Indukčně vázaná plazma - Inductively coupled plasma - Wikipedia

Obr. 1. Obrázek analytické ICP pochodně

An indukčně vázaná plazma (ICP) nebo plazma spojená s transformátorem (TCP)^[1] je typ plazma zdroj, ve kterém energie dodává elektrické proudy které vyrábí elektromagnetická indukce, tj. podle času magnetické pole.^[2]

Úkon

Obr. 2. Konstrukce plazmového hořáku s indukčně vázanou vazbou.^[3] A: tangenciální tok chladicího plynu do vnější křemenné trubice B: průtok 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 ^[4] (Obr. 3 (b)) a napůl toroidní (obr. 3 (c)).^[5]

Obr. 3. Konvenční plazmové induktory

V rovinné geometrii je elektroda délka plochého kovu navinutého jako spirála (nebo cívka). Ve válcové geometrii je to jako spirálovitý jaro. V polotoroidní geometrii to tak je toroidní solenoid řez podél jeho 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 – Lenzův zákon indukce, to vytváří azimutální elektromotorická síla v zřídka plyn:

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

což odpovídá intenzitě elektrického pole

${ displaystyle E = { frac {U} {2 pi r}} = { frac { omega rH_ {0}} {2}} sin omega t}$ ,^[6]

což vede k tvorbě elektronových trajektorií čísla 8^[5] zajišťující 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.^[7] Podrobnější popis viz Hamilton-Jacobiho rovnice v elektromagnetických polích.

Frekvence střídavého proudu použitá v RLC obvod 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 odlišnosti ionizační energie ).^[7]

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.^[8]

Aplikace

Plazma teploty elektronů může se pohybovat mezi ~ 6 000 K a ~ 10 000 K (~ 6 eV - ~ 100 eV),^[5] a jsou obvykle o několik řádů vyšší než teplota neutrálního druhu. Teploty výboje argonu ICP v plazmě jsou typicky ~ 5500 až 6500 K.^[9] a jsou tedy srovnatelné s těmi dosaženými na povrchu (fotosféra ) slunce (~ 4 500 K až ~ 6 000 K). ICP výboje mají relativně vysokou elektronovou hustotu, řádově 10¹⁵ cm⁻³. Výsledkem je, že výboje ICP mají široké použití tam, kde je zapotřebí plazma s vysokou hustotou (HDP).

ICP-AES, typ atomová emisní spektroskopie.
ICP-MS, typ hmotnostní spektrometrie.
ICP-RIE, typ leptání reaktivními ionty.

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

Viz také

Reference

^ Vysokohustotní leptání fluorokarbonu křemíku v indukčně vázané plazmě: Mechanismus leptání silnou vrstvou fluorokarbonu v ustáleném stavu Archivováno 07.02.2016 na Wayback Machine T. E. F. M. Standaert, M. Schaepkens, N. R. Rueger, P. G. M. Sebel a G. S. Oehrleinc
^ A. Montaser a D. W. Golightly, eds. (1992). Indukčně vázaná plazma v analytické atomové spektrometrii. VCH Publishers, Inc., New York.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)
^ Lajunen, L. H. J .; Perämäki, P. (2004). Spektrochemická analýza atomovou absorpcí a emisemi (2. vyd.). Cambridge: RSC Publishing. str. 205. ISBN 978-0-85404-624-9.
^ Pascal Chambert a Nicholas Braithwaite (2011). Fyzika vysokofrekvenčních plazmat. Cambridge University Press, Cambridge. 219–259. ISBN 978-0521-76300-4.
^ ^A ^b ^C Shun'ko, Evgeny V .; Stevenson, David E .; Belkin, Veniamin S. (2014). „Indukčně vázající plazmový reaktor s plazmovou elektronovou energií regulovatelnou v rozsahu od ~ 6 do ~ 100 eV“. Transakce IEEE na plazmovou vědu. 42 (3): 774–785. Bibcode:2014ITPS ... 42..774S. doi:10.1109 / TPS.2014.2299954. ISSN 0093-3813. S2CID 34765246.
^ Бабушкин, А. A .; Бажулин, П. A .; Королёв, Ф. A .; Левшин, Л. °; Прокофьев, В. К .; Стриганов, А. Р. (1962). „Эмиссионный спектральный анализ“. V Гольденберг, Г. С. (vyd.). Методы спектрального анализа. Москва: Издательство МГУ. str. 58.
^ ^A ^b Dunnivant, F. M .; Ginsbach, J. W. (2017). Plamenová atomová absorpční a emisní spektrometrie a indukčně vázaná plazma - hmotnostní spektrometrie. Whitman College. Citováno 10. ledna 2018.
^ Hyo-Chang Lee (2018) Recenze indukčně vázaných plazmat: Nano-aplikace a bistabilní fyzika hystereze 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001
^ Cornelis, RITA; Nordberg, MONICA (2007). „KAPITOLA 2 - Obecná chemie, vzorkování, analytické metody a speciace ** Částečně vychází z kapitoly 2: Obecná chemie kovů od V. Vouka a kapitoly 3: Odběr vzorků a analytické metody od TJ Kneipa a L. Friberga ve Friberg et al. (1986). ". Příručka o toxikologii kovů (Třetí vydání.). Akademický tisk. str. 11–38. doi:10.1016 / B978-012369413-3 / 50057-4. ISBN 9780123694133.

