Indukčně vázaná plazma - Inductively coupled plasma

Obr. 1. Obrázek analytické ICP pochodně

S indukčně vázanou plazmou ( ICP ) nebo transformátor vázané plazma ( TCP ) je typ plazmového zdroje, ve kterém je energie je dodávána pomocí elektrického proudu , které jsou produkovány elektromagnetické indukce , který je tím, že časově proměnné magnetické pole .

Úkon

Obr. 2. Konstrukce plazmového hořáku s indukčně vázanou vazbou. A: tangenciální tok chladicího plynu do vnější křemenné trubice B: tok výbojového plynu (obvykle Ar) C: tok nosného plynu se vzorkem D: indukční cívka, která tvoří silné magnetické pole uvnitř hořáku E: silové vektory magnetického pole F : plazmový hořák (výboj).

Existují tři typy ICP geometrií: rovinné (obr. 3 (a)), válcové (obr. 3 (b)) a poloviční toroidní (obr. 3 (c)).

Obr. 3. Konvenční plazmové induktory

V rovinné geometrii je elektroda délka plochého kovu navinutého jako spirála (nebo cívka). Ve válcové geometrii je to jako spirálová pružina. V polotoroidní geometrii je toroidní solenoid řezaný podél hlavního průměru na dvě stejné poloviny.

Když cívkou prochází časově proměnný elektrický proud, vytváří kolem ní časově proměnlivé magnetické pole s tokem

${\ displaystyle \ Phi = \ pi r ^ {2} H = \ pi r ^ {2} H_ {0} \ cos \ omega t}$ ,

kde r je vzdálenost do středu cívky (a křemenné trubice).

Podle Faraday-Lenzova zákona indukce se ve vzácném plynu vytváří azimutální elektromotorická síla :

${\ displaystyle U = - {\ frac {d \ Phi} {dt}}}$ ,

což odpovídá intenzitě elektrického pole

${\ displaystyle E = {\ frac {U} {2 \ pi r}} = {\ frac {\ omega rH_ {0}} {2}} \ sin \ omega t}$ ,

což vede k vytvoření trajektorií elektronů figury 8 poskytujících generování plazmy. Závislost na r naznačuje, že pohyb plynných iontů je nejintenzivnější ve vnější oblasti plamene, kde je teplota největší. Ve skutečném hořáku je plamen z vnějšku chlazen chladicím plynem, takže nejteplejší vnější část je v tepelné rovnováze. Tam teplota dosahuje 5 000–6 000 K. Podrobnější popis viz rovnice Hamilton – Jacobi v elektromagnetických polích.

Frekvence střídavého proudu používaného v obvodu RLC, který obsahuje cívku, obvykle 27–41 MHz. K vyvolání plazmy se na elektrodách na výstupu plynu vytváří jiskra. Argon je jedním příkladem běžně používaného zředěného plynu. Vysoká teplota plazmy umožňuje stanovení mnoha prvků a navíc u asi 60 prvků stupeň ionizace v hořáku přesahuje 90%. ICP hořák spotřebovává cca. 1250–1550 W energie, ale to záleží na elementárním složení vzorku (kvůli různým ionizačním energiím ).

ICP mají dva provozní režimy, které se nazývají kapacitní (E) režim s nízkou hustotou plazmy a indukční (H) režim s vysokou hustotou plazmy a přechod do režimu ohřevu E na H nastává u externích vstupů.

Aplikace

Teploty elektronů v plazmě se mohou pohybovat mezi ~ 6 000 K a ~ 10 000 K (~ 6 eV - ~ 100 eV) a jsou obvykle o několik řádů vyšší než teplota neutrálních druhů. Teploty výboje argonu ICP v plazmě jsou typicky ~ 5500 až 6500 K, a jsou proto srovnatelné s teplotami dosahovanými na povrchu ( fotosféře ) slunce (~ 4500 K až ~ 6000 K). ICP výboje mají relativně vysokou elektronovou hustotu, řádově 10 ¹⁵ cm ⁻³ . Výsledkem je, že výboje ICP mají široké použití tam, kde je zapotřebí plazma s vysokou hustotou (HDP).

• ICP-AES , typ atomové emisní spektroskopie .
• ICP-MS , typ hmotnostní spektrometrie .
• ICP-RIE , druh leptání reaktivními ionty .

Další výhodou ICP výbojů je, že jsou relativně bez kontaminace, protože elektrody jsou zcela mimo reakční komoru. Naproti tomu v kapacitně vázané plazmě (CCP) jsou elektrody často umístěny uvnitř reaktoru a jsou tak vystaveny plazmě a následným reaktivním chemickým látkám.

Viz také

• Pulzní indukční propeler
• Technologie indukční plazmy
• Seznam článků o fyzice plazmatu
• Kapacitně vázaná plazma

Reference