ICP光譜儀的工作用氣

     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?dú)夂涂諝獾?。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(shù)發(fā)展過程中，曾多次探討用分子氣體（氮?dú)?，空氣，氧氣，?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(guān)系。把氣體加熱到同樣溫度，分子氣體氮?dú)夂蜌錃馑牡臒崮苓h(yuǎn)高于氬氣和氦氣?？梢钥闯龇肿託怏w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(jìn)行電離反應(yīng)。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?dú)獾碾x解能和電離能之和。
          工作氣體的電阻率，熱熔及熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)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(dǎo)率都是低的。低的熱導(dǎo)率可降低由于熱導(dǎo)散熱而造成的能量損失；提高等離子體的熱效率，熱導(dǎo)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(dāng)外管氣流量為5L/min氬氣時，石英矩管熱傳導(dǎo)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?dú)鈺r為28kw,用氫氣為250kw。當(dāng)然，提高電源頻率可以相應(yīng)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。