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。