问小白 wenxiaobai
资讯
历史
科技
环境与自然
成长
游戏
财经
文学与艺术
美食
健康
家居
文化
情感
汽车
三农
军事
旅行
运动
教育
生活
星座命理

ICP电感耦合等离子体光谱仪的工作原理详解

创作时间:
作者:
@小白创作中心

ICP电感耦合等离子体光谱仪的工作原理详解

引用
1
来源
1.
https://gp.chem17.com/tech/3931339.html

ICP电感耦合等离子体光谱仪是现代化学分析中一种重要的仪器,广泛应用于环境监测、食品检测、材料分析等领域。其工作原理基于高频电磁感应产生等离子体以及原子的激发与发射光谱。本文将详细介绍这一过程。

等离子体的产生

  • 高频电磁场的建立:仪器的高频发生器产生高频电流,一般频率在兆赫兹级别,如27.12MHz或40.68MHz等。该高频电流通过感应线圈,在其周围产生高频交变电磁场。

  • 气体电离:在炬管中通入氩气等惰性气体,在高频电磁场的作用下,气体中的少量自由电子被加速,获得足够的能量后与氩原子发生碰撞,使氩原子电离,产生更多的电子和离子,形成等离子体。这个过程类似于闪电使空气电离的原理。

  • 维持等离子体:持续的高频电磁场不断为等离子体中的带电粒子提供能量,使等离子体中的电离、复合等过程达到动态平衡,从而维持稳定的等离子体状态。等离子体具有高温、高能量密度等特性,温度可达6000-10000K。

样品的引入与蒸发

  • 进样系统:样品通常以溶液的形式通过进样系统进入仪器。进样系统中的雾化器将样品溶液雾化成微小的液滴,形成气溶胶。

  • 进入等离子体:载气(一般为氩气)将气溶胶带入炬管内的等离子体中。在高温的等离子体环境下,样品气溶胶中的溶剂迅速蒸发,样品中的元素以固态颗粒的形式存在。

原子的激发与电离

  • 原子化:固态颗粒中的样品在等离子体的高温作用下,迅速熔化、蒸发并解离成原子。

  • 激发与电离:处于高温等离子体中的原子进一步与等离子体中的高能粒子(如电子、离子等)发生碰撞,原子获得能量,其外层电子从基态跃迁到激发态。部分原子由于获得的能量足够高,其外层电子会脱离原子,使原子电离成为离子。处于激发态的原子和离子都不稳定。

光谱的发射与检测

  • 光谱发射:激发态的原子和离子会迅速回到基态,在这个过程中,它们以光的形式释放出多余的能量,产生特定波长的光谱线。不同元素的原子和离子具有独特的能级结构,因此发射出的光谱线波长也不同,这些光谱线就像元素的“指纹”,可以用于识别元素。

  • 光谱检测:发射出的光谱通过光学系统传输到检测器,如电荷耦合器件(CCD)或光电倍增管(PMT)等。检测器将光信号转换为电信号,并记录下不同波长处的光强。

  • 数据处理:仪器的数据处理系统对检测器记录的电信号进行分析和处理,根据光谱线的波长确定样品中存在的元素种类,根据光谱线的强度与元素浓度的关系,通过校准曲线等方法计算出样品中各元素的含量。

© 2023 北京元石科技有限公司 ◎ 京公网安备 11010802042949号