小中大【分享】ICP仪器故障之点火问题分析及处置
对于控制正常的仪器，我们需要点燃ICP 才能开始分析工作，不能正常点火是ICP 光谱仪最常见的故障，同样的，我们也把点火问题分为不能点燃ICP 和ICP 自动熄火两类，能够点燃且不会自己熄灭的仪器就可以被认为是点火正常的，即使这时候点燃的ICP 状态不佳，我们也把它按数据问题进行分析和处理。
2.1 不能点火
形成稳定的ICP 必须满足以下三个条件：
(1) RF 系统输出持续稳定合适的能量到工作线圈。(2) 安装了好的炬管并通有纯净且流量适宜的氩气。(3) 点火装置向气体中释放和适当的电荷。如果点火不能成功，说明其中一个或多个条件没有被满足。我们先来了解一下IRIS 的RF 系统：IRIS 的RF 系统采用晶体谐振他激式振荡源、两级功率放大系统，双闭环的功率反馈控制。由晶体产生的高频振荡信号被RFSource 工作电压+12V)进行四倍频(或六倍频)放大输出一个0-3W 的27.12MHz ( 或40.68MHz) 信号，经过RFDriver(工作电压+48V)被放大到0-70W，再被功率放大单元(工作电压+4000V)放大到0-2000W，最后输出到工作线圈，当然每一个环节的输入与输出的同时都需要进行精确调制，确保RF 系统正常工作。我们关心是否有适合的能量输出到线圈(即功率放大单元的输出)，首先要了解功率单元的工作原理。
IRIS 的功率放大单元的核心部件为功率管(PowerTube)，它是一个大功率的真空电子管，内部有一个细长的灯丝，当灯丝通电时，很大的灯丝电流(10A 左右)使灯丝发热并发射热电子，这些电子受到阳极电压(+4000V左右)的吸引而向阳极运动，到达后形成的电流被称为阳极电流或IP 电流，由于阳极与灯丝距离较远，只有少数速度快能量高的电子才能到达阳极，大多数点子都损失了，这时的IP 电流很小被称为漏电流。当RF 系统工作时，有RF Driver 输出的高频信号加到功率管灯丝与阳极之间的栅极上，对灯丝发射的电子进行加速，这样一来就有大量的电子到达阳极，形成很大的IP 电流，实现对高频信号的放大，功率管的漏电流(大约30 毫安)在阴极经一个750 欧姆的电阻产生大约20V 的偏压(经过稳压)，驱动管子工作，确保高频信号顺利通过。
接下来我们关注一下IRIS 的点火过程，当我们通过软件发出点火指令后，仪器首先开启各个辅助设备，包括循环水、Driver 的冷却风扇和工作电源+48V、功率放大的冷却风机、等离子气(冷却、辅助、雾化)和吹扫气(Nozzle)，对炬管进行净化，完成后关闭雾化气，再等待 10 秒钟后加高压(+4000V)，关闭吹扫气，开点火头和RF 点火，点燃后提高RF 功率使其保持稳定，然后返回设置状态(功率、气体流量和蠕动泵)，从而完成点火。那末在这个过程中作为重要参数的IP 电流会有怎样的变化呢?我们来分析一下。
首先在吹扫净化的过程中，由于阳极电压没有加，IP应该为0，当高压启动但RF 未工作时，IP 应该为漏电流水平，相当30 毫安左右，RF 工作后IP 电流会迅速提高到几百毫安，由于气体电离前后导电能力的不同，气体未电离时IP 应为200 毫安左右，电离后应在600 毫安左右。这样一来，我们应该观察到IP 电流一个0-30-200-600 的变化过程，当然由于正常的点火过程时间很短，最后一个200-600 的变化过程不一定能观察到，但是当仪器不能点燃时，我们可以观察到一个完整的变化过程，我们可以根据IP 的变化判断RF 的工作情况，所以当仪器点火异常时，操作员必须仔细观察IP 的变化情况，认真记录并告知维修工程师，IP 及其他重要的电压参数可在仪器右侧面板的显示窗口读到。
2.1.1 IP 始终为0
我们知道如果阳极高压启动时，功率管的漏电流也将达到30 毫安，IP 为0 只有三种可能，没有高压、无灯丝电流和功率管故障。高压有无可以在仪器由侧窗口的EP档读到，同时要注意点火时高压启动的动作。检查确认灯丝电流和功率管一般由维修工程师来完成，有条件的用户也可自己检查。
2.1.2 IP 为0-30
IP 到达漏电流水平时说明高压与灯丝都已经在工作，导致无功率输出的可能有两个：无功率输入和功率管无放大能力。RF Source 与RF Driver 的故障都可能导致这样的结果，由于是高频信号，需要专门的测量工具来检查，一般需要维修工程师来完成，操作员只要帮助确认RFSource 与RF Driver 的工作电压+12V 与+48V 是否有即可。
2.1.3 IP 为0-30-200
如果IP 是如上的变化，且气体始终没有电离，则这个过程中RF 系统应该是没有问题的，问题处在后两个点火必要条件上，需要操作员仔细检查和处理，这里把其中一些可能罗列如下，以方便大家检查：
A、炬管安装不到位
B、炬管与线圈不同心
C、炬管太脏
D、中心管O 型圈为上好
E、氩气不纯
F、漏气
G、泵管未装好
H、进样管未放入水中
I、雾室有积水
J、点火头距炬管太远
K、点火头坏
L、环境太潮湿
往往更换氩气是最有效的方法，所以准备一瓶高纯氩气是帮助确认问题的好办法。
2.1.4 IP 为0-30-600
当氩气没有电离时，出现如此大的IP 电流说明高压部分有漏电的可能，在经过确认后，操作员应立即停止试验并通知维修工程师，避免仪器遭受进一步损坏。
一般漏电的位置多为空气电容和线圈，对他们进行清理会解决问题，有能力的用户可以尝试完成。不好的调谐也可能产生大的IP 电流，改变一下调谐马达的位置，再进行一次点火也是值得尝试的，但大的IP电流一定要引起操作员的警觉，不能反复尝试，酿成严重后果。
2.2 自动灭火
虽然ICP 点燃后又自动熄灭也是不正常的，但相对不能点燃的故障，往往是一些小问题。
灭火的原因有两种：ICP 本身不能维持和仪器认为有危险而关闭ICP。
2.2.1 ICP 不能维持
ICP 不能维持说明ICP 比较弱，低功率与高负载都易导致灭火，检查RF 功率(通过IP)和使用低盐类样品(如DI-Water)可帮助判断是否存在以上可能，不良的调谐有时也会导致灭火，但多发生在样品切换时，需要加以注意。
2.2.2 保护性灭火
ICP 的保护分为对高压的保护和对高频的保护，往往对高压的保护会有提示，观察灭火时间对判断灭火原因很有用。操作员要准确告知维修工程师灭火发生在点燃后的1s/10s/1min/10min/100min。
