小中大 四、等离子体光源
电感耦合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)光源它由高频发生器、等离子体炬管和雾化器组成,为现代原子发射光谱仪中广泛使用的新型光源。
1.高频发生器高频发生器在工业上称射频(radio frequency,RF)发生器,在ICP光源中称高频电源或等离子体电源,它通过工作线圈向等离子体输送能量,是ICP火焰的能源。高频发生器有两种类型,即自激式和它激式,它们都能满足ICP分析的需求。
自激式高频发生器由整流稳压电源、振荡回路和大功率电子管放大器三部分组成,提供40.68MHz高频振荡电场。它的电路简单,造价低廉,具有自动补偿、白身调节作用是目前仪器厂商广泛使用的技术。
它激式高频发生器是由石英晶体振荡器、倍频、激励、功放和匹配五部分组成,它采用标准工业频率振荡器6.87MHz工作,经4~6倍的倍频电路处理,产生27.12MHz或40.68MHz的工作频率,经激励、放大,由匹配箱和同轴电缆输送到ICP负载上,此种发生器频率稳定性高、耦合效率高,功率输出易于自动控制,但其电路比较复杂,易发生故障,因而应用厂商较少。
现在被广大厂商广泛采用的是固态高频发生器,它是由一组固态场效应管束代替自激式高频发生器中的大功率电子管,以获得大功率高频能量的输出。它具有体积小,输出功率稳定、耐用、抗震、抗干扰能力强,已成为新一代ICP光谱仪使用的主流产品,使用寿命已大干5000h。
高频发生器产生的频率和它的正向功率(系指在ICP燃炬负载线圈上获得的功率)是两个重要的性能指标,二者有紧密的相关性。
高频发生器产生的振荡频率和它的正向功率呈反比关系,如使用5MHz频率,维持ICP放电的功率为5~6 kW;使用9MHz,功率为3kW;使用21 MHz,功率为1.5kW,因而提高振荡频率;可使ICP放电所需的功率降低,并进而降低激发时的温度和电流密度,还会降低冷却氩气的消耗量,振荡频率的稳定性应≤0.1%。
高频发生器的功率应>1.6kW,当输出功率为300~500W时,能维持ICP火焰燃烧,但不稳定,不能进行样品分析工作,当输出功率>800W时,ICP火焰才能保持稳定,才可进行样品分析,输出功率的稳定性应≤0.1%,它直接影响分析的检出限和分析数据的精密度。
2011年美国PE公司在Optima 8000系列仪器上,采用平行铝板作为高频感耦元件,称为平板等离子体。其在射频发生器上用两块平行放置的铝板,取代传统的螺旋铜管感应线圈,构成电感耦合等离子体炬,可降低氩气消耗在10L/min以下,并且平行铝板不需用水冷却,当等离子体冷却气只有8L/min,等离子体炬焰仍然稳定,使操作成本大大降低,并有良好的稳定性和分析性能。
[ 本帖最后由 wccd 于 2022-4-14 09:14 编辑 ]