐射干护乙 电子器件和计算机。点火线从有高压线和塑料绝缘体的原始线束 中伸出，以《更延长到火炬和避免电弧》文电。
光学等离子体传感器位于等离子源上方。光学等离 子体传感器有钻穿铝盒和安装支架的小孔(直径大约4.5毫米)以
允许来自等离子体的光入射在光学等离子体传感器上。光学等离 子体传感器在等离子体偶然熄灭的事件中通过关闭等离子源来 保护等离子源。包括初步的等离子体点火、气体流量控制、功率 设定和监控在内的所有的发生器功能都是在人工控制下完成的。 为了自动操作，计算机使用标准的WinLab 软件(例如，在市场 上可买到的那种)实施控制。再一次，为了允许这种装备的"t喿作， 废除许多其它的安全特征，而且没有给操作员提供保护使之免受 危险的电压、有害的烟雾、或射频和紫外辐射的危害。然而，已 知这份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人将能够实现适当的 安全特征，以提供安全操作装置和操作环境。 连同两匝的螺旋形加栽线圈和Fassel型火炬(例如， 在乂人PerkinElmer Inc.购买的Optima 5300V中4戈到的力口载线圈和 Fassel型火炬)一起使用上述的装备，低流量等离子体得以维持。 现在参照图11,展示钇样品在说明性的配置中运行的等离子体， 其中氩等离子气体的气体流量为16升/分钟，辅助氩气的气体流 量为0.5升/分钟，氩雾化器气体的气体流量为0.7升/分钟。在这 种操作模式中，等离子体是用给图3所示的火炬的等离子体入口 供应的气流维持的。1吏用下列程序，产生等离子体并且在外部气 体控制的帮助下使等离子体维持气体从等离子气体340入口向辅 助气体入口 350偏移是可能的。 等离子体是使用在此讨论的标准气流点燃的。进入 口 340的氩气增加到大约20升/分钟。进入口 350的辅助氩气流 量增加到大约20升/分钟。然后，进入口 340的气体被减少到零 (0)升/分钟。雾化器流量緩慢地增加，直到达到预期值(取决于所 用的样品引进系统)。等离子体是用时常用来控制等离子体在注射器上方的高度的气流维持的。这种方法的结果是可以直径较小的等离子体，这样的等离子体能更有效地加热等离子体的样品通道。对于同样的输入功率，尺寸较小的等离子体也是更明亮、更
灼热的，如同在图12中见到的那样。
实施例2 ICP发生器和Fassel型火炬用来使用阻挡层气体流量管理等离子体。这种方法是在外部气体控制、前面在实施例1中描述的硬件装备的帮助下完成的，而且是^f吏用下列程序实现的。等离子体是使用标准气流点燃的。进入等离子气体入口 340的氩气增加到大约20升/分钟。进入辅助气体口 350的氩气增加到大约20升/分钟。然后，进入口 340的气体被减少到零(0)升/分钟。雾化器流量被緩慢地增加到预期值(取决于所用的样品引进系统)。供应给口 340的气体被切换到氮气气源。氮气流量从O升/分钟緩慢地增加到16升/分钟。由此产生的等离子体展示在图13中。如同在图13中见到的那样，该等离子体是已被发现是非常稳定的非常小的强烈的、灼热的放电。在这种模式中火炬没有经历<壬4可熔融。 使用这种操作模式，等离子体的形状、体积和温度很容易通过调节进入辅助口 350的氮气流量进行调节或调整。图
14展示与产生图13所示的等离子体所用的条件相同的#:作条
件，但是氮气流量从16升/分钟减少到0.5升/分钟。 图4展示把附加口 430用于阻挡层气体的火炬。这种火炬是和感应板型加载线圈(例如，2003年12月9日以"ICP-OES and ICP-MS Induction Current"为题申请的美国专利申i青第10/730,779号和2005年9月2日以"Induction Device forGenerating a Plasma"为题申i貪的美国专利申请第11/218,912号所描述的那些) 一 起使用的。用来点燃和管理等离子体的程序如
下将雾化器流量和阻挡层气体流量都设定为0升/分钟，将辅助氩气气体流量设定为0.2升/分钟，并且将氩等离子气体设定为10升/分钟。点燃等离子体并且将感应板加载线圈的功率设定为1500瓦。将阻挡层气体流量设定为大约4到5升/分钟的氮气。氩等离子气体被减少到4升/分钟。将雾化气体设定为0.9升/分钟的氩气。然后，启动与雾化器和1000 ppm的钇样品流体连通的蠕动泵。由此产生的等离子体展示在图15中。这种等离子体呈现比仅仅使用氩气流产生的等离子体小得多、热得多的非常稳定的放电。这种更小和更热的等离子体应该允许引进较大体积的样品。在径向浮见野的样品发射区域中背景也可能#皮大大减少。为了比较的视野，图16是除了使用下列气体流速之外使用与产生图15的等离子体相同的火炬和感应板产生的等离子体0升/分钟的氮阻挡层气体、16升/分钟的氩等离子气体、0.2升/分钟的附加氩气体和0.6升/分钟的雾化气体。
实施例3 4吏用前面在实施例1中描述的石更件装备组装用来产生等离子体的电感电容耦合装置，但是所用的加载线圈1702为
