專(zhuān)利名稱(chēng)：微波等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過(guò)用于加熱光譜化學(xué)分析的樣品的微波功率產(chǎn)生等離子體的裝置，例如這是通過(guò)光發(fā)射光譜分析或者質(zhì)譜分析。
背景本申請(qǐng)人的現(xiàn)有國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/AU01/00805(WO 02/04930 A1)揭示了將等離子體焰炬與為了激發(fā)等離子體而施加的微波電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)最大軸向?qū)?zhǔn)。由于已知的“趨膚效應(yīng)”，這誘導(dǎo)通常中空的圓柱形等離子體。這種形狀的等離子體是期望的，因?yàn)樗阌趯悠纷⑷肫漭^冷的核心以便加熱。該等離子體的趨膚深度在頻率增加時(shí)降低，該趨膚深度較淺(例如，在2455MHz時(shí)，氬等離子體的趨膚深度被測(cè)量為約1mm)，因此揭示了多原子等離子體形成氣體(它們提供較大的趨膚深度)的使用以便改善進(jìn)入等離子體的核心區(qū)的加熱以便加熱該區(qū)域內(nèi)的樣品。
申請(qǐng)人的進(jìn)一步研究揭示了，通過(guò)同時(shí)以微波頻率施加電場(chǎng)和磁場(chǎng)振蕩來(lái)激發(fā)等離子體，與PCT/AU01/00805的發(fā)明相比獲得了改進(jìn)的結(jié)果。該改進(jìn)結(jié)果使得來(lái)自較好加熱的流體進(jìn)入等離子體的核心區(qū)，因此導(dǎo)致樣品和和等離子體之間的較佳熱耦合，從而形成改進(jìn)了的分析性能(靈敏性)。
這里討論的發(fā)明背景包含在此用于說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。這不被認(rèn)為是承認(rèn)，所涉及的任何材料在本申請(qǐng)所確定的優(yōu)先權(quán)日時(shí)都是公開(kāi)、已知或者澳大利亞的普通知識(shí)的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于光譜儀的等離子體源，它包括等離子體焰炬，它具有至少一個(gè)通路用于提供等離子體形成氣體，一種裝置，它用于將微波電磁場(chǎng)施加到等離子體焰炬，對(duì)于所施加的微波電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)烧?，所述裝置與焰炬相關(guān)，以便激發(fā)等離子體形成氣體的等離子體。
此外，根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種用于樣品的光譜化學(xué)分析的等離子體的制造方法，它包括在微波電磁場(chǎng)內(nèi)相對(duì)地放置等離子體焰炬，以便將微波電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)烧呤┘拥降入x子體焰炬，且這兩個(gè)場(chǎng)分量同時(shí)激發(fā)流經(jīng)焰炬的等離子體形成氣體中的等離子體。
在本發(fā)明的這兩個(gè)方面中，等離子體焰炬被放置在存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的區(qū)域中。這可以通過(guò)將焰炬置于波導(dǎo)管內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)最大之間的中間位置處而得以實(shí)現(xiàn)?；蛘?，可以通過(guò)將焰炬置于諸如隔膜的諧振結(jié)構(gòu)內(nèi)而得以實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)提供電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩者的局部最大。在任一情況中，施加的微波功率的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)烧叨加兄诰S持等離子體。
電場(chǎng)分量的效果在于使得等離子體采用與電場(chǎng)方向?qū)?zhǔn)的帶狀而磁場(chǎng)分量的效果在于使得等離子體采用中空的圓柱狀。這兩種正交場(chǎng)分量的組合使得中空?qǐng)A柱狀(來(lái)自磁場(chǎng)分量)變成通常橢圓的剖面并使得等離子體延伸入核心區(qū)，但以與外部區(qū)相比更低的強(qiáng)度。因此，本發(fā)明的裝置或方法方面的等離子體焰炬可以被選擇性地放置在微波電磁場(chǎng)內(nèi)，從而電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量的相對(duì)強(qiáng)度將提供核心中與等離子體的趨膚區(qū)相比所需的更低水平的等離子體強(qiáng)度，即提供足夠允許注入樣品的降低的核心強(qiáng)度，但它仍足夠高以便提供樣品的良好激發(fā)，從而提供良好的分析結(jié)果。
