ICP的形成條件及過程
在做電感耦合等離子體(icp)測試時,科學(xué)指南針檢測平臺工作人員在與很多同學(xué)溝通中了解到,好多同學(xué)對icp測試不太了解,針對此,科學(xué)指南針檢測平臺團(tuán)隊組織相關(guān)同事對網(wǎng)上海量知識進(jìn)行整理,希望可以幫助到科研圈的伙伴們;
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ICP的形成就是工作氣體的電離過程,現(xiàn)在商用儀器的工作氣體絕大部分都是用的氬氣作為工作氣體。為了形成穩(wěn)定的ICP炬焰需要四個條件:高頻率高強(qiáng)度的電磁場,工作氣體,維持氣體穩(wěn)定放電的炬管以及電子-離子源。
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炬管是由直徑20 mm的三重同心石英管組成(炬管還有其他材質(zhì)的,本次說明就以石英炬管為例)。石英外管和中間管之間通10~20 L/min的氬氣,其作用是是作為工作氣體形成等離子體并冷卻石英炬管,稱為等離子氣或者冷卻氣;中間管和中心管之間通入0.5~1.5 L/min氬氣,稱為輔助氣,用以輔助等離子體的形成;中心管用于導(dǎo)入試樣氣溶膠,氬氣流量一般為0.5~1.0 L/min。
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冷卻(等離子)氬氣以外管內(nèi)壁相切的方向進(jìn)入ICP炬管內(nèi),解決了石英管壁的冷卻問題。防止其被高溫的ICP燒熔。炬管置于高頻線圈的正中間,水冷的線圈連接到高頻發(fā)生器的輸出端。高頻電能通過線圈耦合到炬管內(nèi)電離的氬氣中。當(dāng)線圈上有高頻電流通過時,則在線圈的軸線方向上產(chǎn)生一個強(qiáng)烈振蕩的環(huán)形磁場。開始時,炬管中的氬原子并不導(dǎo)電,因而也不會形成放電。當(dāng)點火器的高頻火花放電在炬管內(nèi)使小量氬氣電離時,一旦在炬管內(nèi)出現(xiàn)了導(dǎo)電的粒子,由于磁場的作用,其運動方向隨磁場的頻率而振蕩,并形成與炬管同軸的環(huán)形電流。原子、離子、電子在強(qiáng)烈的振蕩運動中互相碰撞產(chǎn)生更多的電子與離子。終于形成明亮的白色炬焰,其外形尤如一滴剛形成的水滴。在高度電離的ICP內(nèi)部所形成的環(huán)形渦流可看作只有一匝的變壓器次級線圈,而水冷的工作線圈則相當(dāng)于變壓器的初級線圈,它們之間的耦合,使磁場的強(qiáng)度和方向隨時間而變化,受磁場加速的電子和離子不斷改變其運動方向,導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)并附帶產(chǎn)生電離作用。這種氣體在極短時間內(nèi)在石英的炬管內(nèi)形成一個新型的穩(wěn)定的“電火焰”光源。
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