主题：【讨论】对PE ICP-MS点火装置的吐槽

根据工作频率不同，ICP-MS 射频发生器(Radio Frequency Generator)可分为两类：
①  PerkinElmer 公司使用 【40.68MHz】变频自激式振荡器 (Variable frequency free-running oscillator)；PE公司的RF线圈是气冷——15L/min 的Ar冷却气先从RF线圈一进一出，再沿切线方向进入炬管。

② Agilent、Brucker(原Varian)、Thermo 公司使用【27.12MHz】固频晶体控制式振荡器(Fixed-frequency crystal-controlled oscillator)；这三家公司的RF线圈是由循环水机负责水冷。

    就我的实践经验(Thermo Element、PE Elan DRC-e、Agilent 7700x、Bruker Aurora M90都有)，40.68MHz 或是27.12MHz 没有太大差别。但仪器销售代表在商言商，当然是各家说各家的好。PE产品专员说：“PE的RF线圈具有 PlasmaLok® 专利技术，能消除二次放电。而Agilent、Thermo 的ICP-MS 必须在炬管顶端套上极其昂贵的屏蔽炬(Shielded Torch)，才能消除二次放电。”好吧，我想吐槽的是：Agilent、Thermo 不套屏蔽炬照样能测试，只不过灵敏度偏低。

PE PlasmaLok® RF线圈


Thermo Element 型 SF-ICP-MS 使用的 Plasma Screen


以上为背景，接下来我要对PE的点火装置吐槽。
首先介绍点火针，先由它在炬管内释放出若干自由电子，经RF线圈高频振荡的电磁场加速、获得动量。这些高速电子撞击 Ar中性原子，将其“撞裂”成 Ar+正离子 和 e-电子。于是更多的电子又被高频振荡的电磁场加速，参与链式反应，直到形成稳定的等离子焰。

PE是一根金属点火针插在炬管冷却气路、并伸入炬管内(见下图)。


Bruker(原Varian) 的点火针可能藏在冷却气路深处。Aurora M90 装机工程师给我演示过：一个火花(自由电子)从冷却气路中窜出，在炬管内螺旋前进。

Agilent、Thermo 在炬管尾部贴着一块金属片，利用它“隔山打牛”释放出自由电子。


    我这台PE Elan DRC-e 每次点火，有60%以上的几率会放电，只听见啪啪作响，炬管架尾部能看到绿色闪光——应该是RF铜线圈放电。正当你觉得情况不妙、想要点击 Plasma Off 时，它却点着火了。哎，真是无奈啊。可能有人会说：你的RF线圈、炬管脏了，所以才会频繁放电。实在冤枉！我经常更换、清洗炬管，用砂纸将RF线圈打磨得锃亮锃亮，用高速氩气吹掉炬箱内的积尘。但即便换上新的RF线圈、新的炬管，点火时还是会频繁放电。

    接下来看看我这台PE Elan DRC-e 的遭遇，这种情况是第二次发生了。那天正在测试中，突然间啪啪两声，只见炬管架尾部呈现砖红色火焰（正常情况下应该是亮白色火焰）。我心里一沉，正要按仪器上的 Plasma Off 紧急按钮，却自动熄火了。取出炬管架一看，晚矣，炬管顶部已经熔融。

下面是细节图：特氟龙材质的伸缩波纹管(传输15L/min 冷却气)，被放电击穿一个洞。


这两个RF线圈上 分别有个洞。




我就不卖关子，直接分析原因：
    在测试过程中不知何故发生放电，击穿冷却气路波纹管，漏气；这导致炬管内【冷却气实际流量】降低，不足以保护炬管，于是炬管顶部熔融、呈现砖红色焰色；失控的等离子焰又将RF线圈烧出个洞——前面说过PE的RF线圈是借助 15L/min 的冷却气实现气冷——这下子漏气更严重了，炬管内【冷却气实际流量】更低，无法维持等离子焰遂自动熄火。

    这根特氟龙材质的伸缩波纹管售价不菲，650元。前后两次发生这种事故，连带着烧了2根炬管、2个RF线圈，损失惨重！更头疼的是，点火时频繁放电的问题还是没有解决。

炬管架左孔刻着字母P，代表 Plasma 等离子气(又称 冷却气)；右孔刻着字母A，代表 Auxiliary 辅助气；
炬管架底部黄颜色的金属凸接头，是与仪器相连的点火针尾端。


炬管顶部的特氟龙接头，左端是冷却气路，右端是点火针接线，两者汇合后插入炬管内。
可以看到，右孔的冷却气路不得不绕一段路——无论是从下绕(下面第一张图)，还是从上绕(下面第二张图)——才能连入特氟龙接头左端。

如果PE工厂按照下图设计炬管架：左孔是 P等离子气、右孔是 A辅助气，显而易见气体管路会更紧凑些。