較佳地，等離子體焰炬與磁場(chǎng)軸向?qū)?zhǔn)。焰炬與磁場(chǎng)分量軸向?qū)?zhǔn)的該較佳結(jié)構(gòu)意味著，電場(chǎng)分量的方向?qū)⑴c焰炬的軸正交或者橫切。采用這種結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)產(chǎn)生“帶”(即，類(lèi)似于具有較窄的剖面的軸向延伸條帶)形式的等離子體。在觀察端部時(shí)，磁場(chǎng)使得帶剖面被分成兩份并形成較窄的橢圓。調(diào)整兩個(gè)場(chǎng)分量的相對(duì)強(qiáng)度(例如，通過(guò)將焰炬放置在腔內(nèi)的微波電磁場(chǎng)內(nèi)的不同位置處)將使得形成橢圓的帶的兩側(cè)之間的間隙變寬或變窄，從而允許將樣品注入等離子體的能力以及仍舊實(shí)現(xiàn)等離子體與樣品之間的良好熱耦合之間的平衡的最佳化。
較佳地，用于將微波電磁場(chǎng)施加到焰炬上的裝置包括其中放置有焰炬的諧振隔膜?？梢酝ㄟ^(guò)改變隔膜開(kāi)口的相對(duì)高度與寬度比來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)場(chǎng)分量的相對(duì)強(qiáng)度選擇，這種改變?nèi)员３质┘拥奈⒉芰康念l率下的整體諧振。
可選地或者附加地，用于施加微波電磁場(chǎng)的裝置可以是，或者可以包括，波導(dǎo)管或者腔，在其中焰炬被放置在該波導(dǎo)管或腔內(nèi)電場(chǎng)最大位置和磁場(chǎng)最大位置之間。在上述PCT/AU01/00805中揭示了合適的腔。例如，等離子體焰炬可以置于由波導(dǎo)管的長(zhǎng)度為一個(gè)波長(zhǎng)的部分構(gòu)成的腔內(nèi)，在最大磁場(chǎng)強(qiáng)度位置和最大電場(chǎng)強(qiáng)度位置之間。改變這兩個(gè)場(chǎng)最大之間的等離子體焰炬位置允許選擇每個(gè)場(chǎng)分量的相對(duì)強(qiáng)度以及等離子體的橢圓剖面形狀以及等離子體核心強(qiáng)度的選擇。
在用于施加微波電磁場(chǎng)的裝置是腔的情況下，較佳地，微波源(例如，磁控管)直接將微波能提供入腔，焰炬(即，等離子體負(fù)荷)也被置于腔內(nèi)。這避免了通?，F(xiàn)有技術(shù)的配置，其中微波發(fā)生器(通常是磁控管)被置于發(fā)射波導(dǎo)管內(nèi)并與用于將微波能傳導(dǎo)到負(fù)荷的遞送波導(dǎo)管或同軸電纜阻抗匹配，在等離子體焰炬的情況中，所述負(fù)荷通常被附加地與遞送波導(dǎo)管或同軸電纜阻抗匹配。本發(fā)明的該特點(diǎn)避免了對(duì)一個(gè)或兩個(gè)額外的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的需要，否則這會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和花費(fèi)。根據(jù)本發(fā)明的可能結(jié)構(gòu)是由兩端處短路的一定長(zhǎng)度的波導(dǎo)管形成腔并具有以常規(guī)方式安裝在該長(zhǎng)度的波導(dǎo)管上磁控管。使得磁控管和等離子體之間的阻抗的實(shí)部匹配是通過(guò)控制磁控管和等離子體焰炬之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。抵消包含磁控管電抗的電抗性阻抗是通過(guò)控制從磁控管到近短路端的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所需的準(zhǔn)確距離可以通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)或者通過(guò)使用微波網(wǎng)絡(luò)分析器來(lái)確定，其中微波網(wǎng)絡(luò)分析器如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員已知的。實(shí)際上，最佳磁控管位置已被發(fā)現(xiàn)是相當(dāng)靠近低阻抗點(diǎn)(靠近離開(kāi)焰炬位置半個(gè)波長(zhǎng))。因此，匹配要求將確定為腔的整個(gè)長(zhǎng)度上的某個(gè)程度。