[发明专利]一种消除电感耦合等离子体质谱二次放电的射频线圈

说明书

一种消除电感耦合等离子体质谱二次放电的射频线圈，属于等离子体技术领域。本发明涉及的射频线圈同轴设置在由内管、中管和外管组成的等离子矩管外，与等离子矩管不接触，等离子矩管底端设有样品锥，样品锥和等离子矩管底端之间不连接，射频线圈为中空无氧铜管，内接循环水，射频线圈两端设有接线端子，接线端子与样品锥通过接地金属片连接。本发明通过对射频线圈的改造，减少甚至消除了等离子体矩管内的感应电势带来的二次放电现象，极大地减少了制造成本和使用成本。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种消除电感耦合等离子体质谱二次放电的射频线圈。

背景技术

电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，简称ICP-MS)是20世纪80年代发展起来的一种微量元素分析技术，可测定元素周期表中大部分元素，具有极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、精密度高、分析速度快、可提供同位素分析等特点，在环境领域(饮用水、海水、环境水资源食品、卫生防疫、商检等)；材料分析(高纯金属，高纯试剂，Si晶片的超痕量杂质，光刻胶等)；医药及生理分析(头发、全血、血清、尿样、生物组织等医药研究，特别是全血铅的测定)；核工业领域(核燃料的放射性同位素的分析，初级冷却水的污染分析等)及化工、石化、地质等其他领域得到了广泛应用。

电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)是ICP-MS中关键部件，由高频发生器(高频电流流过线圈产生，通常在短波射频频段，2～200MHz)、感应线圈、等离子体矩管和工作气体几部分共同作用形成，是利用高频感应加热原理，使流经等离子体矩管的工作气体(通常为Ar)电离而产生火焰状的离子体，在光谱分析中也是一种重要的光源，如电感耦合等离子体原子发射光谱仪(Inductively Coupled Plasma Atomic EmissionSpectrometry，ICP-AES)电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductively Coupled PlasmaOptical Emission Spectrometer，ICP-OES)等。用电火花点火产生的带电粒子(电子及离子)受到轴向分布的高频电磁场作用往复加速，和等离子体矩管中的气体多次碰撞，导致楞次-焦耳发热，吸收了高频电磁场能量，使流经等离子体矩管中的气体激发、电离，当气体中带电粒子多到使气体具有足够电导率时，在等离子体矩管内形成垂直于等离子体矩管轴心的闭合环流，该环流具有很高的强度，瞬间使等离子体矩管内的气体形成温度高达数千度以上的稳定的火焰状等离子体(等离子体火焰炬)，使得载气中样品中的元素蒸发-原子化-激发-电离。

和光谱分析中应用不同的是，在ICP-MS中，ICP和质谱MS的衔接接口经常面临二次放电的干扰。等离子体矩管中的工作气体，包括等离子气和辅助气(通常为氩气)和携带样品的载气被感应线圈形成的高频电场电离后，产生的电离、离子在高频电场中继续受到高频电场作用，并通过电场耦合感应形成数十到数百伏的电压，当这种带电压的等离子体轰击到位于质谱仪真空接口处的样品锥(处于接地电位，Sample cone)时，就会形成放电(称为二次放电，Secondary discharge)，这种二次放电会严重影响产生的离子能量分布，不仅会给元素定性、定量分析带来严重干扰，更会严重破坏样品锥的接口，严重缩短样品锥的使用寿命，因此在各种商业化的ICP-MS仪器设备中，均采用各自的专利技术以减小或消除二次放电过程，如安捷伦(Agilent)公司的ICP-MS采用屏蔽距技术，即在感应线圈和等离子体矩管之间加装接地耐高温金属屏蔽罩，以降低等离子体火焰炬的感生电压，从而达到减低或消除二次放电现象，常用于频率为27.15MHz的射频场，但是对于频率为40MHz以上的高频电场，金属屏蔽罩会降低射频电场耦合效率；珀金埃尔默公司(PerkinElmer)和赛默飞世尔公司(ThermoFisher)采用虚拟接地、不额外依靠外部物理接地的消除锥口二次电弧放电技术，使用两路平衡射频设计技术，需要改造射频电源；也有采用在感应线圈中间接地技术等，但是也需要需要改造射频电源。