用于減少熱效應(yīng)的激光取樣方法
【專利說明】用于減少熱效應(yīng)的激光取樣方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案
[0002]此申請(qǐng)案是主張2013年3月15日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案號(hào)61/791，502的益處，該申請(qǐng)案的揭露內(nèi)容是被納入作為參考。
【背景技術(shù)】
[0003]激光剝蝕感應(yīng)耦合電漿質(zhì)譜法(LA-1CP-MS)或是激光剝蝕感應(yīng)耦合電漿發(fā)射光譜法(LA-1CP-OES)技術(shù)可被利用來分析一靶材(例如，一固體或液體的靶材材料)的成分。通常，該靶材的一具有氣溶膠(aerosol，也就是固體以及可能的液體微粒及/或蒸氣懸浮在一種例如是氦氣的載體氣體中)的形式的樣本是被提供至一分析系統(tǒng)。該樣本通常是通過將該靶材配置在一激光剝蝕室內(nèi)、將一載體氣體流引入到該室內(nèi)、以及利用一或多個(gè)激光脈波來剝蝕該革G材的一部分以產(chǎn)生一包含從該革El材(在以下被稱為"革G材材料〃)射出或另外產(chǎn)生且被懸浮在該載體氣體內(nèi)的微粒及/或蒸氣的羽流(plume)來加以產(chǎn)生的。夾帶在該流動(dòng)的載體氣體內(nèi)的靶材材料是經(jīng)由一輸送導(dǎo)管而被輸送到一分析系統(tǒng)，而到一在其中被離子化的ICP火炬(torch)。一包含該些離子化的微粒及/或蒸氣的電漿是接著通過一例如是MS或OES系統(tǒng)的分析系統(tǒng)來加以分析。
[0004]在LA-1CP-MS或是LA-1CP-0ES量測(cè)中，一激光射束是被掃描橫跨一樣本表面(在大多數(shù)的情況中，該樣本實(shí)際上是位在一 XY平臺(tái)上并且相對(duì)于該激光射束來移動(dòng)，但是反之也成立)，使得該樣本表面是漸進(jìn)地被剝蝕，并且產(chǎn)生的氣溶膠是被轉(zhuǎn)移至該偵測(cè)系統(tǒng)以用于分析。
[0005]此取樣模式可能會(huì)使得多個(gè)激光脈波重疊，因?yàn)樵摷す忸l率(脈波式激光)通常是比該平臺(tái)的移動(dòng)快。多個(gè)脈波重疊是造成該樣本漸進(jìn)的加熱，其已經(jīng)被展示為不利于數(shù)據(jù)質(zhì)量，也就是一用于該剝蝕的熱機(jī)制是造成該樣本的熔化以及大的微粒的形成，其是造成低的ICP-MS靈敏度及分離(fract1nat1n);因此其結(jié)果并不代表該樣本的真實(shí)成分。
[0006]大多數(shù)市售的激光剝蝕系統(tǒng)的現(xiàn)有的技術(shù)是看到該樣本位在一附接至一 XY平臺(tái)的剝蝕單元(有時(shí)被稱為取樣室/單元)中。當(dāng)掃描是必要的時(shí)候，該平臺(tái)是移動(dòng)在該XY平面內(nèi)，使得運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于該發(fā)射的激光射束。這些掃描傾向是漸進(jìn)且線性的，使得一熱剝蝕面(front)是隨著該激光掃描而被產(chǎn)生。
[0007]某些儀器為了快速的掃描是使用一振動(dòng)反射鏡以及一具有高的重復(fù)率(每秒數(shù)百次、數(shù)千次、或甚至是數(shù)百萬次激光擊發(fā))是激光射束以相對(duì)于該樣本移動(dòng)該射束，其中激光掃描是從漸進(jìn)且線性的移動(dòng)來加以建立，此是致能熱的積聚以及熱剝蝕面，但是其結(jié)果是相同的。
[0008]產(chǎn)生重疊的激光脈波的裝置的一個(gè)例子是被展示在2012年8月23日公開的名稱為〃用于光電裝置的改良的激光劃線的方法及裝置〃美國(guó)專利公開案US-2012-0211477-A1中，該公開案的揭露內(nèi)容是被納入作為參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]—種用于在激光剝蝕發(fā)射光譜法中減少熱效應(yīng)的方法可以如下地加以實(shí)行。離散的剝蝕點(diǎn)是在一靶材表面上沿著一在該靶材表面上的分析線來加以產(chǎn)生。以下的第一及第二步驟中的至少一個(gè)也被實(shí)行。首先，該些剝蝕點(diǎn)是被設(shè)置成使得一對(duì)連續(xù)的剝蝕點(diǎn)是沿著該分析線彼此間隔開，并且通過該些剝蝕點(diǎn)中的另一個(gè)點(diǎn)彼此分開。其次，當(dāng)該分析線包括分析線區(qū)段時(shí)，其中該些分析線區(qū)段是大致彼此相鄰并且平行的，則該些剝蝕點(diǎn)被設(shè)置成使得(A) —對(duì)連續(xù)的剝蝕點(diǎn)是在不同的分析線區(qū)段上，并且(B)當(dāng)該些不同的分析線區(qū)段是彼此相鄰時(shí)，該些連續(xù)的剝蝕點(diǎn)是被設(shè)置在沿著該些分析線區(qū)段的不同的縱長(zhǎng)位置處。因此，一種隔離的剝蝕點(diǎn)的線性掃描可被產(chǎn)生。