還發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，具有不同功率水平或樣品流的焰炬阻抗變化沒(méi)有大到足夠影響由上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)的阻抗匹配，因此不需要阻抗匹配的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及用于將微波電磁場(chǎng)施加到焰炬上的腔的熱冷卻。在等離子體焰炬內(nèi)消耗功率，因此最可能需要冷卻焰炬和其中放置焰炬的腔。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，任何這種腔都可以用作冷卻導(dǎo)管。因此，冷卻氣可以被引入腔并由管子抽出，其中管子具有低于所采用的微波頻率的截止直徑(cut-off)的直徑且其長(zhǎng)度足夠?qū)u消失的波衰減到可接受的程度。
為了更好地理解本發(fā)明并示出其如何有效實(shí)施，現(xiàn)在將僅通過(guò)非限制性的實(shí)例并參考附圖描述其優(yōu)選實(shí)施例。
附圖概述

圖1a示意性地示出場(chǎng)方向和等離子體焰炬產(chǎn)生的等離子體形狀。
圖2示出本發(fā)明實(shí)施例中使用的諧振隔膜。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波導(dǎo)管內(nèi)的諧振隔膜內(nèi)的等離子體焰炬的剖視圖。
圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體焰炬腔且其中的焰炬可以被設(shè)置于不同的位置。
具體實(shí)施例方式
圖1a、d、g、j以及m示出相對(duì)于等離子體焰炬10(示意性地示作圓柱體)的電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H方向，這些場(chǎng)形成這些狀態(tài)以便激發(fā)流經(jīng)焰炬10的等離子體形成氣體中的等離子體。圖中僅概略地將等離子體焰炬10表示為圓柱體，因?yàn)橛糜陬l譜儀的等離子體焰炬結(jié)構(gòu)是公知的。通常，在等離子體焰炬中使用至少兩個(gè)同心管(通常由石英制成)。具有輸送的樣品的載氣正常地流經(jīng)最內(nèi)部的管且分開(kāi)的等離子體維持和焰炬冷卻氣體在兩個(gè)管之間的間隙中流動(dòng)。通常，等離子體形成和維持氣體是諸如氬或氮的惰性氣體，且提供了一定結(jié)構(gòu)以便產(chǎn)生傳導(dǎo)氣流從而形成具有中空核心的穩(wěn)定的等離子體，并保持該等離子體有效地與焰炬的任何部分隔離，從而不會(huì)使得焰炬的任何部分過(guò)熱。例如，可以從軸線徑向地注入氣流，從而氣流螺旋。后者的氣流維持等離子體且內(nèi)部氣流中承載的樣品由來(lái)自等離子體的輻射和傳導(dǎo)而被加熱。以下將參考圖3詳細(xì)描述合適的等離子體焰炬的實(shí)例。圖1b、e、h、k和n示出觀察焰炬10的端部獲得的等離子體形狀，且圖1c、f、i、l和o是等離子體形狀的側(cè)視圖(示出與圖1a、d、g、j和m相同的平面，例如，兩種圖都是垂直正視圖)。
圖1a、b和c示出對(duì)于微波電磁場(chǎng)，其中電場(chǎng)分量12與焰炬10軸向?qū)?zhǔn)，產(chǎn)生桿狀等離子體14。這是公認(rèn)的方法且所產(chǎn)生的等離子體14非常熱但不幸的是很難將樣品注入等離子體的核心。結(jié)果，很難獲得等離子體14和樣品之間的良好的熱耦合，從而導(dǎo)致樣品加熱不良以及較差的分析性能。
圖1d、e和f和圖1g、h和i示出，當(dāng)在電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)最大處等離子體焰炬10與磁場(chǎng)分量16軸向?qū)?zhǔn)(如PCT/AU01/00805中)，等離子體形狀通常是中空的直圓柱體。圖1e中，該直圓柱等離子體18是薄壁的，如用氬作為等離子體形成氣體所產(chǎn)生的。即，趨膚深度變得較小從而不僅僅降低等離子體的中央核心的溫度而是會(huì)實(shí)際相對(duì)較冷。雖然很容易將樣品注入這種核心區(qū)，但加熱較少，因此分析靈敏性較差。圖1h中，在用氮作為等離子體形成氣體時(shí)，通常圓柱體的等離子體20具有較厚的趨膚深度。但是，等離子體20的核心區(qū)內(nèi)樣品的加熱仍舊不夠，從而不能提供令人滿(mǎn)意的分析結(jié)果。
