等离子体光源技术的新进展

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1、23微波等离子体光源技术的新进展光谱光源是发射光谱仪器的核心它决定了光谱仪的分析性能及仪器结构。每一次新型光源的出现，就导致一类新型仪器的快速发展。电感耦合等离子体（ICP）发射光源的出现，使之成为目前无机分析应用的仪器分析手段，大大促进了无机元素分析技术向灵敏、准确、简便、快速方向迈进。然而，随着ICP光谱分析技术的日益成熟，由多道ICP光谱仪发展到顺序扫描型，再发展到全谱直读型，至上世纪九十年代初出现中阶梯光栅交叉色散分光-固态检测器光谱仪以来，近二十年时间，ICP光谱仪器技术没有重大进展，尽管各型号ICP光谱分析仪器不断地翻新，也有局部技术的改进和优化，但不能称为重大进展［1］

2、，业内人士多有ICP光谱技术已处于“江郎才尽”的状态，ICP光谱仪还用Fassel五十年前设计的三同心管石英炬管装置，应用最多雾化进样还是同心雾化器，工作气体还是大量用氩气，于是ICP光谱技术的改进（革命）目标就是要节省氩气,为此曾经采取个多种方案，如使用水冷炬管，分子气炬管，微型炬管等，但均性能不佳，于是就将目光转向等离子体家族其它成员，已经进行较深入研究的用于原子发射光谱分析等离子体光源主要有：微波等离子体（microwaveplasma，简称MWP），以2450MHz微波频率的等离子体。按能源传递方式分级等离子体矩管的结构分为两大类，一种称类火焰等离子体（Flame-likep

3、lasma）矩管中心有金属管，在金属管尖端产生等离子体，称为电容耦合微波等离子体（capacitivelycoupledmicrowaveplasma，简称CCP）另一种石英矩管中无金属电极，等离子体在管内形成，叫微波感生等离子体（microwaveInducedPlasma，简称MIP）在一定条件下它可以形成类似于ICP光源的环形等离子体。形成微波等离子体的工作气体可用氩、氮、氦、空气等气体。MIP又按工作气体种类氩、氮、氦、空气称为Ar-MIP,N2-MIP,He-MIP,Air-MIP。1微波感生等离子体，自1952年Broida和Moyer首次把微波等离子体(MWP)用于光谱

4、分析以来,MWP就引起了人们的关注.MWP可以用Ar,He或N2等工作气体在较宽的气体压力范围内功率范围内工作,并具有很高的激发能力,可检测元素周期表中包括卤素等非金属元素在内的几乎所有元素[2]..开始时在低压下形成等离子体，功率在150W以下，但进样困难，后来发展常压微波光源。MIP安供电功率有分为低功率MIP(＜200w),中功率MIP（300-600W），高功率（＞600W）。1.1低功率微波感生等离子体原子发射光谱（MIP–AES）的发展低功率MIP是较早开始用于分析的微波光源，它功率低，支撑气体可用分子气体及惰性气体，工作气体用量少，装置简单，购置及运行成本低，研究和应用

5、报告很多且技术多样化［3-4］。下面具体列举若干典型技术，考察低功率MIP的现状与发展。Gy.Heltai,等［5］研究了低功率Ar-MIP及He-MIP用作发射光谱光源的分析性能。炬管内径4或5mm，TM010谐振腔，Ar-IMIPP用功率85-110W，OH基测定的转动温度（近似于等离子体气体温度）2000-2700K，,He-ICP用120-180W，温度2200-2600K用气动雾化器通过石墨炉进样，回避了气动雾化器液体进样问题。（1）非金属元素测定Matosek［6］用TM010腔，石墨炉进样，轴向观测，测定Cl、I、S、P的原子线和离子线，方法用于牛奶中碘或多组分样品中硫

6、的测定。Mckenna23［7］用低压Beenakker腔MIP原子发射光谱分析氦基气体混合物中氧、氮、氩组分。Okruss,等［18］用仪器分辨率较高的近红外中阶梯光栅微波光谱仪检测有机化合物中H,C,F,Cl，I,S.,光谱光区在640nm-990nm，典型检出限对于Ar-MIP为200-2200pg/s，对于He-MIP为70-660pg/s。Ortega等［19］用低功率MIP测定碘，为了改进检测能力，采用化学碘蒸汽发生器，在线把碘化物、硫酸及过氧化氢溶液混合，所产生的气体产物经气液分离器及浓硫酸除去水汽，在进入MIP测定，检出限20μg/L，精密度0.75%（在200μg/

7、L水平）。TaketoshiNakahara等［20］报告了用气相进样的技术及常压微波等离子体光谱仪上测定溶液中低浓度硫。所用光谱线位于紫外区及真空紫外区。分析线为S180.73，182.04及217.05nm，实验了各种试剂，1.0M盐酸最合适用于把硫化物及二氧化硫反应发生硫化氢。产物经气液分离器进入MIP。180.73nm分析线的检出限为0.13及1.28ng/ml硫。方法用于测定废水中硫表明微波等离子体光源有较强的激发能力，可以激发难激发的非金属元素