[1] Vysokohustotní leptání fluorokarbonu křemíku v indukčně vázané plazmě: Mechanismus leptání silnou vrstvou fluorokarbonu v ustáleném stavu Archivováno 07.02.2016 na Wayback Machine T. E. F. M. Standaert, M. Schaepkens, N. R. Rueger, P. G. M. Sebel a G. S. Oehrleinc

[2] A. Montaser a D. W. Golightly, eds. (1992). Indukčně vázaná plazma v analytické atomové spektrometrii. VCH Publishers, Inc., New York.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)

[3] Lajunen, L. H. J .; Perämäki, P. (2004). Spektrochemická analýza atomovou absorpcí a emisemi (2. vyd.). Cambridge: RSC Publishing. str. 205. ISBN 978-0-85404-624-9.

[4] Pascal Chambert a Nicholas Braithwaite (2011). Fyzika vysokofrekvenčních plazmat. Cambridge University Press, Cambridge. 219–259. ISBN 978-0521-76300-4.

[ShunkoStevenson2014-5] A ^b ^C Shun'ko, Evgeny V .; Stevenson, David E .; Belkin, Veniamin S. (2014). „Indukčně vázající plazmový reaktor s plazmovou elektronovou energií regulovatelnou v rozsahu od ~ 6 do ~ 100 eV“. Transakce IEEE na plazmovou vědu. 42 (3): 774–785. Bibcode:2014ITPS ... 42..774S. doi:10.1109 / TPS.2014.2299954. ISSN 0093-3813. S2CID 34765246.

[6] Бабушкин, А. A .; Бажулин, П. A .; Королёв, Ф. A .; Левшин, Л. °; Прокофьев, В. К .; Стриганов, А. Р. (1962). „Эмиссионный спектральный анализ“. V Гольденберг, Г. С. (vyd.). Методы спектрального анализа. Москва: Издательство МГУ. str. 58.

[Dunnivant-7] A ^b Dunnivant, F. M .; Ginsbach, J. W. (2017). Plamenová atomová absorpční a emisní spektrometrie a indukčně vázaná plazma - hmotnostní spektrometrie. Whitman College. Citováno 10. ledna 2018.

[8] Hyo-Chang Lee (2018) Recenze indukčně vázaných plazmat: Nano-aplikace a bistabilní fyzika hystereze 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001

[9] Cornelis, RITA; Nordberg, MONICA (2007). „KAPITOLA 2 - Obecná chemie, vzorkování, analytické metody a speciace ** Částečně vychází z kapitoly 2: Obecná chemie kovů od V. Vouka a kapitoly 3: Odběr vzorků a analytické metody od TJ Kneipa a L. Friberga ve Friberg et al. (1986). ". Příručka o toxikologii kovů (Třetí vydání.). Akademický tisk. str. 11–38. doi:10.1016 / B978-012369413-3 / 50057-4. ISBN 9780123694133.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]