Induktiivisesti kytketty plasma
Induktiivisesti kytketty plasma (ICP) on eräänlainen plasmalähde. Sähkömagneettinen induktio luo energiaa lähteeseen saamalla ionit kiertämään. Ionien liike tuottaa energiaa lämmön muodossa.
Kuva analyyttisestä ICP:stä vihreän hitsauslasin läpi katsottuna.
Operaatio
Induktiivisesti kytketyissä plasmalähteissä käytetään polttoaineena yleensä argonia. Valitettavasti useimmat ICP-lähteet vaativat vähintään 5 l/min argonia. Tämä tekee induktiivisesti kytketystä plasmasta melko kalliin lähteen. Argonatomit ionisoidaan tesla-kelan kipinällä. Nämä ionit kiertävät magneettikentän vaikutuksesta ja tuottavat lämpöä ja korkeita lämpötiloja. Tämä aiheuttaa lisäionien muodostumista argonpolttoaineesta. Jonkin ajan kuluttua soihtu saavuttaa 6 000-10 000 kelvinin lämpötilan.
Sovellukset
ICP:n tuottamat korkeat lämpötilat tekevät siitä suositun lähteen monissa tieteellisissä kokeissa. Tämän lähteen etuna on, että se tuottaa voimakkaita signaaleja ja vain vähän kohinaa tai häiriöitä. Lisäksi induktiivisesti kytkettyä plasmalähdettä käyttävistä kokeista saadut tiedot ovat usein lineaarisia. Tämän ansiosta tutkijoiden on helppo määrittää jonkin aineen määrä näytteessä. Joitakin yleisimpiä sovelluksia ovat
- ICP-AES, eräänlainen atomiemissiospektroskopia.
- ICP-MS, eräs massaspektrometriatyyppi.
- ICP-RIE, eräänlainen reaktiivi-ionisyöppöprosessi.
ICP-AES
Induktiivisesti kytketty plasma-atomiemissiospektroskopia on yksi ICP:n yleisimmistä sovelluksista. Plasmalähdettä käytetään näytteen lämmittämiseen. Riittävän korkeissa lämpötiloissa näytteen atomien elektronit saavat tarpeeksi energiaa siirtyäkseen kiihdytettyyn tilaan. Energiaa vapautuu fotonien muodossa, kun elektronit "putoavat" kiihdytetystä tilasta matalamman energian tilaan. Alemman energian tilaa kutsutaan yleensä atomin perustilaksi.
Emissioiden aallonpituus määritetään ilmaisimella. Useimmat atomit säteilevät valoa eri aallonpituuksilla, joten tutkijat voivat käyttää tätä tietoa näytteen atomien tunnistamiseen. Emissioiden voimakkuus liittyy atomin määrään näytteessä. Tutkija voi käyttää aallonpituutta ja intensiteettiä sekä atomin identiteetin että määrän määrittämiseen. ICP-AES:ää käytetään usein toksiinien, kuten raskasmetallien, havaitsemiseen. Sitä voidaan käyttää myös kemiallisissa tutkimuksissa.
Havaitseminen
Induktiivisesti kytkettyä plasmalähdettä voidaan käyttää noin 60 eri alkuaineen havaitsemiseen. Näihin kuuluvat useimmat alkalimetallit, maa-alkalimetallit, metalloidit, kaikki siirtymämetallit ja jotkin f-lohkon alkuaineet.