圖1j示出，對(duì)于橫向電場(chǎng)22，產(chǎn)生帶狀等離子體24。參考圖1m，當(dāng)施加微波電磁場(chǎng)以使其電場(chǎng)分量24和磁場(chǎng)分量26都提供能量來(lái)激發(fā)等離子體時(shí)，磁場(chǎng)分量26與焰炬10軸向?qū)?zhǔn)，產(chǎn)生通常橢圓剖面形狀的等離子體28。本發(fā)明的一部分在于通過(guò)選擇性地在微波電磁場(chǎng)內(nèi)設(shè)置等離子體焰炬10，電場(chǎng)分量24和磁場(chǎng)分量26的相對(duì)強(qiáng)度處于所需的水平，由于允許實(shí)現(xiàn)等離子體核心內(nèi)樣品的加熱程度和樣品注入的簡(jiǎn)易性之間的所需平衡，因此可以選擇橢圓剖面的形狀。
參考圖2，用于容納等離子體焰炬10的諧振隔膜30可以由具有開(kāi)口34的金屬部分32構(gòu)成。該隔膜可以置于波導(dǎo)管內(nèi)，其中諧振隔膜處波導(dǎo)管的寬度和高度被同時(shí)降低。降低的高度表示電容器而降低的寬度表示電感器。并聯(lián)的電感器和電容器組合形成一諧振電路。諧振的近似條件是形成隔膜30的開(kāi)口34的周長(zhǎng)是整數(shù)個(gè)半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。這僅僅是近似的，因?yàn)橹C振頻率還取決于部分32的厚度t(即，沿波導(dǎo)管的尺寸)。實(shí)施中，找到所需精確尺寸的最便利的方法是使得試驗(yàn)性開(kāi)口具有n個(gè)半波長(zhǎng)的開(kāi)口周長(zhǎng)，其中n是整數(shù)，測(cè)量精確的諧振頻率，并隨后線性地按比例調(diào)整開(kāi)口34的長(zhǎng)度L或?qū)挾菻到所需的精確頻率。理想地，這種開(kāi)口不應(yīng)具有尖銳的邊角，因?yàn)檫@會(huì)引起不期望的場(chǎng)和表面電流集中。其解決方案是使得開(kāi)口34的端部36成圓弧的或者半圓的。在將氮用作支持氣體時(shí)，被證明為可接受的比率是長(zhǎng)度L2.6倍于高度H，雖然可以理解，在將氮用作等離子體形成氣體或者在使用其它等離子體形成氣體時(shí)，其它比率也可以是有效的。
本發(fā)明中使用的等離子體焰炬10可以類(lèi)似于ICP應(yīng)用中使用的已知的“迷你焰炬(mini torch)”，區(qū)別在于其外部管在長(zhǎng)度上有所延伸。因此，焰炬10(圖3中示作容納在部分32內(nèi)，提供波導(dǎo)管40內(nèi)的諧振隔膜)由三個(gè)同心管42、44和46構(gòu)成。管42是外部管，管44是中間管而管46是內(nèi)部管。管44包括較大直徑的端部，以提供管42和44之間允許等離子體形成氣體通過(guò)的較窄的環(huán)形間隙，該等離子體形成氣體通過(guò)入口48提供。較窄的間隙向等離子體形成氣體提供所期望的較高速度。通過(guò)入口50將輔助氣流提供到管44，且輔助氣流用于將由等離子體形成氣體形成的等離子體54保持離開(kāi)管44和46的近端合適的距離，從而不會(huì)使得這些端部過(guò)熱。包含輸送樣品氣溶膠的載氣通過(guò)入口52被提供到內(nèi)部管46并在離開(kāi)管46的出口時(shí)通過(guò)等離子體54形成通道56，以便通過(guò)等離子體54的熱量將樣品氣溶膠汽化、霧化和光譜化學(xué)地激發(fā)。如已知地，內(nèi)部管46的直徑被選為使得載氣流和噴霧器(或者其它樣品引入裝置)提供的輸送樣品氣溶膠的速率匹配，其中噴霧器是與焰炬10一起使用的。內(nèi)部管46產(chǎn)生的裝載氣溶膠的載氣的速度必須足夠以形成通過(guò)等離子體54的通道56，但不能太大，因?yàn)闆](méi)有足夠時(shí)間使得氣溶膠被適當(dāng)?shù)仄㈧F化和光譜化學(xué)地激發(fā)。已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焰炬10的管44的內(nèi)徑在1.5-2.5mm的范圍內(nèi)時(shí)，使用本發(fā)明，來(lái)自常規(guī)電感耦合的氬等離子體系統(tǒng)的噴霧器和噴霧室可以令人滿(mǎn)意地運(yùn)作。
焰炬10可以由熔化的石英構(gòu)成并具有約12.5mm的外徑。其外部管42可以在長(zhǎng)度上延伸以便從波導(dǎo)管40上突出較短的距離。圖3示出了一焰炬，其中三個(gè)管42、44和46被永久地熔化在一起，但是可以提供機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而將三個(gè)管保持在它們所需的位置處，其中可以移除和替換一個(gè)或多個(gè)管，如已知的那樣。這種結(jié)構(gòu)被稱(chēng)作可拆卸焰炬。焰炬10可以由石英以外的材料構(gòu)成，諸如氧化鋁、氮化硼或其它耐熱陶瓷。在范圍從約200瓦以下到1kW以上的功率水平處，圖3所示的實(shí)施例方便地支持等離子體形成氣體中分析上有用的等離子體。
