ICP光譜儀的工作用氣
更新時(shí)間:2019-11-04 點(diǎn)擊量:4109
氬在空氣中含量?jì)H為0.93%。ICP光源所用的氬氣純度需要99.99%以上。而目前商品ICP光譜儀均用氬氣作為工作氣體,未采價(jià)廉的分子氣體如氮氣和空氣等。其原因有兩個(gè):一是氬ICP光源有良好的分析性能,分析靈敏度高且光譜背景較低;二是用氬作等離子體易于形成穩定ICP,所需的高頻功率也較低。 在ICP光譜技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,曾多次探討用分子氣體(氮氣,空氣,氧氣,氬-氮混合氣)代替氬氣作工作氣體。分子氣體雖然在較高功率下也能形成等離子體焰炬,所形成的等離子體激發(fā)溫度也較氬等離子體低。
首先看單原子氣體和分子氣體的電離所需能量與氣體溫度的關(guān)系。把氣體加熱到同樣溫度,分子氣體氮氣和氫氣所消耗的熱能遠高于氬氣和氦氣??梢钥闯龇肿託怏w形成離子的過(guò)程分兩步,第1步分子狀態(tài)N2受熱理解為原子,然后第二步才能進(jìn)行電離反應。N2分子離解所需能量為873KJ/mol,電離過(guò)程所需的能量為1402kj/mol。而惰性氣體氬以原子態(tài)存在,只給予電離能即可。Ar的電離能為1506KJ/mol,所需的能量低于分子氣體氮氣的離解能和電離能之和。
工作氣體的電阻率,熱熔及熱導率等物理性質(zhì)是影響形成穩定等離子體的另一個(gè)重要原因。氬的電阻率,熱熔和熱導率都是低的。低的熱導率可降低由于熱導散熱而造成的能量損失;提高等離子體的熱效率,熱導率的高低對于形成穩定等離子體極為重要。據試驗表明,當外管氣流量為5L/min氬氣時(shí),石英矩管熱傳導分別損耗總能量的60%,43%及20%。由于前述的原因,氬氣易形成穩定的ICP,如高頻電源頻率為4MHz時(shí),用氬氣為工作氣體,維持ICP的低功率為1.5kW;而用氮氣時(shí)為28kw,用氫氣為250kw。當然,提高電源頻率可以相應降低維持ICP所需的功率。用分子氣體形成的等離子體,其溫度比Ar-ICP和He-ICP要低。