[0010]該熱效應(yīng)減少的方法可包含以下的一或多個(gè)。該些剝蝕點(diǎn)中的該另一個(gè)可以和該對(duì)剝蝕點(diǎn)的該些剝蝕點(diǎn)的每一個(gè)分開。該產(chǎn)生步驟可包含依序產(chǎn)生第一、第二及第三離散的剝蝕點(diǎn)，并且該第一設(shè)置步驟可包含將該第三剝蝕點(diǎn)設(shè)置在該第一及第二剝蝕點(diǎn)之間并且和該第一及第二剝蝕點(diǎn)間隔開。
[0011]此揭露內(nèi)容的實(shí)施方式的其它特征、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)可以在檢視以下的圖式、詳細(xì)說明以及權(quán)利要求書而被看出。
【附圖說明】
[0012]圖1-10是和2014年2月14日申請(qǐng)的名稱為〃用于組成分析系統(tǒng)的激光剝蝕單元和火炬系統(tǒng)〃美國(guó)專利申請(qǐng)案號(hào)14/180，849的圖1-10相同的。
[0013]圖1是概要地描繪一種用于處理一靶材以及用于處理從該靶材射出或另外產(chǎn)生的靶材材料的裝置的一實(shí)施例，并且其包含一樣本室、一樣本捕捉單元以及一靶材座的橫截面圖。
[0014]圖2是沿著在圖2A中所示的線I1-1I所取的橫截面圖，其是概要地描繪根據(jù)一實(shí)施例在圖1中所示的樣本捕捉單元。
[0015]圖2A是概要地描繪當(dāng)在沿著圖2中的線IIA-1IA指出的方向上觀看時(shí)的該樣本捕捉單元的一第一入口、一第二入口、一捕捉凹處以及一出口的平面圖。
[0016]圖2B是描繪當(dāng)在沿著圖2中的線IIB-1IB指出的方向上觀看時(shí)的該樣本捕捉單元的該第一入口、第二入口、捕捉凹處以及出口的平面圖。
[0017]圖3是概要地描繪激光被導(dǎo)引通過該樣本單元的該第二入口及捕捉凹處而到位在一激光剝蝕位置的一靶材之上，以及一包含從位于該激光剝蝕位置處的該靶材射出的靶材材料的所產(chǎn)生的羽流進(jìn)入到該樣本單元的該捕捉凹處中的橫截面圖。
[0018]圖4是概要地描繪在該樣本室的內(nèi)部中的載體氣體進(jìn)入到圖2中所示的該樣本捕捉單元的該捕捉凹處的流動(dòng)特征的立體橫截面圖。
[0019]圖5是概要地描繪圖4中所示的載體氣體進(jìn)入到圖2中所示的該樣本捕捉單元的該捕捉凹處的流動(dòng)特征的放大的俯視平面圖。
[0020]圖6是圖4中所示的概要圖放大的立體橫截面圖，其是概要地描繪載體氣體從一介于該樣本捕捉單元以及該靶材之間的區(qū)域，通過該捕捉凹處的一開口并且進(jìn)入圖2中所示的該樣本捕捉單元的該出口的流動(dòng)特征。
[0021]圖7是圖4中所示的概要圖放大的側(cè)橫截面圖，其是概要地描繪載體氣體通過該第二入口并且進(jìn)入圖2中所示的該樣本捕捉單元的該出口的流動(dòng)特征。
[0022]圖8是概要地描繪根據(jù)另一實(shí)施例的圖1中所示的該樣本捕捉單元納入一輔助的入口的橫截面圖。
[0023]圖9是概要地描繪一耦接至一樣本準(zhǔn)備系統(tǒng)的注入器以及一分析系統(tǒng)的一部分的一實(shí)施例的橫截面圖。
[0024]圖10是概要地描繪一去溶劑化(desolvat1n)單元親接在一液滴產(chǎn)生器以及一例如是圖9中所示的該注入器的注入器之間的一實(shí)施例的部分橫截面圖。
[0025]圖11是描繪一種現(xiàn)有技術(shù)的激光剝蝕技術(shù)的結(jié)果，其中一系列重疊的剝蝕點(diǎn)是在沿著一分析線的一第一方向上形成在一革E材表面上。
[0026]圖12是描繪一種類似圖11現(xiàn)有技術(shù)的激光剝蝕技術(shù)的結(jié)果，但是其中該分析線是一分段的分析線，其是包含一些彼此平行且相鄰的分析線區(qū)段，其中剝蝕點(diǎn)是在該第一方向上沿著一第一分析線區(qū)段并且繼續(xù)在一和該第一方向相反的第二方向上沿著一第二分析線區(qū)段來加以形成。
