パルス動作フリーランニングヘリウム誘導結合プラズマ源の開発

脉冲自由运行氦感应耦合等离子体源的研制

基本信息

批准号：
13780382
负责人：
沖野晃俊
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

大気圧ヘリウム誘導結合プラズマは,その高いイオン化能力によりハロゲン元素および非金属元素に対しても有効であるために,分析用の光源やイオン源として注目されている。しかし,プラズマトーチの溶融などの問題により入力電力を大きくできないという欠点を持っている。そこで本研究では,低電力でプラズマを維持し,数Hzから数kHzで変調した高電力パルスを加える,パルス変調ヘリウム誘導結合プラズマ発生装置を作製し,その特性を分光により測定した。パルス幅1ms,パルス変調周波数66.7Hz,プラズマ維持電力400Wのとき,外部冷却なしで1600Wのパルス電力を印加することができた。また,外部冷却を用いたアルゴン/ヘリウム誘導結合プラズマトーチを新しく開発し,定常で1900W,パルスで2500W以上の入力に成功した。ピーク電力が400Wのとき,すなわちパルスを入力しない状態に対し,ピーク電力1600Wでは約12倍の発光強度が得られ,励起温度は約1100K上昇して4900Kという値が確認された。また,ハロゲン元素の発光分析を行い,Ar-ICPの文献値と比較して,塩素で約550倍の感度である1.5ppm,臭素では約150倍の感度となる4.1ppmの高い検出限界が得られた。これらの成果により,パルス運転がヘリウムプラズマの欠点であった低いプラズマ温度の改善に有効な方法であることが確かめられた。さらに,定電力運転で観測された発光強度および励起温度の飽和傾向がパルス電力運転では観測されなかった。これは,微量元素分析への応用を考えた場合にも有効な特性であると考えられる。

大气压力氦电感耦合的等离子体吸引了作为光源和离子源进行分析的注意力，因为它们由于高电离能力而有效地抵抗卤素和非金属元素。但是，由于问题（例如等离子火炬熔化），因此无法增加输入功率。因此，在这项研究中，制造了脉冲调节的氦氦电感性等离子体发电机，该氦气以低功率保持等离子体，并施加高功率脉冲，以几个Hz调制到几个KHz，并通过光谱法测量其特性。当脉冲宽度为1ms时，脉冲调制频率为66.7Hz，血浆持续功率为400W，可以在没有外部冷却的情况下施加1600W的脉冲功率。此外，已经开发了一种使用外部冷却的新的氩/氦气电感耦合的等离子火炬，并在稳定状态下成功输入了1900W和2500W的脉冲输入。当峰值功率为400W时，也就是说，当没有脉冲输入时，峰值功率为1600W，并且激发温度升高约1100K，值为4900K。此外，对卤素元素进行了发光分析，并与AR-ICP的文献值相比，检测极限为1.5 ppm，对氯的敏感性高约550倍，而4.1 ppm（对溴的敏感性高150倍）。这些结果证实了脉冲操作是改善低血浆温度的有效方法，这是氦等离子体的缺点。此外，在脉冲功率运行过程中未观察到在恒定功率运行过程中观察到的发射强度和激发温度的饱和趋势。在考虑应用程序以追踪元素分析时，这也被认为是有效的属性。