圖4示出波導(dǎo)管60，它在兩端62和64處被短路并被調(diào)整尺寸以提供諧振腔，等離子體焰炬10被設(shè)置在該諧振腔內(nèi)(在該圖中僅示意性示出)。設(shè)置磁控管66以便在低阻抗位置處(即靠近最大磁場(chǎng)強(qiáng)度的位置處)將微波能直接發(fā)射入腔60，其中端部64離開(kāi)該位置一個(gè)波長(zhǎng)(λ)而端部62被調(diào)整為抵消磁控管電抗(例如，端部62可以是離開(kāi)磁控管66約0.078λ)。在這種結(jié)構(gòu)中，波導(dǎo)管腔60以TE10n模式(其中n是取決于腔長(zhǎng)度的整數(shù))工作，其中焰炬10與磁場(chǎng)分量的方向軸向?qū)?zhǔn)。設(shè)置等離子體焰炬10，從而等離子體由磁場(chǎng)分量和電場(chǎng)分量?jī)烧呒ぐl(fā)。通過(guò)改變焰炬10的位置(如由10’所表示的)可以改變每個(gè)分量的相對(duì)強(qiáng)度。如上所述，這具有改變電場(chǎng)激發(fā)分量和磁場(chǎng)激發(fā)分量?jī)烧弋a(chǎn)生的橢圓等離子體形狀的效果，因此，允許將樣品注入等離子體的能力和等離子體以及樣品之間良好的熱耦合之間平衡的最優(yōu)化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能最接近本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)(且通常被認(rèn)為是最佳現(xiàn)有技術(shù)的微波等離子體系統(tǒng))是日本的Okamoto開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。(Yukio Okamoto，“Annular-shapedmicrowave induced nitrogen plasma at atmospheric pressure for emissionspectroscopy of solutions(用于溶液發(fā)射光譜的大氣壓處的環(huán)形微波誘導(dǎo)氮等離子體)”Analytical Sciences(分析科學(xué))，7(1991)283-288；Yukio Okamoto，美國(guó)專(zhuān)利4933650(1990年6月12日以及Yukio Okamoto，美國(guó)專(zhuān)利5063329(1991年11月5日)。這是基于氮的微波等離子體系統(tǒng)，它以約1千瓦的功率運(yùn)行。樣品引入是經(jīng)由來(lái)自氣動(dòng)噴霧器的濕(未退溶的)氣溶膠。用于發(fā)射光譜的Okamoto系統(tǒng)的分析性能由0hata和Furuta(Masaki Ohata和Naoki Furuta，“Evaluation ofthe detection capability of a high power nitrogen microwave-induced plasmafor both atomic emission and mass spectrometry(用于原子發(fā)射和質(zhì)譜的高能氮微波誘導(dǎo)等離子體的檢測(cè)性能的評(píng)估)”Journal of Analytical AtomicSpectroscopy(分析原子光譜雜志)，13(1998)447-453)給出。下表1示出所報(bào)告的典型結(jié)果。
表1


為了進(jìn)行比較，以下在表2中示出采用本發(fā)明的光譜系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性測(cè)量的檢測(cè)限制。所使用的光譜儀是Varian Vista MPX多色儀。這是0.5米階梯光柵多色儀，它具有20微微米的帶通。上述微波腔被置于通常由常規(guī)誘導(dǎo)地耦合的等離子體焰炬占據(jù)的位置中。微波功率是1千瓦。外部氣流是15l/min，且中間和樣品氣流速度是約1l/min。
表2

如從表1和2中的結(jié)果比較顯而易見(jiàn)的，使用本發(fā)明提供了與Okamoto的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比顯著更低的檢測(cè)限制。
此外，本發(fā)明提供了在空氣上工作的可能性，雖然具有稍許更差(更高)的檢測(cè)限制。這提供了消除對(duì)任何瓶裝氣體源的需要的好處。在遠(yuǎn)處操作光譜儀設(shè)備的情況中，諸如采礦位置或者在很難獲得管狀氣體源的鄉(xiāng)間，該優(yōu)點(diǎn)特別重要。為這種狀況確定了某些元素的檢測(cè)限制，并在以下的表3中示出。
表3

