用于組成分析系統(tǒng)的雷射剝蝕單元和火炬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明在此作為范例所述的實(shí)施例是大致有關(guān)用于處理從一革E材(target)的一雷射剝蝕(ablat1n)位置射出或另外產(chǎn)生的靶材材料(例如，微粒及/或蒸氣的形式)的裝置及方法。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)用于有效率地捕捉靶材材料、用于有效率地輸送一包含該靶材材料的樣本以及用于有效率地注入一包含該靶材材料的樣本到一樣本準(zhǔn)備系統(tǒng)中的裝置及方法。本發(fā)明在此作為范例所述的實(shí)施例亦大致有關(guān)一種用于處理在一樣本室內(nèi)的一靶材的裝置。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例是有關(guān)用于在降低的延遲及動(dòng)態(tài)遲滯(mot1n hysteresis)下調(diào)整一革E材座(holder)的位置的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷射剝蝕感應(yīng)耦合電漿質(zhì)譜法(LA-1CP-MS)或是雷射剝蝕感應(yīng)耦合電漿發(fā)射光譜法(LA-1CP-OES)技術(shù)可被利用來(lái)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，亦即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(guò)將該靶材配置在一雷射剝蝕室內(nèi)、將一載體氣體流引入到該室內(nèi)、以及利用一或多個(gè)雷射脈波來(lái)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(lái)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/或蒸氣的電漿接著通過(guò)一例如是MS或OES系統(tǒng)的分析系統(tǒng)來(lái)加以分析。
[0003]然而，例如是LA-1CP-MS以及LA_ICP_0ES的習(xí)知技術(shù)用以在一合理的時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)行一靶材的高分辨率的組成分析(亦即，"成像")是非所要的緩慢。例如，目前的技術(shù)非所要地花費(fèi)高達(dá)約278小時(shí)以一 10 μm的像素分辨率來(lái)成像一 10mm2的區(qū)域。此外，對(duì)于微米尺寸以及次微米端的微粒(例如，奈米粒子)的高分辨率的成像或分析而言，目前例如是LA-1CP-MS以及LA-1CP-OES的技術(shù)也不夠靈敏。在此揭露的范例實(shí)施例是解決和習(xí)知的組成分析技術(shù)相關(guān)的這些問(wèn)題及其它問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0004]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。
[0005]圖2是沿著在圖2A中所示的線I1-1I所取的橫截面圖，其概要地描繪根據(jù)一實(shí)施例在圖1中所示的樣本捕捉單元。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]圖3是概要地描繪雷射光被導(dǎo)引通過(guò)該樣本單元的該第二入口及捕捉凹處而到位于一雷射剝蝕位置的一靶材之上，以及一包含從位于該雷射剝蝕位置處的該靶材射出的靶材材料所產(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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]圖6是圖4中所示的概要圖的放大的立體橫截面圖，其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(guò)該捕捉凹處的一開(kāi)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。
[0012]圖7是圖4中所示的概要圖的放大的側(cè)橫截面圖，其概要地描繪載體氣體通過(guò)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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
【具體實(shí)施方式】
[0016]范例實(shí)施例是在以下參考所附的圖式加以描述。許多不同的形式及實(shí)施例都是可能的而不偏離本發(fā)明的精神及教示，因而該揭露內(nèi)容不應(yīng)該被解釋為受限于在此闡述的范例實(shí)施例。而是，這些范例實(shí)施例是被提供以使得此揭露內(nèi)容將會(huì)是徹底且完整的，并且將會(huì)傳達(dá)本發(fā)明的范疇給熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者。在圖式中，構(gòu)件的該些尺寸以及相對(duì)的尺寸可能是為了清楚起見(jiàn)而被夸大。在此所用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述特定的范例實(shí)施例的目的，因而并不欲為限制性的。將了解到的是，例如是〃前面〃以及〃背面〃及〃后面〃、〃左〃及〃右〃、〃頂端〃及〃底部〃、〃上方〃及〃下方〃與類(lèi)似者的各種方位的術(shù)語(yǔ)只是為了方便而被使用于此，而不是有意圖要限制所描述者為相對(duì)于任何所敘述的結(jié)構(gòu)可被使用在其中的任何環(huán)境的任何絕對(duì)或固定的方位。如同在此所用的，除非上下文有清楚指出，否則該單數(shù)形〃一 〃、〃 一個(gè)〃以及〃該〃也欲包含復(fù)數(shù)形。將會(huì)進(jìn)一步了解的是，該術(shù)語(yǔ)〃包括〃及/或"包含"當(dāng)用在此說(shuō)明書(shū)時(shí)，其是指明所陳述的特點(diǎn)、整數(shù)、步驟、操作、組件及/或構(gòu)件的存在，但是并不排除一或多個(gè)其它特點(diǎn)、整數(shù)、步驟、操作、組件、構(gòu)件及/或其群組的存在或添加。除非另有指明，否則當(dāng)敘述一個(gè)范圍的值時(shí)，其包含該范圍的上限及下限以及任何介于之間的子范圍。
