NexION®2000ICP直接反馈振荡器设计理念

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-10 阅读:573

等离子体射频发生器的设计方法主要分为两种:驱动设计和振荡器设计。在驱动设计中,等离子体加感线圈由放大固定频率的射频信号源直接驱动。由于等离子体阻抗取决于对等离子体的样品装载,所以必须一直不断地监测和调整阻抗匹配网络。在某些系统中,匹配网络包括一个或多个机械可调(电机驱动)可变电容器。驱动模式的等离子体发生器一般具有较好的振幅稳定性和较低的相位噪音,同时等离子体条件不变。但是当等离子体阻抗因为样品转变、快速电压瞬变样品负载或向等离子体引入不同类型的气体而发生突变时,该系统的响应时间相对较慢

 

基于振荡器的等离子体发生器的主要优点是当向等离子体载入不同的样品时阻抗匹配的响应时间较快。在典型的振荡器设计中,等离子体由变频振荡器驱动,例如压控振荡器(VCO)。用控制电压调整振荡频率,从而达到的阻抗匹配。阻抗网络的相位失配被用作反馈信号,从而调整频率达到的阻抗匹配。与采用机械调整方式的驱动模式等离子体发生器相比,频率调整由电子完成,所以实际上响应时间是瞬时的。但与射频频率相比,相位失配信号是一个低频模拟信号。因此频率调整速度受限于 VCO 的响应时间和电路系统中所有低通滤波器的总时间常数。

 

和典型的 VCO 型振荡器设计不一样,NexION 2000 射频发生器的输出匹配网络是振荡核心不可分割的一部分。作为反馈信号的等离子体加感线圈的直接采样可以在几个射频周期内实现阻抗匹配,只需几微秒即可转换。因此,与等离子体匹配时长大约为一秒的典型 VCO 型振荡器相比,它能使响应更快。这一点至关重要,特别是对于优化的功率传输,可以在等离子体点火和分析较难的样品(例如,等离子体阻抗突变,如果阻抗没能快速匹配等离子体就会熄灭)时稳定等离子体。

 

振荡器基于平衡设计方法具有不同的振荡核心,这样一来射频输出可以略有区别地驱动等离子体加感线圈,将等离子体电势降至低。另外,一对大功率晶体管生成的输出功率可以凭借低损耗阻抗匹配网络驱动等离子体加感线圈,无需为了功率合成使用一系列晶体管。阻抗匹配网络配备有稳健的部件,其额定击穿限值远远超过规定的操作条件。大多数等离子体发生器可在 27 或 40 MHz 的标称频率下运行。射频发生器频率对 ICP-MS 分析性能特征的影响一直颇有争议。但是过去的很多研究在比较两个频率时忽略了二次放电、MS 接口和离子采样过程的影响。另外也没有考虑选择等离子体频率的一个重要决定性因素,即平衡与不平衡发生器的效果。随着操作频率的增加,包括静电屏蔽在内的针对不平衡系统的技术逐渐表现欠佳,这也解释了这些技术只能在27 MHz条件下使用的原因。 NexION 2000 ICP-MS 的研发过程开展了大量模拟和实验室研究,旨在在分析性能和等离子体基本原理的基础上确定的操作频率。使用平衡射频发生器时,由于透入深度更深,较低的频率通常生成气体动力学温度较高的等离子体;但如果将频率调高,耦合效率则有所改善,从而增强了稳健性和等离子体稳定性,改善了对复杂基体、有机溶剂和混合气体等离子体的耐受性。基于这些研究结果,专为 NexION 2000 系统设计的射频发生器预计在 34 MHz 的频率下运行,大约为 27 MHz 和 40 MHz 的中间点,以便更好地融合这两个频率的性能

 

无故障、高成功率的点炬 NexION 2000 ICP-MS 的等离子体发生器为用户提供无故障、不熄炬的体验。以它的设计等离子体点火的成功率几乎为 100%。例如,近期对许多 NexION 2000 仪器进行了加速点火测试:对仪器进行点炬 / 熄炬的背对背测试成功率为 99.97% (1 次失败)至 100%(零失败)。

标签: 振荡器
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