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Fackel und Plasma
Das Trägergas (Argon) gelangt durch das Injektionsrohr in die Fackel (Torch),
in der das Plasma erzeugt wird. Sowohl die Fackel als auch das Injektionsrohr
müssen sehr hohe Temperaturen aushalten und werden deshalb meist aus
Quarzglas, im Falle des Injektionsrohrs, auch aus Al2O3-Keramik
hergestellt. Neben dem Trägergas wird in die Fackel das eigentliche Plasmagas
(ebenfalls Argon) und zudem randlich ein weiterer, die Fackel kühlender
Argon-Strom geblasen. Beim Starten des ICP wird durch einen Zündfunken
ein kleiner Teil des Plasmagases ionisiert, d.h. in positiv geladene Argon-Ionen
und Elektronen zerlegt. Dadurch kann aus dem oszillierendem Magnetfeld der Spule
ein Strom in das Gas induziert werden, der dieses aufheizt und zur Ionisation
weiterer Argon-Atome führt. Wenn ein Gas in diesem Zustand, d.h. in Form von
Ionen und freien Elektronen, vorliegt, wird es als Plasma bezeichnet.
Nach dem Zünden stellt sich ein stabiler Zustand ein, in dem das
vorbeiströmende Plasmagas im Bereich der Spule ionisiert und aufgeheizt wird
und dort eine ortsstabile Plasmawolke erzeugt. Dabei bewegen sich die Argon-Ionen
auf kreisförmigen Bahnen innerhalb des ringförmigen Magnetfeldes der Spule.
Typischerweise hat die an der Induktionsspule zur Erzeugung des oszillierenden
Magnetfeldes anliegende Wechselspanung eine Frequenz von etwa 40 MHz und gibt eine
Leistung von 900-1200 W ab. Die aus Kupfer bestehende Spule ist hohl und wird innen
mit Wasser oder Argon gekühlt. Das Plasma selbst wird durch die induzierte Energie
auf 5000-10000 °C erhitzt. In dieses Plasma wird der Argonstrom des Trägergases
im Zentrum der Fackel mit relativ geringer Geschwindigkeit eingeblasen. Durch die
hohen Temperaturen im Plasma verdampft die zerstäubte Probe und wird größtenteils ionisiert. Die meisten Elemente liegen im Plasma zu etwa
50-90 % in Form von einfach positiv geladenen Ionen vor. Jedoch gibt es auch einige
Elemente, die nur zu einem sehr geringen Anteil als 1+-Ionen auftreten wie
z.B. F und Cl (ca. 0.1 bzw. 1%).
Neben den einfach geladenen Ionen entstehen im Plasma aber auch geringe Anteil
an zweifach positiv geladenen Ionen und einfache Moleküle, die ebenfalls
ionisiert sind. Die Menge der für die MS-Analytik nicht erwünschten
Moleküle und mehrfach geladenen Ionen sowie die Menge der
erwünschten einfach positiven Ionen ist in hohem Maße abhängig
von den Parametern des Plasmas. Wenn z.B. die ins Plasma induzierte Leistung
des Generators erhöht wird, steigt die Temperatur und es werden weniger
Moleküle aber mehr 1+-und auch 2+-Ionen gebildet. Eine Erhöhung des
Trägergasflußes bewirkt zwar einen verstärkten Eintrag von
Probenmaterial ins Plasma, jedoch sinkt gleichzeitig die Temperatur und die
Menge der gebildeten Moleküle nimmt zu.
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