[0017]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。
[0018]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(guò)該分析系統(tǒng)110分析的前先激勵(lì)(例如，離子化、霧化(atomize)、照亮、加熱或類(lèi)似者、或是其的一組合)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(lèi)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(lèi)似者。
[0019]該樣本室102可包含一框架114，該框架114是具有一延伸穿過(guò)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)生的雷射光是至少實(shí)質(zhì)通透的。該透射窗口 118亦可被密封至該框架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透過(guò)該光學(xué)端口 116而離開(kāi)該樣本室102。盡管該框架被描繪為單一整體形成的一件，但將會(huì)體認(rèn)到的是如同此項(xiàng)技術(shù)中已知的，該框架114可以是由多個(gè)耦接在一起的構(gòu)件所形成的。
[0020]該樣本室102可進(jìn)一步包含一或多個(gè)注入噴嘴120，每個(gè)注入噴嘴120是被配置以將一種例如是一載體氣體(例如，氦、氬、氮或類(lèi)似者或是其的一組合)的流體，以一范圍從20mL/min 到 1000mL/min(例如，在一 10OmT,/miη 到 1 50mT,/miη 的范圍中、或是 125mL/min、或是大約該值)的流速引入該內(nèi)部106中。例如，每個(gè)注入噴嘴120可透過(guò)一流體埠而被插入在該框架114中，并且包含一被配置以流體地耦接至一位于該樣本室102之外的流體源(例如，一加壓的流體源)的入口以及一露出在該樣本室102的內(nèi)部106中的出口。密封(未顯示)可被設(shè)置在框架與該注入噴嘴120之間，以流體地隔離該樣本室102的內(nèi)部106與在該樣本室102之外的環(huán)境。在引入一載體氣體到該內(nèi)部106中之際，該載體氣體的一流動(dòng)(在此亦被稱為一"載體氣體流〃)是被產(chǎn)生在該內(nèi)部106中。將會(huì)體認(rèn)到的是，該載體氣體流在該內(nèi)部106中的不同位置處的速度及方向可以依據(jù)下列而變化:該樣本室100的內(nèi)部106的形狀及尺寸、該一或多個(gè)注入噴嘴120的配置、載體氣體通過(guò)任何特定的注入噴嘴120引入該內(nèi)部106的流速或類(lèi)似者、或是它們的組合。在一實(shí)施例中，在該內(nèi)部106中的壓力可通過(guò)控制載體氣體被引入該內(nèi)部106的流速而被維持(例如，維持在一小于或等于Ilpsi的壓力)。
[0021]該裝置100可進(jìn)一步包含一靶材定位系統(tǒng)，該靶材定位系統(tǒng)是被配置以調(diào)整該靶材104相對(duì)于該光學(xué)路徑122的位置。在一實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)包含一被配置以支承該靶材104的革巴材座124、一被配置以載有該革巴材座124的托架(carriage) 126、一被配置以支承該托架126在該內(nèi)部106中的基底130、以及一被配置以移動(dòng)該托架126的定位臺(tái)128。盡管該靶材座124以及該托架126被描繪成個(gè)別可分開(kāi)的構(gòu)件，但將會(huì)體認(rèn)到的是該靶材座124以及該托架126可以是一體形成的。選配的是，一例如是測(cè)微計(jì)(micrometer)的調(diào)整高度的機(jī)構(gòu)(未顯不)可被設(shè)置以調(diào)整該革G材座124沿著一垂直的方向(例如，沿著該光學(xué)路徑122)的位置，以確保該靶材104是被配置在該內(nèi)部106中的一適當(dāng)或有利的位置。
[0022]該定位臺(tái)128可被配置以相對(duì)于該光學(xué)路徑122沿著至少一方向(例如，一 X方向、一與該X方向正交的Y方向或類(lèi)似者、或是其的一組合)線性地平移該托架126、或是可被配置以相對(duì)于該光學(xué)路徑122旋轉(zhuǎn)該托架126或類(lèi)似者、或是它們的組合。在一實(shí)施例中，該定位臺(tái)128以及該框架114都可以支承在一例如是工作臺(tái)(未顯示)的共同的支撐表面上。該框架114的一部分可以和該支撐表面間隔開(kāi)以在其間界定一容納臺(tái)的空間，并且該定位臺(tái)128可被設(shè)置在該容納臺(tái)的空間中。
[0023]該基底130可包含一在該內(nèi)部106露出的第一側(cè)132以及一相對(duì)該第一側(cè)132的第二側(cè)134。該基底130可耦接至該框架114，以便于流體地隔離該樣本室102的內(nèi)部106與在該樣本室102之外的環(huán)境。因此，如同范例所繪的，該托架126以及該定位臺(tái)128是被設(shè)置在該基底130的相反側(cè)。為了促進(jìn)該靶材104在該內(nèi)部106中的移動(dòng)以及有利的定位，該托架126是透過(guò)該基底130而磁性地耦合至該定位臺(tái)128。例如，托架126可包含一或多個(gè)配置在其中的磁鐵(未顯示)，并且該定位臺(tái)128可包含一具有一或多個(gè)磁鐵附接至其的末端受動(dòng)器(end effector) 136。在該托架126以及該末端受動(dòng)器136的磁鐵的方位可被選擇成產(chǎn)生一延伸在該末端受動(dòng)器136以及該托架126之間穿過(guò)該基底130的吸引的磁場(chǎng)。將會(huì)體認(rèn)到的是，該基底130可以用任何適當(dāng)或有利的方式來(lái)加以建構(gòu)，以在該末端受動(dòng)器136以及該托架126之間發(fā)送一具有足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)。例如，該基底130可以是由一種例如是一金屬、一玻璃、一陶瓷、一玻璃陶瓷、或類(lèi)似者的材料所形成的。在一實(shí)施例中，該基底130可包含一種由在一硼娃玻璃基質(zhì)(matrix)中的氟晶云母(fIuorphlogopitemica)所形成的材料。
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