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在光谱分析中所谓的等离子体光源,通常指外观上类似火焰的一类放电光源。目前最常用的有三类:即电感耦合等离子体炬(ICP)、直流等离子体喷焰(DCP)和微波感生等离子体炬(MIP)。目前大量应用是ICP,MIP也已经有产品,小范围应用了。DCP是否有相应的产品?
等离子体可以按温度分为高温等离子体和低温等离子体两大类。当温度高达10[sup]6[/sup]-10[sup]8[/sup]K时,所有气体的原子和分子完全离解和电离,称为高温等离子体;当温度低于10[sup]5[/sup]K时,气体部分电离,称为低温等离子体。在实际应用中又把低温等离子体分为热等离子体和冷等离子体。当气体压力在1.013X10[sup]5[/sup]帕(相当1大气压)左右,粒子密度较大,电子浓度高,平均自由程小,电子和重粒子之间碰撞频繁,电子从电场获得动能很快传递给重粒子,这样各种粒子(电子、正离子、原子、分子)的热运动能趋于相近,整个气体接进或达到热力学平衡状态,此时气体温度和电子温度基本相等,温度约为数千度到数万度,这种等离子体称为热等离子体。例如直流等离子体喷焰(DCP)和电感耦合等离子体炬(ICP)等都是热等离子体,如果放电气体压力较低,电子浓度较小,则电子和重粒子碰撞机会就少,电子从电场获得的动能不易与重粒子产生交换,它们之间动能相差较大电子平均动能可达几十电子伏,而气体温度较低,这样的等离子体处于非热力学平衡体系,叫做冷等离子体,例如格里姆辉光放电、空心阴极灯放电等。
等离子体(plasma)一词首先由朗缪尔(Langmuir)在1929年提出。目前泛指电离的气体。等离子体与一般气体不同,他不仅含有中性原子和分子,而且含有大量的电子和离子,因而是电的良导体。因其中正电荷和负电荷相等,从整体来看是电中性的,故称等离子体。光谱分析常说的等离子体是指电离度较高的气体,其电离度约在0.1%以上。普通的化学火焰电离度很低,一般不能称为等离子体。等离子体按其温度可分为高温等离子体和低温等离子体两大类。当温度达到106-108的范围时,气体中所有分子和原子完全理解和电离。称为高温等离子体。当温度低于105时,气体仅部分电离,成为低温等离子体。作为光谱分析的ICP放电所产生的等离子体是属于低温等离子体,其最高温度不超过104K,电离度约为0.1%。在实际应用中又把低温等离子体分为热等离子体和冷等离子体。当气体在大气压力下放电,粒子(原子和分子)密度较大,电子的自由行程较短,电子和重粒子之间频繁碰撞,电子从电场获得的动能较快地传递给重粒子。这种情况下各种粒子(电子,正离子,原子和分子)的热运动动能趋于相近,整个体系接近或达到热力学平衡状态,气体温度和电子温度比较接近或相等,这种等离子体成为热等离子体。作为光谱分析光源的直流等离子体喷焰,ICP放电都是热等离子体,是在大气压力下产生的。如果放电在低气压下进行,电子密度较低,则电子和重粒子之间的碰撞机会少,电子从电场中得到的动能不易与重粒子交换,他们之间的动能相差较大,放电中气体的温度远低于电子温度,这样的等离子体处于非热力学平衡状态,或者处于非局部热力学平衡状态,叫做冷等离子体。作为光谱分析光源的辉光放电灯和空心阴极管光源等,都是冷等离子体。