這里描述的本發(fā)明易受這些具體描述以外的變化、修改和/或添加的影響，并可以理解，本發(fā)明包括所有這些變化、修改和/或添加，它們都落在以下權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于光譜儀的等離子體源，其特征在于，包括等離子體焰炬，它具有至少一個(gè)通路用于提供等離子體形成氣體，一種用于將微波電磁場(chǎng)施加到等離子體焰炬的裝置，所述裝置在所施加的微波電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)煞矫媾c焰炬相關(guān)，以便激發(fā)等離子體形成氣體的等離子體。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述等離子體焰炬具有在軸向上與磁場(chǎng)分量的方向?qū)R的縱軸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體源，其特征在于，用于施加微波電磁場(chǎng)的裝置包括波導(dǎo)管。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體源，其特征在于，用于施加微波電磁場(chǎng)的裝置包括其中放置有等離子體焰炬的諧振隔膜，該諧振隔膜被置于波導(dǎo)管內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體源，其特征在于，所述諧振隔膜被置于靠近波導(dǎo)管內(nèi)的磁場(chǎng)最大或者低阻抗點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求3到5中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，所述波導(dǎo)管是諧振腔。
7.如權(quán)利要求6所述的等離子體源，其特征在于，用于施加微波電磁場(chǎng)的裝置進(jìn)一步包括微波源，它將微波能直接提供入諧振腔。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體源，其特征在于，所述微波源是磁控管。
9.如權(quán)利要求3到8中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，包括一種裝置，它用于將氣態(tài)冷卻劑引入和抽出波導(dǎo)管或諧振腔，從而波導(dǎo)管或諧振腔提供冷卻劑的通道。
10.一種用于樣品的光譜化學(xué)分析的等離子體的制造方法，其特征在于，包括在微波電磁場(chǎng)內(nèi)相關(guān)聯(lián)地放置等離子體焰炬，以便將微波電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)烧呤┘拥降入x子體焰炬，兩個(gè)場(chǎng)分量同時(shí)激發(fā)流經(jīng)焰炬的等離子體形成氣體中的等離子體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，相關(guān)聯(lián)地放置的步驟包括在軸向上將焰炬與磁場(chǎng)分量的方向?qū)R。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，相關(guān)聯(lián)地放置的步驟包括將焰炬置于磁場(chǎng)最大的位置和電場(chǎng)最大的位置之間。
13.如權(quán)利要求10到12中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述等離子體焰炬放置成使電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量形成基本是橢圓剖面的等離子體。
全文摘要
一種用于光譜儀的等離子體源包括等離子體焰炬(10)，它被放置在波導(dǎo)管或諧振腔(40)內(nèi)，微波電磁場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量?jī)烧哂捎诩ぐl(fā)等離子體(54)。這產(chǎn)生了等離子體(54)，它通常具有橢圓剖面，樣品被相對(duì)方便地注入其中但它仍舊提供等離子體與樣品之間的良好熱耦合。與現(xiàn)有技術(shù)的微波誘導(dǎo)等離子體系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供顯著改進(jìn)的檢測(cè)限制。較佳地，將焰炬與磁場(chǎng)分量的方向軸向?qū)?zhǔn)且焰炬可以被放置在波導(dǎo)管或腔(40)內(nèi)的諧振隔膜(32)內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N21/73GK1618260SQ02828004
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月11日
發(fā)明者M·R·哈米爾 申請(qǐng)人:美國(guó)瓦里安澳大利亞有限公司