等离子炬产品概述

第一节 产品定义、性能及应用特点

众所周知，等离子体是由等离子体炬产生，主要通过直流（DC）、交流（AC）、射频（RF）和微波（Mw）等放电形式而获得，较为常用的是直流电弧等离子体炬。通常一个直流等离子体炬由一个棒状钨阴极和一个水冷铜阳极构成，当气体被送人电极间隙后，直流弧就在电极间建立起来，弧经过喷嘴吹出而形成高温、高速的火焰。根据弧是否转移到工件，等离子体射流可分为转移弧和非转移弧。

工业上应用的电弧等离子体炬的主要技术指标是功率、效率和连续使用寿命。一般输出功率范围为l02～l07w，功率较低的一般应用于焊接、切割及喷涂等，而大功率的等离子体炬则用于冶金、加热及空间模拟等领域。等离子体炬的效率约为50％～90％，转移弧高于非转移弧。炬的使用寿命受电极寿命限制，由于电极受活性工作气（氧、氯和空气）的侵蚀，其连续寿命一般不超过200h；备有补充电极的电弧等离子体炬，寿命可达数百小时。等离子体射流温度范围约在3700~25000K（取决于工作气体种类和功率等因素），射流速度范围为1～104m．s-1。

当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场，这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K，并被原子化和激发产生发射光谱。

ICP焰明显地分为三个区域：焰心区、内焰区和尾焰区。

焰心区呈白色，不透明，是高频电流形成的涡流区，等离子体主要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量。该区温度高达10000K，电子密度很高，由于黑体辐射、离子复合等产生很强的连续背景辐射。试样气溶胶通过这一区域时被预热、挥发溶剂和蒸发溶质，因此，这一区域又称为预热区。

内焰区位于焰心区上方，一般在感应圈以上10-20mm左右，略带淡蓝色，呈半透明状态。温度约为6000～8000K，是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域。光谱分析就在该区域内进行，因此，该区域又称为测光区。

尾焰区在内焰区上方，无色透明，温度较低，在6000K以下，只能激发低能级的谱线。

等离子体点燃后，感应线圈中的高频电流不断地将能量耦合到等离子体的环行感应区，在这里感应线圈就好象变压器的初级线圈，等离子炬的环行感应区就好象是变压器的单匝次级线圈，以使等离子体放电维持不灭。

样品溶液由载气带入等离子体的分析通道，并在此蒸发、气化、原子化、激发、电离并产生辐射跃迁发出特征辐射。

在等离子体光源中，分析通道外部靠近感应线圈的环形区域为感应区，高频功率就是通过该区域耦合到等离子体中的，它是分析物蒸发、原子化、激发、电离所需能量的提供者，其温度可达10000K以上。

在分析通道中，又可根据高度将其分为预热区、初辐射区、分析观测区和尾焰部分。预热区的作用是将气体预热并使溶剂挥发；初辐射区是分析物蒸发（溶质挥发）和原子化的主要区域；分析观测区则是分析物激发、电离并给出特征辐射的主要区域，其位置与分析物及谱线性质有关，并受等离子体功率和内气流的影响；等离子体环形结构的最上方是尾焰。

第二节 发展历程

上世纪我国根据工业发展的具体情况，对等离子炬的研发及应用投入了大量的人力物力，使之在较短的时期内取得了显著的效果，不但满足了我国工业快速发展的需求，也使等离子炬行业脱颖而出，逐步形成完整而独立的学科，使等离子炬的应用从最初的被动选择形成一个积极和不断发展的新兴行业。

我国等离子炬的应用推广，已走过了从幼稚到逐步成熟的二十余年历程，早期在我国物资匮乏的年代，主要应用于国产设备上，产量少价格低，技术粗糙。上世纪90年代初期，随着我国改革开放的深入发展，随着工业的迅速发展和民用行业发展的需要，国内各等离子炬厂家相继开发了自身的等离子炬系列，其工艺水平和产品质量都已成熟。

目前我国的等离子炬经历了从无到用的发展历程，已经形成规模制造的完整行业体系，质量已于国外水平相差无几。

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