29.5匝(见图17)。使用铜箔带(型号1181,从3M公司购买的)4是供电容核j反1704和1706。制成电容才及板1704和2706的铜箔带在石英室1710的顶部和底部能可见而且通过导线附着到加载线圈1702的两端。电容电感耦合比是通过改变加载线圈的直径调节的。电容耦合^f呆持恒定不变，而电感l禹合随着加载线圈直径增加而减少。这个装置以1000瓦和大约450 4毛管理氩等离子体的4喿作可以在图18中见到。
为了把电感耦合等离子体的性能与电容耦合等离子体的性能作比较，完成了一些实验。这些实验是在大约450托的略樣t降^f氐的压力下完成的。电感津禺合等离子体(见图19A-19D)4皮限制在电离势大约等于氩的第一电离势，即15.8电子伏(eV)。 4吏用电容耦合等离子体的特定实施方案4是供至少大约60eV的上限电离势。图20A-20D分别展示氩的第一、第二、第三和第四电离发射峰，其中第二、第三和第四电离发射分別发生在大约27.6电子伏、40.9电子伏和59.8电子伏。另外，观察到使用电容耦合的背景低于仅仅使用电感耦合的背景。
在介绍在此揭示的实施例的要素的时候，冠词"一"、"一个"、"该"和"所述(的)"倾向于表示有一个或多个该要素。术语"由…组成"、"包括"和"有"倾向于是可扩展的并且表示可能有不同于已列出的要素的附加要素。已知这份揭示的利益的
此通过引证并入的任何专利、专利申请或出版物的术语的意义与用于这〗分揭示的术"i吾的意义发生冲突，倾向于以这^f分揭示的术i吾的意义为准。虽然前面已经描述了本发明的某些方面、实施例和实施方案，但是已知这份揭示的利益的原本熟悉这项技术的人将i人识到所揭示的i兌明性的方面、实施例和实施方案可能有增添、替代、修改和变更。
权利要求
1.一种使用小于每分钟大约五公升的总氩气流量维持的等离子体。
2. 根据权利要求1的等离子体，其中等离子体是以小于大约4 升/分钟的等离子体氩气流维持的。
3. 根据权利要求2的等离子体，其中等离子体是以从大约4升 /分钟到大约5升/分钟的阻挡层气体流量维持的。
4. 根据权利要求3的等离子体，其中所述阻挡层气体是氮气。
5. 根据权利要求3的等离子体，其中所述阻挡层气体是空气。
6. —种装置，其中包括火炬本体；为在火炬本体中产生》兹场而配置的电感器j牛；以及 至少一个》文置在电感器件和火炬本体之间的电容器件。
7. 4艮据^又利要求6的装置，进一步包括，给电感器件和电容器件 提供功率的单一电源。
8. 根据权利要求6的装置，进一步包括为给电感器件4是供功率 而配置的第 一 电源和为给电容器件提供功率而配置的第二 电源。
9. 根据权利要求6的装置，其中电感器件是为产生回路电流而 配置的。
10. 根据权利要求6的装置，其中电感器件包括平板电极。
11. 根据权利要求6的装置，其中电容器件包括第一极板和第二 极板，所述第一极板是实质上平行于第二极板放置的，火炬 本体被放置在第 一极板和第二极板之间。
12. 根据权利要求6的装置，进一步包括为检测光学发射而配置 的探测器。
13. ^f艮据权利要求6的装置，进一步包括为^r测原子吸收而配置 的4笨测器。
14. 根据权利要求6的装置，进一步包括为质谱分析配置的探测 器。
15. —种在火炬中产生低流量等离子体的方法，该方法包括使用第一流速的氩气流点燃等离子体；以及 把非氩阻挡层气流引进该火炬。
16. 根据权利要求15的方法，进一步包括将火炬中的氩气流从 第 一 流速降低到小于第 一 流速的第二流速。
17. 根据权利要求15的方法， 定为氮气。
18. 才艮据牙又利要求15的方法， 替大约75%的氩气流。
19. 根据权利要求15的方法， 体配置在所述火炬中。进一步包括将非氩阻挡层气流选 进一步包括用非氩阻挡层气流代 进一步包括用电容耦合将等离子
20. 根据权利要求19的方法，进一步配置电容耦合把等离子体 的电离势增加到至少大约25电子伏。
21. 根据权利要求19的方法，进一步包括用第一极板和第二极 板把火炬配置成提供电容耦合。
22. —种包括4巴电感耦合和电容耦合^是供纟合等离子体以增加所 述等离子体的电离势的方法。
23. 根据权利要求22的方法，进一步包括配置电容耦合4巴等离 子体的电离势增加到至少大约25电子伏。
24. 根据权利要求22的方法，进一步包括用第一极板和第二极 板将火炬配置成提供电容耦合。
25. —种火炬，该火炬包4舌为接受用来在所述火炬中产生等离子体的氩气而配置的 等离子气体口；为接受用来控制在火炬注射者上方的等离子体放电高度 的氩气而配置的辅助气体口；以及适合接受冷却火炬的冷却气体的阻挡层气体口 。
全文摘要
这项发明揭示等离子体装置和在分析测试中使用这样的等离子体装置的方法。在特定的例子中，低流量等离子体可以使用小于每分钟大约五公升的总氩气流量操作，而且在一些实施方案中，等离子体氩气流量小于大约每分钟四公升。在其它的例子中，揭示使用电感和电容耦合产生的等离子体。
文档编号B23K9/00GK101495262SQ200680006366
公开日2009年7月29日 申请日期2006年3月10日 优先权日2005年3月11日
发明者彼得·J·莫理斯罗 申请人:魄金莱默有限公司