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实验室分析仪器--ICP焰炬的形成条件及其过程

2022.1.25

ICP矩焰形成的过程(见图1)就是ICP工作气体电离的射感应线圈过程。

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图1 等离子体焰炬


形成ICP炬焰必须具备四个条件:

(1)负载线圈

为2~4匝钢管,中心通水冷却。高频发生器为其提供高频能源。频率采用27.12MHz或40.68MH工频,功率为1~1.6kW。

(2)ICP炬管

由三管同心石英玻璃制成。外管ø约20mm、中间管ø≈16mm、内管出口处ø 1.2~2mm。外管气体以切线方向进入。

(3)工作气体

一般使用氩气,外管与中间管之间通氯等离子体入10~20L/min氩气,称为等离子气(通常称为冷却气),它是形成等离子体的主要气体,起到冷却炬管的作用。中间管与内管之间通入0.5~1.5L/min氩气,称为辅助气,它的作用是提高火焰高度,保护内管。内管通入0.2~2L/min氩气,称为载气,它的作用是将样品气溶胶带入ICP火焰。

(4)高压Tesla线圈

通过尖端放电引入火种,使氩气局部电离为导电体,进而产生感应电流。当高频电流通过负载线圈时,其周围空间产生交变磁场H,这种交变磁场使空间气体电离,但此时它仍是非导体。炬管内虽有交变磁场却不能形成等离子体火焰。如果在管口处用Tesla线圈放电,引入几个火花,使少量氩气电离,产生电子和离子的“种子”。这时,交变磁场就立即感应这些“种子”,使其在相反的方向上加速并在炬管内沿闭合回路流动,形成涡流。这些电子和离子被高频场加速后,在运动中遭受气流的阻挡而发热,达到高温,同时发生电离,出现更多的电子和离子,而形成火焰状的等离子焰炬。此时,负载线圈像一个变压器的初级线圈,等离子体火焰是变压器的次级线圈,也是它的负载。高频能量通过负载线圈第耦合到等离子体上,而使ICP火焰维持不灭。


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