[0027]圖13是描繪一種類似圖11及12的現(xiàn)有技術(shù)的激光剝蝕技術(shù)的結(jié)果，但是其中該些剝蝕點(diǎn)都在從相同端開始的該第一方向上沿著該第一及第二分析線區(qū)段來加以形成。
[0028]圖14是描繪在此例子中在一靶材表面上沿著一分析線形成三個(gè)剝蝕點(diǎn)的結(jié)果，其中該第三剝蝕點(diǎn)是位于該第一及第二剝蝕點(diǎn)之間并且和該第一及第二剝蝕點(diǎn)間隔開。
[0029]圖15是描繪在此例子中在一靶材表面上沿著一分段的分析線的相鄰且平行的分析線區(qū)段形成四個(gè)剝蝕點(diǎn)的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下的說明通常將會(huì)參考特定結(jié)構(gòu)的實(shí)施例及方法。將了解到的是，并無意圖欲受限于該些明確揭露的實(shí)施例及方法，而是其它特點(diǎn)、組件、方法及實(shí)施例也可被使用于此揭露內(nèi)容的實(shí)施。較佳實(shí)施例是被描述以描繪所揭露的技術(shù)，而非用以限制其范疇，該范疇是通過權(quán)利要求書所界定。該項(xiàng)技術(shù)中具有通常技能者將會(huì)體認(rèn)到以下的說明的各種等同的變化。除非另有敘述，否則在此申請(qǐng)案中指明的例如是平行、對(duì)準(zhǔn)或是在相同的平面中的關(guān)系是表示該些指明的關(guān)系是在制程的限制內(nèi)并且在制造的變化內(nèi)。當(dāng)構(gòu)件被描述為耦接、連接、接觸或是彼此接觸時(shí)，它們并不需要是實(shí)際直接彼此觸及，除非是明確如此敘述的。
[0031]以下圖1-10的說明是和2014年2月14日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)案號(hào)14/180,849的圖1-10的對(duì)應(yīng)的說明實(shí)質(zhì)相同的。
[0032]圖1是概要地描繪一種用于處理一靶材以及用于處理從該靶材射出或另外產(chǎn)生的靶材材料的裝置的一實(shí)施例，并且其包含一樣本室、一樣本捕捉單元以及一靶材座的橫截面圖。
[0033]參照?qǐng)D1，一種用于處理一靶材以及用于處理從該靶材射出或另外產(chǎn)生的靶材材料的裝置(例如，裝置100)可包含一被配置以在其內(nèi)部106中容納一靶材104的樣本室102、一被配置以移除該靶材104的一部分(其接著可被捕捉為一樣本)的樣本產(chǎn)生器108以及一被配置以分析該樣本的一成分的分析系統(tǒng)110?？杀惶峁┳鳛橐话胁?04的材料例子例如是包含考古學(xué)的材料、生物學(xué)的化驗(yàn)基板及其它生物學(xué)的材料、陶瓷、地質(zhì)材料、藥劑(例如，藥丸)、金屬、聚合物、石化材料、液體、半導(dǎo)體等等。該裝置100可選配地包含一樣本準(zhǔn)備系統(tǒng)112，該樣本準(zhǔn)備系統(tǒng)112是被配置以在該樣本通過該分析系統(tǒng)110分析之前先激勵(lì)(例如，離子化、霧化(atomize)、照亮、加熱或類似者或是其之一組合)該樣本的一或多個(gè)成分。如同將會(huì)在以下更加詳細(xì)描述的，該樣本準(zhǔn)備系統(tǒng)112可包含一電楽火炬(例如，一 ICP火炬)或類似者。再者，該分析系統(tǒng)110可被設(shè)置以作為一 MS系統(tǒng)、一 OES系統(tǒng)或類似者。
[0034]該樣本室102可包含一框架114，該框架114是具有一延伸穿過其的光學(xué)端口116，以允許在該樣本產(chǎn)生器108以及該樣本室102的內(nèi)部106之間的光學(xué)連通。選配的是，一透射窗口 118可耦接至該框架114并且跨越該光學(xué)端口 116。該透射窗口 118通常是由一種材料(例如，石英)所形成的，該材料對(duì)于由該樣本產(chǎn)生器108所產(chǎn)生的激光是至少實(shí)質(zhì)通透的。該透射窗口 118也可被密封至該框架114，以避免灰塵、碎片或是其它非所要的氣體或其它污染源經(jīng)由該光學(xué)端口 116進(jìn)入到該內(nèi)部106。在一實(shí)施例中，該透射窗口 118是被密封至該框架114，以同樣避免從該靶材104射出的微粒、從該靶材104產(chǎn)生的蒸氣等等(該些微粒、蒸氣等等整體在此被稱為〃靶材材料〃，其是從該靶材104移除的)、存在于該內(nèi)部106中的載體氣體或其它流體通過該光學(xué)端口 116而離開該樣本室102。盡管該框架被描