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ICP光譜儀的工作用氣

 更新時間:2019-11-04 點擊量:4941

     氬在空氣中含量僅為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,未采價廉的分子氣體如氮氣和空氣等。其原因有兩個: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(wěn)定ICP,所需的高頻功率也較低。 在ICP光譜技術發(fā)展過程中,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。可以看出分子氣體形成離子的過程分兩步,第1步分子狀態(tài)N2受熱理解為原子,然后第二步才能進行電離反應。N2分子離解所需能量為873KJ/mol,電離過程所需的能量為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是影響形成穩(wěn)定等離子體的另一個重要原因。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(wěn)定等離子體極為重要。據(jù)試驗表明,當外管氣流量為5L/min氬氣時,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(wěn)定的ICP,如高頻電源頻率為4MHz時,用氬氣為工作氣體,維持ICP的低功率為1.5kW;而用氮氣時為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。

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